JP7222000B2 - Electrochemical reaction cell stack and method for manufacturing electrochemical reaction cell stack - Google Patents

Electrochemical reaction cell stack and method for manufacturing electrochemical reaction cell stack Download PDF

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Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応セルスタックおよび電気化学反応セルスタックの製造方法に関する。 The technology disclosed by this specification relates to an electrochemical reaction cell stack and a method for manufacturing an electrochemical reaction cell stack.

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は、一般に、燃料電池発電単位(以下、「発電単位」という。)が所定の方向(以下、「第1の方向」という。)に複数並べて配置された積層体(以下、「発電ブロック」という。)を備える燃料電池スタックの形態で利用される(例えば、特許文献1)。発電単位は、燃料電池単セル(以下、単に「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。単セルは、第1の方向に電解質層と空気極と燃料極とが重なる部分(以下、「発電部」という。)を有する。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one of fuel cells that generate electricity using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. SOFCs are generally stacks (hereinafter referred to as "power generation blocks") in which a plurality of fuel cell power generation units (hereinafter referred to as "power generation units") are arranged side by side in a predetermined direction (hereinafter referred to as "first direction"). (for example, Patent Document 1). The power generation unit includes a single fuel cell (hereinafter simply referred to as "single cell"). A single cell includes an electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween. A single cell has a portion (hereinafter referred to as a “power generating portion”) where the electrolyte layer, the air electrode, and the fuel electrode overlap in the first direction.

発電単位は、更に集電部材と接合部とを有している。集電部材は、空気極と燃料極との一方(以下、「特定電極」という。)に対して第1の方向の電解質層とは反対側に配置され、特定電極と電気的に接続される。接合部は、第1の方向の単セルと集電部材との間に位置し、単セルと集電部材とを接合する導電性の部材である。 The power generation unit further has a current collecting member and a joint. The current collecting member is arranged on the side opposite to the electrolyte layer in the first direction with respect to one of the air electrode and the fuel electrode (hereinafter referred to as the "specific electrode"), and is electrically connected to the specific electrode. . The joint portion is a conductive member positioned between the single cell and the current collecting member in the first direction and joining the single cell and the current collecting member.

上述した燃料電池スタックは、下記の準備工程および加圧工程を経て製造される。準備工程では、第1の方向に並べて配置された複数の接合前発電単位を含む複合体を準備する。接合前発電単位は、単セルと、特定電極(空気極と燃料極との一方)に対して第1の方向の電解質層とは反対側に配置された集電部材と、第1の方向の単セルと集電部材との間に位置する接合前接合部とを備える部材である。接合前接合部は、接合部となる部材であり、導電性材料を含有する。 The fuel cell stack described above is manufactured through the following preparation steps and pressurization steps. The preparing step prepares a composite including a plurality of pre-bonded power generation units arranged side by side in a first direction. The pre-bonded power generation unit includes a single cell, a current collecting member disposed on the side opposite to the electrolyte layer in the first direction with respect to a specific electrode (one of the air electrode and the anode), and A member comprising a pre-bonding joint positioned between a unit cell and a current collecting member. The pre-joining joint is a member that becomes a joint and contains a conductive material.

加圧工程では、上記複合体を第1の方向に加圧することにより、接合部を形成する。以上の準備工程および加圧工程を経て燃料電池スタックの製造は完了する。 In the pressurizing step, the joint is formed by pressurizing the composite in the first direction. The manufacture of the fuel cell stack is completed through the preparation process and pressurization process described above.

特開2020-9744号公報JP 2020-9744 A

上述した従来の燃料電池においては、例えば特定電極(空気極と燃料極との一方)をスクリーン印刷等の方法により形成する工程において、特定電極に厚さ(第1の方向の厚さ、以下同様)のバラつきが生じることがある。例えば、同じ製造条件で製造される複数の単セル(例えば、同じロットに含まれる複数の単セル)における厚さのバラつきは、概ね同じとなる。スクリーン印刷を用いる際には、概ね、成膜方向の成膜開始側から成膜終了側に向かうにつれて単セルの厚さが厚くなることが多い。このような特定電極の厚さのバラつきに起因して、上記複合体に厚さのバラつきが生じることがある。その際には、加圧工程において複合体における比較的厚い部分に加圧力が集中することにより、単セルの割れが生じるおそれがある。 In the conventional fuel cell described above, for example, in the step of forming the specific electrode (one of the air electrode and the fuel electrode) by a method such as screen printing, the thickness of the specific electrode (thickness in the first direction, hereinafter the same) ) may occur. For example, a plurality of single cells manufactured under the same manufacturing conditions (for example, a plurality of single cells included in the same lot) have approximately the same variation in thickness. When screen printing is used, the thickness of the single cell generally increases from the film formation start side toward the film formation end side in the film formation direction. Due to such variations in the thickness of the specific electrode, variations in the thickness of the composite may occur. In that case, there is a risk that the single cell will crack due to the concentration of the pressure applied to a relatively thick portion of the composite during the pressure step.

なお、このような課題は、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の電解セル(以下、「SOEC」という。)の一形態である電解セルスタックにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて「電気化学反応セルスタック」という。 Such problems are also common to electrolytic cell stacks, which are a form of solid oxide type electrolytic cells (hereinafter referred to as "SOEC") that generate hydrogen using the electrolysis reaction of water. It is an issue. In this specification, the fuel cell stack and the electrolysis cell stack are collectively referred to as "electrochemical reaction cell stack".

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 technology capable of solving the above-described 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 technology disclosed in this specification can be implemented, for example, in the following forms.

(1)本明細書に開示される電気化学反応スタックは、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、を含む単セルであって、前記第1の方向に前記電解質層と前記空気極と前記燃料極とが重なる発電部を有する単セルと、前記空気極と前記燃料極との一方である特定電極に対して前記第1の方向の前記電解質層とは反対側に配置され、前記特定電極と電気的に接続される集電部材と、前記第1の方向の前記単セルと前記集電部材との間に位置し、前記単セルと前記集電部材とを接合する導電性の接合部と、をそれぞれ有し、前記第1の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応スタックにおいて、前記第1の方向視で、前記複数の電気化学反応単位に含まれる全ての前記発電部を包含する矩形の仮想領域であって、前記矩形の各辺が前記複数の電気化学反応単位のいずれかの前記発電部に接する仮想領域の縦横それぞれを3等分することにより得られる3行3列の各領域を分割領域とし、i行目j列目に位置する前記分割領域を分割領域(i,j)(i=1,2,3、j=1,2,3)とし、各前記発電部において、分割領域(2,2)を除いた8つの前記分割領域のそれぞれに位置する各部分のうち、前記第1の方向の平均厚さが最も大きい部分と重なる前記分割領域を最厚分割領域としたときに、少なくとも1つの前記単セルである特定単セルにおける前記最厚分割領域の位置は、前記特定単セル以外の少なくとも1つの前記単セルにおける前記最厚分割領域の位置と異なっている。 (1) An electrochemical reaction stack disclosed in the present specification is a 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, A single cell having a power generation portion in which the electrolyte layer, the air electrode, and the fuel electrode overlap in a first direction, and a specific electrode, which is one of the air electrode and the fuel electrode, in the first direction. a current collecting member disposed on the side opposite to the electrolyte layer and electrically connected to the specific electrode; and a conductive joint that joins the current collecting member, the electrochemical reaction stack comprising a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, wherein Visually, a rectangular imaginary area that includes all the power generation units included in the plurality of electrochemical reaction units, and each side of the rectangle corresponds to one of the power generation units of the plurality of electrochemical reaction units Each region of 3 rows and 3 columns obtained by vertically and horizontally dividing each of the adjacent virtual regions into three is defined as a divided region, and the divided region located in the i-th row and the j-th column is defined as a divided region (i, j) (i= 1, 2, 3, j = 1, 2, 3), and in each power generation unit, among the portions located in each of the eight divided regions excluding the divided region (2, 2), the first is defined as the thickest divided region, the position of the thickest divided region in at least one specific single cell is the specific single cell is different from the position of the thickest divided region in at least one of the single cells other than

仮に、上記複数の電気化学反応単位に含まれる全ての単セルにおける最厚分割領域の位置が同一である構成(以下、「比較構成1」という。)では、製造の際に、上記電気化学反応セルスタックのうち、第1の方向視で最厚分割領域に位置する部分に加圧力が集中することにより、単セルの割れが特に生じやすくなる。 In a configuration in which the positions of the thickest divided regions in all the single cells included in the plurality of electrochemical reaction units are the same (hereinafter referred to as “comparative configuration 1”), the electrochemical reaction When the pressure is concentrated on the portion of the cell stack that is located in the thickest divided region when viewed from the first direction, cracking of the single cell is particularly likely to occur.

これに対し、本電気化学反応スタックは、上述したように、少なくとも1つの単セルである特定単セルにおける最厚分割領域の位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セルにおける最厚分割領域の位置と異なっている。そのため、本電気化学反応スタックにおいては、製造の際に、上記の比較構成1と比較して、上記電気化学反応セルスタックのうち、第1の方向視で最厚分割領域に位置する部分に加圧力が集中することが抑制される。よって、本電気化学反応スタックによれば、上記電気化学反応セルスタックの一部(最厚分割領域に位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セルの割れを抑制することができる。 On the other hand, in the present electrochemical reaction stack, as described above, the position of the thickest divided region in the specific single cell which is at least one single cell is the thickest divided region in at least one single cell other than the specific single cell. is different from the position of Therefore, in the electrochemical reaction stack of the present invention, in comparison with the comparative configuration 1, the portion of the electrochemical reaction cell stack located in the thickest divided region when viewed in the first direction is added. Concentration of pressure is suppressed. Therefore, according to the present electrochemical reaction stack, it is possible to suppress the cracking of the single cells due to the concentration of the applied pressure on a part of the electrochemical reaction cell stack (the part located in the thickest divided region). .

(2)上記電気化学反応スタックにおいて、分割領域(1,1)と分割領域(2,1)と分割領域(3,1)とにより構成される群を第1の群とし、分割領域(1,3)と分割領域(2,3)と分割領域(3,3)とにより構成される群を第2の群としたときに、前記複数の電気化学反応単位に含まれる複数の前記単セルは、前記第1の群に含まれる何れかの前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルである第1の単セルと、前記第2の群に含まれる何れかの前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルである第2の単セルと、を含む構成としてもよい。 (2) In the electrochemical reaction stack, a group composed of the divided region (1,1), the divided region (2,1), and the divided region (3,1) is defined as a first group, and the divided region (1) , 3), the divided region (2, 3), and the divided region (3, 3) are defined as a second group, the plurality of unit cells included in the plurality of electrochemical reaction units is a first single cell which is the single cell having any of the divided regions included in the first group as the thickest divided region, and any of the divided regions included in the second group and a second single cell which is the single cell having the thickest divided region.

第1の群と第2の群とは、第1の方向視において上記仮想領域の中心点を挟んで対向しており、そのため、このような場所に位置する第1の単セル,第2の単セルの最厚分割領域は第1の直線(上記仮想領域の中心点を通る第1の方向の仮想直線)の周方向において均等に分散している、といえる。本電気化学反応スタックにおいては、このように第1の単セル,第2の単セルの最厚分割領域が第1の直線の周方向において均等に分散していることにより、上記電気化学反応セルスタックにおける比較的厚い部分の第1の直線の周方向の位置も均等に分散する。そのため、本電気化学反応スタックによれば、上記電気化学反応セルスタックの一部(最厚分割領域に位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セルの割れを、より効果的に抑制することができる。 The first group and the second group face each other across the center point of the virtual area when viewed from the first direction. It can be said that the thickest divided regions of the single cell are evenly distributed in the circumferential direction of the first straight line (virtual straight line in the first direction passing through the center point of the virtual region). In this electrochemical reaction stack, the thickest divided regions of the first unit cell and the second unit cell are evenly dispersed in the circumferential direction of the first straight line, so that the electrochemical reaction cell The circumferential positions of the first straight lines of the thicker portion of the stack are also evenly distributed. Therefore, according to the present electrochemical reaction stack, cracking of the single cells due to the concentration of the applied pressure on a part of the electrochemical reaction cell stack (the part located in the thickest divided region) can be effectively prevented. can be suppressed.

(3)上記電気化学反応スタックにおいて、前記第2の単セルは、前記仮想領域の中心点を通る前記第1の方向の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記最厚分割領域を180°回転させた場所に位置する前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルである構成としてもよい。第1の単セルは、換言すれば、第1の直線を回転軸として第1の単セルにおける最厚分割領域を0°(または、360°)回転させた場所に位置する分割領域を最厚分割領域とするものである。本電気化学反応スタックにおいては、このように第1の単セル,第2の単セルの最厚分割領域の位置が第1の直線の周方向において均等に分散していることにより、上記電気化学反応セルスタックにおける比較的厚い部分の第1の直線の周方向の位置も均等に分散する。そのため、本電気化学反応スタックによれば、上記電気化学反応セルスタックの一部(最厚分割領域に位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セルの割れを、より効果的に抑制することができる。 (3) In the above electrochemical reaction stack, the second single cell rotates about a straight line in the first direction that passes through the center point of the imaginary region as the axis of rotation. is rotated by 180 degrees, and the thickest divided area is the single cell. In other words, the first single cell has the thickest divided region located at a position obtained by rotating the thickest divided region in the first single cell by 0° (or 360°) about the first straight line. It is used as a divided area. In the present electrochemical reaction stack, the positions of the thickest divided regions of the first unit cell and the second unit cell are evenly distributed in the circumferential direction of the first straight line. The circumferential positions of the first straight lines in the relatively thick portions of the reaction cell stack are also evenly distributed. Therefore, according to the present electrochemical reaction stack, cracking of the single cells caused by the concentration of the applied pressure on a part of the electrochemical reaction cell stack (the part located in the thickest divided region) can be effectively prevented. can be suppressed.

(4)上記電気化学反応スタックにおいて、前記第1の方向視において、前記第1の単セルの前記発電部と、前記第2の単セルの前記発電部とは、いずれも外縁の位置が揃った同寸の矩形である構成としてもよい。本電気化学反応スタックによれば、最厚分割領域の位置が上述したように第1の直線の周方向において均等に分散する位置であり、かつ、第1の方向視における第1の単セル,第2の単セルの形状を互いに一致させることができる。 (4) In the above electrochemical reaction stack, when viewed in the first direction, the power generating section of the first single cell and the power generating section of the second single cell have outer edges aligned. It is good also as a structure which is a rectangle of the same size. According to this electrochemical reaction stack, the positions of the thickest divided regions are evenly dispersed in the circumferential direction of the first straight line as described above, and the first single cell, The shapes of the second single cells can match each other.

(5)上記電気化学反応スタックにおいて、分割領域(1,1)と分割領域(1,2)と分割領域(1,3)とにより構成される群を第3の群とし、分割領域(3,1)と分割領域(3,2)と分割領域(3,3)とにより構成される群を第4の群としたときに、前記複数の電気化学反応単位に含まれる複数の前記単セルは、更に、前記第3の群に含まれる何れかの前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルである第3の単セルと、前記第4の群に含まれる何れかの前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルである第4の単セルと、を含む構成としてもよい。第3の群と第4の群とは、第1の方向視において上記仮想領域の中心点を挟んで対向し、かつ、その対向方向は第1の群と第2の群との対向方向に直交しており、そのため、このような場所に位置する第1の単セル,…,第4の単セルの最厚分割領域は第1の直線の周方向において特に均等に分散している、といえる。本電気化学反応スタックにおいては、このように第1の単セル,…,第4の単セルの最厚分割領域が第1の直線の周方向において特に均等に分散していることにより、上記電気化学反応セルスタックにおける比較的厚い部分の第1の直線の周方向の位置も特に均等に分散する。そのため、本電気化学反応スタックによれば、上記電気化学反応セルスタックの一部(最厚分割領域に位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セルの割れを、より効果的に抑制することができる。 (5) In the electrochemical reaction stack, a group composed of the divided region (1,1), the divided region (1,2), and the divided region (1,3) is defined as a third group, and the divided region (3 , 1), the divided region (3, 2), and the divided region (3, 3) as a fourth group, the plurality of unit cells included in the plurality of electrochemical reaction units further includes a third single cell which is the single cell having any of the divided regions included in the third group as the thickest divided region; and a fourth unit cell which is the unit cell having the division region as the thickest division region. The third group and the fourth group face each other across the center point of the virtual region when viewed from the first direction, and the facing direction is the same as the facing direction of the first group and the second group. are perpendicular to each other, so that the thickest divided regions of the first unit cells, . I can say. In this electrochemical reaction stack, the thickest divided regions of the first unit cells, . The circumferential positions of the first straight lines of the relatively thick portion of the chemical reaction cell stack are also particularly evenly distributed. Therefore, according to the present electrochemical reaction stack, cracking of the single cells due to the concentration of the applied pressure on a part of the electrochemical reaction cell stack (the part located in the thickest divided region) can be effectively prevented. can be suppressed.

(6)上記電気化学反応スタックにおいて、前記第3の単セルは、前記仮想領域の中心点を通る前記第1の方向の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記最厚分割領域を90°回転させた場所に位置する前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルであり、前記第4の単セルは、前記仮想領域の中心点を通る前記第1の方向の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記最厚分割領域を270°回転させた場所に位置する前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルである構成としてもよい。本電気化学反応スタックにおいては、このように第1の単セル,…,第4の単セルの最厚分割領域が第1の直線の周方向において特に均等に分散していることにより、上記電気化学反応セルスタックにおける比較的厚い部分の第1の直線の周方向の位置も特に均等に分散する。そのため、本電気化学反応スタックによれば、製造の際に、上記電気化学反応セルスタックの一部(最厚分割領域に位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セルの割れを、より効果的に抑制することができる。 (6) In the above electrochemical reaction stack, the third unit cell rotates about the straight line in the first direction passing through the center point of the imaginary area as the axis of rotation, and rotates the thickest divided area in the first unit cell. is rotated by 90°, the thickest divided area is the single cell, and the fourth single cell is a straight line in the first direction passing through the center point of the virtual area. may be used as the axis of rotation, and the thickest divided region in the first unit cell may be the thickest divided region located at a position obtained by rotating the thickest divided region by 270°. In the present electrochemical reaction stack, the thickest divided regions of the first unit cells, . The circumferential positions of the first straight lines of the relatively thick portion of the chemical reaction cell stack are also particularly evenly distributed. Therefore, according to the present electrochemical reaction stack, cracking of the single cell due to concentration of pressure on a portion of the electrochemical reaction cell stack (portion located in the thickest divided region) during manufacturing is prevented. , can be suppressed more effectively.

(7)上記電気化学反応スタックにおいて、前記複数の電気化学反応単位に含まれる複数の前記単セルに含まれる、前記第1の単セルと、前記第2の単セルと、前記第3の単セルと、前記第4の単セルとは、前記第1の方向に、前記第1の単セル、前記第3の単セル、前記第2の単セル、前記第4の単セル、の順に並び、かつ、互いに隣り合っている構成としてもよい。本電気化学反応スタックによれば、複数の単セルを、それぞれ、90°ずつ回転させて配置することにより、上述した「第1の方向に、第1の単セル(0°)、第3の単セル110(90°)、第2の単セル110(180°)、第4の単セル110(270°)の順に並んでいる」構成を容易に実現(製造)することができる。 (7) In the above electrochemical reaction stack, the first single cell, the second single cell, and the third single cell included in the plurality of single cells included in the plurality of electrochemical reaction units The cell and the fourth unit cell are arranged in the order of the first unit cell, the third unit cell, the second unit cell, and the fourth unit cell in the first direction. , and adjacent to each other. According to the present electrochemical reaction stack, by arranging the plurality of single cells while rotating them by 90°, the above-mentioned "first direction, first single cell (0°), third A configuration in which the unit cells 110 (90°), the second unit cells 110 (180°), and the fourth unit cells 110 (270°) are arranged in this order can be easily realized (manufactured).

(8)上記電気化学反応スタックにおいて、前記第1の方向視において、前記第1の単セルの前記発電部と、前記第2の単セルの前記発電部と、前記第3の単セルの前記発電部と、前記第4の単セルの前記発電部とは、いずれも外縁の位置が揃った同寸の矩形である構成としてもよい。本電気化学反応スタックによれば、最厚分割領域が上述したように第1の直線の周方向において均等に分散する位置であり、かつ、第1の方向視における第1の単セル,…,第4の単セルの形状を互いに一致させることができる。 (8) In the above electrochemical reaction stack, when viewed from the first direction, the power generation unit of the first unit cell, the power generation unit of the second unit cell, and the power generation unit of the third unit cell Both the power generation section and the power generation section of the fourth unit cell may be configured to have the same size rectangles with aligned outer edges. According to this electrochemical reaction stack, as described above, the thickest divided regions are evenly distributed in the circumferential direction of the first straight line, and the first unit cells, . . . The shapes of the fourth single cells can match each other.

(9)上記電気化学反応スタックにおいて、各前記単セルにおいて、分割領域(2,2)を除いた8つの前記分割領域のそれぞれに位置する各部分のうち、前記第1の方向の平均厚さが最も小さい部分と重なる前記分割領域を最薄分割領域としたときに、前記特定単セルにおける前記最厚分割領域の位置は、前記特定単セル以外の少なくとも1つの前記単セルにおける前記最薄分割領域の位置と同じである構成としてもよい。 (9) In the electrochemical reaction stack, the average thickness in the first direction among the portions located in each of the eight divided regions excluding the divided region (2, 2) in each of the single cells is the thinnest divided region, the position of the thickest divided region in the specific single cell is the thinnest divided region in at least one of the single cells other than the specific single cell The configuration may be the same as the position of the area.

仮に、上記複数の電気化学反応単位に含まれる全ての単セルにおける最厚分割領域の位置が最薄分割領域と異なる構成(以下、「比較構成2」という。)では、製造の際に、上記電気化学反応セルスタックのうち、第1の方向視で最厚分割領域に位置する部分に加圧力が集中することにより、単セルの割れが特に生じやすくなる。 In a configuration in which the positions of the thickest divided regions in all the single cells included in the plurality of electrochemical reaction units are different from the thinnest divided regions (hereinafter referred to as “comparative configuration 2”), the above-described When the applied pressure is concentrated on the portion of the electrochemical reaction cell stack that is located in the thickest divided region when viewed from the first direction, cracking of the single cell is particularly likely to occur.

これに対し、本電気化学反応スタックは、上述したように、少なくとも1つの単セルである特定単セルにおける最厚分割領域の位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セルにおける最薄分割領域の位置と同じである。そのため、本電気化学反応スタックにおいては、製造の際に、上記の比較構成2と比較して、上記電気化学反応セルスタックのうち、第1の方向視で最厚分割領域に位置する部分に加圧力が集中することが抑制される。よって、本電気化学反応スタックによれば、上記電気化学反応セルスタックの一部(最厚分割領域に位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セルの割れを、特に効果的に抑制することができる。 On the other hand, in the present electrochemical reaction stack, as described above, the position of the thickest divided region in the specific single cell, which is at least one single cell, is the thinnest divided region in at least one single cell other than the specific single cell. is the same as the position of Therefore, in the electrochemical reaction stack of the present invention, in comparison with the comparative configuration 2, the portion of the electrochemical reaction cell stack that is located in the thickest divided region when viewed in the first direction is added. Concentration of pressure is suppressed. Therefore, according to the present electrochemical reaction stack, cracking of the single cells caused by the concentration of the applied pressure on a part of the electrochemical reaction cell stack (the part located in the thickest divided region) can be effectively suppressed. can be suppressed.

(10)本明細書に開示される電気化学反応セルスタックの製造方法は、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、を含む単セルと、前記空気極と前記燃料極との一方である特定電極に対して前記第1の方向の前記電解質層とは反対側に配置され、前記特定電極と電気的に接続される集電部材と、前記第1の方向の前記単セルと前記集電部材との間に位置し、前記単セルと前記集電部材とを接合する導電性の接合部と、をそれぞれ有し、前記第1の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応スタックの製造方法において、前記特定電極となる材料を、前記第1の方向に直交する成膜方向に湿式成膜することにより前記特定電極を複数形成する第1工程と、前記特定電極を有する前記単セルと、前記特定電極に対して前記第1の方向の前記電解質層とは反対側に配置された前記集電部材と、前記接合部となる部材である接合前接合部であって、前記第1の方向の前記単セルと前記集電部材との間に位置する接合前接合部と、を有する接合前電気化学反応単位を複数備える複合体であって、複数の前記接合前電気化学反応単位が前記第1の方向に並べて配置されており、かつ、少なくとも1つの前記単セルである特定単セルにおける前記成膜方向が、前記特定単セル以外の少なくとも1つの前記単セルにおける前記成膜方向と異なっている複合体を作製する第2工程と、前記複合体を前記第1の方向に加圧することにより、前記接合部を形成する第3工程と、を備える。本製造方法によれば、第3工程において上記複合体の一部(最厚分割領域に位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セルの割れを抑制することができる。 (10) A method for manufacturing an electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification includes a 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. a current collecting member disposed on a side opposite to the electrolyte layer in the first direction with respect to a specific electrode, which is one of the air electrode and the fuel electrode, and electrically connected to the specific electrode; a conductive joint located between the single cell and the current collecting member in the first direction and joining the single cell and the current collecting member, respectively; In the method for manufacturing an electrochemical reaction stack including a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side, the material to be the specific electrode is wet-formed in a film formation direction orthogonal to the first direction to form the specific electrode. a first step of forming a plurality of electrodes; the single cell having the specific electrode; the collector member disposed on the side opposite to the electrolyte layer in the first direction with respect to the specific electrode; a pre-bonding electrochemical reaction unit having a pre-bonding junction that is a member that serves as a bonding portion and is positioned between the single cell in the first direction and the current collecting member; A composite comprising a plurality of the electrochemical reaction units, wherein the plurality of pre-bonding electrochemical reaction units are arranged side by side in the first direction, and the film formation direction in the specific unit cell, which is at least one of the unit cells, is a second step of fabricating a composite having a film formation direction different from the film formation direction in at least one of the unit cells other than the specific unit cell; and a third step of forming. According to this manufacturing method, it is possible to suppress the cracking of the single cell due to the concentration of the pressure force on a part of the composite (the part located in the thickest divided region) in the third step.

上記電気化学反応スタックの製造方法において、前記第2工程は、前記複数の電気化学反応単位に含まれる複数の前記単セルが、第1の単セルと、前記第1の方向の第1の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記成膜方向を180°回転させた方向を前記成膜方向とする前記単セルである第2の単セルと、前記第1の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記成膜方向を90°回転させた方向を前記成膜方向とする前記単セルである第3の単セルと、前記第1の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記成膜方向を270°回転させた方向を前記成膜方向とする前記単セルである第4の単セルと、を含む、前記複合体を作製する工程である、構成としてもよい。本製造方法によれば、複数の単セルを、それぞれ、90°ずつ回転させて配置することにより、上述した「第1の方向に、第1の単セル(0°)、第3の単セル110(90°)、第2の単セル110(180°)、第4の単セル(270°)の順に並んでいる」構成を容易に実現(製造)することができる。 In the method for manufacturing an electrochemical reaction stack described above, the second step includes forming the plurality of unit cells included in the plurality of electrochemical reaction units into first unit cells and first straight lines extending in the first direction. is the rotation axis, the second single cell is the single cell whose film formation direction is the direction obtained by rotating the film formation direction of the first single cell by 180°, and the first straight line is the rotation axis. As a third unit cell whose film formation direction is the direction obtained by rotating the film formation direction of the first unit cell by 90°, and the first straight line as a rotation axis, the and a fourth unit cell that is the unit cell whose film formation direction is the direction obtained by rotating the film formation direction of the first unit cell by 270°. may be According to this manufacturing method, by rotating and arranging the plurality of single cells by 90°, the above-mentioned "first direction, first single cell (0°), third single cell 110 (90°), the second unit cell 110 (180°), and the fourth unit cell (270°) arranged in this order can be easily realized (manufactured).

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1 is a perspective view showing the external configuration of a fuel cell stack 100 according to this embodiment; FIG. 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Explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 図1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Explanatory drawing showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in 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Explanatory diagram showing the 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. 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Explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図1に示す燃料電池スタック100に備えられる各発電単位102の構成を説明するための模式図Schematic diagram for explaining the configuration of each power generation unit 102 provided in the fuel cell stack 100 shown in FIG. 本実施形態の燃料電池スタック100の製造方法を示すフローチャートFlowchart showing a method for manufacturing the fuel cell stack 100 of the present embodiment 本実施形態の燃料電池スタック100の製造方法を示す説明図Explanatory diagrams showing a method of manufacturing the fuel cell stack 100 of the present embodiment. 本実施形態の燃料電池スタック100の製造方法を示す説明図Explanatory diagrams showing a method of manufacturing the fuel cell stack 100 of the present embodiment.

A.本実施形態:
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。また、後述する燃料電池スタック100の製造方法(特に、後述する複合体作製工程S13や接合部形成工程S14における複合体109の載置方向)についても同様である。
A. This embodiment:
A-1. composition:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing the external configuration of the fuel cell stack 100 in this embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. Each figure shows mutually orthogonal XYZ axes for specifying directions. In this specification, for the sake of convenience, the positive Z-axis direction is referred to as the upward direction, and the negative Z-axis direction is referred to as the downward direction. may be installed. The same applies to FIG. 4 and subsequent figures. The same applies to the method of manufacturing the fuel cell stack 100 described later (in particular, the mounting direction of the composite 109 in the composite manufacturing step S13 and the joint forming step S14 described later).

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、一対のターミナルプレート70,80と、一対の絶縁シート92,96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。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 generating units (hereinafter simply referred to as "power generating units") 102, a pair of terminal plates 70 and 80, and a pair of insulating sheets 92 and 96. and a pair of end plates 104,106. The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in this embodiment). The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims.

一対のターミナルプレート70,80のうちの一方(以下、「上側ターミナルプレート70」という。)は、7つの発電単位102から構成される集合体(以下、「発電ブロック103」という。)の上側に配置されており、一対の絶縁シート92,96のうちの一方(以下、「上側絶縁シート92」という。)は、上側ターミナルプレート70の上側に配置されており、一対のエンドプレート104,106のうちの一方(以下、「上側エンドプレート104」という。)は、上側絶縁シート92の上側に配置されている。また、一対のターミナルプレート70,80のうちの他方(以下、「下側ターミナルプレート80」という。)は、発電ブロック103の下側に配置されており、一対の絶縁シート92,96のうちの他方(以下、「下側絶縁シート96」という。)は、下側ターミナルプレート80の下側に配置されており、一対のエンドプレート104,106のうちの他方(以下、「下側エンドプレート106」という。)は、下側絶縁シート96の下側に配置されている。なお、より詳細には、上側ターミナルプレート70と上側絶縁シート92との間には、後述するカバー用セパレータ60が介在している。上述した説明から明らかなように、上側エンドプレート104および下側エンドプレート106は、発電ブロック103におけるZ軸方向の両側にそれぞれが位置している。 One of the pair of terminal plates 70 and 80 (hereinafter referred to as "upper terminal plate 70") is mounted above an assembly (hereinafter referred to as "power generation block 103") composed of seven power generation units 102. One of the pair of insulating sheets 92 and 96 (hereinafter referred to as the "upper insulating sheet 92") is arranged above the upper terminal plate 70, and the pair of end plates 104 and 106 One of them (hereinafter referred to as the “upper end plate 104 ”) is arranged above the upper insulating sheet 92 . The other of the pair of terminal plates 70 and 80 (hereinafter referred to as the "lower terminal plate 80") is arranged below the power generation block 103 and is one of the pair of insulating sheets 92 and 96. The other (hereinafter referred to as the "lower insulating sheet 96") is arranged below the lower terminal plate 80 and is the other of the pair of end plates 104, 106 (hereinafter referred to as the "lower end plate 106"). ”) are arranged on the lower side of the lower insulating sheet 96 . More specifically, between the upper terminal plate 70 and the upper insulating sheet 92, a cover separator 60, which will be described later, is interposed. As is clear from the above description, the upper end plate 104 and the lower end plate 106 are positioned on both sides of the power generation block 103 in the Z-axis direction.

燃料電池スタック100を構成する各層(発電単位102、ターミナルプレート70,80、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの外周部には、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、上側エンドプレート104から下側エンドプレート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。 Each layer (power generation unit 102, terminal plates 70, 80, end plates 104, 106) constituting the fuel cell stack 100 has a plurality of (eight in this embodiment) penetrating in the vertical direction on the outer peripheral portion around the Z-axis direction. ) holes are formed, and corresponding holes formed in each layer communicate with each other in the vertical direction to form a communication hole 108 extending vertically from the upper end plate 104 to the lower end plate 106 . In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to form the communication holes 108 may also be referred to as the communication holes 108 .

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と上側エンドプレート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と下側エンドプレート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と下側エンドプレート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ている。 A vertically extending bolt 22 is inserted through each communication hole 108 , and the fuel cell stack 100 is fastened by a vertical compressive force of the bolt 22 and a nut 24 fitted on both sides of the bolt 22 . As shown in FIGS. 2 and 3, between the nut 24 fitted on one side (upper side) of the bolt 22 and the upper surface of the upper end plate 104 and on the other side (lower side) of the bolt 22 ) and the lower surface of the lower end plate 106, an insulating sheet 26 is interposed. However, at locations where gas passage members 27 to be described later are provided, gas passage members 27 and gas passage members 27 are arranged between the nut 24 and the surface of the lower end plate 106, and on the upper and lower sides of the gas passage members 27, respectively. An insulating sheet 26 is interposed. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite, or the like.

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。 The outer diameter of the shaft portion of each bolt 22 is smaller than the inner diameter of each communication hole 108 . Therefore, a space is secured between the outer peripheral surface of the shaft portion of each bolt 22 and the inner peripheral surface of each communication hole 108 . As shown in FIGS. 1 and 2, one side of the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction (the side on the positive side of the X-axis among the two sides parallel to the Y-axis) is near the midpoint. The space formed by the bolt 22 (bolt 22A) positioned thereon and the communication hole 108 through which the bolt 22A is inserted receives the oxidant gas OG from the outside of the fuel cell stack 100, and the oxidant gas OG is introduced into each space. Functioning as an oxidant gas supply manifold 161, which is a gas flow path for supplying to the power generation unit 102, the side opposite to the side (the side on the negative side of the X axis among the two sides parallel to the Y axis) The space formed by the bolt 22 (bolt 22B) located near the point and the communication hole 108 through which the bolt 22B is inserted is the oxidant offgas OOG which is the gas discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102. to the outside of the fuel cell stack 100 as an oxidizing gas discharge manifold 162 . In this embodiment, for example, air is used as the oxidant gas OG.

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。 Also, as shown in FIGS. 1 and 3, the midpoint of one side (the side on the Y-axis positive side of the two sides parallel to the X-axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction Fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 into the space formed by the bolt 22 (bolt 22D) located nearby and the communication hole 108 through which the bolt 22D is inserted. A bolt that functions as the fuel gas supply manifold 171 that supplies the power generation unit 102 and is located near the midpoint of the side opposite to the side (the side on the Y-axis negative direction side of the two sides parallel to the X-axis) 22 (bolt 22E) and the communication hole 108 through which the bolt 22E is inserted allows the fuel offgas FOG, which is the gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102, to flow outside the fuel cell stack 100. It functions as a fuel gas discharge manifold 172 that discharges to the In this embodiment, hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas, for example, is used as the fuel gas FG.

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。 Four gas passage members 27 are provided in the fuel cell stack 100 . Each gas passage member 27 has a hollow tubular body portion 28 and a hollow tubular branch portion 29 branched from a side surface of the main body portion 28 . The hole of the branch portion 29 communicates with the hole of the body portion 28 . A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27 . Further, as shown in FIG. 2, the hole of the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22A forming the oxidant gas supply manifold 161 communicates with the oxidant gas supply manifold 161. A hole in the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22B forming the oxidant gas discharge manifold 162 communicates with the oxidant gas discharge manifold 162 . Further, as shown in FIG. 3, the hole of the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22D forming the fuel gas supply manifold 171 communicates with the fuel gas supply manifold 171, and the fuel gas A hole in the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22E forming the discharge manifold 172 communicates with the fuel gas discharge manifold 172 .

(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、上下方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電性材料により形成されている。一対のエンドプレート104,106の中央付近には、それぞれ、上下方向に貫通する孔32,34が形成されている。上下方向視で、一対のエンドプレート104,106のそれぞれに形成された孔32,34の内周線は、後述する各単セル110を内包している。そのため、各ボルト22およびナット24による上下方向の圧縮力は、主として各発電単位102の外周部(後述する各単セル110より外周側の部分)に作用する。
(Configuration of end plates 104, 106)
The pair of end plates 104 and 106 are plate-like members having a substantially rectangular outer shape when viewed from the top and bottom, and are made of a conductive material such as stainless steel. Holes 32 and 34 are formed in the vicinity of the centers of the pair of end plates 104 and 106, respectively. When viewed from the top and bottom, the inner peripheral lines of the holes 32, 34 formed in the pair of end plates 104, 106 respectively include the unit cells 110, which will be described later. Therefore, the vertical compressive force of each bolt 22 and nut 24 acts mainly on the outer peripheral portion of each power generation unit 102 (the portion on the outer peripheral side of each unit cell 110 described later).

(絶縁シート92,96の構成)
一対の絶縁シート92,96は、上下方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、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の絶縁性材料により構成されている。上側絶縁シート92の中央付近には、上側エンドプレート104の孔32に連通し、かつ、上下方向に貫通する孔94が形成されている。上下方向視で、上側絶縁シート92に形成された孔94の内周線は、後述する各単セル110を内包している。なお、本実施形態では、上下方向視で、上側絶縁シート92に形成された孔94の内周線は、上側エンドプレート104に形成された孔32の内周線と略一致している。
(Structure of insulating sheets 92 and 96)
The pair of insulating sheets 92 and 96 is a plate-like member having a substantially rectangular outer shape when viewed in the vertical direction, and is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite, or the like. made of flexible materials. A hole 94 is formed near the center of the upper insulating sheet 92 so as to communicate with the hole 32 of the upper end plate 104 and penetrate vertically. When viewed from above, the inner peripheral line of the hole 94 formed in the upper insulating sheet 92 encloses each unit cell 110, which will be described later. In the present embodiment, the inner peripheral line of the hole 94 formed in the upper insulating sheet 92 substantially matches the inner peripheral line of the hole 32 formed in the upper end plate 104 when viewed in the vertical direction.

(ターミナルプレート70,80の構成)
一対のターミナルプレート70,80は、上下方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電性材料により形成されている。上側ターミナルプレート70の中央付近には、上下方向に貫通する孔71が形成されている。上下方向視で、上側ターミナルプレート70に形成された孔71の内周線は、後述する各単セル110を内包している。なお、本実施形態では、上下方向視で、上側ターミナルプレート70に形成された孔71の内周線は、上側エンドプレート104に形成された孔32の内周線と略一致している。上側ターミナルプレート70は、上下方向視で、上側エンドプレート104の外周線から外側に突出した突出部78を備えており、該突出部78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する。また、下側ターミナルプレート80は、上下方向視で、下側エンドプレート106の外周線から外側に突出した突出部88を備えており、該突出部88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。
(Configuration of Terminal Plates 70, 80)
The pair of terminal plates 70 and 80 are plate-like members having a substantially rectangular outer shape when viewed from the top and bottom, and are made of a conductive material such as stainless steel. A vertically penetrating hole 71 is formed near the center of the upper terminal plate 70 . As viewed from above, the inner peripheral line of the hole 71 formed in the upper terminal plate 70 includes each unit cell 110, which will be described later. In this embodiment, the inner circumference of the hole 71 formed in the upper terminal plate 70 substantially coincides with the inner circumference of the hole 32 formed in the upper end plate 104 when viewed from above. The upper terminal plate 70 has a projecting portion 78 projecting outward from the outer peripheral line of the upper end plate 104 as viewed in the vertical direction, and the projecting portion 78 functions as a plus side output terminal of the fuel cell stack 100. . In addition, the lower terminal plate 80 has a protrusion 88 that protrudes outward from the outer peripheral line of the lower end plate 106 when viewed in the vertical direction. Functions as a terminal.

(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(最上部に位置する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(最上部に位置する2つの発電単位102)のYZ断面構成を示す説明図である。
(Configuration of power generation unit 102)
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other (two power generation units 102 located at the top) at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other (two power generation units 102 positioned at the top) at the same position as the cross section shown in FIG.

図4および図5に示すように、発電単位102は、燃料電池単セル(以下、「単セル」という。)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、燃料極側集電部材148と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対の集電部材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、IC用セパレータ180におけるZ軸方向回りの外周部には、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。 As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102 includes a fuel cell single cell (hereinafter referred to as "single cell") 110, a single cell separator 120, an air electrode side frame 130, and a fuel electrode side frame. 140 , a fuel electrode-side current collecting member 148 , and a pair of current collecting members 190 and a pair of IC separators 180 constituting the uppermost layer and the lowermost layer of the power generation unit 102 . The single cell separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the IC separator 180 are formed with holes corresponding to the communication holes 108 through which the bolts 22 are inserted in the outer peripheral portions around the Z-axis direction. It is

単セル110は、電解質層112と、電解質層112の上側に配置された空気極114と、電解質層112の下側に配置された燃料極116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。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。単セル110は、上下方向に電解質層112と空気極114と燃料極116とが重なる部分(以下、「発電部」という。)PGを有している。 The single cell 110 includes an electrolyte layer 112 , a cathode 114 positioned above the electrolyte layer 112 , an anode 116 positioned below the electrolyte layer 112 , and between the electrolyte layer 112 and the cathode 114 . and an intermediate layer 118 disposed thereon. The single cell 110 of this embodiment is a fuel electrode supporting type single cell in which the fuel electrode 116 supports the other layers (the electrolyte layer 112, the air electrode 114, and the intermediate layer 118) constituting the single cell 110. FIG. The single cell 110 has a portion (hereinafter referred to as “power generating portion”) PG where the electrolyte layer 112, the air electrode 114, and the fuel electrode 116 overlap in the vertical direction.

電解質層112は、上下方向視で略矩形の平板形状部材であり、固体酸化物(例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア))を含むように構成されている。すなわち、本実施形態の単セル110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、上下方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、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))を含むように構成されている。燃料極116は、上下方向視で電解質層112と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ni(ニッケル)、Niとセラミック粒子からなるサーメット、Ni基合金等により形成されている。中間層118は、上下方向視で空気極114と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えばGDC(ガドリニウムドープセリア)とYSZとを含むように構成されている。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、SrZrO)が生成されることを抑制する機能を有する。なお、本実施形態では、空気極114は、特許請求の範囲における特定電極に相当する。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular plate-shaped member when viewed from above, and is configured to contain a solid oxide (for example, YSZ (yttria-stabilized zirconia)). That is, the single cell 110 of this embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid oxide as an electrolyte. The air electrode 114 is a substantially rectangular plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 when viewed from above, and is configured to contain, for example, a perovskite oxide (for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide)). The fuel electrode 116 is a substantially rectangular plate-shaped member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 when viewed from above, and is formed of, for example, Ni (nickel), a cermet made of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy, or the like. there is The intermediate layer 118 is a substantially rectangular plate-shaped member having substantially the same size as the air electrode 114 when viewed from above, and is configured to contain, for example, GDC (gadolinium-doped ceria) and YSZ. The intermediate layer 118 is formed so that an element (eg, Sr) diffused from the air electrode 114 reacts with an element (eg, Zr) contained in the electrolyte layer 112 to generate a high-resistance substance (eg, SrZrO 3 ). It has a suppressing function. In addition, in this embodiment, the air electrode 114 corresponds to the specific electrode in the claims.

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(以下、「第1のセパレータ貫通孔121」という。)が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属等の導電性材料により形成されている。単セル用セパレータ120は、略板状である。単セル用セパレータ120における第1のセパレータ貫通孔121を取り囲む部分122(以下、「第1のセパレータ内周部122」という。)は、電解質層112における空気極114の側(上側)の表面の外周部に対向している。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。第1のセパレータ内周部122(単セル用セパレータ120の第1のセパレータ貫通孔121を取り囲む部分)は、電解質層112と集電部材190(後述の上側特定発電単位102Xにおいては、最上位集電部材190X)の間に位置している。本実施形態では、単セル用セパレータ120における外周部は、燃料極側フレーム140の上側の表面に、例えばレーザ溶接により接合されている。 The single-cell separator 120 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 121 (hereinafter referred to as "first separator through-hole 121") penetrating vertically in the vicinity of the center thereof. made of a conductive material. The single cell separator 120 has a substantially plate shape. A portion 122 surrounding the first separator through-hole 121 in the single-cell separator 120 (hereinafter referred to as “first separator inner peripheral portion 122”) is the surface of the electrolyte layer 112 on the air electrode 114 side (upper side). It faces the outer periphery. The single cell separator 120 is joined to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a joining portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag brazing) arranged at the opposing portion. The first separator inner peripheral portion 122 (the portion surrounding the first separator through-hole 121 of the single cell separator 120) includes the electrolyte layer 112 and the collector member 190 (in the upper specific power generation unit 102X described later, the uppermost collector). 190X). In this embodiment, the outer peripheral portion of the single-cell separator 120 is joined to the upper surface of the fuel electrode-side frame 140 by laser welding, for example.

単セル用セパレータ120は、第1のセパレータ内周部122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および外側部127は、上下方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、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。 The single-cell separator 120 includes an inner portion 126 including the first separator inner peripheral portion 122, an outer portion 127 located outside the inner portion 126, and a connecting portion 128 connecting the inner portion 126 and the outer portion 127. and In this embodiment, the inner portion 126 and the outer portion 127 are generally flat plates extending in a direction generally perpendicular to the vertical direction. Moreover, the connecting portion 128 has a curved shape that protrudes downward from both the inner portion 126 and the outer portion 127 . A lower side (fuel chamber 176 side) portion of the connecting portion 128 is a convex portion, and an upper side (air chamber 166 side) portion of the connecting portion 128 is a concave portion.

単セル用セパレータ120における第1のセパレータ貫通孔121付近には、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、接合部124に対して空気室166側に位置しており、単セル用セパレータ120の第1のセパレータ内周部122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の外周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(クロスリーク)が効果的に抑制される。 A glass sealing portion 125 containing glass is arranged in the vicinity of the first separator through hole 121 in the single cell separator 120 . The glass seal portion 125 is located on the air chamber 166 side with respect to the joint portion 124, and the surface of the first separator inner peripheral portion 122 of the single cell separator 120 and the single cell 110 (in this embodiment, the electrolyte layer 112). The glass seal portion 125 effectively suppresses gas leak (cross leak) from one electrode side to the other electrode side in the outer peripheral portion of the unit cell 110 .

集電部材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柱状の空気極側集電部134とを有する導電性の部材であり、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。平板部150は、上下方向視において上側ターミナルプレート70の孔71に重なるように配置されている。本実施形態では、集電部材190の表面(空気室166に面する表面)に、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性の被覆層194が形成されている。以下では、被覆層194に覆われた集電部材190を、単に集電部材190という。集電部材190(より詳細には、集電部材190の各空気極側集電部134)は、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性接合材196を介して、単セル110の空気極114に接合されている。また、集電部材190の表面(燃料室176または後述の上側特定空間58に面する表面)には、集電部材190からの汚染物質(例えば、Cr(クロム))の放出・拡散を抑制するために、特定の処理(例えば、アニール処理)が施されていてもよい。集電部材190(後述の最上位集電部材190Xを除く)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。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つの集電部材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における上側の集電部材190は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側の集電部材190と同一部材である。また、燃料電池スタック100において最も下側に位置する発電単位102の下側の集電部材190は、導電性接合材196を介して下側ターミナルプレート80に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100において最も上側に位置する発電単位102(以下、「上側特定発電単位102X」ともいう。)の上側の集電部材190(以下、「最上位集電部材190X」ともいう。)は、IC用セパレータ180(以下、「最上位IC用セパレータ180X」ともいう。)および/または後述する他の部材(接続部材48、カバー部材50、カバー用セパレータ60)を介して上側ターミナルプレート70に電気的に接続されている。すなわち、上側ターミナルプレート70は、発電ブロック103に電気的に接続されている。なお、最上位集電部材190Xは、上側ターミナルプレート70に対して下側に配置されている。なお、以上の説明から明らかなように、集電部材190は、空気極114に対して上側に配置されており、かつ、空気極114と電気的に接続される、といえる。この「上側」は、換言すれば、「上下方向の電解質層112とは反対側」である。また、ここでいう集電部材190は、より厳密には、ある発電単位102における上側の集電部材190である。 The current collecting member 190 is a conductive member having a substantially rectangular flat plate-shaped flat plate portion 150 and a plurality of substantially columnar air electrode side current collecting portions 134 protruding from the flat plate portion 150 toward the air electrode 114, It is made of metal (for example, ferritic stainless steel). The flat plate portion 150 is arranged so as to overlap the hole 71 of the upper terminal plate 70 when viewed in the vertical direction. In this embodiment, a conductive coating layer 194 made of spinel oxide, for example, is formed on the surface of the current collecting member 190 (the surface facing the air chamber 166). Hereinafter, the current collecting member 190 covered with the coating layer 194 is simply referred to as the current collecting member 190 . The current collecting member 190 (more specifically, each air electrode side current collecting portion 134 of the current collecting member 190) is connected to the air electrode of the single cell 110 via a conductive bonding material 196 made of, for example, a spinel oxide. 114. In addition, on the surface of the current collecting member 190 (the surface facing the fuel chamber 176 or the upper specific space 58 described later), a contaminant (for example, Cr (chromium)) from the current collecting member 190 is prevented from being released or diffused. Therefore, a specific treatment (eg, annealing treatment) may be performed. The current collecting members 190 (excluding the topmost current collecting member 190X, which will be described later) ensure electrical continuity between the power generation units 102 and prevent mixing of reaction gases between the power generation units 102 . In this embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one current collecting member 190 is shared by the two adjacent power generation units 102 . That is, the upper collector member 190 in a given power generation unit 102 is the same member as the lower collector member 190 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102 . In addition, the lower current collecting member 190 of the power generating unit 102 located at the lowest position in the fuel cell stack 100 is electrically connected to the lower terminal plate 80 via a conductive bonding material 196 . In addition, the current collecting member 190 (hereinafter also referred to as the "uppermost current collecting member 190X") above the power generation unit 102 (hereinafter also referred to as the "upper specific power generation unit 102X") located at the uppermost position in the fuel cell stack 100. ) is connected to the upper terminal plate via an IC separator 180 (hereinafter also referred to as a “top IC separator 180X”) and/or other members (connection member 48, cover member 50, cover separator 60) described later. 70 is electrically connected. That is, the upper terminal plate 70 is electrically connected to the power generation block 103 . Note that the uppermost collector member 190X is arranged below the upper terminal plate 70 . As is clear from the above description, it can be said that the current collecting member 190 is arranged above the air electrode 114 and is electrically connected to the air electrode 114 . This "upper side" is, in other words, "the side opposite to the electrolyte layer 112 in the vertical direction". Moreover, the current collecting member 190 referred to here is, more strictly speaking, the upper current collecting member 190 in a certain power generation unit 102 .

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第2のセパレータ貫通孔181が形成されたフレーム状の部材であり、例えば金属等の導電性材料により形成されている。IC用セパレータ180は、略板状である。本実施形態では、IC用セパレータ180における第2のセパレータ貫通孔181を取り囲む部分182(以下、「第2のセパレータ内周部182」という。)は、集電部材190(平板部150)の外周部における上側の表面に、例えばレーザ溶接により接合されている。IC用セパレータ180により、一の発電単位102における空気極114に面する空気室166と、その発電単位102に隣接する他の発電単位102における燃料極116に面する燃料室176とが区画され、集電部材190の外周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(クロスリーク)が抑制される。また、本実施形態では、IC用セパレータ180における外周部は、燃料極側フレーム140の下側の表面に、例えばレーザ溶接により接合されている。ある発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180のうち、上側のIC用セパレータ180は、該発電単位102の空気室166と、該発電単位102に対して上側に隣り合う他の発電単位102の燃料室176とを区画する。また、ある発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180のうち、下側のIC用セパレータ180は、該発電単位102の燃料室176と、該発電単位102に対して下側に隣り合う他の発電単位102の空気室166とを区画する。このように、IC用セパレータ180により、発電単位102の外周部における発電単位102間のガスのリークが抑制される。 The IC separator 180 is a frame-like member having a substantially rectangular second separator through-hole 181 vertically penetrating near the center thereof, and is made of a conductive material such as metal. The IC separator 180 has a substantially plate shape. In this embodiment, the portion 182 surrounding the second separator through-hole 181 (hereinafter referred to as the “second separator inner peripheral portion 182”) of the IC separator 180 is the outer periphery of the current collecting member 190 (the flat plate portion 150). It is joined to the upper surface of the part, for example by laser welding. The IC separator 180 separates an air chamber 166 facing the air electrode 114 in one power generation unit 102 and a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 in another power generation unit 102 adjacent to the power generation unit 102, Gas leak (cross leak) from one electrode side to the other electrode side in the outer peripheral portion of the current collecting member 190 is suppressed. Further, in this embodiment, the outer peripheral portion of the IC separator 180 is joined to the lower surface of the fuel electrode side frame 140 by, for example, laser welding. Among the pair of IC separators 180 included in a power generation unit 102, the upper IC separator 180 is connected to the air chamber 166 of the power generation unit 102 and the other power generation unit 102 adjacent to the power generation unit 102 on the upper side. and the fuel chamber 176 of the . Also, of the pair of IC separators 180 included in a certain power generation unit 102, the lower IC separator 180 is adjacent to the fuel chamber 176 of the power generation unit 102 and the power generation unit 102 on the lower side. and the air chamber 166 of the power generation unit 102 . Thus, the IC separator 180 suppresses gas leakage between the power generation units 102 in the outer periphery of the power generation units 102 .

最上位IC用セパレータ180Xは、他のIC用セパレータ180と同様に、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の第2のセパレータ貫通孔181X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。また、本実施形態では、最上位IC用セパレータ180Xの第2のセパレータ貫通孔181Xを取り囲む部分は、最上位集電部材190Xの外周部における上側の表面に、例えばレーザ溶接により接合されている。また、本実施形態では、最上位IC用セパレータ180Xにおける外周部は、上側ターミナルプレート70の下側の表面に、例えばレーザ溶接により接合されている。 Like the other IC separators 180, the uppermost IC separator 180X is a frame-shaped member having a substantially rectangular second separator through-hole 181X penetrating in the vertical direction near the center. formed. Further, in this embodiment, the portion surrounding the second separator through hole 181X of the uppermost IC separator 180X is joined to the upper surface of the outer peripheral portion of the uppermost current collecting member 190X by laser welding, for example. Further, in this embodiment, the outer peripheral portion of the uppermost IC separator 180X is joined to the lower surface of the upper terminal plate 70 by laser welding, for example.

IC用セパレータ180は、IC用セパレータ180の第2のセパレータ内周部(第2のセパレータ貫通孔181を取り囲む部分)182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。本実施形態では、内側部186および外側部187は、上下方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、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。 The IC separator 180 has an inner portion 186 including a second separator inner peripheral portion (a portion surrounding the second separator through-hole 181) 182 of the IC separator 180, and an outer portion 187 located on the outer peripheral side of the inner portion 186. and a connecting portion 188 that connects the inner portion 186 and the outer portion 187 . In this embodiment, the inner portion 186 and the outer portion 187 are generally flat plates extending in a direction generally perpendicular to the vertical direction. Further, the connecting portion 188 has a curved shape that protrudes downward from both the inner portion 186 and the outer portion 187 .

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。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(上側)の表面の外周部と、上側のIC用セパレータ180における空気室166に対向する側(下側)の表面の外周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IC用セパレータ180間(すなわち、一対の集電部材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ガス供給連通孔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孔133とが形成されている。 The air electrode side frame 130 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 131 penetrating vertically in the vicinity of the center thereof, and is made of an insulator such as mica, for example. A hole 131 in the cathode-side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the cathode 114 . The air-electrode-side frame 130 includes the outer peripheral portion of the surface of the single-cell separator 120 opposite to the electrolyte layer 112 (upper side) and the side (lower side) of the upper IC separator 180 facing the air chamber 166 . side), and functions as a sealing member that secures the gas-sealing property therebetween (that is, the gas-sealing property of the air chamber 166). Also, the cathode-side frame 130 electrically insulates between the pair of IC separators 180 included in the power generation unit 102 (that is, between the pair of collector members 190). The air electrode side frame 130 also has an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates the oxidizing gas supply manifold 161 and the air chamber 166, and an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates the air chamber 166 and the oxidizing gas discharge manifold 162. A discharge communication hole 133 is formed.

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(下側)の表面の外周部と、下側のIC用セパレータ180における燃料室176に対向する側(上側)の表面の外周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連通孔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孔143とが形成されている。 The fuel electrode-side frame 140 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 141 extending vertically through the vicinity of the center thereof, and is made of metal, for example. A hole 141 in the anode-side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the anode 116 . The fuel electrode-side frame 140 is formed on the outer periphery of the surface of the single cell separator 120 on the side (lower side) facing the electrolyte layer 112 and on the side (upper side) of the IC separator 180 on the lower side facing the fuel chamber 176 . It is in contact with the perimeter of the surface. Further, the fuel electrode side frame 140 has a fuel gas supply communication hole 142 that communicates the fuel gas supply manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication hole 143 that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. and are formed.

燃料極側集電部材148は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電部材148は、導電性部144と弾性部149とを有する。導電性部144は、燃料極116と集電部材190とを電気的に接続する部分であり、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。導電性部144は、燃料極116の下側の表面に接触した電極対向部145と、集電部材190の上側の表面に接触したインターコネクタ対向部146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とを有している。また、弾性部149は、燃料極側集電部材148の弾性を確保するための部分であり、例えば、マイカ等により形成されている。導電性部144のうちのインターコネクタ対向部146は、上下方向において集電部材190と弾性部149との間に配置され、導電性部144のうちの電極対向部145は、上下方向において燃料極116と弾性部149との間に配置されている。これにより、燃料極側集電部材148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148を介した燃料極116と集電部材190との電気的接続が良好に維持される。 The fuel electrode side collector member 148 is arranged in the fuel chamber 176 . The fuel electrode side collector member 148 has a conductive portion 144 and an elastic portion 149 . The conductive portion 144 is a portion that electrically connects the fuel electrode 116 and the collector member 190, and is made of, for example, nickel, a nickel alloy, stainless steel, or the like. The conductive portion 144 includes an electrode facing portion 145 in contact with the lower surface of the fuel electrode 116, an interconnector facing portion 146 in contact with the upper surface of the collector member 190, and an electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion. 146, and a connecting portion 147 that connects with 146. In addition, the elastic portion 149 is a portion for ensuring elasticity of the fuel electrode side collector member 148, and is formed of, for example, mica. The interconnector-facing portion 146 of the conductive portion 144 is arranged vertically between the collector member 190 and the elastic portion 149 , and the electrode-facing portion 145 of the conductive portion 144 is positioned vertically above the fuel electrode. 116 and the elastic portion 149 . As a result, the fuel electrode side current collecting member 148 follows the deformation of the power generation unit 102 due to temperature cycles and reaction gas pressure fluctuations, and the fuel electrode 116 and the current collecting member 190 are electrically connected via the fuel electrode side current collecting member 148 . Good connection is maintained.

(燃料電池スタック100の最上部付近の構成) (Configuration near top of fuel cell stack 100)

図4および図5に示すように、本実施形態の燃料電池スタック100は、最も上側に位置する発電単位102(上側特定発電単位102X)より上側に配置されたカバー部材50およびカバー用セパレータ60を備える。カバー部材50は、上下方向視で略矩形の平板形状部材であり、導電性材料(例えば金属)により形成されている。また、カバー部材50の表面(後述の上側特定空間58に面する表面)には、カバー部材50からの汚染物質(例えば、Cr(クロム))の放出・拡散を抑制するために、特定の処理(例えば、アニール処理)が施されていてもよい。カバー部材50は、上側ターミナルプレート70に形成された孔71内に配置されている。また、カバー部材50は、上側特定発電単位102Xに含まれる上側の集電部材190(最上位集電部材190X)に対して上下方向に離隔しつつ隣り合っている。すなわち、カバー部材50と、最上位集電部材190Xとの間には、空間(上側ターミナルプレート70の孔71により構成される空間であり、以下、「上側特定空間58」という。)が形成されている。上側特定空間58は、燃料電池スタック100に含まれる複数の単セル110(すべての単セル110)に対して上側に位置している。 As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel cell stack 100 of this embodiment includes a cover member 50 and a cover separator 60 arranged above the uppermost power generation unit 102 (upper specific power generation unit 102X). Prepare. The cover member 50 is a substantially rectangular plate-shaped member when viewed from the top and bottom, and is made of a conductive material (for example, metal). In addition, the surface of the cover member 50 (the surface facing the upper specific space 58 described later) is subjected to a specific treatment in order to suppress the release and diffusion of contaminants (for example, Cr (chromium)) from the cover member 50. (For example, annealing treatment) may be performed. The cover member 50 is arranged within a hole 71 formed in the upper terminal plate 70 . In addition, the cover member 50 is vertically separated from and adjacent to the upper collector member 190 (top collector member 190X) included in the upper specific power generation unit 102X. That is, a space (a space formed by the holes 71 of the upper terminal plate 70, hereinafter referred to as an "upper specific space 58") is formed between the cover member 50 and the uppermost collector member 190X. ing. The upper specific space 58 is positioned above the plurality of unit cells 110 (all unit cells 110) included in the fuel cell stack 100. As shown in FIG.

また、カバー用セパレータ60は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔(以下、「第3のセパレータ貫通孔」という。)61が形成されたフレーム状の部材であり、例えば金属等の導電性材料により形成されている。本実施形態では、カバー用セパレータ60の第3のセパレータ貫通孔61を取り囲む部分は、カバー部材50の外周部における上側の表面に、例えばレーザ溶接により接合されている。また、カバー用セパレータ60における外周部は、上側ターミナルプレート70の上側の表面に、例えばレーザ溶接により接合されている。カバー用セパレータ60(および最上位集電部材190Xに接合された最上位IC用セパレータ180X)により、上側特定空間58が画定される。 The cover separator 60 is a frame-like member having a substantially rectangular hole (hereinafter referred to as a "third separator through hole") 61 extending vertically through the vicinity of the center thereof. It is made of a conductive material. In this embodiment, the portion of the cover separator 60 surrounding the third separator through-hole 61 is joined to the upper surface of the outer peripheral portion of the cover member 50 by laser welding, for example. Further, the outer peripheral portion of the cover separator 60 is joined to the upper surface of the upper terminal plate 70 by laser welding, for example. The upper specific space 58 is defined by the cover separator 60 (and the uppermost IC separator 180X joined to the uppermost collector member 190X).

カバー用セパレータ60は、カバー用セパレータ60のカバー用セパレータ60の第3のセパレータ貫通孔61を取り囲む部分を含む内側部66と、内側部66より外周側に位置する外側部67と、内側部66と外側部67とを連結する連結部68とを備える。本実施形態では、内側部66および外側部67は、上下方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部68は、内側部66と外側部67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。 The cover separator 60 has an inner portion 66 including a portion surrounding the third separator through-hole 61 of the cover separator 60, an outer portion 67 located outside the inner portion 66, and an inner portion 66. and a connecting portion 68 that connects the outer portion 67 with the outer portion 67 . In this embodiment, the inner portion 66 and the outer portion 67 are generally flat plates extending in a direction generally perpendicular to the vertical direction. Further, the connecting portion 68 has a curved shape that protrudes downward from both the inner portion 66 and the outer portion 67 .

また、図4および図5に示すように、本実施形態の燃料電池スタック100は、さらに、上側特定空間58に配置された接続部材48を備える。本実施形態では、接続部材48は、燃料極側集電部材148と同様の構成を有している。すなわち、接続部材48は、導電性部44と弾性部49とを有する。導電性部44は、カバー部材50と、最上位集電部材190Xとを電気的に接続する部分であり、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。導電性部44は、カバー部材50の下側の表面に接触したカバー部材対向部45と、最上位集電部材190Xの上側の表面に接触したインターコネクタ対向部46と、カバー部材対向部45とインターコネクタ対向部46とをつなぐ連接部47とを有している。また、弾性部49は、接続部材48の弾性を確保するための部分であり、例えば、マイカ等により形成されている。導電性部44のうちのインターコネクタ対向部46は、上下方向において最上位集電部材190Xと弾性部49との間に配置され、導電性部44のうちのカバー部材対向部45は、上下方向においてカバー部材50と弾性部49との間に配置されている。 Moreover, as shown in FIGS. 4 and 5, the fuel cell stack 100 of the present embodiment further includes a connection member 48 arranged in the upper specific space 58 . In this embodiment, the connection member 48 has the same configuration as the fuel electrode side collector member 148 . That is, the connection member 48 has the conductive portion 44 and the elastic portion 49 . The conductive portion 44 is a portion that electrically connects the cover member 50 and the uppermost collector member 190X, and is made of, for example, nickel, nickel alloy, stainless steel, or the like. The conductive portion 44 includes a cover member facing portion 45 in contact with the lower surface of the cover member 50, an interconnector facing portion 46 in contact with the upper surface of the uppermost collector member 190X, and a cover member facing portion 45. It has a connecting portion 47 that connects with the interconnector facing portion 46 . Also, the elastic portion 49 is a portion for ensuring elasticity of the connecting member 48, and is formed of, for example, mica. The interconnector facing portion 46 of the conductive portion 44 is arranged between the uppermost collector member 190X and the elastic portion 49 in the vertical direction, and the cover member facing portion 45 of the conductive portion 44 is arranged in the vertical direction. is arranged between the cover member 50 and the elastic portion 49 at the .

本実施形態の燃料電池スタック100は、その最上部付近において、上側ターミナル単位270を有している。上側ターミナル単位270は、以下に説明するターミナル構造を有している。すなわち、上側ターミナル単位270は、発電ブロック103に対して上側に配置されており、上側ターミナルプレート70と、最上位集電部材190Xと、カバー部材50と、接続部材48と、最上位IC用セパレータ180Xと、カバー用セパレータ60とを備えている。上述のように、上側ターミナルプレート70は、発電ブロック103に電気的に接続されている。このため、上側ターミナルプレート70を含む上側ターミナル単位270も、発電ブロック103に電気的に接続されている。また、上側ターミナル単位270において、上側ターミナルプレート70は、上述のように、最上位IC用セパレータ180Xとカバー用セパレータ60とに、それぞれ、レーザ溶接により接合されている。換言すれば、上側ターミナルプレート70は、両者にそれぞれ電気的に接続されている。なお、上側ターミナル単位270において、カバー用セパレータ60は、最も上側に配置されており、上側絶縁シート92は、カバー用セパレータ60の上側に配置されている。また、最上位IC用セパレータ180Xは、上側特定空間58と、上側特定発電単位102Xの空気室166とを区画する。 The fuel cell stack 100 of this embodiment has an upper terminal unit 270 near its top. Upper terminal unit 270 has a terminal structure described below. That is, the upper terminal unit 270 is arranged above the power generation block 103, and includes the upper terminal plate 70, the uppermost collector member 190X, the cover member 50, the connection member 48, and the uppermost IC separator. 180X and a separator 60 for cover. As mentioned above, upper terminal plate 70 is electrically connected to generator block 103 . Therefore, the upper terminal unit 270 including the upper terminal plate 70 is also electrically connected to the power generation block 103 . In the upper terminal unit 270, the upper terminal plate 70 is joined to the uppermost IC separator 180X and the cover separator 60 by laser welding, as described above. In other words, the upper terminal plate 70 is electrically connected to both. In the upper terminal unit 270 , the cover separator 60 is arranged on the uppermost side, and the upper insulating sheet 92 is arranged above the cover separator 60 . Also, the uppermost IC separator 180X separates the upper specific space 58 from the air chamber 166 of the upper specific power generation unit 102X.

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の酸化剤ガス供給連通孔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の燃料ガス供給連通孔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 and 4, the oxidant gas OG is supplied 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 supply manifold 161. Then, the oxidizing gas OG is supplied to the oxidizing gas supply manifold 161 via the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28, and the oxidizing gas OG is supplied from the oxidizing gas supply manifold 161 to each power generation unit 102. The agent gas is supplied to the air chamber 166 through the agent gas supply communication hole 132 . 3 and 5, the fuel gas FG is supplied 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 supply manifold 171. Then, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas supply manifold 171 via the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28, and the fuel gas supply communication of each power generation unit 102 from the fuel gas supply manifold 171. It is supplied to fuel chamber 176 through hole 142 .

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は導電性接合材196を介して集電部材190に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電部材148を介して集電部材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。また、燃料電池スタック100において、最も上側に位置する発電単位102(上側特定発電単位102X)の上側の集電部材190(最上位集電部材190X)は上側ターミナルプレート70に電気的に接続されており、最も下側に位置する発電単位102の下側の集電部材190は下側ターミナルプレート80に電気的に接続されている。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一対のターミナルプレート70,80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, electric power is generated in the single cell 110 by the electrochemical reaction of the oxidant gas OG and the fuel gas FG. will be This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to the current collecting member 190 via the conductive bonding material 196, and the fuel electrode 116 is electrically connected to the current collecting member 190 via the fuel electrode side current collecting member 148. 190 is electrically connected. That is, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Also, in the fuel cell stack 100, the upper current collecting member 190 (the uppermost current collecting member 190X) of the uppermost power generation unit 102 (the upper specific power generation unit 102X) is electrically connected to the upper terminal plate 70. The lower current collecting member 190 of the lowermost power generation unit 102 is electrically connected to the lower terminal plate 80 . Therefore, the electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the pair of terminal plates 70 , 80 functioning as output terminals of the fuel cell stack 100 . Since the SOFC generates power at a relatively high temperature (for example, 700° C. to 1000° C.), the fuel cell stack 100 is heated by the heater ( (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および図4に示すように、酸化剤ガス排出連通孔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、燃料ガス排出連通孔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。 As shown in FIGS. 2 and 4, 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 through the oxidant gas discharge communication hole 133 and further oxidized. The fuel cell stack 100 is supplied to the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 through the holes of the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the agent gas discharge manifold 162 . is discharged to the outside of the 3 and 5, 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 through the fuel gas discharge communication hole 143, and further fuel gas Through the holes in the body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the exhaust manifold 172, the gas is supplied to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29. Ejected.

A-3.各発電単位102の更なる詳細構成:
図6は、図1に示す燃料電池スタック100に備えられる各発電単位102の構成を説明するための模式図である。図6の左側には、燃料電池スタック100に備えられる複数(本実施形態では、7つ)の発電単位102(以下、「上記複数の発電単位102」という。)のうち、最下部に位置する4つ(後述する発電単位102A、…、発電単位102D)が示されている。なお、図6では、各発電単位102の構成の理解が容易となるように便宜上、発電単位102A、…、発電単位102Dのそれぞれの相対位置(より厳密には、Z軸方向に直交する面方向の相対位置。以下、同様)がずらされている。
A-3. Further detailed configuration of each power generating unit 102:
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the configuration of each power generation unit 102 provided in the fuel cell stack 100 shown in FIG. On the left side of FIG. 6, among the plurality of (seven in this embodiment) power generation units 102 (hereinafter referred to as "the plurality of power generation units 102") provided in the fuel cell stack 100, the power generation unit 102 is located at the bottom. Four (power generation units 102A, . . . , power generation units 102D, which will be described later) are shown. In FIG. 6, for the sake of convenience, the relative positions of the power generation units 102A, . ) are displaced.

以下、各発電単位102について、最も下側に位置する発電単位102から順に、「発電単位102A」、「発電単位102B」、…、「発電単位102G」という。発電単位102Aに備えられる単セル110を「単セル110A」といい、発電単位102Bに備えられる単セル110を「単セル110B」という。同様に、発電単位102C、…、102Gに備えられる単セル110をそれぞれ、「単セル110C」、…、「単セル110G」という。なお、単セル110Aは特許請求の範囲における第1の単セルに相当し、単セル110Cは特許請求の範囲における第2の単セルに相当し、単セル110Bは特許請求の範囲における第3の単セルに相当し、単セル110Dは特許請求の範囲における第4の単セルに相当する。 Hereinafter, the power generation units 102 are referred to as "power generation unit 102A", "power generation unit 102B", ..., "power generation unit 102G" in order from the lowest power generation unit 102. The unit cells 110 provided in the power generation unit 102A are referred to as "single cells 110A", and the single cells 110 provided in the power generation unit 102B are referred to as "single cells 110B". Similarly, the unit cells 110 provided in the power generation units 102C, . The single cell 110A corresponds to the first single cell in the claims, the single cell 110C corresponds to the second single cell in the claims, and the single cell 110B corresponds to the third single cell in the claims. It corresponds to a single cell, and the single cell 110D corresponds to the fourth single cell in the claims.

上記複数の発電単位102(102A、…、102G)は、上下方向に互いに隣り合っている。各発電単位102は、いずれも上下方向視において同寸の矩形である。なお、ここでいう「同寸」とは、±3mmまでの誤差が許容されるものであってもよい(以下、同様)。 The plurality of power generation units 102 (102A, . . . , 102G) are vertically adjacent to each other. Each power generation unit 102 is rectangular with the same dimensions when viewed in the vertical direction. It should be noted that the term "same size" as used herein may allow an error of up to ±3 mm (the same shall apply hereinafter).

上記複数の発電単位102に備えられた7つの単セル110(110A、…、110G)は、上下方向に、単セル110A、単セル110B、…、単セル110Gの順に並び、かつ、互いに隣り合っている。 The seven unit cells 110 (110A, . ing.

各単セル110の発電部PG(単セル110のうち、上下方向に電解質層112と空気極114と燃料極116とが重なる部分)は、いずれも上下方向視において外縁の位置が揃った同寸の矩形である。なお、ここでいう「外縁の位置が揃った」とは、±3mmまでの誤差が許容されるものであってもよい(以下、同様)。 The power generation portion PG of each unit cell 110 (the portion of the unit cell 110 where the electrolyte layer 112, the air electrode 114, and the fuel electrode 116 overlap in the vertical direction) is the same size with the outer edges aligned when viewed in the vertical direction. is a rectangle of It should be noted that the phrase "the outer edges are aligned" may allow an error of up to ±3 mm (the same shall apply hereinafter).

図6において各発電単位102上に記載されている一点鎖線の枠は、仮想領域VAを示している。仮想領域VAは、上下方向視で、上記複数の発電単位102に含まれる全ての発電部PGを包含する矩形の領域である。本実施形態では、当該矩形の各辺は、上記複数の発電単位102の全ての発電部PGに接している。従って、当該矩形の各辺は、上記複数の発電単位102のいずれかの発電部PGに接している、といえる。 In FIG. 6, the dashed-dotted line frame described above each power generation unit 102 indicates the virtual area VA. The virtual area VA is a rectangular area that includes all the power generation units PG included in the plurality of power generation units 102 when viewed in the vertical direction. In this embodiment, each side of the rectangle is in contact with all the power generation units PG of the plurality of power generation units 102 . Therefore, it can be said that each side of the rectangle is in contact with one of the power generation units PG of the plurality of power generation units 102 .

各単セル110は、いずれも、同じ製造条件で製造された(特に、空気極114が後述する製造方法(スクリーン印刷)により形成された)単セル(例えば、同じロットに含まれる単セル)である。そのため、各単セル110の形状は略同一であり、各単セル110内における厚さのばらつき(の分布)も略同一である。より詳細には、各単セル110はいずれも、後述する条件(1)~条件(4)を満たしている。 Each single cell 110 is a single cell (for example, a single cell included in the same lot) manufactured under the same manufacturing conditions (especially, the air electrode 114 is formed by a manufacturing method (screen printing) described later). be. Therefore, the shape of each unit cell 110 is substantially the same, and the thickness variation (distribution) within each unit cell 110 is also substantially the same. More specifically, each single cell 110 satisfies conditions (1) to (4) described later.

なお、本実施形態では、各単セル110に、刻印(eg1,…,eg4)が刻まれている(発電単位102E、…、102Gの刻印についての図示は省略)。刻印(eg1,…,eg4)の内容は、同じ製造条件で製造される各単セル110(例えば、同じロットに含まれる各単セル110)を識別するための識別番号である。刻印(eg1,…,eg4)は、各発電単位102において成膜方向dfを基準とした所定位置(本実施形態では、成膜方向dfの端(であり、かつ、成膜方向dfに直交する成膜直交方向の端))に位置している。従って、各単セル110における刻印(eg1,…,eg4)の位置に基づいて、各単セル110の成膜方向dfを把握することができる。 In the present embodiment, markings (eg1, . . . , eg4) are engraved on each unit cell 110 (illustration of the markings of the power generation units 102E, . The contents of the markings (eg1, . . . , eg4) are identification numbers for identifying each single cell 110 manufactured under the same manufacturing conditions (for example, each single cell 110 included in the same lot). The marks (eg1, . It is located at the edge of the direction perpendicular to the film formation)). Therefore, based on the positions of the markings (eg1, .

(発電単位102A、…、102D)
発電単位102A、…、102Dについて更に説明する。以下において、仮想領域VAの縦横それぞれを3等分することにより得られる3行3列の各領域を分割領域SAといい、i行目j列目に位置する分割領域SAを分割領域SA(i,j)(i=1,2,3、j=1,2,3)という。各発電部PG(より詳細には、各発電単位102に含まれる発電部PGの全体)において、分割領域SA(2,2)を除いた8つの分割領域SAのそれぞれに位置する各部分のうち、上下方向(Z軸方向)の平均厚さat(以下、単に「平均厚さat」という。)が最も大きい部分と重なる分割領域SAを「最厚分割領域SAmax」という。ここでいう「平均厚さat」とは、例えば、発電部PGの対象部分(発電部PGのうち、ある分割領域SAに位置する部分)の全体についてX軸方向とY軸方向とのそれぞれに5mmピッチで上下方向(Z軸方向)の厚さを測定した測定値の平均である(以下、同様)。また、各発電部PGにおいて、分割領域SA(2,2)を除いた8つの分割領域SAのそれぞれに位置する各部分のうち、平均厚さatが最も小さい部分と重なる分割領域SAを「最薄分割領域SAmin」という。
(Power generation units 102A, ..., 102D)
The power generation units 102A, . . . , 102D will be further described. In the following, each region of 3 rows and 3 columns obtained by vertically and horizontally dividing the virtual region VA into three equal parts is referred to as a divided region SA. , j) (i=1,2,3, j=1,2,3). In each power generation unit PG (more specifically, the entire power generation unit PG included in each power generation unit 102), among the portions located in each of the eight divided areas SA excluding the divided area SA(2,2) , and the divided area SA overlapping with the portion having the largest average thickness at in the vertical direction (Z-axis direction) (hereinafter simply referred to as "average thickness at") is referred to as "thickest divided area SAmax". The “average thickness at” here means, for example, the entire target portion of the power generation unit PG (the portion of the power generation unit PG located in a certain divided area SA) in each of the X-axis direction and the Y-axis direction. It is the average of measured values of thickness in the vertical direction (Z-axis direction) at 5 mm pitches (the same applies hereinafter). Further, in each power generation unit PG, among the portions located in each of the eight divided regions SA excluding the divided region SA (2, 2), the divided region SA that overlaps the portion with the smallest average thickness at is the “maximum It is referred to as "thin segmented area SAmin".

図6の「(最厚)」は「最厚分割領域SAmax」を示し、「(最薄)」は「最薄分割領域SAmin」を示している。また、図6中の矢印dfは、後述する燃料電池スタック100の製造方法において湿式成膜により空気極114を形成する際の成膜方向を示している。以下、この成膜方向を「成膜方向df」といい、上下方向視で成膜方向dfに直交する方向を「成膜直交方向」という。 "(thickest)" in FIG. 6 indicates the "thickest divided area SAmax", and "(thinest)" indicates the "thinnest divided area SAmin". An arrow df in FIG. 6 indicates the direction of film formation when the air electrode 114 is formed by wet film formation in the manufacturing method of the fuel cell stack 100, which will be described later. Hereinafter, this film formation direction will be referred to as "film formation direction df", and the direction perpendicular to film formation direction df as viewed from above and below will be referred to as "film formation orthogonal direction".

上述したように、発電単位102A、…、102Dに備えられる単セル110A、…、110Dは、いずれも下記の条件(1)~条件(4)を満たしている。
条件(1):
分割領域SAの位置が成膜方向dfの終端側であるほど、単セル110の当該分割領域SAに位置する部分の平均厚さatは厚い。
条件(2):
最も成膜方向dfの終端側に位置する3つの分割領域SAのうち、成膜直交方向の中央に位置する分割領域SAが最厚分割領域SAmaxである。
条件(3):
成膜直交方向の中央に位置する(ある1つの)分割領域SAは、成膜方向dfの位置が同じであり、かつ成膜直交方向の両端に位置する2つの分割領域SAと比較して、単セル110の当該分割領域SAに位置する部分の平均厚さatは厚い。換言すれば、成膜方向dfの位置が同じであり、かつ成膜直交方向の両端に位置する2つの分割領域SAは、成膜方向dfの位置が同じであり、かつ成膜直交方向の中央に位置する分割領域SAと比較して、単セル110の当該分割領域SAに位置する部分の平均厚さatは薄い。
条件(4):
最も成膜直交方向(より厳密には、成膜直交方向のいずれか一方)の端側に位置する3つの分割領域SAのうち、成膜方向dfの中央に位置する分割領域SAが最薄分割領域SAminである。
As described above, the single cells 110A, . . . , 110D provided in the power generation units 102A, .
Condition (1):
The closer the position of the divided area SA is to the terminal side in the film formation direction df, the thicker the average thickness at of the portion of the unit cell 110 located in the divided area SA.
Condition (2):
Of the three divided areas SA located closest to the end in the film formation direction df, the divided area SA located in the center in the direction perpendicular to the film formation is the thickest divided area SAmax.
Condition (3):
(certain one) divided area SA located in the center in the film-forming orthogonal direction is the same in the film-forming direction df, and compared with the two divided areas SA located at both ends in the film-forming orthogonal direction, The average thickness at of the portion of the unit cell 110 located in the divided area SA is thick. In other words, the two divided areas SA located at the same position in the film formation direction df and located at both ends in the film formation orthogonal direction have the same position in the film formation direction df and are located at the center of the film formation orthogonal direction. The average thickness at of the portion of the unit cell 110 located in the divided area SA is thinner than the divided area SA located in .
Condition (4):
Of the three divided areas SA located closest to the ends in the direction perpendicular to the film formation (more precisely, one of the directions perpendicular to the film formation), the divided area SA located in the center of the film formation direction df is the thinnest division. area SAmin.

各単セル110(110A、…、110D)の成膜方向df、最厚分割領域SAmax、および最薄分割領域SAminは、具体的には次の通りである。単セル110Aについては、成膜方向dfはY軸正方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(2、3)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(3、2)である。 Specifically, the film formation direction df, the thickest divided area SAmax, and the thinnest divided area SAmin of each single cell 110 (110A, . . . , 110D) are as follows. For the single cell 110A, the film formation direction df is the positive Y-axis direction, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(2,3), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(3,2). be.

単セル110Bについては、成膜方向dfはX軸負方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(3、2)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(2、1)である。換言すれば、仮想領域VAの中心点Cを通る上下方向の仮想直線を第1の直線L1としたときに、単セル110Bは、第1の直線L1を回転軸として単セル110Aにおける最厚分割領域SAmaxを90°回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である、といえる。なお、ここでいう「90°」とは、±5°までの誤差が許容されるものであってもよい(以下でいう他の角度についても同様)。 For the single cell 110B, the film formation direction df is the negative direction of the X axis, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(3,2), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(2,1). be. In other words, when the vertical virtual straight line passing through the center point C of the virtual area VA is defined as the first straight line L1, the single cell 110B is divided into the maximum thickness divisions in the single cell 110A with the first straight line L1 as the axis of rotation. It can be said that the single cell 110 has the thickest divided area SAmax as the divided area SA located at a position where the area SAmax is rotated by 90°. Note that "90°" as used herein may allow an error of up to ±5° (the same applies to other angles referred to below).

単セル110Cについては、成膜方向dfはY軸負方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(2、1)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(1、2)である。換言すれば、単セル110Cは、第1の直線L1を回転軸として単セル110Aにおける最厚分割領域SAmaxを180°回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である、といえる。 For the single cell 110C, the film formation direction df is the Y-axis negative direction, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(2,1), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(1,2). be. In other words, in the single cell 110C, the thickest divided area SAmax is the divided area SA located at a position where the thickest divided area SAmax in the single cell 110A is rotated 180° about the first straight line L1 as the rotation axis. It can be said that it is 110.

単セル110Dについては、成膜方向dfはX軸正方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(1、2)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(2、3)である。換言すれば、単セル110Cは、第1の直線L1を回転軸として単セル110Aにおける最厚分割領域SAmaxを270°回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である、といえる。 For the single cell 110D, the film formation direction df is the positive direction of the X-axis, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(1,2), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(2,3). be. In other words, in the unit cell 110C, the thickest divided area SAmax is the divided area SA located at a position where the thickest divided area SAmax in the single cell 110A is rotated 270° about the first straight line L1 as the rotation axis. It can be said that it is 110.

以上の説明から明らかなように、少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最厚分割領域SAmaxの位置と異なっている、といえる。例えば、単セル110Aを特定単セルとしたときに、特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の3つの単セル110B,…,110Dにおける最厚分割領域SAmaxの位置と異なっている。 As is clear from the above description, the position of the thickest divided area SAmax in the specific single cell that is at least one single cell 110 is the same as the position of the thickest divided area SAmax in at least one single cell 110 other than the specific single cell. It can be said that they are different. For example, when the single cell 110A is the specific single cell, the position of the thickest divided region SAmax in the specific single cell is the position of the thickest divided region SAmax in the three single cells 110B, . . . , 110D other than the specific single cell. different.

また、特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最薄分割領域SAminの位置と同じである、といえる。例えば、単セル110Aを特定単セルとしたときに、特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110である単セル110Dにおける最薄分割領域SAminの位置と同じである。 Further, it can be said that the position of the thickest divided area SAmax in the specific single cell is the same as the position of the thinnest divided area SAmin in at least one single cell 110 other than the specific single cell. For example, when the single cell 110A is the specific single cell, the position of the thickest divided region SAmax in the specific single cell is the position of the thinnest divided region SAmin in the single cell 110D, which is at least one single cell 110 other than the specific single cell. Same as position.

また、分割領域SA(1,1)と分割領域SA(2,1)と分割領域SA(3,1)とにより構成される群を第1の群G1とし、分割領域SA(1,3)と分割領域SA(2,3)と分割領域SA(3,3)とにより構成される群を第2の群G2としたときに、上記複数の発電単位102に含まれる複数の単セル110は、第1の群G1に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmax(上下方向の平均厚さatが最も大きい部分における分割領域SA)とする単セル110である単セル110Cと、第2の群G2に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である単セル110Aとを含んでいる、といえる。 A first group G1 is defined as a group composed of the divided area SA(1,1), the divided area SA(2,1), and the divided area SA(3,1). , divided area SA(2,3) and divided area SA(3,3) is defined as a second group G2, the plurality of unit cells 110 included in the plurality of power generation units 102 are , a single cell 110C that is a single cell 110 having a maximum thickness divided region SAmax (a divided region SA in a portion where the average thickness at in the vertical direction is the largest) is any of the divided regions SA included in the first group G1; It can be said that the second group G2 includes the single cell 110A which is the single cell 110 having the thickest divided area SAmax in any of the divided areas SA included in the second group G2.

また、分割領域SA(1,1)と分割領域SA(1,2)と分割領域SA(1,3)とにより構成される群を第3の群G3とし、分割領域SA(3,1)と分割領域SA(3,2)と分割領域SA(3,3)とにより構成される群を第4の群G4としたときに、上記複数の発電単位102に含まれる複数の単セル110は、第3の群G3に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である単セル110Dと、第4の群G4に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である単セル110Bとを含んでいる、といえる。 Also, a group composed of divided area SA(1,1), divided area SA(1,2), and divided area SA(1,3) is defined as a third group G3, and divided area SA(3,1) , divided area SA(3,2), and divided area SA(3,3) as a fourth group G4, the plurality of unit cells 110 included in the plurality of power generation units 102 are , a single cell 110D which is a single cell 110 having a maximum thickness divided area SAmax of any divided area SA included in the third group G3, and a single cell 110D having a maximum thickness of any divided area SA included in the fourth group G4. It can be said that it includes a single cell 110B that is the single cell 110 that is the divided area SAmax.

(発電単位102E、…、102G)
発電単位102E、…、102Gについて更に説明する。上述したように、発電単位102E、…、102Gに備えられる単セル110E、…、110Gは、いずれも上記の条件(1)~条件(4)を満たしている。
(Power generation units 102E, ..., 102G)
The power generation units 102E, . . . , 102G will be further described. As described above, the unit cells 110E, . . . , 110G provided in the power generation units 102E, .

各単セル110(102E、…、102G)の成膜方向df、最厚分割領域SAmax、および最薄分割領域SAminは、具体的には次の通りである。単セル110Eについては、成膜方向dfはY軸正方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(2、3)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(3、2)である。換言すれば、単セル110Eは、成膜方向dfが単セル110Aにおける成膜方向dfと同じであり、かつ、単セル110Aにおける最厚分割領域SAmaxと同じ場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である、といえる。 Specifically, the film formation direction df, the thickest divided area SAmax, and the thinnest divided area SAmin of each unit cell 110 (102E, . . . , 102G) are as follows. For the single cell 110E, the film formation direction df is the positive Y-axis direction, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(2,3), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(3,2). be. In other words, in the single cell 110E, the film formation direction df is the same as the film formation direction df in the single cell 110A, and the divided area SA located at the same location as the thickest divided area SAmax in the single cell 110A is the thickest. It can be said that the single cell 110 is the divided area SAmax.

単セル110Fについては、成膜方向dfはX軸負方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(3、2)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(2、1)である。換言すれば、単セル110Bは、第1の直線L1(仮想領域VAの中心点Cを通る上下方向の仮想直線)を回転軸として、単セル110E(および単セル110A)における最厚分割領域SAmaxを90°回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である、といえる。 For the single cell 110F, the film formation direction df is the negative direction of the X axis, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(3,2), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(2,1). be. In other words, the single cell 110B rotates about the first straight line L1 (vertical straight line passing through the center point C of the virtual area VA) as the axis of rotation, and the thickest divided area SAmax in the single cell 110E (and the single cell 110A). can be said to be the single cell 110 having the thickest divided area SAmax in the divided area SA located at a position rotated by 90°.

単セル110Gについては、成膜方向dfはY軸負方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(2、1)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(1、2)である。換言すれば、単セル110Gは、第1の直線L1を回転軸として単セル110E(および単セル110A)における最厚分割領域SAmaxを180°回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である、といえる。 For the single cell 110G, the film formation direction df is the Y-axis negative direction, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(2,1), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(1,2). be. In other words, the single cell 110G divides the thickest divided area SA located at a position obtained by rotating the thickest divided area SAmax in the single cell 110E (and the single cell 110A) by 180° about the first straight line L1. It can be said that the single cell 110 is the area SAmax.

A-4.燃料電池スタック100の製造方法:
図7は、本実施形態の燃料電池スタック100の製造方法を示すフローチャートである。図8および図9は、本実施形態の燃料電池スタック100の製造方法を示す説明図である。本実施形態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。なお、以下では、本実施形態の製造方法において特有な部分のみを詳細に説明し、その他の部分については、例えば特開2018-133224号公報に記載の方法を採用すればよいため、基本的には詳細な説明を省略する。
A-4. Manufacturing method of fuel cell stack 100:
FIG. 7 is a flow chart showing a method for manufacturing the fuel cell stack 100 of this embodiment. 8 and 9 are explanatory diagrams showing the method of manufacturing the fuel cell stack 100 of this embodiment. A method for manufacturing the fuel cell stack 100 of the present embodiment is, for example, as follows. In the following, only the unique parts in the manufacturing method of the present embodiment will be described in detail, and for the other parts, for example, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-133224 may be adopted. detailed description is omitted.

(電解質層112と燃料極116と中間層118との積層体の形成)
図8に示すように、まず、電解質層112と燃料極116と中間層118との積層体を形成する(図7のS11)。
(Formation of Laminate of Electrolyte Layer 112, Fuel Electrode 116, and Intermediate Layer 118)
As shown in FIG. 8, first, a laminate of electrolyte layer 112, fuel electrode 116, and intermediate layer 118 is formed (S11 in FIG. 7).

(空気極114の形成)
次に、図8に示すように、空気極114となる材料(例えばペースト)(以下、「空気極用材料」という。)を、所定の成膜方向dfに湿式成膜することにより空気極114を複数(燃料電池スタック100に備えられる発電単位102の個数分。本実施形態では7つ形成する(図7のS12)。
(Formation of air electrode 114)
Next, as shown in FIG. 8, a material (for example, paste) (hereinafter referred to as "air electrode material") for forming the air electrode 114 is wet-film-formed in a predetermined film-forming direction df to form the air electrode 114. are formed (as many as the number of power generation units 102 provided in the fuel cell stack 100. In this embodiment, seven are formed (S12 in FIG. 7).

具体的には、空気極用材料を、上述した電解質層112と燃料極116と中間層118との積層体における中間層118の表面にスクリーン印刷によって塗布(成膜方向dfに湿式成膜)し、乾燥させ、その後、焼成を行うことにより、空気極114を形成する。これにより、単セル110を得る。このような単セル110を複数作製する。このように同じ製造条件で製造される複数の単セル110においては、各単セル110内における厚さのばらつき(の分布)が略同一となり、具体的には上記の条件(1)~条件(4)を満たす。以下、S12の工程を電極形成工程S12という。電極形成工程S12は、特許請求の範囲における第1工程に相当する。 Specifically, the air electrode material is applied to the surface of the intermediate layer 118 in the laminate of the electrolyte layer 112, the fuel electrode 116, and the intermediate layer 118 by screen printing (wet film formation in the film formation direction df). , drying, and then firing to form the air electrode 114 . A single cell 110 is thus obtained. A plurality of such single cells 110 are manufactured. In a plurality of unit cells 110 manufactured under the same manufacturing conditions in this way, the variation (distribution) of the thickness in each unit cell 110 is substantially the same. Specifically, the above conditions (1) to ( 4) is satisfied. Hereinafter, the process of S12 is called electrode formation process S12. The electrode forming step S12 corresponds to the first step in the claims.

(複合体109の作製)
次に、図9に示すように、上述した空気極114を有する単セル110と、集電部材190と、接合部138となる部材である接合前接合部139とを有する部材(以下、「接合前発電単位」という。)107を複数(燃料電池スタック100に備えられる発電単位102の個数分。本実施形態では7つ)備える複合体109を作製する(図7のS13)。集電部材190は、空気極114に対して上下方向の電解質層112とは反対側に配置させる。ここでは、接合前接合部139の一例として、上記にて接合部138の構成材料として挙げたMnを含有する材料に加え、軟性確保のための熱可塑性材料(例えば、樹脂、ガラス等)を含有するものを採用している。接合前接合部139は、上下方向の単セル110と集電部材190との間に位置させる。複数の接合前発電単位107は、上下方向に並べて配置する。なお、接合前発電単位107は、特許請求の範囲における接合前電気化学反応単位に相当する。以下、S13の工程を複合体作製工程S13という。複合体作製工程S13は、特許請求の範囲における第2工程に相当する。
(Preparation of complex 109)
Next, as shown in FIG. 9, a member (hereinafter referred to as “joining A complex 109 having a plurality of power generation units 107 (as many as the power generation units 102 provided in the fuel cell stack 100; seven in the present embodiment) is fabricated (S13 in FIG. 7). The collector member 190 is arranged on the side opposite to the electrolyte layer 112 in the vertical direction with respect to the air electrode 114 . Here, as an example of the pre-bonding portion 139, in addition to the material containing Mn listed above as the constituent material of the bonding portion 138, a thermoplastic material (for example, resin, glass, etc.) for ensuring flexibility is included. We are hiring what we do. The pre-bonding bonding portion 139 is positioned between the unit cell 110 and the collector member 190 in the vertical direction. The plurality of pre-joining power generation units 107 are arranged side by side in the vertical direction. The pre-joining power generation unit 107 corresponds to the pre-joining electrochemical reaction unit in the claims. Hereinafter, the step of S13 is referred to as a composite production step S13. The composite production step S13 corresponds to the second step in the scope of claims.

具体的には、上述した単セル110A、…、110G(図6参照)のように各単セル110を配置する。すなわち、単セル110Aについては、成膜方向dfはY軸正方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(2、3)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(3、2)である。単セル110Bについては、成膜方向dfはX軸負方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(3、2)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(2、1)である。単セル110Cについては、成膜方向dfはY軸負方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(2、1)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(1、2)である。単セル110Dについては、成膜方向dfはX軸正方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(1、2)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(2、3)である。単セル110Eについては、成膜方向dfはY軸正方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(2、3)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(3、2)である。単セル110Fについては、成膜方向dfはX軸負方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(3、2)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(2、1)である。単セル110Gについては、成膜方向dfはY軸負方向であり、最厚分割領域SAmaxは分割領域SA(2、1)であり、最薄分割領域SAminは分割領域SA(1、2)である。このとき、少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける成膜方向dfは、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における成膜方向dfと異なっている、といえる。 Specifically, the unit cells 110 are arranged like the above unit cells 110A, . . . , 110G (see FIG. 6). That is, for the single cell 110A, the film formation direction df is the positive Y-axis direction, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(2,3), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(3,2 ). For the single cell 110B, the film formation direction df is the negative direction of the X axis, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(3,2), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(2,1). be. For the single cell 110C, the film formation direction df is the Y-axis negative direction, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(2,1), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(1,2). be. For the single cell 110D, the film formation direction df is the positive direction of the X axis, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(1,2), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(2,3). be. For the single cell 110E, the film formation direction df is the positive Y-axis direction, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(2,3), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(3,2). be. For the single cell 110F, the film formation direction df is the negative direction of the X axis, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(3,2), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(2,1). be. For the single cell 110G, the film formation direction df is the Y-axis negative direction, the thickest divided area SAmax is the divided area SA(2,1), and the thinnest divided area SAmin is the divided area SA(1,2). be. At this time, it can be said that the film formation direction df in the specific single cell which is at least one single cell 110 is different from the film formation direction df in at least one single cell 110 other than the specific single cell.

上述した単セル110A、…、110Gのように各単セル110を配置する方法は、例えば、以下の通りである。まず、最も下側に位置する単セル110Aを配置する。続いて、単セル110Aの上に、成膜方向dfが単セル110Aの成膜方向dfに対して第1の直線L1(仮想領域VAの中心点Cを通る上下方向の仮想直線)を回転軸として90°回転させた方向である単セル110Bを配置する。このとき、単セル110Bは、第1の直線L1を回転軸として、単セル110Aにおける成膜方向dfを90°回転させた方向を成膜方向dfとする単セル110である、といえる。続いて、単セル110Bの上に、成膜方向dfが単セル110Bの成膜方向dfに対して第1の直線L1を回転軸として90°回転させた方向である単セル110Cを配置する。このとき、単セル110Cは、第1の直線L1を回転軸として、単セル110Aにおける成膜方向dfを180°回転させた方向を成膜方向dfとするものである、といえる。続いて、単セル110Cの上に、成膜方向dfが単セル110Cの成膜方向dfに対して第1の直線L1を回転軸として90°回転させた方向である単セル110Dを配置する。このとき、単セル110Dは、第1の直線L1を回転軸として、単セル110Aにおける成膜方向dfを270°回転させた方向を成膜方向dfとするものである、といえる。単セル110Dの上に配置される単セル110E、…、110Gについても、同様に成膜方向dfを90°ずつ回転させた単セル110を順に配置していく。なお、上下方向視で各単セル110の外縁の位置が揃うようにする。以上のようにして、上述した単セル110A、…、110Gのように各単セル110が配置された構成を容易に実現することができる。 A method of arranging each unit cell 110 like the unit cells 110A, . . . , 110G described above is as follows, for example. First, the lowermost single cell 110A is arranged. Subsequently, on the single cell 110A, the film formation direction df is rotated with respect to the film formation direction df of the single cell 110A with a first straight line L1 (vertical straight line passing through the center point C of the virtual area VA). , the single cell 110B is arranged in a direction rotated by 90°. At this time, it can be said that the unit cell 110B is the unit cell 110 whose film formation direction df is the direction obtained by rotating the film formation direction df of the unit cell 110A by 90° with the first straight line L1 as the rotation axis. Subsequently, on the unit cell 110B, the unit cell 110C whose film formation direction df is rotated by 90° from the film formation direction df of the unit cell 110B about the first straight line L1 is arranged. At this time, it can be said that the film formation direction df of the single cell 110C is obtained by rotating the film formation direction df of the single cell 110A by 180° with the first straight line L1 as the rotation axis. Subsequently, on the unit cell 110C, the unit cell 110D whose film formation direction df is rotated by 90° from the film formation direction df of the unit cell 110C about the first straight line L1 is arranged. At this time, it can be said that the film formation direction df of the single cell 110D is obtained by rotating the film formation direction df of the single cell 110A by 270° with the first straight line L1 as the rotation axis. Similarly, the unit cells 110E, . Note that the outer edges of the unit cells 110 are aligned when viewed in the vertical direction. As described above, a configuration in which the unit cells 110 are arranged like the unit cells 110A, . . . , 110G described above can be easily realized.

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、複合体109を締結する。以上のようにして複合体109は作製される。以下において、複合体109がボルト22およびナット24により締結されてなる部材を、単に「複合体109」という場合がある。 Next, the composite 109 is fastened by inserting the bolt 22 into the communication hole 108 formed in each member and fitting the nut 24 on both sides of the bolt 22 . The composite 109 is produced as described above. Hereinafter, the member formed by fastening the composite 109 with the bolt 22 and the nut 24 may simply be referred to as the "composite 109".

(接合部138の形成)
次に、複合体109を上下方向に加圧することにより、接合部138を形成する(図7のS14)。
(Formation of joint portion 138)
Next, by applying pressure to the composite 109 in the vertical direction, the joint 138 is formed (S14 in FIG. 7).

具体的には、複合体109を焼成炉(電気炉)内の作業台に載置し、複合体109の上下方向視で単セル110に重なる部分(換言すれば、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。これにより、複合体109の当該部分に上下方向の圧縮荷重を加えることにより、空気極114と空気極側集電部134が接合前接合部139に密着した状態となる。このように空気極114と空気極側集電部134が接合前接合部139に密着した状態で接合前接合部139を焼成する。これにより、接合前接合部139(主に導電性材料)が加熱されると共に硬化し、接合部138が形成される。以下、S14の工程を接合部形成工程S14という。接合部形成工程S14は、特許請求の範囲における第3工程に相当する。 Specifically, the composite 109 is placed on a workbench in a firing furnace (electric furnace), and the portion of the composite 109 that overlaps the single cell 110 in a vertical view (in other words, the bolt 22 and the nut 24 The portion on the side that is not directly fastened) is pressed from above with a jig. As a result, the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134 are brought into a state of being in close contact with the pre-bonding joint 139 by applying a vertical compressive load to the relevant portion of the composite 109 . In this way, the pre-bonding bonding portion 139 is fired while the air electrode 114 and the air electrode-side current collector 134 are in close contact with the pre-bonding bonding portion 139 . As a result, the pre-bonding bonding portion 139 (mainly the conductive material) is heated and cured to form a bonding portion 138 . Hereinafter, the step of S14 will be referred to as a joint forming step S14. The junction forming step S14 corresponds to the third step in the claims.

(残りの工程)
次に、残りの組み立て等の工程を行うことにより(図7のS15)、上述した構成の燃料電池スタック100の製造が完了する。
(Remaining process)
Next, by performing the remaining steps such as assembly (S15 in FIG. 7), the manufacture of the fuel cell stack 100 having the configuration described above is completed.

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、上下方向(Z軸方向)に並べて配置された複数の発電単位102(以下、この複数の発電単位102を「上記複数の発電単位102」という。)を備えている。発電単位102は、単セル110と、集電部材190と、接合部138とを有している。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とを含んでいる。単セル110は、上下方向に電解質層112と空気極114と燃料極116とが重なる発電部PGを有している。集電部材190は、空気極114に対して上側(上下方向の電解質層112とは反対側)に配置され、空気極114と電気的に接続される。接合部138は、導電性の部材である。接合部138は、上下方向の単セル110と集電部材190との間に位置し、単セル110と集電部材190とを接合する。少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最厚分割領域SAmaxの位置と異なっている。上下方向視で、上記複数の発電単位102に含まれる全ての発電部PGを包含する矩形の仮想領域VAであって、当該矩形の各辺が上記複数の発電単位102のいずれかの発電部PGに接する仮想領域VAの縦横それぞれを3等分することにより得られる3行3列の各領域を分割領域SAとし、i行目j列目に位置する分割領域SAを分割領域SA(i,j)(i=1,2,3、j=1,2,3)としたときに、最厚分割領域SAmaxは、各発電部PGにおいて、分割領域SA(2,2)を除いた8つの分割領域SAのそれぞれに位置する各部分のうち、上下方向(Z軸方向)の平均厚さatが最も大きい部分と重なる分割領域SAである。
A-5. Effect of this embodiment:
As described above, the fuel cell stack 100 of the present embodiment includes a plurality of power generation units 102 arranged side by side in the vertical direction (Z-axis direction) (hereinafter, the plurality of power generation units 102 will be referred to as "the plurality of power generation units 102 ). The power generation unit 102 has a single cell 110 , a current collecting member 190 and a junction 138 . The unit cell 110 includes an electrolyte layer 112, and an air electrode 114 and a fuel electrode 116 that face each other in the vertical direction with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The single cell 110 has a power generation section PG in which an electrolyte layer 112, an air electrode 114, and a fuel electrode 116 are stacked vertically. The current collecting member 190 is arranged above the air electrode 114 (on the side opposite to the electrolyte layer 112 in the vertical direction) and electrically connected to the air electrode 114 . The joint 138 is a conductive member. The joint portion 138 is positioned between the unit cell 110 and the collector member 190 in the vertical direction, and joins the unit cell 110 and the collector member 190 . The position of the thickest divided region SAmax in the specific single cell which is at least one single cell 110 is different from the position of the thickest divided region SAmax in at least one single cell 110 other than the specific single cell. A rectangular imaginary area VA that includes all the power generation units PG included in the plurality of power generation units 102 when viewed from above and below, and each side of the rectangle corresponds to one of the power generation units PG of the plurality of power generation units 102. Each of the 3 rows and 3 columns obtained by equally dividing the virtual area VA in contact with the ) (i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3), the thickest divided area SAmax is divided into eight divisions excluding the divided area SA (2, 2) in each power generation unit PG. Among the portions located in each of the regions SA, the divided region SA overlaps with the portion having the largest average thickness at in the vertical direction (Z-axis direction).

仮に、上記複数の発電単位102に含まれる全ての単セル110における最厚分割領域SAmaxの位置が同一である構成(以下、「比較構成1」という。)では、製造の際に、接合部形成工程S14において複合体109のうち、上下方向視で最厚分割領域SAmaxに位置する部分に加圧力が集中することにより、単セル110の割れが特に生じやすくなる。 In a configuration in which the positions of the thickest divided regions SAmax are the same in all the unit cells 110 included in the plurality of power generation units 102 (hereinafter referred to as “comparative configuration 1”), joint formation is performed during manufacturing. In step S14, the unit cell 110 is particularly prone to cracking due to the concentration of the applied pressure on the portion of the composite 109 located in the thickest divided area SAmax when viewed from the top-bottom direction.

これに対し、本実施形態の燃料電池スタック100は、上述したように、少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最厚分割領域SAmaxの位置と異なっている。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100においては、製造の際に、上記の比較構成1と比較して、接合部形成工程S14において複合体109のうち、上下方向視で最厚分割領域SAmaxに位置する部分に加圧力が集中することが抑制される。よって、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを抑制することができる。 On the other hand, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, as described above, the position of the thickest divided area SAmax in at least one specific single cell 110 is located in at least one single cell other than the specific single cell. It is different from the position of the thickest divided area SAmax in 110 . Therefore, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in comparison with the above-described comparative configuration 1, in the joint formation step S14, the thickest divided region SAmax in the composite 109 in the vertical direction has Concentration of the applied pressure on the positioned portion is suppressed. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in the joint forming step S14, the single cell 110 caused by the concentration of the pressure force on a part of the composite 109 (the part located in the thickest divided area SAmax). cracking can be suppressed.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、上記複数の発電単位102に含まれる複数の単セル110は、第1の群G1に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である単セル110Cと、第2の群G2に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である単セル110Aとを含んでいる。第1の群G1は、分割領域SA(1,1)と分割領域SA(2,1)と分割領域SA(3,1)とにより構成される群である。第2の群G2は、分割領域SA(1,3)と分割領域SA(2,3)と分割領域SA(3,3)とにより構成される群である。第1の群G1と第2の群G2とは、上下方向視において仮想領域VAの中心点Cを挟んで対向しており、そのため、このような場所に位置する第1の単セル,第2の単セル110A,110Bの最厚分割領域SAmaxは第1の直線L1(仮想領域VAの中心点Cを通る上下方向の仮想直線)の周方向において均等に分散している、といえる。本実施形態の燃料電池スタック100においては、このように単セル110A,単セル110Cの最厚分割領域SAmaxが第1の直線L1の周方向において均等に分散していることにより、複合体109における比較的厚い部分の第1の直線L1の周方向の位置も均等に分散する。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを、より効果的に抑制することができる。 Further, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the plurality of unit cells 110 included in the plurality of power generation units 102 have any of the divided areas SA included in the first group G1 as the thickest divided area SAmax. It includes a single cell 110C, which is the single cell 110, and a single cell 110A, which is the single cell 110 whose thickest divided region SAmax is any of the divided regions SA included in the second group G2. The first group G1 is a group composed of the divided area SA(1,1), the divided area SA(2,1), and the divided area SA(3,1). The second group G2 is a group composed of the divided area SA(1,3), the divided area SA(2,3), and the divided area SA(3,3). The first group G1 and the second group G2 are opposed to each other across the center point C of the virtual area VA when viewed from above and below. It can be said that the thickest divided areas SAmax of the single cells 110A and 110B are evenly distributed in the circumferential direction of the first straight line L1 (vertical virtual straight line passing through the center point C of the virtual area VA). In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the thickest divided regions SAmax of the single cells 110A and 110C are evenly distributed in the circumferential direction of the first straight line L1. The circumferential positions of the first straight line L1 in the relatively thick portion are also distributed evenly. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in the joint forming step S14, the single cell 110 caused by the concentration of the pressure force on a part of the composite 109 (the part located in the thickest divided area SAmax). cracking can be more effectively suppressed.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、単セル110Cは、第1の直線L1(仮想領域VAの中心点Cを通る上下方向の仮想直線)を回転軸として単セル110Aにおける最厚分割領域SAmaxを180°回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとするものである。単セル110Aは、換言すれば、第1の直線L1を回転軸として単セル110Aにおける最厚分割領域SAmaxを0°(または、360°)回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとするものである。本実施形態の燃料電池スタック100においては、このように単セル110A,単セル110Bの最厚分割領域SAmaxが第1の直線L1の周方向において均等に分散していることにより、複合体109における比較的厚い部分の第1の直線L1の周方向の位置も均等に分散する。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを、より効果的に抑制することができる。 In addition, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the single cell 110C has the first straight line L1 (vertical virtual straight line passing through the center point C of the virtual area VA) as the axis of rotation. The divided area SA located at a position obtained by rotating SAmax by 180° is set as the thickest divided area SAmax. In other words, the single cell 110A divides the thickest divided area SA located at a position where the thickest divided area SAmax in the single cell 110A is rotated by 0° (or 360°) about the first straight line L1 as the rotation axis. The area is assumed to be SAmax. In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the thickest divided regions SAmax of the single cells 110A and 110B are evenly dispersed in the circumferential direction of the first straight line L1, so that the composite 109 The circumferential positions of the first straight line L1 in the relatively thick portion are also distributed evenly. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in the joint forming step S14, the single cell 110 caused by the concentration of the pressure force on a part of the composite 109 (the part located in the thickest divided area SAmax). cracking can be more effectively suppressed.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、上下方向視において、単セル110Aの発電部PGと、単セル110Cの発電部PGとは、いずれも外縁の位置が揃った同寸の矩形である。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、最厚分割領域SAmaxが上述したように第1の直線L1の周方向において均等に分散する位置であり、かつ、上下方向視における単セル110A,単セル110Bの形状を互いに一致させることができる。 In addition, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the power generation unit PG of the single cell 110A and the power generation unit PG of the single cell 110C are both rectangles of the same size with aligned outer edges when viewed in the vertical direction. . Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, as described above, the thickest divided areas SAmax are evenly distributed in the circumferential direction of the first straight line L1, and the unit cells 110A in the vertical view , the shapes of the single cells 110B can be made to match each other.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、上記複数の発電単位102に含まれる複数の単セル110は、更に、第3の群G3に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である単セル110Dと、第4の群G4に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である単セル110Bとを含んでいる。第3の群G3は、分割領域SA(1,1)と分割領域SA(1,2)と分割領域SA(1,3)とにより構成される群である。第4の群G4は、分割領域SA(3,1)と分割領域SA(3,2)と分割領域SA(3,3)とにより構成される群である。第3の群G3と第4の群G4とは、上下方向視において仮想領域VAの中心点Cを挟んで対向し、かつ、その対向方向は第1の群G1と第2の群G2との対向方向に直交しており、そのため、このような場所に位置する単セル110A、…、110Dの最厚分割領域SAmaxは第1の直線L1の周方向において特に均等に分散している、といえる。本実施形態の燃料電池スタック100においては、このように単セル110A、…、110Dの最厚分割領域SAmaxが第1の直線L1の周方向において特に均等に分散していることにより、複合体109における比較的厚い部分の第1の直線L1の周方向の位置も特に均等に分散する。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを、より効果的に抑制することができる。 Further, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the plurality of unit cells 110 included in the plurality of power generation units 102 further divide any of the divided areas SA included in the third group G3 into the thickest divided area SAmax. and a single cell 110B which is a single cell 110 having a maximum thickness divided area SAmax which is one of the divided areas SA included in the fourth group G4. The third group G3 is a group composed of the divided area SA(1,1), the divided area SA(1,2), and the divided area SA(1,3). A fourth group G4 is a group composed of the divided area SA(3,1), the divided area SA(3,2), and the divided area SA(3,3). The third group G3 and the fourth group G4 are opposed to each other with the center point C of the virtual area VA interposed therebetween when viewed in the vertical direction, and the opposing direction is the same as that of the first group G1 and the second group G2. . . , 110D located at such locations are evenly dispersed in the circumferential direction of the first straight line L1. . In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the thickest divided regions SAmax of the single cells 110A, . The circumferential position of the first straight line L1 of the relatively thick portion of is also particularly evenly distributed. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in the joint forming step S14, the single cell 110 caused by the concentration of the pressure force on a part of the composite 109 (the part located in the thickest divided area SAmax). cracking can be more effectively suppressed.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、単セル110Bは、第1の直線L1(仮想領域VAの中心点Cを通る上下方向の仮想直線)を回転軸として、単セル110Aにおける最厚分割領域SAmaxを90°回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとするものである。単セル110Dは、第1の直線L1を回転軸として、単セル110Aにおける最厚分割領域SAmaxを270°回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとするものである。従って、単セル110Cと、単セル110Bと、単セル110Dは、それぞれ、第1の直線L1を回転軸として単セル110Aにおける最厚分割領域SAmaxを90°、180°、270°回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとするものであり、単セル110Aは、上述したように、第1の直線L1を回転軸として単セル110Aにおける最厚分割領域SAmaxを0°(または、360°)回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとするものである。本実施形態の燃料電池スタック100においては、このように単セル110A、…、110Dの最厚分割領域SAmaxが第1の直線L1の周方向において特に均等に分散していることにより、複合体109における比較的厚い部分の第1の直線L1の周方向の位置も特に均等に分散する。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、製造の際に、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを、より効果的に抑制することができる。 In addition, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the single cell 110B is divided by the maximum thickness in the single cell 110A with the first straight line L1 (virtual straight line in the vertical direction passing through the center point C of the virtual area VA) as the axis of rotation. The divided area SA located at a position obtained by rotating the area SAmax by 90° is set as the thickest divided area SAmax. In the single cell 110D, the thickest divided area SAmax is the divided area SA located at a position where the thickest divided area SAmax in the single cell 110A is rotated by 270° about the first straight line L1 as the rotation axis. Therefore, the single cell 110C, the single cell 110B, and the single cell 110D are obtained by rotating the thickest divided area SAmax in the single cell 110A by 90°, 180°, and 270°, respectively, about the first straight line L1 as the rotation axis. is the thickest divided area SAmax, and in the single cell 110A, as described above, the thickest divided area SAmax in the single cell 110A is set to 0° ( Alternatively, the divided area SA located at a position rotated by 360° is set as the thickest divided area SAmax. In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the thickest divided regions SAmax of the single cells 110A, . The circumferential position of the first straight line L1 of the relatively thick portion of is also particularly evenly distributed. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the pressure force is concentrated on a portion of the composite 109 (the portion located in the thickest divided region SAmax) in the joint forming step S14 during manufacturing. Cracking of the single cell 110 caused by this can be suppressed more effectively.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、上記複数の発電単位102に含まれる複数の単セル110に含まれる、単セル110Aと、単セル110Cと、単セル110Bと、単セル110Dとは、上下方向に、単セル110A、単セル110B、単セル110C、単セル110D、の順に並び、かつ、互いに隣り合っている。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、複数の単セル110を、それぞれ、90°ずつ回転させて配置することにより、上述した「上下方向に、単セル110A(0°)、単セル110B(90°)、単セル110C(180°)、単セル110D(270°)の順に並んでいる」構成を容易に実現(製造)することができる。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the single cell 110A, the single cell 110C, the single cell 110B, and the single cell 110D included in the plurality of single cells 110 included in the plurality of power generation units 102 are , the unit cells 110A, 110B, 110C, and 110D are arranged in this order in the vertical direction and are adjacent to each other. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, by arranging the plurality of single cells 110 while rotating them by 90°, the above-described “vertical direction of the single cell 110A (0°), single cell A configuration in which the cells 110B (90°), the single cells 110C (180°), and the single cells 110D (270°) are arranged in this order can be easily realized (manufactured).

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、上下方向視において、単セル110Aの発電部PGと、単セル110Bの発電部PGと、単セル110Cの発電部PGと、単セル110Dの発電部PGとは、いずれも外縁の位置が揃った同寸の矩形である。本実施形態の燃料電池スタック100によれば、最厚分割領域SAmaxが上述したように第1の直線L1の周方向において均等に分散する位置であり、かつ、上下方向視における単セル110A,…,単セル110Dの形状を互いに一致させることができる。 In addition, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, when viewed in the vertical direction, the power generation unit PG of the single cell 110A, the power generation unit PG of the single cell 110B, the power generation unit PG of the single cell 110C, and the power generation unit PG of the single cell 110D The PGs are rectangles of the same size with aligned outer edges. According to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the thickest divided areas SAmax are evenly dispersed in the circumferential direction of the first straight line L1 as described above, and the single cells 110A, . . . , the shapes of the single cells 110D can be made to match each other.

また、本実施形態の燃料電池スタック100では、少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最薄分割領域SAminの位置と同じである。最薄分割領域SAminは、各単セル110において、分割領域SA(2,2)を除いた8つの分割領域SAのそれぞれに位置する各部分のうち、上下方向(Z軸方向)の平均厚さatが最も小さい部分と重なる分割領域SAである。特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最薄分割領域SAminの位置と同じである。 In addition, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the position of the thickest divided area SAmax in the specific single cell, which is at least one single cell 110, is the thinnest divided area SAmin in at least one single cell 110 other than the specific single cell. is the same as the position of The thinnest divided area SAmin is the average thickness in the vertical direction (Z-axis direction) of the portions located in each of the eight divided areas SA excluding the divided area SA(2,2) in each unit cell 110. It is the divided area SA that overlaps with the portion where at is the smallest. The position of the thickest divided area SAmax in the specific single cell is the same as the position of the thinnest divided area SAmin in at least one single cell 110 other than the specific single cell.

仮に、上記複数の発電単位102に含まれる全ての単セル110における最厚分割領域SAmaxの位置が最薄分割領域SAminと異なる構成(以下、「比較構成2」という。)では、製造の際に、接合部形成工程S14において複合体109のうち、上下方向視で最厚分割領域SAmaxに位置する部分に加圧力が集中することにより、単セル110の割れが特に生じやすくなる。 In a configuration (hereinafter referred to as “comparative configuration 2”) in which the positions of the thickest divided regions SAmax in all the single cells 110 included in the plurality of power generation units 102 are different from the positions of the thinnest divided regions SAmin, if In the joint forming step S14, the single cell 110 is particularly prone to cracking due to the concentration of pressure on the portion of the composite 109 located in the thickest divided area SAmax in the vertical direction.

これに対し、本実施形態の燃料電池スタック100は、上述したように、少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最薄分割領域SAminの位置と同じである。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100においては、製造の際に、上記の比較構成2と比較して、接合部形成工程S14において複合体109のうち、上下方向視で最厚分割領域SAmaxに位置する部分に加圧力が集中することが抑制される。よって、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを、特に効果的に抑制することができる。 In contrast, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, as described above, the position of the thickest divided area SAmax in at least one specific single cell 110 is located in at least one single cell other than the specific single cell. It is the same as the position of the thinnest divided area SAmin in 110 . Therefore, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in the manufacturing process, in comparison with the above comparative configuration 2, in the composite 109 in the joint forming step S14, the thickest divided region SAmax in the vertical view Concentration of the applied pressure on the positioned portion is suppressed. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in the joint forming step S14, the single cell 110 caused by the concentration of the pressure force on a part of the composite 109 (the part located in the thickest divided area SAmax). can be particularly effectively suppressed.

また、本実施形態の燃料電池スタック100の製造方法は、電極形成工程S12と、複合体作製工程S13と、接合部形成工程S14とを備える。電極形成工程S12は、空気極114となる材料を、上下方向に直交する成膜方向dfに湿式成膜することにより空気極114を複数形成する工程である。複合体作製工程S13は、複合体109を作製する工程である。複合体109は、空気極114を有する単セル110と、空気極114に対して上下方向の電解質層112とは反対側に配置された集電部材190と、接合前接合部139と、を有する接合前発電単位107を複数備える部材である。接合前接合部139は、接合部138となる部材である。接合前接合部139は、上下方向の単セル110と集電部材190との間に位置する。複数の接合前発電単位107は、上下方向に並べて配置される。少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける成膜方向dfは、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における成膜方向dfと異なっている。接合部形成工程S13は、複合体109を上下方向に加圧することにより、接合部138を形成する工程である。本製造方法によれば、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを抑制することができる。 Further, the method for manufacturing the fuel cell stack 100 of the present embodiment includes an electrode forming step S12, a composite manufacturing step S13, and a junction forming step S14. The electrode forming step S12 is a step of forming a plurality of air electrodes 114 by wet-film-forming a material for the air electrodes 114 in a film-forming direction df perpendicular to the vertical direction. The composite preparation step S13 is a step of preparing the composite 109 . The composite 109 has a single cell 110 having an air electrode 114, a current collecting member 190 arranged on the opposite side of the air electrode 114 from the electrolyte layer 112 in the vertical direction, and a pre-bonding joint 139. It is a member provided with a plurality of pre-joining power generation units 107 . The pre-joining joint portion 139 is a member that becomes the joint portion 138 . The pre-bonding bonding portion 139 is positioned between the unit cell 110 and the current collecting member 190 in the vertical direction. The plurality of pre-joining power generation units 107 are arranged side by side in the vertical direction. The film formation direction df in the specific single cell, which is at least one single cell 110, is different from the film formation direction df in at least one single cell 110 other than the specific single cell. The joining portion forming step S13 is a step of forming the joining portion 138 by applying pressure to the composite 109 in the vertical direction. According to this manufacturing method, it is possible to suppress cracking of the single cell 110 due to concentration of pressure on a portion of the composite 109 (portion located in the thickest divided region SAmax) in the joint forming step S14. can.

また、本製造方法では、複合体作製工程S13は、上記複数の発電単位102に含まれる複数の単セル110が単セル110Aと単セル110Cと単セル110Bと単セル110Dとを含む複合体109を作製する工程である。単セル110Cは、第1の直線L1(仮想領域VAの中心点Cを通る上下方向の仮想直線)を回転軸として、単セル110Aにおける成膜方向dfを180°回転させた方向を成膜方向dfとするものである。単セル110Bは、第1の直線L1を回転軸として、単セル110Aにおける成膜方向dfを90°回転させた方向を成膜方向dfとするものである。単セル110Dは、第1の直線L1を回転軸として、単セル110Aにおける成膜方向dfを270°回転させた方向を成膜方向dfとするものである。本製造方法によれば、複数の単セル110を、それぞれ、90°ずつ回転させて配置することにより、上述した「上下方向に、単セル110A(0°)、単セル110C(90°)、単セル110B(180°)、単セル110D(270°)の順に並んでいる」構成を容易に実現(製造)することができる。 In addition, in the present manufacturing method, in the composite manufacturing step S13, the plurality of single cells 110 included in the plurality of power generation units 102 are composites 109 each including a single cell 110A, a single cell 110C, a single cell 110B, and a single cell 110D. It is a process of making. In the single cell 110C, the film formation direction is the direction obtained by rotating the film formation direction df of the single cell 110A by 180° with the first straight line L1 (virtual straight line in the vertical direction passing through the center point C of the virtual area VA) as the rotation axis. df. In the single cell 110B, the film formation direction df is obtained by rotating the film formation direction df in the single cell 110A by 90° with the first straight line L1 as the rotation axis. In the unit cell 110D, the film formation direction df is obtained by rotating the film formation direction df in the unit cell 110A by 270° with the first straight line L1 as the rotation axis. According to this manufacturing method, the plurality of unit cells 110 are rotated by 90° and arranged, thereby achieving the above-described “vertical direction, unit cell 110A (0°), unit cell 110C (90°), A configuration in which the single cells 110B (180°) and the single cells 110D (270°) are arranged in this order can be easily realized (manufactured).

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. Variant:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.

上記実施形態における燃料電池スタック100の構成や燃料電池スタック100を構成する各部分の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、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。また、発電単位102の個数や単セル110の個数は、あくまで一例であり、種々変形可能である。 The configuration of the fuel cell stack 100 and the configuration of each part that constitutes the fuel cell stack 100 in the above embodiment are merely examples, and various modifications are possible. For example, the materials forming each member in the above-described embodiments are merely examples, and each member may be formed of another material. Also, the number of power generation units 102 and the number of unit cells 110 are merely examples, and various modifications are possible.

上記実施形態(または変形例、以下同様)では、電極形成工程S12において、スクリーン印刷によって空気極114を形成しているが、スクリーン印刷以外の方法(例えば、シート成型。以下、「別の方法」という。)によって空気極114(または燃料極116)を形成してもよい。別の方法を用いる際においても、上記実施形態と同様に成膜方向dfを考慮すればよい。 In the above-described embodiment (or modified example, the same shall apply hereinafter), the air electrode 114 is formed by screen printing in the electrode forming step S12. ) may form the air electrode 114 (or the anode 116). Even when another method is used, the film forming direction df may be taken into account as in the above embodiment.

各発電単位102(特に、単セル110)の構成は、「少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最厚分割領域SAmaxの位置と異なっている」という条件を満たすのであれば、上記実施形態における構成に限られず、その他の構成であってもよい。例えば、各単セル110の厚さ(特に、平均厚さat)の分布(例えば、最厚分割領域SAmaxの位置や最薄分割領域SAminの位置)が上記実施形態のものと異なるものであってもよい。また、上記複数の発電単位102(または、上記複数の発電単位102に含まれる複数の単セル110)の一部のみを含む構成であってもよい。単セル110A、…、単セル110Gのうち、単セル110A(0°)、単セル110B(180°)、単セル110E(0°)、単セル110F(180°)のみを備える構成であってもよい。また、上記実施形態(または変形例)において、発電単位102(特に、単セル110)間に、更に別の発電単位102(特に、単セル110)間が備えられていてもよい。このような構成においても、「少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最厚分割領域SAmaxの位置と異なっている」という条件を満たすことにより、上記実施形態と同様の理由から、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを抑制することができる。 The configuration of each power generation unit 102 (particularly the single cell 110) is such that "the position of the thickest divided area SAmax in a specific single cell that is at least one single cell 110 is the thickest in at least one single cell 110 other than the specific single cell. It is not limited to the configuration in the above-described embodiment, and other configurations may be used as long as the condition "the position is different from the position of the thickness division region SAmax" is satisfied. For example, the distribution of the thickness (in particular, the average thickness at) of each unit cell 110 (for example, the position of the thickest divided area SAmax and the position of the thinnest divided area SAmin) differs from that of the above embodiment. good too. Moreover, the configuration may include only a portion of the plurality of power generation units 102 (or the plurality of unit cells 110 included in the plurality of power generation units 102). Of the single cells 110A, . good too. In addition, in the above-described embodiment (or modification), between the power generation units 102 (particularly the unit cells 110) may be further provided between other power generation units 102 (particularly the single cells 110). In such a configuration as well, "the position of the thickest divided region SAmax in the specific single cell that is at least one single cell 110 is different from the position of the thickest divided region SAmax in at least one single cell 110 other than the specific single cell." For the same reason as in the above embodiment, by satisfying the condition that the pressure is concentrated on a part of the composite 109 (the part located in the thickest divided area SAmax) in the joint part forming step S14. Cracking of the single cell 110 caused by this can be suppressed.

また、各発電単位102(特に、単セル110)の構成は、「上記複数の発電単位102に含まれる複数の単セル110は、第1の群G1に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110と、第2の群G2に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110とを含んでいる」という条件を満たすのであれば、上記実施形態における構成に限られず、その他の構成であってもよい。例えば、各単セル110の厚さ(特に、平均厚さat)の分布(例えば、最厚分割領域SAmaxの位置や最薄分割領域SAminの位置)が上記実施形態のものと異なるものであってもよい。このような構成においても、「上記複数の発電単位102に含まれる複数の単セル110は、第1の群G1に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110と、第2の群G2に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110とを含んでいる」という条件を満たすことにより、上記実施形態と同様の理由から、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを、より効果的に抑制することができる。 In addition, the configuration of each power generation unit 102 (especially the single cell 110) is such that "the plurality of single cells 110 included in the plurality of power generation units 102 maximizes any of the divided areas SA included in the first group G1. includes a single cell 110 having a thickness divided area SAmax and a single cell 110 having a maximum thickness divided area SAmax that is any of the divided areas SA included in the second group G2". The configuration is not limited to the configuration in the above embodiment, and other configurations may be employed. For example, the distribution of the thickness (in particular, the average thickness at) of each unit cell 110 (for example, the position of the thickest divided area SAmax and the position of the thinnest divided area SAmin) differs from that of the above embodiment. good too. Also in such a configuration, "the plurality of single cells 110 included in the plurality of power generation units 102 are the single cells 110 in which any of the divided areas SA included in the first group G1 is the thickest divided area SAmax. , and the single cell 110 having the thickest divided region SAmax in any one of the divided regions SA included in the second group G2. It is possible to more effectively suppress cracking of the single cell 110 due to concentration of pressure on a portion of the composite 109 (portion located in the thickest divided region SAmax) in the forming step S14.

また、各発電単位102(特に、単セル110)の構成は、「単セル110は、第1の直線L1(仮想領域VAの中心点Cを通る上下方向の仮想直線)を回転軸として単セル110における最厚分割領域SAmaxを180°回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとするものである」という条件を満たすのであれば、上記実施形態における構成に限られず、その他の構成であってもよい。このような構成においても、「単セル110は、第1の直線L1(仮想領域VAの中心点Cを通る上下方向の仮想直線)を回転軸として単セル110における最厚分割領域SAmaxを180°回転させた場所に位置する分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとするものである」という条件を満たすことにより、上記実施形態と同様の理由から、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを、より効果的に抑制することができる。 In addition, the configuration of each power generation unit 102 (particularly, the single cell 110) is such that "the single cell 110 is a single cell with a first straight line L1 (virtual straight line in the vertical direction passing through the center point C of the virtual area VA) as a rotation axis. The thickest divided area SAmax is the divided area SA located at a position where the thickest divided area SAmax in 110 is rotated by 180°." may be configured. In such a configuration as well, the single cell 110 is configured such that the maximum thickness divided area SAmax in the single cell 110 is 180° with the first straight line L1 (virtual straight line in the vertical direction passing through the center point C of the virtual area VA) as the axis of rotation. By satisfying the condition that the divided area SA located at the rotated position is the thickest divided area SAmax, for the same reason as in the above embodiment, a part of the composite 109 is formed in the joint forming step S14. Cracking of the single cell 110 due to concentration of pressure on (the portion located in the thickest divided area SAmax) can be more effectively suppressed.

また、各発電単位102(特に、単セル110)の構成は、「上記複数の発電単位102に含まれる複数の単セル110は、第3の群G3に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である単セル110Dと、第4の群G4に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である単セル110Bとを含んでいる」という条件を満たすのであれば、上記実施形態における構成に限られず、その他の構成であってもよい。例えば、各単セル110の厚さ(特に、平均厚さat)の分布(例えば、最厚分割領域SAmaxの位置や最薄分割領域SAminの位置)が上記実施形態のものと異なるものであってもよい。このような構成においても、「上記複数の発電単位102に含まれる複数の単セル110は、第3の群G3に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である単セル110Dと、第4の群G4に含まれる何れかの分割領域SAを最厚分割領域SAmaxとする単セル110である単セル110Bとを含んでいる」という条件を満たすことにより、上記実施形態と同様の理由から、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを、より効果的に抑制することができる。 In addition, the configuration of each power generation unit 102 (particularly the single cell 110) is such that "the plurality of single cells 110 included in the plurality of power generation units 102 maximizes any of the divided areas SA included in the third group G3. A single cell 110D that is a single cell 110 having a thickness divided area SAmax, and a single cell 110B that is a single cell 110 having a thickest divided area SAmax that is any of the divided areas SA included in the fourth group G4. The configuration is not limited to the configuration in the above embodiment, and other configurations may be employed as long as the condition "there is a For example, the distribution of the thickness (in particular, the average thickness at) of each unit cell 110 (for example, the position of the thickest divided area SAmax and the position of the thinnest divided area SAmin) differs from that of the above embodiment. good too. In such a configuration as well, "the plurality of single cells 110 included in the plurality of power generation units 102 are unit cells 110 in which any of the divided areas SA included in the third group G3 is the thickest divided area SAmax. a certain unit cell 110D and a unit cell 110B which is a unit cell 110 having a maximum thickness divided area SAmax of any of the divided areas SA included in the fourth group G4" is satisfied. For the same reason as in the embodiment, cracking of the single cell 110 due to concentration of pressure on a portion of the composite 109 (portion located in the thickest divided region SAmax) in the joint forming step S14 is more effectively prevented. can be effectively suppressed.

各発電単位102(特に、単セル110)の構成は、「少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最薄分割領域SAminの位置と同じである」という条件を満たすのであれば、上記実施形態における構成に限られず、その他の構成であってもよい。例えば、各単セル110の厚さ(特に、平均厚さat)の分布(例えば、最厚分割領域SAmaxの位置や最薄分割領域SAminの位置)が上記実施形態のものと異なるものであってもよい。このような構成においても、「少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最薄分割領域SAminの位置と同じである」という条件を満たすことにより、上記実施形態と同様の理由から、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを、特に効果的に抑制することができる。 The configuration of each power generation unit 102 (particularly the single cell 110) is such that "the position of the thickest divided area SAmax in a specific single cell that is at least one single cell 110 is the thickest in at least one single cell 110 other than the specific single cell. It is not limited to the configuration in the above-described embodiment, and other configurations may be used as long as the condition "the position is the same as that of the thinly divided area SAmin" is satisfied. For example, the distribution of the thickness (in particular, the average thickness at) of each unit cell 110 (for example, the position of the thickest divided area SAmax and the position of the thinnest divided area SAmin) differs from that of the above embodiment. good too. Also in such a configuration, "the position of the thickest divided region SAmax in the specific single cell that is at least one single cell 110 is the same as the position of the thinnest divided region SAmin in at least one single cell 110 other than the specific single cell. By satisfying the condition that the pressure is concentrated on a part of the composite 109 (the part located in the thickest divided area SAmax) in the joint part forming step S14 for the same reason as in the above embodiment. Cracking of the single cell 110 caused by this can be suppressed particularly effectively.

上記実施形態では、各発電単位102は、いずれも上下方向視において同寸の矩形であるが、一部または全部の発電単位102について、同寸でない構成としてもよく、矩形でない構成としてもよい。 In the above-described embodiment, the power generation units 102 are all rectangular with the same dimensions when viewed in the vertical direction, but some or all of the power generation units 102 may be configured to have unequal dimensions or non-rectangular configurations.

上記実施形態では、各単セル110の発電部PGは、いずれも上下方向視において外縁の位置が揃った同寸の矩形であるが、一部または全部の単セル110について、外縁の位置が揃っていない構成としてもよく、同寸でない構成としてもよく、矩形でない構成としてもよい。 In the above-described embodiment, the power generating units PG of the unit cells 110 are rectangular with the same size and the outer edges are aligned when viewed in the vertical direction. It may be a non-rectangular configuration, a non-equal size configuration, or a non-rectangular configuration.

上記実施形態では、仮想領域VA(の輪郭)を示す矩形の各辺が上記複数の発電単位102の全ての発電部PGに接しているが、仮想領域VAは、仮想領域VA(の輪郭)を示す矩形の各辺が上記複数の発電単位102の全ての発電部PGに接していなくてもいずれかの発電部PGに接しているものであればよい。 In the above embodiment, each side of the rectangle indicating (the outline of) the virtual area VA is in contact with all the power generation units PG of the plurality of power generation units 102, but the virtual area VA (the outline of) the virtual area VA is Each side of the illustrated rectangle does not need to be in contact with all of the power generation units PG of the plurality of power generation units 102 as long as it is in contact with any one of the power generation units PG.

上記実施形態では、電極形成工程S12において、スクリーン印刷によって空気極114を形成しているが、スクリーン印刷以外の方法(例えば、シート成型。以下、「別の方法」という。)によって空気極114(または燃料極116)を形成してもよい。別の方法を用いる際においても、上記実施形態と同様に、別の方法における成膜方向dfを考慮すればよい。 In the above embodiment, the air electrode 114 is formed by screen printing in the electrode forming step S12. Alternatively, the fuel electrode 116) may be formed. Even when using another method, the film forming direction df in the other method may be taken into consideration, as in the above embodiment.

上記実施形態では、空気極114に対して上側(上下方向の電解質層112とは反対側)に配置され、空気極114と電気的に接続される集電部材190と、上下方向の単セル110と集電部材190との間に位置し、単セル110と集電部材190とを接合する導電性の接合部138とを備える構成である。このような集電部材190および接合部138に換えて、または加えて、燃料極116に対して下側(上下方向の電解質層112とは反対側)に配置され、燃料極116と電気的に接続される集電部材(以下、「燃料極側集電部材」という。)と、上下方向の単セル110と燃料極側集電部材との間に位置し、単セル110と燃料極側集電部材とを接合する導電性の接合部(以下、「燃料極側接合部」という。)とを備えていてもよい。燃料極側集電部材および燃料極側接合部を備える構成においても、集電部材190および接合部138を備える構成と同様に、燃料極116の厚さのバラつきに起因する単セル110の割れが問題となり得るが、「少なくとも1つの単セル110である特定単セルにおける最厚分割領域SAmaxの位置は、特定単セル以外の少なくとも1つの単セル110における最厚分割領域SAmaxの位置と異なっている」構成を採用することにより、上記実施形態と同様の理由から、接合部形成工程S14において複合体109の一部(最厚分割領域SAmaxに位置する部分)に加圧力が集中することに起因する単セル110の割れを抑制することができる。 In the above-described embodiment, the collector member 190 is arranged on the upper side of the air electrode 114 (the side opposite to the electrolyte layer 112 in the vertical direction) and is electrically connected to the air electrode 114, and the unit cells 110 in the vertical direction and a current collecting member 190 and a conductive joint 138 that joins the single cell 110 and the current collecting member 190 . In place of or in addition to the current collecting member 190 and the joint 138, the current collecting member 190 is arranged on the lower side of the fuel electrode 116 (the side opposite to the electrolyte layer 112 in the vertical direction), and is electrically connected to the fuel electrode 116. A current collecting member to be connected (hereinafter referred to as a "fuel electrode side current collecting member") is positioned between the single cell 110 and the fuel electrode side current collecting member in the vertical direction, and the single cell 110 and the fuel electrode side current collecting member are positioned. A conductive joint portion (hereinafter referred to as a “fuel electrode side joint portion”) that joins the electrical member may also be provided. In the configuration including the fuel electrode side current collecting member and the fuel electrode side joint portion, as in the configuration including the current collecting member 190 and the joint portion 138, cracking of the single cell 110 due to the variation in the thickness of the fuel electrode 116 occurs. Although it may be a problem, "the position of the thickest divided region SAmax in a specific single cell that is at least one single cell 110 is different from the position of the thickest divided region SAmax in at least one single cell 110 other than the specific single cell. By adopting the configuration, for the same reason as in the above embodiment, the pressure force is concentrated on a part of the composite 109 (the part located in the thickest divided area SAmax) in the joint forming step S14. Cracking of the single cell 110 can be suppressed.

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燃料電池スタック100を対象としているが、本明細書に開示される技術は、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単セルを複数備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。 Further, in the above-described embodiment, the target is the fuel cell stack 100 that generates power using the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidant gas, but the present specification discloses The technology is equally applicable to electrolytic cell stacks comprising a plurality of electrolytic single cells, which are the building blocks of a solid oxide electrolytic cell (SOEC) that utilizes the electrolysis reaction of water to produce hydrogen.

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、本明細書に開示される技術は、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。 Further, in the above embodiments, a solid oxide fuel cell (SOFC) was described as an example, but the technology disclosed in this specification can be applied to other types of fuel cells (such as a molten carbonate fuel cell (MCFC)). or electrolytic cell).

22(22A、…、22E):ボルト 24:ナット 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 32,34:孔 44:導電性部 45:カバー部材対向部 46:インターコネクタ対向部 47:連接部 48:接続部材 49:弾性部 50:カバー部材 58:上側特定空間 60:カバー用セパレータ 61:第3のセパレータ貫通孔 66:内側部 67:外側部 68:連結部 70:上側ターミナルプレート 71:孔 78:突出部 80:下側ターミナルプレート 88:突出部 92:上側絶縁シート 94:孔 96:下側絶縁シート 100:燃料電池スタック 102(102A、…、102G):発電単位 102X:上側特定発電単位 103:発電ブロック 104:上側エンドプレート 106:下側エンドプレート 107:接合前発電単位 108:連通孔 109:複合体 110(110A、…、110G):単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 118:中間層 120:単セル用セパレータ 121:第1のセパレータ貫通孔 122:第1のセパレータ内周部 124:接合部 125:ガラスシール部 126:内側部 127:外側部 128:連結部 130:空気極側フレーム 131:孔 132:酸化剤ガス供給連通孔 133:酸化剤ガス排出連通孔 134:空気極側集電部 138:接合部 139:接合前接合部 140:燃料極側フレーム 141:孔 142:燃料ガス供給連通孔 143:燃料ガス排出連通孔 144:導電性部 145:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 148:燃料極側集電部材 149:弾性部 150:平板部 161:酸化剤ガス供給マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス供給マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 180:IC用セパレータ 180X:最上位IC用セパレータ 181:第2のセパレータ貫通孔 181X:(最上位IC用セパレータの)第2のセパレータ貫通孔 182:第2のセパレータ内周部 186:内側部 187:外側部 188:連結部 190:集電部材 190X:最上位集電部材 194:被覆層 196:導電性接合材 270:上側ターミナル単位 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス L1:第1の直線 OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス PG:発電部 SA:分割領域 SAmax:最厚分割領域 SAmin:最薄分割領域 VA:仮想領域 df:成膜方向 22 (22A, ..., 22E): bolt 24: nut 26: insulating sheet 27: gas passage member 28: body portion 29: branching portion 32, 34: hole 44: conductive portion 45: cover member facing portion 46: interconnector Opposing part 47: Connecting part 48: Connecting member 49: Elastic part 50: Cover member 58: Upper specific space 60: Separator for cover 61: Third separator through-hole 66: Inner part 67: Outer part 68: Connecting part 70: Upper terminal plate 71: hole 78: protrusion 80: lower terminal plate 88: protrusion 92: upper insulating sheet 94: hole 96: lower insulating sheet 100: fuel cell stack 102 (102A, ..., 102G): power generation unit 102X: Upper specific power generation unit 103: Power generation block 104: Upper end plate 106: Lower end plate 107: Power generation unit before bonding 108: Communication hole 109: Composite 110 (110A, ..., 110G): Single cell 112: Electrolyte layer 114: air electrode 116: fuel electrode 118: intermediate layer 120: single cell separator 121: first separator through-hole 122: first separator inner peripheral portion 124: joint portion 125: glass seal portion 126: inner portion 127: Outer portion 128: Connecting portion 130: Air electrode side frame 131: Hole 132: Oxidant gas supply communication hole 133: Oxidant gas discharge communication hole 134: Air electrode side current collector 138: Joint 139: Pre-joining joint 140 : fuel electrode side frame 141: hole 142: fuel gas supply passage 143: fuel gas discharge passage 144: conductive portion 145: electrode facing portion 146: interconnector facing portion 147: connecting portion 148: fuel electrode side current collecting member 149: Elastic portion 150: Flat plate portion 161: Oxidant gas supply manifold 162: Oxidant gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas supply manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 180: Separator for IC 180X: Maximum Upper IC separator 181: Second separator through-hole 181X: Second separator through-hole (of the uppermost IC separator) 182: Second separator inner peripheral portion 186: Inner portion 187: Outer portion 188: Connecting portion 190: Current collecting member 190X: Uppermost current collecting member 194: Coating layer 196: Conductive bonding material 270: Upper terminal unit FG: Fuel gas FOG: Fuel off-gas L1: First straight line OG: Oxidant gas OOG: Oxidant offgas PG: Power generation unit SA: Divided area SAmax: Thickest divided area SAmin: Thinnest divided area VA: Virtual area df: Film formation direction

Claims (7)

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、を含む単セルであって、前記第1の方向に前記電解質層と前記空気極と前記燃料極とが重なる発電部を有する単セルと、
前記空気極と前記燃料極との一方である特定電極に対して前記第1の方向の前記電解質層とは反対側に配置され、前記特定電極と電気的に接続される集電部材と、
前記第1の方向の前記単セルと前記集電部材との間に位置し、前記単セルと前記集電部材とを接合する導電性の接合部と、
をそれぞれ有し、前記第1の方向に並べて配置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、
前記第1の方向視で、前記複数の電気化学反応単位に含まれる全ての前記発電部を包含する矩形の仮想領域であって、前記矩形の各辺が前記複数の電気化学反応単位のいずれかの前記発電部に接する仮想領域の縦横それぞれを3等分することにより得られる3行3列の各領域を分割領域とし、i行目j列目に位置する前記分割領域を分割領域(i,j)(i=1,2,3、j=1,2,3)とし、各前記発電部において、分割領域(2,2)を除いた8つの前記分割領域のそれぞれに位置する各部分のうち、前記第1の方向の平均厚さが最も大きい部分と重なる前記分割領域を最厚分割領域としたときに、
少なくとも1つの前記単セルである特定単セルにおける前記最厚分割領域の位置は、前記特定単セル以外の少なくとも1つの前記単セルにおける前記最厚分割領域の位置と異なっており
分割領域(1,1)と分割領域(2,1)と分割領域(3,1)とにより構成される群を第1の群とし、分割領域(1,3)と分割領域(2,3)と分割領域(3,3)とにより構成される群を第2の群としたときに、
前記複数の電気化学反応単位に含まれる複数の前記単セルは、
前記第1の群に含まれる何れかの前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルである第1の単セルと、
前記第2の群に含まれる何れかの前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルである第2の単セルと、を含み、
分割領域(1,1)と分割領域(1,2)と分割領域(1,3)とにより構成される群を第3の群とし、分割領域(3,1)と分割領域(3,2)と分割領域(3,3)とにより構成される群を第4の群としたときに、
前記複数の電気化学反応単位に含まれる複数の前記単セルは、更に、
前記第3の群に含まれる何れかの前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルである第3の単セルと、
前記第4の群に含まれる何れかの前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルである第4の単セルと、を含む、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
A 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, wherein the electrolyte layer, the air electrode and the fuel electrode are arranged in the first direction. A single cell having a power generation unit that overlaps with
a current collecting member disposed on a side opposite to the electrolyte layer in the first direction with respect to a specific electrode, which is one of the air electrode and the fuel electrode, and electrically connected to the specific electrode;
a conductive joint located between the single cell and the current collecting member in the first direction and joining the single cell and the current collecting member;
in an electrochemical reaction cell stack comprising a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, each having
A rectangular imaginary area that includes all the power generation units included in the plurality of electrochemical reaction units when viewed from the first direction, wherein each side of the rectangle is one of the plurality of electrochemical reaction units Each region of 3 rows and 3 columns obtained by equally dividing each of the vertical and horizontal regions of the virtual region in contact with the power generation unit of is a divided region, and the divided region located in the i-th row and j-th column is a divided region (i, j) (i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3), and in each power generation unit, each part located in each of the eight divided regions excluding the divided region (2, 2) Among them, when the divided region overlapping with the portion having the largest average thickness in the first direction is defined as the thickest divided region,
the position of the thickest divided region in at least one specific single cell is different from the position of the thickest divided region in at least one of the single cells other than the specific single cell;
A group composed of the divided area (1,1), the divided area (2,1), and the divided area (3,1) is defined as the first group, and the divided area (1,3) and the divided area (2,3) ) and the divided region (3, 3) as the second group,
the plurality of single cells included in the plurality of electrochemical reaction units,
a first unit cell which is the unit cell having any one of the divided regions included in the first group as the thickest divided region;
a second single cell that is the single cell having any of the divided regions included in the second group as the thickest divided region;
A group composed of the divided area (1,1), the divided area (1,2), and the divided area (1,3) is defined as the third group, and the divided area (3,1) and the divided area (3,2) are defined as the third group. ) and the divided region (3, 3) as the fourth group,
The plurality of single cells included in the plurality of electrochemical reaction units further
a third single cell, which is the single cell having any one of the divided regions included in the third group as the thickest divided region;
a fourth unit cell which is the unit cell having any of the divided regions included in the fourth group as the thickest divided region;
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1に記載の電気化学反応セルスタックであって、
前記第2の単セルは、前記仮想領域の中心点を通る前記第1の方向の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記最厚分割領域を180°回転させた場所に位置する前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルであり、
前記第3の単セルは、前記仮想領域の中心点を通る前記第1の方向の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記最厚分割領域を90°回転させた場所に位置する前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルであり、
前記第4の単セルは、前記仮想領域の中心点を通る前記第1の方向の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記最厚分割領域を270°回転させた場所に位置する前記分割領域を前記最厚分割領域とする前記単セルである、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
The electrochemical reaction cell stack according to claim 1 ,
The second unit cell is located at a position obtained by rotating the thickest divided area of the first unit cell by 180° about a straight line in the first direction passing through the center point of the virtual area as a rotation axis. the single cell having the divided region as the thickest divided region;
The third unit cell is located at a position obtained by rotating the thickest divided area of the first unit cell by 90° with a straight line in the first direction passing through the center point of the virtual area as a rotation axis. the single cell having the divided region as the thickest divided region;
The fourth unit cell is located at a location obtained by rotating the thickest divided area in the first unit cell by 270° with a straight line in the first direction passing through the center point of the virtual area as a rotation axis. The single cell having the divided region as the thickest divided region,
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1または請求項2に記載の電気化学反応セルスタックであって、
前記複数の電気化学反応単位に含まれる複数の前記単セルに含まれる、前記第1の単セルと、前記第2の単セルと、前記第3の単セルと、前記第4の単セルとは、
前記第1の方向に、前記第1の単セル、前記第3の単セル、前記第2の単セル、前記第4の単セル、の順に並び、かつ、互いに隣り合っている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
The electrochemical reaction cell stack according to claim 1 or claim 2 ,
the first unit cell, the second unit cell, the third unit cell, and the fourth unit cell included in the plurality of unit cells included in the plurality of electrochemical reaction units; teeth,
The first unit cell, the third unit cell, the second unit cell, and the fourth unit cell are arranged in this order in the first direction and are adjacent to each other.
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
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セルスタックであって、
前記第1の方向視において、前記第1の単セルの前記発電部と、前記第2の単セルの前記発電部と、前記第3の単セルの前記発電部と、前記第4の単セルの前記発電部とは、いずれも外縁の位置が揃った同寸の矩形である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
An electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 3 ,
When viewed from the first direction, the power generation unit of the first unit cell, the power generation unit of the second unit cell, the power generation unit of the third unit cell, and the fourth unit cell The power generation unit of is a rectangle of the same size with the outer edges aligned,
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
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セルスタックであって、
各前記単セルにおいて、分割領域(2,2)を除いた8つの前記分割領域のそれぞれに位置する各部分のうち、前記第1の方向の平均厚さが最も小さい部分と重なる前記分割領域を最薄分割領域としたときに、
前記特定単セルにおける前記最厚分割領域の位置は、前記特定単セル以外の少なくとも1つの前記単セルにおける前記最薄分割領域の位置と同じである、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
An electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 4 ,
In each of the single cells, among the portions located in each of the eight divided regions excluding the divided region (2, 2), the divided region overlapping the portion having the smallest average thickness in the first direction When the thinnest divided area is used,
The position of the thickest divided region in the specific single cell is the same as the position of the thinnest divided region in at least one of the single cells other than the specific single cell.
An electrochemical reaction cell stack characterized by:
請求項1に記載の電気化学反応セルスタックを製造する方法であって、
前記特定電極となる材料を、前記第1の方向に直交する成膜方向に湿式成膜することにより前記特定電極を複数形成する第1工程と、
前記特定電極を有する前記単セルと、前記特定電極に対して前記第1の方向の前記電解質層とは反対側に配置された前記集電部材と、前記接合部となる部材である接合前接合部であって、前記第1の方向の前記単セルと前記集電部材との間に位置する接合前接合部と、を有する接合前電気化学反応単位を複数備える複合体であって、複数の前記接合前電気化学反応単位が前記第1の方向に並べて配置されており、かつ、少なくとも1つの前記単セルである特定単セルにおける前記成膜方向が、前記特定単セル以外の少なくとも1つの前記単セルにおける前記成膜方向と異なっている複合体を作製する第2工程と、
前記複合体を前記第1の方向に加圧することにより、前記接合部を形成する第3工程と、
を備え、
前記第2工程は、
前記複数の電気化学反応単位に含まれる複数の前記単セルが、
第1の単セルと、
前記第1の方向の第1の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記成膜方向を180°回転させた方向を前記成膜方向とする前記単セルである第2の単セルと、
前記第1の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記成膜方向を90°回転させた方向を前記成膜方向とする前記単セルである第3の単セルと、
前記第1の直線を回転軸として、前記第1の単セルにおける前記成膜方向を270°回転させた方向を前記成膜方向とする前記単セルである第4の単セルと、を含む、前記複合体を作製する工程である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタックの製造方法。
A method of manufacturing an electrochemical reaction cell stack according to claim 1, comprising:
a first step of forming a plurality of the specific electrodes by wet film-forming a material for the specific electrode in a film-forming direction orthogonal to the first direction;
The single cell having the specific electrode, the current collecting member disposed on the side opposite to the electrolyte layer in the first direction with respect to the specific electrode, and a pre-bonding member serving as the bonding portion a pre-bonding junction positioned between the single cell in the first direction and the current collecting member, the composite comprising a plurality of pre-bonding electrochemical reaction units, wherein a plurality of The pre-bonding electrochemical reaction units are arranged side by side in the first direction, and the film formation direction in at least one of the specific single cells is the same as that of at least one of the specific single cells other than the specific single cell. a second step of fabricating a composite that is different from the film formation direction in the single cell;
a third step of forming the joint by pressing the composite in the first direction;
with
The second step is
the plurality of single cells included in the plurality of electrochemical reaction units,
a first single cell;
A second single cell which is the single cell having a direction obtained by rotating the film formation direction of the first unit cell by 180° about the first straight line in the first direction as a rotation axis. and,
a third unit cell that is the unit cell whose film formation direction is a direction obtained by rotating the film formation direction of the first unit cell by 90° about the first straight line as a rotation axis;
a fourth unit cell that is the unit cell whose film formation direction is the direction obtained by rotating the film formation direction of the first unit cell by 270° about the first straight line as a rotation axis; A step of producing the composite,
A method for manufacturing an electrochemical reaction cell stack, characterized by:
請求項6に記載の電気化学反応セルスタックの製造方法であって、A method for manufacturing an electrochemical reaction cell stack according to claim 6,
前記第1の単セル、前記第2の単セル、前記第3の単セル、および前記第4の単セルが、同じ製造条件で製造された単セルである、The first single cell, the second single cell, the third single cell, and the fourth single cell are single cells manufactured under the same manufacturing conditions,
ことを特徴とする電気化学反応セルスタックの製造方法。A method for manufacturing an electrochemical reaction cell stack, characterized by:
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