JP7328274B2 - Fuel cell single cell, fuel cell stack, and fuel cell single cell manufacturing method - Google Patents

Fuel cell single cell, fuel cell stack, and fuel cell single cell manufacturing method Download PDF

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Description

本明細書によって開示される技術は、燃料電池単セル、燃料電池スタック、および燃料電池単セルの製造方法に関する。 The technology disclosed by this specification relates to a fuel cell single cell, a fuel cell stack, and a method for manufacturing a fuel cell single cell.

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、燃料電池単セル（以下、「単セル」という。）を備える。単セルは、電解質層と、電解質層の所定の方向（以下、「第１の方向」という。）の一方側に配置された空気極と、電解質層の第１の方向の他方側に配置された燃料極と、を備える。 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. The SOFC includes a single fuel cell (hereinafter referred to as "single cell"). The single cell includes an electrolyte layer, an air electrode arranged on one side of the electrolyte layer in a predetermined direction (hereinafter referred to as "first direction"), and an air electrode arranged on the other side of the electrolyte layer in the first direction. and a fuel electrode.

従来、上述した燃料極の内部に改質触媒を備える単セルの構成が知られている（例えば、特許文献１）。この単セルにおいては、例えば、炭化水素（例えばＣＨ２）を用いて水素リッチな燃料ガスとするために、または別途の改質器により炭化水素を改質して得られる燃料ガスをさらに改質するために、燃料極周辺に導入される燃料ガスを、燃料極の内部に備えられた改質触媒（例えばＮｉ）により改質する。 Conventionally, there is known a configuration of a single cell provided with a reforming catalyst inside the fuel electrode described above (for example, Patent Document 1). In this single cell, for example, a hydrocarbon (e.g., CH 2 ) is used to make a hydrogen-rich fuel gas, or a separate reformer is used to further reform the fuel gas obtained by reforming the hydrocarbon. To do so, the fuel gas introduced around the fuel electrode is reformed by a reforming catalyst (for example, Ni) provided inside the fuel electrode.

特開２０１９－３６４１３号公報JP 2019-36413 A

上述した改質触媒による改質反応は吸熱反応である。上述した単セルでは、燃料極のうち、第１の方向に電解質層と空気極とに重なっている部分（以下、「燃料極発電部」という。）内で上記改質反応が生じることにより燃料極発電部内の温度が低くなり、これにより単セルの発電性能が低下するおそれがある。 The reforming reaction by the reforming catalyst described above is an endothermic reaction. In the single cell described above, the reforming reaction occurs in the portion of the fuel electrode that overlaps the electrolyte layer and the air electrode in the first direction (hereinafter referred to as the "fuel electrode power generation section"), and the fuel is The temperature inside the pole power generation unit is lowered, which may reduce the power generation performance of the single cell.

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燃料電池単セルは、電解質層と、前記電解質層の第１の方向の一方側に配置された空気極と、前記電解質層の前記第１の方向の他方側に配置された燃料極であって、改質触媒を備える燃料極と、を備え、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っている発電部と、前記発電部に含まれない非発電部であって、前記燃料極の一部である燃料極非発電部を含む非発電部と、を有する、燃料電池単セルにおいて、前記燃料極非発電部は、前記燃料電池単セルを構成する前記燃料極以外の部材から露出する露出表面を有し、前記燃料極非発電部に、前記露出表面に開口する入り口の長さが当該入り口の幅の５倍以上である溝が形成されている。 (1) A single fuel cell disclosed in this specification comprises an electrolyte layer, an air electrode disposed on one side of the electrolyte layer in the first direction, and the other side of the electrolyte layer in the first direction. a fuel electrode disposed on the side of the In a fuel cell single cell having a non-power generating portion that is not included in the power generating portion and includes a non-power generating portion that is a part of the fuel electrode, the fuel electrode non-power generating portion is: It has an exposed surface exposed from a member other than the fuel electrode constituting the fuel cell single cell, and the length of an entrance opening to the exposed surface in the fuel electrode non-power generating portion is 5 times or more the width of the entrance. is formed.

本燃料電池単セルでは、上記溝が形成されているため、燃料極非発電部の露出表面を通る燃料ガスは当該溝に入り込むことにより燃料極非発電部内に滞留し易くなり、燃料極非発電部内で改質されやすくなる。そのため、本燃料電池単セルにおいては、燃料極発電部内に至る燃料ガスの改質率（全体の燃料ガスの流量に対する、既に改質された燃料ガスの流量の割合）を向上させることができ、これにより燃料極発電部の温度の低下を抑制することができる。よって、本燃料電池単セルによれば、上記溝が形成されていない従来の構成と比較して、燃料極発電部内において上記改質反応（吸熱反応）が生じることに起因する燃料極発電部の温度の低下を抑制することができ、ひいては、燃料電池単セルの発電性能を向上させることができる。 In the fuel cell single cell, since the grooves are formed, the fuel gas passing through the exposed surface of the fuel electrode non-generating portion enters the grooves and easily stays in the fuel electrode non-generating portion. It becomes easier to reform within the department. Therefore, in the present fuel cell single cell, the reforming rate of the fuel gas reaching the inside of the fuel electrode power generation section (the ratio of the flow rate of already reformed fuel gas to the flow rate of the entire fuel gas) can be improved, As a result, it is possible to suppress a decrease in the temperature of the fuel electrode power generation section. Therefore, according to the present fuel cell single cell, compared with the conventional configuration in which the grooves are not formed, the fuel electrode power generation unit is reduced due to the reforming reaction (endothermic reaction) occurring in the fuel electrode power generation unit. A decrease in temperature can be suppressed, and the power generation performance of the single fuel cell can be improved.

本燃料電池スタックは、Ｚ軸方向に並べて配置された複数の発電単位から構成される発電ブロックを有する。各発電単位は上述した燃料電池単セルを備える。溝の入り口が形成された燃料極非発電部の露出表面は、燃料ガスが流れる燃料室に面している。このような構成である本燃料電池スタックによれば、上述したように、上記溝が形成されていることにより、燃料極発電部内において上記改質反応（吸熱反応）が生じることに起因する燃料極発電部内の温度の低下を抑制することができ、ひいては、燃料電池単セルの発電性能（ひいては、燃料電池スタックの発電性能）を向上させることができる。 This fuel cell stack has a power generation block composed of a plurality of power generation units arranged side by side in the Z-axis direction. Each power generation unit comprises a single fuel cell as described above. The exposed surface of the fuel electrode non-generating portion formed with the entrance of the groove faces the fuel chamber through which the fuel gas flows. According to the present fuel cell stack having such a configuration, as described above, due to the formation of the grooves, the reforming reaction (endothermic reaction) occurs in the fuel electrode power generation section. It is possible to suppress a decrease in the temperature inside the power generation unit, thereby improving the power generation performance of the single fuel cell (and thus the power generation performance of the fuel cell stack).

（２）本明細書に開示される燃料電池スタックは、前記第１の方向に並べて配置された複数の発電単位から構成される発電ブロックを有し、かつ、各前記発電単位は上記燃料電池単セルを備え、前記溝の入り口が形成された前記燃料極非発電部の露出表面は、燃料ガスが流れる燃料室に面している構成としてもよい。本燃料電池スタックによれば、上述したように、上記溝が形成されていることにより、燃料極発電部内において上記改質反応（吸熱反応）が生じることに起因する燃料極発電部内の温度の低下を抑制することができ、ひいては、燃料電池単セルの発電性能（ひいては、燃料電池スタックの発電性能）を向上させることができる。 (2) The fuel cell stack disclosed in this specification has a power generation block composed of a plurality of power generation units arranged side by side in the first direction, and each power generation unit The exposed surface of the fuel electrode non-generating portion provided with the cells and formed with the entrance of the groove may be configured to face the fuel chamber through which the fuel gas flows. According to the present fuel cell stack, as described above, due to the formation of the grooves, the temperature in the fuel electrode power generation section decreases due to the reforming reaction (endothermic reaction) occurring in the fuel electrode power generation section. can be suppressed, and the power generation performance of the single fuel cell (and thus the power generation performance of the fuel cell stack) can be improved.

（３）上記燃料電池スタックにおいて、前記溝の入り口は、前記燃料極非発電部の露出表面のうち、前記燃料室を流れる燃料ガスの流れに対向する部分である対向面に形成されている構成としてもよい。本燃料電池スタックによれば、より効果的に、燃料ガスが燃料極非発電部内により滞留し易くなり、ひいては、より効果的に、燃料電池単セルの発電性能（ひいては、燃料電池スタックの発電性能）を向上させることができる。 (3) In the above-described fuel cell stack, the inlet of the groove is formed on a facing surface, which is a portion of the exposed surface of the fuel electrode non-generating portion facing the flow of the fuel gas flowing through the fuel chamber. may be According to the present fuel cell stack, the fuel gas more effectively becomes more likely to stay in the fuel electrode non-power generating portion, and thus the power generation performance of the fuel cell single cell (and the power generation performance of the fuel cell stack) is more effectively improved. ) can be improved.

（４）上記燃料電池スタックにおいて、前記燃料室を流れる燃料ガスの流れの方向視において、前記溝の面積は、前記対向面の全面積に対して１／１０以下である構成としてもよい。本燃料電池スタックによれば、上記溝が形成されていることにより、上述したように燃料極発電部内に至る燃料ガスの改質率を向上させることができる。更に、燃料室を流れる燃料ガスの流れの方向視において、溝の面積は、上記対向面の全面積に対して１／１０以下と十分に小さいことにより、溝の面積が上記対向面の全面積に対して１／１０より大きい構成と比較して、燃料極の強度を向上させることができる。 (4) In the above fuel cell stack, the area of the groove may be 1/10 or less of the total area of the facing surface when viewed in the direction of the flow of the fuel gas flowing through the fuel chamber. According to the present fuel cell stack, since the grooves are formed, it is possible to improve the reforming rate of the fuel gas reaching the inside of the fuel electrode power generation section as described above. Furthermore, when viewed in the direction of the flow of the fuel gas flowing through the fuel chamber, the area of the groove is sufficiently small, 1/10 or less of the total area of the opposed surface, so that the area of the groove is reduced to the total area of the opposed surface. The strength of the anode can be improved compared to a configuration that is greater than 1/10 of the .

（５）上記燃料電池スタックにおいて、前記燃料極のうち、前記発電部に含まれる部分を燃料極発電部としたときに、前記溝は、前記燃料極発電部の少なくとも一部に対して、前記燃料室を流れる燃料ガスの流れの上流側に位置している構成としてもよい。本燃料電池スタックによれば、より効果的に、燃料ガスが燃料極非発電部内により滞留し易くなり、ひいては、より効果的に、燃料電池単セルの発電性能（ひいては、燃料電池スタックの発電性能）を向上させることができる。 (5) In the above fuel cell stack, when a portion of the fuel electrode included in the power generation unit is a fuel electrode power generation unit, the groove is provided with respect to at least a part of the fuel electrode power generation unit. It may be arranged upstream of the flow of fuel gas flowing through the fuel chamber. According to the present fuel cell stack, the fuel gas more effectively becomes more likely to stay in the fuel electrode non-power generating portion, and thus the power generation performance of the fuel cell single cell (and the power generation performance of the fuel cell stack) is more effectively improved. ) can be improved.

（６）上記燃料電池単セルの製造方法において、前記燃料極を形成する材料であって、前記第１の方向に直交する第２の方向の寸法が前記燃料極よりも大きい材料を準備する第１工程と、レーザーを用いて前記材料を切断することにより、前記溝の入り口が形成される前記燃料極非発電部の露出表面と、前記溝と、を形成する第２工程と、を備える構成としてもよい。本製造方法によれば、上述したように燃料ガスを滞留させる上記溝を容易に形成することができるため、当該溝が形成された燃料極を備える燃料電池単セルを容易に製造することができる。 (6) In the method for manufacturing a single fuel cell, the first step is to prepare a material for forming the fuel electrode, the material having a dimension in a second direction perpendicular to the first direction that is larger than that of the fuel electrode. and a second step of forming the exposed surface of the fuel electrode non-power generation portion where the entrance of the groove is formed, and the groove by cutting the material using a laser. may be According to this manufacturing method, since the grooves for retaining the fuel gas can be easily formed as described above, it is possible to easily manufacture the fuel cell single cell provided with the fuel electrode in which the grooves are formed. .

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池単セル、燃料電池スタック、燃料電池単セルの製造方法、燃料電池スタックの製造方法等の形態で実現することが可能である。 It should be noted that the technology disclosed in this specification can be implemented in various forms, for example, a single fuel cell, a fuel cell stack, a method for manufacturing a single fuel cell, a method for manufacturing a fuel cell stack, etc. can be realized in the form of

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 drawing 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. 単セル１１０（特に燃料極非発電部１１８）の構成を概略的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing the configuration of a single cell 110 (in particular, a fuel electrode non-power generation portion 118); 燃料極非発電部１１８の一部のＹＺ断面構成を示す説明図Explanatory drawing showing a YZ cross-sectional configuration of a part of the fuel electrode non-power generation portion 118 本実施形態における単セル１１０の製造方法を示すフローチャートFlowchart showing the manufacturing method of the single cell 110 in the present embodiment 変形例における燃料極非発電部１１８の一部のＹＺ断面構成を示す説明図Explanatory drawing showing the YZ cross-sectional configuration of a part of the fuel electrode non-power generation portion 118 in the modified example 変形例における燃料電池スタック１００ＡのＹＺ断面構成を示す説明図Explanatory drawing showing the YZ cross-sectional configuration of a fuel cell stack 100A in a modified example.

Ａ．実施形態：
Ａ－１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１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。 A. 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.

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）発電単位１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体（以下、「発電ブロック１０３」という。）を上下から挟むように配置されている。なお、上下方向（Ｚ軸方向）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) power generation units 102 and a pair of end plates 104 and 106 . The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in this embodiment). A pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an assembly (hereinafter referred to as "power generation block 103") composed of seven power generation units 102 from above and below. The vertical direction (Z-axis direction) corresponds to the first direction in the claims.

燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ軸方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。 A plurality of holes (eight in the present embodiment) penetrating in the vertical direction are formed in the peripheral edge portion around the Z-axis direction of each layer (the power generation unit 102, the end plates 104 and 106) constituting the fuel cell stack 100. Corresponding holes formed in each layer vertically communicate with each other to form communicating holes 108 extending vertically from one end plate 104 to the other 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とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。なお、図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成するエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成するエンドプレート１０６の下側表面との間には、絶縁シート２６が介在している。ただし、後述のガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４とエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート２６とが介在している。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。 A bolt 22 extending in the vertical direction is inserted through each communication hole 108 , and the fuel cell stack 100 is fastened by the bolt 22 and nuts 24 fitted on both sides of the bolt 22 . 2 and 3, between the nut 24 fitted on one side (upper side) of the bolt 22 and the upper surface of the end plate 104 constituting the upper end of the fuel cell stack 100, and between the bolt An insulating sheet 26 is interposed between the nut 24 fitted to the other side (lower side) of the fuel cell stack 22 and the lower surface of the end plate 106 forming the lower end of the fuel cell stack 100 . However, at a location where a gas passage member 27, which will be described later, is provided, between the nut 24 and the surface of the end plate 106, the insulating sheets disposed above and below the gas passage member 27 and the gas passage member 27, respectively. 26 intervenes. The insulating sheet 26 is composed 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導入マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の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 introduction 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導入マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｅ）と、そのボルト２２Ｅが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。燃料電池スタック１００の外部から導入される燃料ガスＦＧとしては、例えば、炭化水素（例えばＣＨ２）を外部の改質器などにより改質して得られるガスが使用され得る。 In addition, 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 introduction 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. As the fuel gas FG introduced from the outside of the fuel cell stack 100, for example, a gas obtained by reforming a hydrocarbon (eg, CH2 ) using an external reformer or the like can be used.

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、酸化剤ガス導入マニホールド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、酸化剤ガス導入マニホールド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、燃料ガス導入マニホールド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、燃料ガス導入マニホールド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 . A hole in the branch portion 29 communicates with a hole in the main 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 introduction manifold 161 communicates with the oxidant gas introduction 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 introduction manifold 171 communicates with the fuel gas introduction 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、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。 (Configuration of end plates 104, 106)
The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. One end plate 104 is arranged above the uppermost power generating unit 102 and the other end plate 106 is arranged below the lowermost power generating unit 102 . A pair of end plates 104 and 106 hold a plurality of power generation units 102 in a pressed state. The upper end plate 104 functions as the positive side output terminal of the fuel cell stack 100 , and the lower end plate 106 functions as the negative side output terminal of the fuel cell stack 100 .

（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。 (Configuration of power generation unit 102)
4 is an 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. 2, and FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102;

図４および図５に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ軸方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。 As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102 includes a single cell 110, a separator 120, an air electrode side frame 130, an air electrode side current collector 134, an anode side frame 140, an anode side It has a current collector 144 and a pair of interconnectors 150 forming the top layer and the bottom layer of the power generation unit 102 . The separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150 are provided with holes corresponding to the communication holes 108 through which the bolts 22 are inserted.

インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。 The interconnector 150 is a substantially rectangular plate-shaped conductive member, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generating units 102 and prevents mixing of reaction gases between the power generating units 102 . In this embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacently, one interconnector 150 is shared by the two adjacent power generation units 102 . That is, the upper interconnector 150 in a certain power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102 . In addition, since the fuel cell stack 100 has a pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, and is located at the bottom. The generating unit 102 does not have a lower interconnector 150 (see Figures 2 and 3).

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２の上方（上下方向の一方）側に配置された空気極（カソード)１１４と、電解質層１１２の下方（上下方向の他方）側に配置された燃料極（アノード）１１６と、電解質層１１２と空気極１１４との間に配置された中間層１８０とを備えている。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６によって単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、空気極１１４、中間層１８０）を支持する燃料極支持形の単セルである。単セル１１０は、Ｚ軸方向に電解質層１１２と空気極１１４と燃料極１１６とが重なっている発電部ＰＧと、発電部ＰＧに含まれない非発電部ＮＰＧとを有している。発電部ＰＧは発電反応が主に生じる部分であり、発電に対する寄与が比較的大きいのに対し、非発電部ＮＰＧは発電反応が比較的生じにくく、発電に対する寄与が比較的小さい。本実施形態では、Ｚ軸方向視において、発電部ＰＧは単セル１１０の中央に位置し、非発電部ＮＰＧは発電部ＰＧの周囲を囲むように位置している。 The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, an air electrode (cathode) 114 arranged above (one side in the vertical direction) the electrolyte layer 112, and an air electrode (cathode) 114 arranged below (the other side in the vertical direction) the electrolyte layer 112. It comprises a fuel electrode (anode) 116 and an intermediate layer 180 positioned between the electrolyte layer 112 and the cathode 114 . 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 180) constituting the single cell 110. FIG. The unit cell 110 has a power generation portion PG in which an electrolyte layer 112, an air electrode 114, and a fuel electrode 116 overlap in the Z-axis direction, and a non-power generation portion NPG that is not included in the power generation portion PG. The power generation part PG is a part where the power generation reaction mainly occurs and makes a relatively large contribution to power generation. In this embodiment, when viewed in the Z-axis direction, the power generation part PG is positioned in the center of the single cell 110, and the non-power generation part NPG is positioned so as to surround the power generation part PG.

電解質層１１２は、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、略矩形の平板形状部材であり、ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型酸化物（例えば、ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物（以下、「ＬＳＣＦ」という。））を含むように構成されている。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular plate-shaped member, 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, and is configured to contain a perovskite-type oxide represented by ABO3 (for example, lanthanum strontium cobalt iron oxide (hereinafter referred to as “LSCF”)). there is

燃料極１１６は、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。燃料極１１６は、その内部において、上述したＮｉまたは他の材料よりなる改質触媒ＲＴ（図示せず）を備えている。改質触媒ＲＴは、炭化水素（例えばＣＨ２）などのガスを用いて水素リッチな燃料ガスとするための触媒として機能する。燃料電池スタック１００の外部から導入される燃料ガスＦＧは、未改質のガス（例えば炭化水素）を含んでいる場合がある。換言すれば、燃料ガスＦＧの全体の流量に対する、既に改質された燃料ガスＦＧの流量の割合（以下、「改質率」という。）が１００％でない場合がある。改質率が１００％でない燃料ガスＦＧは、燃料極１１６内に流れると、改質触媒ＲＴを利用した改質反応により更に改質される。なお、この改質反応は吸熱反応である。このように、燃料極１１６内に備えられた改質触媒ＲＴによって、燃料ガスＦＧの改質率が向上する。 The fuel electrode 116 is a substantially rectangular plate-shaped member, and is made of, for example, Ni (nickel), a cermet made of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy, or the like. The anode 116 has therein a reforming catalyst RT (not shown) made of Ni or other material as described above. The reforming catalyst RT functions as a catalyst for converting a gas such as a hydrocarbon (eg, CH 2 ) into a hydrogen-rich fuel gas. The fuel gas FG introduced from outside the fuel cell stack 100 may contain unreformed gas (eg, hydrocarbons). In other words, the ratio of the flow rate of the already reformed fuel gas FG to the total flow rate of the fuel gas FG (hereinafter referred to as "reform rate") may not be 100%. When the fuel gas FG whose reforming rate is not 100% flows into the fuel electrode 116, it is further reformed by the reforming reaction using the reforming catalyst RT. Note that this reforming reaction is an endothermic reaction. Thus, the reforming catalyst RT provided in the fuel electrode 116 improves the reforming rate of the fuel gas FG.

中間層１８０は、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）を含むように構成されている。中間層１８０は、空気極１１４から拡散したＳｒ（ストロンチウム）が電解質層１１２に含まれるＺｒ（ジルコニウム）と反応して高抵抗な物質であるＳｒＺｒＯ３が生成されることを抑制する。 The intermediate layer 180 is a substantially rectangular plate-shaped member, and is configured to contain, for example, GDC (gadolinium-doped ceria). The intermediate layer 180 prevents Sr (strontium) diffused from the air electrode 114 from reacting with Zr (zirconium) contained in the electrolyte layer 112 to generate SrZrO 3 which is a high resistance substance.

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。 The separator 120 is a frame-like member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is made of metal, for example. The peripheral portion of the separator 120 around the hole 121 faces the peripheral portion of the surface of the electrolyte layer 112 on the air electrode 114 side. The separator 120 is joined to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a joining portion 124 formed of brazing material (for example, Ag brazing) arranged at the opposing portion. The air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 are separated by the separator 120 to prevent gas leakage from one electrode side to the other electrode side in the peripheral portion of the unit cell 110 . Suppressed.

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、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔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 is in contact with the peripheral edge portion of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge portion of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114 . . Also, the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102 are electrically insulated by the air electrode side frame 130 . The air electrode side frame 130 also has an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates between the oxidizing gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and an oxidizing gas supply communication hole that communicates between 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、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔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 penetrating vertically in 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 in contact with the periphery of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the periphery of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116 . The fuel electrode side frame 140 also has a fuel gas supply communication hole 142 that communicates the fuel gas introduction 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.

燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。 The fuel electrode side current collector 144 is arranged in the fuel chamber 176 . The fuel electrode-side current collector 144 includes an interconnector-facing portion 146, an electrode-facing portion 145, and a connecting portion 147 that connects the electrode-facing portion 145 and the interconnector-facing portion 146. For example, nickel or a nickel alloy is used. , stainless steel or the like. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 , and the interconnector facing portion 146 is in contact with the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116 . in contact. However, as described above, since the lowest power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 150, the interconnector facing portion 146 of the power generation unit 102 is the lower end plate. 106 is in contact. Fuel electrode-side current collector 144 having such a configuration electrically connects fuel electrode 116 and interconnector 150 (or end plate 106). A spacer 149 made of mica, for example, is arranged between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146 . Therefore, the fuel electrode side current collector 144 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 interconnector 150 (or the end plate 106) through the fuel electrode side current collector 144. good electrical connection with

空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。 The air electrode side current collector 134 is arranged in the air chamber 166 . The air electrode-side current collector 134 is composed of a plurality of substantially quadrangular prism-shaped current collector elements, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The air electrode-side current collector 134 is in contact with the surface of the air electrode 114 opposite to the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114 . However, as described above, the uppermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, so the air electrode side current collector 134 in the power generation unit 102 is the upper end plate 104 is in contact.

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、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通孔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、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通孔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 introduction manifold 161. Then, the oxidizing gas OG is supplied to the oxidizing gas introduction manifold 161 through 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 introduction 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 introduction manifold 171. Then, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction 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 introduction 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。このとき、燃料室１７６に供給される燃料ガスＦＧは、燃料室１７６内に備えられた改質触媒ＲＴを利用した改質反応により、更に改質される。このように改質された燃料ガスＦＧにより上記発電反応が行われるため、単セル１１０の発電性能（ひいては、燃料電池スタック１００の発電性能）が向上する。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, 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. At this time, the fuel gas FG supplied to the fuel chamber 176 is further reformed by the reforming reaction using the reforming catalyst RT provided in the fuel chamber 176 . Since the power generation reaction is performed by the fuel gas FG reformed in this way, the power generation performance of the single cell 110 (and thus the power generation performance of the fuel cell stack 100) is improved. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to one interconnector 150 through the air electrode side current collector 134, and the fuel electrode 116 is electrically connected through the fuel electrode side current collector 144. It is electrically connected to the other interconnector 150 . Also, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function 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（図示せず）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 offgas 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 . discharged to the outside of the Further, as shown in FIGS. 3 and 5, the fuel offgas 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. The fuel cell stack 100 is exposed to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 via 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 discharge manifold 172 . discharged to

Ａ－３．単セル１１０の詳細構成：
以下において、燃料極１１６のうち、発電部ＰＧ（単セル１１０のうち、Ｚ軸方向に電解質層１１２と空気極１１４と燃料極１１６とが重なっている部分）に含まれる部分を「燃料極発電部１１７」といい、非発電部ＮＰＧ（単セル１１０のうち、発電部ＰＧに含まれない部分）に含まれる部分を「燃料極非発電部１１８」という。なお、上述したように燃料極１１６は改質触媒ＲＴ（図示せず）を備えるが、より詳細には、燃料極発電部１１７と燃料極非発電部１１８とのいずれもが改質触媒ＲＴを備えている。 A-3. Detailed configuration of single cell 110:
In the following, the portion of the fuel electrode 116 included in the power generation portion PG (the portion of the single cell 110 where the electrolyte layer 112, the air electrode 114, and the fuel electrode 116 overlap in the Z-axis direction) is referred to as "fuel electrode power generation. The portion included in the non-power generating portion NPG (the portion of the single cell 110 not included in the power generating portion PG) is referred to as the “fuel electrode non-power generating portion 118”. As described above, the fuel electrode 116 includes the reforming catalyst RT (not shown). More specifically, both the fuel electrode power generation section 117 and the fuel electrode non-power generation section 118 include the reforming catalyst RT. I have.

図６は、単セル１１０（特に燃料極非発電部１１８）の構成を概略的に示す斜視図である。図６の下部には、燃料極非発電部１１８のうち、単セル１１０を構成する燃料極１１６以外の部材（電解質層１１２など）から露出する表面（以下、「露出表面」という。）ＳＳの様子が拡大して示されている。図７は、燃料極非発電部１１８の一部のＹＺ断面構成を示す説明図である。図６および図７に示すように、燃料極非発電部１１８の露出表面ＳＳには、複数の溝Ｇが形成されている。 FIG. 6 is a perspective view schematically showing the configuration of the single cell 110 (especially the fuel electrode non-power generation portion 118). In the lower part of FIG. 6, a surface (hereinafter referred to as “exposed surface”) SS exposed from members other than the fuel electrode 116 constituting the single cell 110 (electrolyte layer 112, etc.) of the fuel electrode non-power generating portion 118 is shown. An enlarged view is shown. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of a portion of the fuel electrode non-power generating portion 118. As shown in FIG. As shown in FIGS. 6 and 7 , a plurality of grooves G are formed in the exposed surface SS of the fuel electrode non-power generation portion 118 .

各溝Ｇを画定する燃料極非発電部１１８の表面の少なくとも一部は改質触媒ＲＴにより構成されている。 At least part of the surface of the fuel electrode non-power generation portion 118 defining each groove G is composed of the reforming catalyst RT.

各溝Ｇの露出表面ＳＳに開口する入り口Ｇ１は、燃料極非発電部１１８の露出表面ＳＳのうち、燃料室１７６を流れる燃料ガスＦＧの流れ（以下、単に「燃料ガスＦＧの流れ」という。）に対向する部分（以下、「対向面」という。）ＦＳに形成されている。 An inlet G1 opening to the exposed surface SS of each groove G allows the flow of the fuel gas FG flowing through the fuel chamber 176 of the exposed surface SS of the fuel electrode non-generating portion 118 (hereinafter simply referred to as "flow of fuel gas FG"). ) (hereinafter referred to as “facing surface”) FS.

燃料極非発電部１１８のうち、溝Ｇの入り口Ｇ１が形成されている表面である上記対向面ＦＳは、燃料ガスＦＧが流れる燃料室１７６に面している。 Of the fuel electrode non-power generation portion 118, the facing surface FS, which is the surface where the entrance G1 of the groove G is formed, faces the fuel chamber 176 through which the fuel gas FG flows.

図６に示すように、各溝Ｇの入り口Ｇ１の長さＬＧ１は、当該入り口Ｇ１の幅ＧＧ１の５倍以上（例えば約６倍）である。ここでいう入り口Ｇ１の幅ＧＧ１は、当該入り口Ｇ１における最大幅である。例えば、各溝Ｇの入り口Ｇ１の幅ＧＧ１は約０．１～１．０μｍであり、入り口Ｇ１の長さＬＧ１は約０．５～５．０μｍである。なお、本実施形態では、各溝Ｇの入り口Ｇ１の長さＬＧ１の方向（延伸方向）は様々である。 As shown in FIG. 6, the length LG1 of the entrance G1 of each groove G is five times or more (for example, approximately six times) the width GG1 of the entrance G1. The width GG1 of the entrance G1 referred to here is the maximum width of the entrance G1. For example, the width GG1 of the entrance G1 of each groove G is about 0.1-1.0 μm, and the length LG1 of the entrance G1 is about 0.5-5.0 μm. In this embodiment, the direction (stretching direction) of the length LG1 of the entrance G1 of each groove G varies.

Ｙ軸方向視（換言すれば、燃料室１７６を流れる燃料ガスＦＧの流れの方向視）において、各溝Ｇの面積は、燃料極非発電部１１８の上記対向面ＦＳの全面積に対して１／１０以下（例えば１／１００）である。なお、本実施形態では、Ｙ軸方向視において、燃料極非発電部１１８の上記対向面ＦＳの略全体にわたって複数の溝Ｇが分散するように配置されている。 When viewed in the Y-axis direction (in other words, when viewed in the direction of the flow of the fuel gas FG flowing through the fuel chamber 176), the area of each groove G is 1 with respect to the total area of the facing surface FS of the fuel electrode non-power generation portion 118. /10 or less (for example, 1/100). In this embodiment, a plurality of grooves G are arranged so as to be distributed over substantially the entire facing surface FS of the fuel electrode non-power generating portion 118 as viewed in the Y-axis direction.

各溝Ｇは、燃料極発電部１１７（燃料極１１６のうち、発電部ＰＧに含まれる部分）に対して、燃料ガスＦＧの流れの上流側（本実施形態ではＹ軸負方向側）に位置している。 Each groove G is positioned on the upstream side of the flow of the fuel gas FG (in the present embodiment, on the Y-axis negative direction side) with respect to the fuel electrode power generation portion 117 (the portion of the fuel electrode 116 included in the power generation portion PG). are doing.

図７に示すように、本実施形態では、各溝Ｇの幅（ＧＧ）は入り口Ｇ１から底まで略同一である。各溝Ｇの深さ（本実施形態ではＹ軸方向の深さ）ＧＤは、例えば約０．５～５．０μｍである。燃料極非発電部１１８のＹＺ断面（換言すれば、溝Ｇの深さ方向に沿った断面）において、各溝Ｇは入り口Ｇ１以外が閉じている袋小路状である。なお、厳密には溝Ｇと連通する極めて微小な（例えば幅が０．０１μｍ以下）孔が存在する場合があるが、このような場合も上記の「閉じている」に該当するものと解釈してもよい。 As shown in FIG. 7, in this embodiment, the width (GG) of each groove G is substantially the same from the entrance G1 to the bottom. The depth (depth in the Y-axis direction in this embodiment) GD of each groove G is, for example, about 0.5 to 5.0 μm. In the YZ section of the fuel electrode non-generating portion 118 (in other words, the section along the depth direction of the grooves G), each groove G has a dead end shape closed except for the entrance G1. Strictly speaking, there may be extremely minute holes (e.g., 0.01 μm or less in width) that communicate with the groove G, but such cases are also interpreted as falling under the above-mentioned “closed”. may

なお、図６の下図に示すように、単セル１１０は、電解質層１１２と燃料極１１６とを接合する溶接部２００を備えている。溶接部２００は、Ｚ軸方向視において電解質層１１２と燃料極１１６との周方向に沿って互いに離間しつつ並ぶように複数配置されている。溶接部２００は、溶融溶接法により、電解質層１１２の形成材料（例えばＹＳＺ）と燃料極１１６の形成材料（例えばＮｉ）とが溶融して凝固したものである。 In addition, as shown in the lower diagram of FIG. 6 , the unit cell 110 includes a welded portion 200 that joins the electrolyte layer 112 and the fuel electrode 116 . A plurality of welded portions 200 are arranged along the circumferential direction of the electrolyte layer 112 and the fuel electrode 116 while being spaced apart from each other as viewed in the Z-axis direction. The welded portion 200 is formed by melting and solidifying the material (eg, YSZ) forming the electrolyte layer 112 and the material (eg, Ni) forming the fuel electrode 116 by a fusion welding method.

Ａ－４．単セル１１０の製造方法：
図８は、本実施形態における単セル１１０の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態の単セル１１０の製造方法は、例えば以下の通りである。 A-4. Manufacturing method of single cell 110:
FIG. 8 is a flow chart showing the manufacturing method of the single cell 110 in this embodiment. A method for manufacturing the single cell 110 of the present embodiment is, for example, as follows.

（電解質層１１２と燃料極１１６との積層体の形成）
ＹＳＺ粉末に対して、ブチラール樹脂と、可塑剤であるジオクチルフタレート（ＤＯＰ）と、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合して、スラリーを調製する。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、例えば厚さ約１０μｍの電解質層用グリーンシートを得る（Ｓ１１）。また、ＮｉＯの粉末をＮｉ重量に換算して５５質量部となるように秤量し、ＹＳＺの粉末４５質量部と混合して混合粉末を得る。この混合粉末に対して、ブチラール樹脂と、可塑剤であるＤＯＰと、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合して、スラリーを調製する。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、例えば厚さ２７０μｍの燃料極用グリーンシートを得る（Ｓ１２）。次に、Ｚ軸方向視で燃料極用グリーンシートの少なくとも一方側（溝Ｇが形成される部分周辺）が電解質層用グリーンシートの外側に位置するように電解質層用グリーンシートと燃料極用グリーンシートとを貼り付けて、乾燥させる。その後、例えば１４００℃にて焼成を行う（Ｓ１３）。このように燃料極用グリーンシートが焼成されることにより形成される材料を「切断前燃料極」という。ここで準備する切断前燃料極は、Ｚ軸方向に直交する方向（本実施形態ではＸ軸方向およびＹ軸方向）の寸法が電解質層１１２よりも大きいものとする。なお、切断前燃料極は、特許請求の範囲における「燃料極を形成する材料」の一例であり、切断前燃料極を準備する工程は、特許請求の範囲における第１工程の一例である。 (Formation of laminate of electrolyte layer 112 and fuel electrode 116)
A butyral resin, a plasticizer dioctyl phthalate (DOP), a dispersant, and a mixed solvent of toluene and ethanol are added to the YSZ powder and mixed in a ball mill to prepare a slurry. The resulting slurry is thinned by a doctor blade method to obtain, for example, a green sheet for an electrolyte layer having a thickness of about 10 μm (S11). Further, NiO powder is weighed so as to be 55 parts by mass in terms of Ni weight, and mixed with 45 parts by mass of YSZ powder to obtain a mixed powder. A butyral resin, a plasticizer DOP, a dispersant, and a mixed solvent of toluene and ethanol are added to this mixed powder, and mixed in a ball mill to prepare a slurry. The obtained slurry is thinned by a doctor blade method to obtain a fuel electrode green sheet having a thickness of, for example, 270 μm (S12). Next, the electrolyte layer green sheet and the fuel electrode green sheet were arranged such that at least one side of the fuel electrode green sheet (around the portion where the groove G is formed) is located outside the electrolyte layer green sheet when viewed in the Z-axis direction. Attach the sheet and let it dry. After that, firing is performed at, for example, 1400° C. (S13). A material formed by firing the fuel electrode green sheet in this way is called a “pre-cut fuel electrode”. It is assumed that the pre-cut fuel electrode prepared here is larger than the electrolyte layer 112 in dimensions in directions perpendicular to the Z-axis direction (X-axis direction and Y-axis direction in this embodiment). The fuel electrode before cutting is an example of the "material forming the fuel electrode" in the scope of claims, and the step of preparing the fuel electrode before cutting is an example of the first step in the scope of claims.

次に、レーザーを用いて切断前燃料極の上記一方側（溝Ｇが形成される部分周辺）を切断する（Ｓ１４）。具体的には、例えばＣＯ２レーザー（炭酸ガスレーザー），ＹＡＧレーザー，ファイバーレーザー等のレーザーを、切断前燃料極の上面（Ｚ軸方向の電解質層１１２側の表面）に対してＺ軸方向に照射する。これにより、切断前燃料極が切断されると共に、その切断面（燃料極非発電部１１８の露出表面ＳＳ（本実施形態では上記対向面ＦＳ）に相当）に、上述した溝Ｇが形成される。なお、レーザーの出力の大きさにより、溝Ｇの形状を制御することができる。具体的には、レーザーの出力を大きくすることにより、溝Ｇの入り口Ｇ１の長さＬＧ１や幅ＧＧ１や深さＧＤが長くなりやすい。以上により、電解質層１１２と燃料極１１６との積層体を得る。このように燃料極用グリーンシートを切断する工程は、特許請求の範囲における第２工程の一例である。 Next, a laser is used to cut the one side of the pre-cut fuel electrode (periphery of the portion where the groove G is formed) (S14). Specifically, for example, a laser such as a CO 2 laser (carbon dioxide laser), a YAG laser, or a fiber laser is applied in the Z-axis direction to the upper surface of the fuel electrode before cutting (the surface on the side of the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction). Irradiate. As a result, the pre-cut fuel electrode is cut, and the above-described groove G is formed in the cut surface (corresponding to the exposed surface SS (in this embodiment, the facing surface FS) of the fuel electrode non-power generating portion 118). . It should be noted that the shape of the groove G can be controlled by the magnitude of the laser output. Specifically, by increasing the laser output, the length LG1, width GG1, and depth GD of the entrance G1 of the groove G tend to increase. As described above, a laminate of the electrolyte layer 112 and the fuel electrode 116 is obtained. The step of cutting the fuel electrode green sheet in this manner is an example of the second step in the claims.

（中間層１８０の形成）
ＧＤＣ粉末にＹＳＺ粉末を添加し、高純度ジルコニア玉石にて６０時間、分散混合を行う。混合後の粉末に、有機バインダとしてのポリビニルアルコールと、有機溶媒としてのブチルカルビトールとを加えて混合し、粘度を調整して中間層用ペーストを調製する。得られた中間層用ペーストを、上述した電解質層１１２と燃料極１１６との積層体における電解質層１１２の表面にスクリーン印刷によって塗布し、例えば１２００℃で焼成を行う（Ｓ１５）。これにより、中間層１８０が形成され、中間層１８０と電解質層１１２と燃料極１１６との積層体を得る。 (Formation of intermediate layer 180)
YSZ powder is added to GDC powder, and the mixture is dispersed and mixed with high-purity zirconia cobbles for 60 hours. Polyvinyl alcohol as an organic binder and butyl carbitol as an organic solvent are added to the mixed powder and mixed to adjust the viscosity to prepare an intermediate layer paste. The obtained intermediate layer paste is applied to the surface of the electrolyte layer 112 in the laminate of the electrolyte layer 112 and the fuel electrode 116 by screen printing, and fired at, for example, 1200° C. (S15). Thereby, the intermediate layer 180 is formed, and a laminate of the intermediate layer 180, the electrolyte layer 112, and the fuel electrode 116 is obtained.

（空気極１１４の形成）
粉砕したＬＳＣＦ粉末と、ＧＤＣ粉末と、アルミナ粉末と、有機バインダとしてのポリビニルアルコールと、分散剤と、有機溶媒としてのブチルカルビトールとを混合し、粘度を調整して、空気極用ペーストを調製する。次に、得られた空気極用ペーストを、上述した中間層１８０と電解質層１１２と燃料極１１６との積層体における中間層１８０の表面にスクリーン印刷によって塗布し、乾燥させる。その後、所定の温度（例えば、１０００℃）で所定時間（例えば、３時間）、焼成を行う。焼成により、空気極１１４が形成される（Ｓ１５）。以上の工程により、上述した構成の単セル１１０が製造される。 (Formation of air electrode 114)
Pulverized LSCF powder, GDC powder, alumina powder, polyvinyl alcohol as an organic binder, a dispersant, and butyl carbitol as an organic solvent are mixed to adjust the viscosity to prepare an air electrode paste. do. Next, the obtained air electrode paste is applied by screen printing to the surface of the intermediate layer 180 in the laminate of the intermediate layer 180, the electrolyte layer 112, and the fuel electrode 116, and dried. After that, firing is performed at a predetermined temperature (eg, 1000° C.) for a predetermined time (eg, 3 hours). By firing, the air electrode 114 is formed (S15). Through the steps described above, the single cell 110 having the configuration described above is manufactured.

Ａ－５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２のＺ軸正方向（Ｚ軸方向の一方）側に配置された空気極１１４と、電解質層１１２のＺ軸負方向（Ｚ軸方向の他方）側に配置された燃料極１１６とを備える。燃料極１１６は、改質触媒ＲＴを備える。単セル１１０は、Ｚ軸方向に電解質層１１２と空気極１１４と燃料極１１６とが重なっている発電部ＰＧと、発電部ＰＧに含まれない非発電部ＮＰＧとを有する。非発電部ＮＰＧは、燃料極１１６の一部である燃料極非発電部１１８を含む。燃料極非発電部１１８は、単セル１１０を構成する燃料極１１６以外の部材（電解質層１１２など）から露出する露出表面ＳＳを有する。燃料極非発電部１１８に、露出表面ＳＳに開口する入り口Ｇ１の長さＬＧ１が当該入り口Ｇ１の幅ＧＧ１の５倍以上である溝Ｇが形成されている。 A-5. Effect of this embodiment:
As described above, the single cell 110 that constitutes the fuel cell stack 100 of the present embodiment includes an electrolyte layer 112 and an air electrode 114 that is disposed on the side of the electrolyte layer 112 in the positive Z-axis direction (one side of the Z-axis direction). and a fuel electrode 116 disposed on the side of the electrolyte layer 112 in the negative Z-axis direction (the other side in the Z-axis direction). The fuel electrode 116 comprises a reforming catalyst RT. The single cell 110 has a power generation portion PG in which an electrolyte layer 112, an air electrode 114, and a fuel electrode 116 overlap in the Z-axis direction, and a non-power generation portion NPG that is not included in the power generation portion PG. The non-generating portion NPG includes an anode non-generating portion 118 that is part of the anode 116 . The fuel electrode non-power generating portion 118 has an exposed surface SS exposed from members (electrolyte layer 112 etc.) other than the fuel electrode 116 constituting the single cell 110 . A groove G is formed in the fuel electrode non-generating portion 118 such that the length LG1 of the entrance G1 opening to the exposed surface SS is at least five times the width GG1 of the entrance G1.

本実施形態の単セル１１０では、当該溝Ｇが形成されているため、燃料極非発電部１１８の露出表面ＳＳを通る燃料ガスＦＧは当該溝Ｇに入り込むことにより燃料極非発電部１１８内に滞留し易くなり、燃料極非発電部１１８内で改質されやすくなる。そのため、本実施形態の単セル１１０においては、燃料極発電部１１７内に至る燃料ガスＦＧの改質率（全体の燃料ガスＦＧの流量に対する、既に改質された燃料ガスＦＧの流量の割合）を向上させることができ、これにより燃料極発電部１１７の温度の低下を抑制することができる。よって、本実施形態の単セル１１０によれば、上記溝Ｇが形成されていない従来の構成と比較して、燃料極発電部１１７内において上記改質反応（吸熱反応）が生じることに起因する燃料極発電部１１７の温度の低下を抑制することができ、ひいては、単セル１１０の発電性能（ひいては、燃料電池スタック１００の発電性能）を向上させることができる。 In the single cell 110 of the present embodiment, since the groove G is formed, the fuel gas FG passing through the exposed surface SS of the fuel electrode non-generating portion 118 enters the groove G and enters the fuel electrode non-generating portion 118. It becomes easy to stay, and it becomes easy to be reformed in the fuel electrode non-power generating part 118 . Therefore, in the single cell 110 of the present embodiment, the reforming rate of the fuel gas FG reaching the inside of the fuel electrode power generation unit 117 (ratio of the flow rate of the already reformed fuel gas FG to the flow rate of the entire fuel gas FG) can be improved, thereby suppressing a decrease in the temperature of the fuel electrode power generation section 117 . Therefore, according to the single cell 110 of the present embodiment, compared with the conventional configuration in which the groove G is not formed, the reforming reaction (endothermic reaction) occurs in the fuel electrode power generation section 117. A decrease in the temperature of the fuel electrode power generation section 117 can be suppressed, and the power generation performance of the single cell 110 (and thus the power generation performance of the fuel cell stack 100) can be improved.

本実施形態の燃料電池スタック１００は、Ｚ軸方向に並べて配置された複数の発電単位１０２から構成される発電ブロック１０３を有する。各発電単位１０２は上述した単セル１１０を備える。溝Ｇの入り口Ｇ１が形成された燃料極非発電部１１８の露出表面ＳＳ（より詳細には上記対向面ＦＳ）は、燃料ガスＦＧが流れる燃料室１７６に面している。このような構成である本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、上述したように、上記溝Ｇが形成されていることにより、燃料極発電部１１７内において上記改質反応（吸熱反応）が生じることに起因する燃料極発電部１１７内の温度の低下を抑制することができ、ひいては、単セル１１０の発電性能（ひいては、燃料電池スタック１００の発電性能）を向上させることができる。 The fuel cell stack 100 of this embodiment has a power generation block 103 composed of a plurality of power generation units 102 arranged side by side in the Z-axis direction. Each power generation unit 102 comprises a single cell 110 as described above. The exposed surface SS (more specifically, the facing surface FS described above) of the fuel electrode non-power generation portion 118 in which the entrance G1 of the groove G is formed faces the fuel chamber 176 through which the fuel gas FG flows. According to the fuel cell stack 100 of the present embodiment having such a configuration, as described above, the formation of the grooves G allows the reforming reaction (endothermic reaction) to occur in the fuel electrode power generating section 117. It is possible to suppress the temperature drop in the fuel electrode power generation section 117 caused by the occurrence of this phenomenon, thereby improving the power generation performance of the single cell 110 (and thus the power generation performance of the fuel cell stack 100).

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、溝Ｇの入り口Ｇ１は、燃料極非発電部１１８の露出表面ＳＳのうち、燃料室１７６を流れる燃料ガスＦＧの流れに対向する部分である対向面ＦＳに形成されている。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、より効果的に、燃料ガスＦＧが燃料極非発電部１１８内により滞留し易くなり、ひいては、より効果的に、単セル１１０の発電性能（ひいては、燃料電池スタック１００の発電性能）を向上させることができる。 In addition, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the inlet G1 of the groove G is a facing surface which is a portion of the exposed surface SS of the fuel electrode non-generating portion 118 facing the flow of the fuel gas FG flowing through the fuel chamber 176. FS is formed. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the fuel gas FG is more likely to stay in the fuel electrode non-power generation portion 118 more effectively, and in turn, the power generation performance of the single cell 110 ( Consequently, the power generation performance of the fuel cell stack 100 can be improved.

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、燃料室１７６を流れる燃料ガスＦＧの流れの方向視（本実施形態ではＸ軸方向視）において、溝Ｇの面積は、燃料極非発電部１１８の上記対向面ＦＳの全面積に対して１／１０以下である。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、上記溝Ｇが形成されていることにより、上述したように燃料極発電部１１７内に至る燃料ガスＦＧの改質率を向上させることができる。更に、燃料室１７６を流れる燃料ガスＦＧの流れの方向視において、溝Ｇの面積は、燃料極非発電部１１８の上記対向面ＦＳの全面積に対して１／１０以下と十分に小さいことにより、溝Ｇの面積が燃料極非発電部１１８の上記対向面ＦＳの全面積に対して１／１０より大きい構成と比較して、燃料極１１６の強度を向上させることができる。 In the fuel cell stack 100 of this embodiment, the area of the groove G is the same as that of the fuel electrode non-power generation portion 118 when viewed in the direction of the flow of the fuel gas FG flowing through the fuel chamber 176 (in this embodiment, viewed in the X-axis direction). It is 1/10 or less of the total area of the facing surface FS. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the reforming rate of the fuel gas FG reaching the inside of the fuel electrode power generating section 117 can be improved by forming the grooves G as described above. . Furthermore, when viewed in the direction of the flow of the fuel gas FG flowing through the fuel chamber 176, the area of the groove G is sufficiently small, ie, 1/10 or less of the total area of the facing surface FS of the fuel electrode non-power generation portion 118. , the strength of the fuel electrode 116 can be improved as compared with a configuration in which the area of the groove G is larger than 1/10 of the total area of the facing surface FS of the fuel electrode non-power generating portion 118 .

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、溝Ｇは、燃料極発電部１１７（燃料極１１６のうち、発電部ＰＧに含まれる部分）の少なくとも一部に対して、燃料室１７６を流れる燃料ガスＦＧの流れの上流側に位置している。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、より効果的に、燃料ガスＦＧが燃料極非発電部１１８内により滞留し易くなり、ひいては、より効果的に、単セル１１０の発電性能（ひいては、燃料電池スタック１００の発電性能）を向上させることができる。 In addition, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the groove G is at least a portion of the fuel electrode power generation section 117 (a portion of the fuel electrode 116 included in the power generation section PG). It is located upstream of the flow of gas FG. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the fuel gas FG is more likely to stay in the fuel electrode non-power generation portion 118 more effectively, and in turn, the power generation performance of the single cell 110 ( Consequently, the power generation performance of the fuel cell stack 100 can be improved.

また、本実施形態の単セル１１０の製造方法は、下記の第１工程と第２工程とを備える。第１工程は、燃料極１１６を形成する材料であって、Ｚ軸方向に直交する方向（本実施形態ではＸ軸方向）の寸法が燃料極１１６よりも大きい材料を準備する工程である。第２工程は、レーザーを用いて材料を切断することにより、溝Ｇの入り口Ｇ１が形成される燃料極非発電部１１８の露出表面ＳＳ（より詳細には上記対向面ＦＳ）と、溝Ｇとを形成する工程である。本製造方法によれば、上述したように燃料ガスＦＧを滞留させる上記溝Ｇを容易に形成することができるため、当該溝Ｇが形成された燃料極１１６を備える単セル１１０を容易に製造することができる。 Moreover, the manufacturing method of the single cell 110 of this embodiment includes the following first step and second step. The first step is a step of preparing a material for forming the fuel electrode 116 and having a dimension larger than that of the fuel electrode 116 in a direction perpendicular to the Z-axis direction (X-axis direction in this embodiment). In the second step, the exposed surface SS (more specifically, the facing surface FS) of the fuel electrode non-power generating portion 118 where the entrance G1 of the groove G is formed, and the groove G are formed by cutting the material using a laser. It is a step of forming According to this manufacturing method, since the grooves G for retaining the fuel gas FG can be easily formed as described above, the single cell 110 including the fuel electrode 116 in which the grooves G are formed can be easily manufactured. be able to.

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単セル１１０または燃料電池スタック１００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、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる単セル１１０の個数は、あくまで一例であり、単セル１１０の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。 The configuration of the single cell 110 or the fuel cell stack 100 in the above embodiment is merely an example, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the number of single cells 110 included in the fuel cell stack 100 is merely an example, and the number of single cells 110 is appropriately determined according to the output voltage required for the fuel cell stack 100 and the like.

また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。 In addition, the materials forming each member in the above-described embodiment are merely examples, and each member may be formed of another material.

また、溝Ｇの形状は、入り口Ｇ１の長さＬＧ１が当該入り口Ｇ１の幅ＧＧ１の５倍以上であるという条件を満たす限り、どのような形状であってもよい。図９は、変形例における燃料極非発電部１１８の一部のＹＺ断面構成を示す説明図である。例えば、上記実施形態では、各溝Ｇの幅（ＧＧ）は入り口Ｇ１から底まで略同一であるが、図９に示すように、各溝Ｇの幅（ＧＧ）が入り口Ｇ１から底に向かうにつれて狭くなるものであってもよい。 Moreover, the shape of the groove G may be any shape as long as it satisfies the condition that the length LG1 of the entrance G1 is five times or more the width GG1 of the entrance G1. FIG. 9 is an explanatory view showing the YZ cross-sectional configuration of a part of the fuel electrode non-power generating portion 118 in the modified example. For example, in the above embodiment, the width (GG) of each groove G is substantially the same from the entrance G1 to the bottom, but as shown in FIG. It may be narrow.

また、溝Ｇが形成される場所は、入り口Ｇ１が燃料極非発電部１１８の露出表面ＳＳに開口するという条件を満たす限り、燃料極非発電部１１８のどこであってもよい。例えば、上記実施形態において、溝Ｇが燃料極非発電部１１８の下面に形成されていてもよい。また、上記実施形態において、溝Ｇが燃料極非発電部１１８における燃料ガスＦＧの流れ方向に沿った側面に形成されていてもよい。 Moreover, the location where the groove G is formed may be anywhere in the fuel electrode non-generating portion 118 as long as the entrance G1 opens to the exposed surface SS of the fuel electrode non-generating portion 118 . For example, in the above embodiment, the grooves G may be formed on the bottom surface of the fuel electrode non-power generation portion 118 . Further, in the above-described embodiment, the groove G may be formed in the side surface of the fuel electrode non-generating portion 118 along the flow direction of the fuel gas FG.

また、上記実施形態において、溝Ｇは、燃料極発電部１１７（燃料極１１６のうち、発電部ＰＧに含まれる部分）の全体ではなく一部のみに対して、燃料ガスＦＧの流れの上流側に位置している構成であってもよい。この構成においても、溝Ｇが燃料極発電部１１７の当該一部に対して燃料ガスＦＧの流れの上流側に位置していることにより、より効果的に、燃料ガスＦＧが燃料極非発電部１１８内により滞留し易くなり、ひいては、より効果的に、単セル１１０の発電性能（ひいては、燃料電池スタック１００の発電性能）を向上させることができる。 Further, in the above-described embodiment, the groove G is formed on the upstream side of the flow of the fuel gas FG with respect to only a part of the fuel electrode power generation section 117 (a portion of the fuel electrode 116 included in the power generation section PG), not the entire fuel electrode power generation section 117 . It may be a configuration located at. Also in this configuration, since the groove G is positioned upstream of the flow of the fuel gas FG with respect to the part of the fuel electrode power generating section 117, the fuel gas FG can be more effectively transferred to the fuel electrode non-power generating section. 118 more easily, and thus the power generation performance of the single cell 110 (and thus the power generation performance of the fuel cell stack 100) can be improved more effectively.

また、上記実施形態では、改質触媒ＲＴを備える燃料極１１６は、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、発電反応が進行する反応場として機能する部材であり、このような燃料極１１６に上記溝Ｇが形成されている構成である。このような構成に換えて、改質触媒ＲＴを備える燃料極が上記反応場として機能しない部材であり、このような燃料極に上記溝Ｇが形成されている構成を採用してもよい。 In the above embodiment, the fuel electrode 116 including the reforming catalyst RT is made of Ni (nickel), a cermet made of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy, or the like, and is a member that functions as a reaction field where the power generation reaction proceeds. , and the groove G is formed in the fuel electrode 116 as described above. Instead of such a configuration, a configuration may be employed in which the fuel electrode provided with the reforming catalyst RT is a member that does not function as the reaction field, and the groove G is formed in such a fuel electrode.

上記実施形態では、いわゆる平板型の単セル１１０を対象としているが、本明細書に開示される技術を他のタイプの単セルに適用してもよい。図１０は、変形例における燃料電池スタック１００ＡのＹＺ断面構成を示す説明図である。例えば、図１０に示すように、いわゆる円筒型の単セル１１０Ａに適用してもよい。円筒型の単セルの基本的構成については、例えば特開２０１８－１２９２４６号公報などにより開示されており、公知であるため、説明は省略する。図１０の単セル１１０Ａは、電解質層１１２Ａと、空気極１１４Ａと、燃料極１１６Ａとを備える。燃料極１１６Ａは、改質触媒ＲＴＡ（図示せず）を備える。単セル１１０Ａは、発電部ＰＧＡと、発電部ＰＧに含まれない非発電部ＮＰＧＡとを有する。非発電部ＮＰＧＡは、燃料極１１６Ａの一部である燃料極非発電部１１８Ａを含む。燃料極非発電部１１８Ａは、単セル１１０Ａを構成する燃料極１１６Ａ以外の部材（電解質層１１２Ａなど）から露出する露出表面ＳＳＡを有する。燃料極非発電部１１８Ａに、露出表面ＳＳに開口する入り口Ｇ１Ａの長さＬＧ１Ａ（図示せず）が当該入り口Ｇ１Ａの幅ＧＧ１Ａの５倍以上である溝ＧＡが形成されている。図１０の単セル１１０Ａにおいても、上記溝ＧＡが形成されていない従来の構成と比較して、燃料極発電部１１７Ａ内において改質反応（吸熱反応）が生じることに起因する燃料極発電部１１７Ａの温度の低下を抑制することができ、ひいては、単セル１１０Ａの発電性能（ひいては、燃料電池スタック１００Ａの発電性能）を向上させることができる。 Although the embodiment described above is directed to a so-called flat plate-type single cell 110, the technology disclosed herein may be applied to other types of single cells. FIG. 10 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of a fuel cell stack 100A in a modified example. For example, as shown in FIG. 10, it may be applied to a so-called cylindrical single cell 110A. The basic configuration of the cylindrical single cell is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-129246, etc., and is publicly known, so a description thereof will be omitted. A single cell 110A in FIG. 10 includes an electrolyte layer 112A, a cathode 114A, and an anode 116A. Anode 116A includes a reforming catalyst RTA (not shown). The single cell 110A has a power generation portion PGA and a non-power generation portion NPGA not included in the power generation portion PG. The non-generating portion NPGA includes an anode non-generating portion 118A that is part of the anode 116A. The fuel electrode non-power generating portion 118A has an exposed surface SSA exposed from members (electrolyte layer 112A, etc.) other than the fuel electrode 116A that constitute the single cell 110A. A groove GA is formed in the fuel electrode non-generating portion 118A such that the length LG1A (not shown) of the entrance G1A opening to the exposed surface SS is at least five times the width GG1A of the entrance G1A. In the single cell 110A of FIG. 10 as well, compared with the conventional configuration in which the groove GA is not formed, the fuel electrode power generating section 117A is not affected by the reforming reaction (endothermic reaction) occurring in the fuel electrode power generating section 117A. can be suppressed, and the power generation performance of the single cell 110A (and thus the power generation performance of the fuel cell stack 100A) can be improved.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本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や、複数の電解単セルを備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１６－８１８１３号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替え、単セル１１０を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極１１４がプラス（陽極）で燃料極１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔１０８を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室１７６で水素ガスが発生し、連通孔１０８を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解単セルおよび電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様の溝Ｇが形成された構成を採用すれば、燃料極発電部１１７内において上記改質反応（吸熱反応）が生じることに起因する燃料極発電部１１７内の温度の低下を抑制することができ、ひいては、単セル１１０の発電性能（ひいては、燃料電池スタック１００の発電性能）を向上させることができる。 Further, in the above-described embodiment, the SOFC that generates power using the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidant gas is targeted. It can also be applied to an electrolytic single cell, which is a structural unit of a solid oxide electrolysis cell (SOEC) that generates hydrogen using the electrolysis reaction of water, and an electrolytic cell stack comprising a plurality of electrolytic single cells. be. The configuration of the electrolysis cell stack is known, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2016-81813. Configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment can be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 can be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 can be read as an electrolytic single cell. However, during the operation of the electrolysis cell stack, a voltage is applied between the two electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode). Water vapor is supplied as a source gas. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolysis cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176 , and the hydrogen is taken out of the electrolysis cell stack through the communication hole 108 . Even in the electrolysis single cell and the electrolysis cell stack having such a configuration, if a configuration in which the same grooves G are formed as in the above-described embodiment is adopted, the reforming reaction (endothermic reaction) occurs in the fuel electrode power generation section 117. It is possible to suppress the temperature drop in the fuel electrode power generation section 117 caused by this, thereby improving the power generation performance of the single cell 110 (and thus the power generation performance of the fuel cell stack 100).

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) has been 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 １００：燃料電池スタック １００Ａ：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０３：発電ブロック １０４，１０６：エンドプレート １０８：連通孔 １１０：単セル １１０Ａ：単セル １１２：電解質層 １１２Ａ：電解質層 １１４：空気極 １１４Ａ：空気極 １１６：燃料極 １１６Ａ：燃料極 １１７：燃料極発電部 １１７Ａ：燃料極発電部 １１８：燃料極非発電部 １１８Ａ：燃料極非発電部 １２０：セパレータ １２１：孔 １２４：接合部 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：空気極側集電体 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：燃料極側集電体 １４５：電極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４７：連接部 １４９：スペーサー １５０：インターコネクタ １６１：酸化剤ガス導入マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス導入マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 １８０：中間層 ２００：溶接部 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＦＳ：対向面 Ｇ１：入り口 Ｇ１Ａ：入り口 Ｇ：溝 ＧＡ：溝 ＧＤ：溝の深さ ＧＧ１：溝の幅 ＧＧ１Ａ：溝の幅 ＬＧ１：溝の長さ ＬＧ１Ａ：溝の長さ ＮＰＧ：非発電部 ＮＰＧＡ：非発電部 ＯＧ：酸化剤ガス ＯＯＧ：酸化剤オフガス ＰＧ：発電部 ＰＧＡ：発電部 ＲＴ：改質触媒 ＲＴＡ：改質触媒 ＳＳ：露出表面 ＳＳＡ：露出表面 22 (22A to 22E): bolt 24: nut 26: insulating sheet 27: gas passage member 28: main body 29: branch 100: fuel cell stack 100A: fuel cell stack 102: power generation unit 103: power generation block 104, 106: End Plate 108: Communication Hole 110: Single Cell 110A: Single Cell 112: Electrolyte Layer 112A: Electrolyte Layer 114: Air Electrode 114A: Air Electrode 116: Fuel Electrode 116A: Fuel Electrode 117: Fuel Electrode Power Generation Section 117A: Fuel Electrode Power Generation Section 118: Fuel electrode non-generating part 118A: Fuel electrode non-generating part 120: Separator 121: Hole 124: Joint 130: Air electrode side frame 131: Hole 132: Oxidant gas supply passage 133: Oxidant gas discharge passage 134 : air electrode side current collector 140: fuel electrode side frame 141: hole 142: fuel gas supply communication hole 143: fuel gas discharge communication hole 144: fuel electrode side current collector 145: electrode facing portion 146: interconnector facing portion 147 : Connection part 149: Spacer 150: Interconnector 161: Oxidant gas introduction manifold 162: Oxidant gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 180: Intermediate layer 200: Welded part FG: Fuel gas FOG: Fuel off-gas FS: Facing surface G1: Inlet G1A: Inlet G: Groove GA: Groove GD: Groove depth GG1: Groove width GG1A: Groove width LG1: Groove length LG1A: Groove length NPG: non-generating part NPGA: non-generating part OG: oxidant gas OOG: oxidant off-gas PG: power-generating part PGA: power-generating part RT: reforming catalyst RTA: reforming catalyst SS: exposed surface SSA: exposed surface

Claims (6)

電解質層と、
前記電解質層の第１の方向の一方側に配置された空気極と、
前記電解質層の前記第１の方向の他方側に配置された燃料極であって、改質触媒を備える燃料極と、を備え、
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っている発電部と、前記発電部に含まれない非発電部であって、前記燃料極の一部である燃料極非発電部を含む非発電部と、を有する、燃料電池単セルにおいて、
前記燃料極非発電部は、前記燃料電池単セルを構成する前記燃料極以外の部材から露出する露出表面を有し、
前記燃料極非発電部に、前記露出表面に開口する溝が形成されており、前記溝の入り口の延伸方向の長さが当該入り口の前記延伸方向に直交する最大幅の５倍以上であり、
前記最大幅は０．１μｍ以上である、
ことを特徴とする燃料電池単セル。 an electrolyte layer;
an air electrode disposed on one side of the electrolyte layer in a first direction;
a fuel electrode disposed on the other side of the electrolyte layer in the first direction, the fuel electrode comprising a reforming catalyst;
A power generating section in which the electrolyte layer, the air electrode, and the fuel electrode overlap in the first direction, and a non-power generating section not included in the power generating section and being a part of the fuel electrode. In a fuel cell single cell having a non-power generating part including a non-power generating part,
The fuel electrode non-power generation part has an exposed surface exposed from a member other than the fuel electrode constituting the fuel cell single cell,
A groove that opens to the exposed surface is formed in the fuel electrode non-power generating portion, and the length of an entrance of the groove in the extending direction is at least five times the maximum width of the entrance perpendicular to the extending direction. ,
The maximum width is 0.1 μm or more,
A single fuel cell, characterized by: 前記第１の方向に並べて配置された複数の発電単位から構成される発電ブロックを有し、かつ、各前記発電単位は請求項１に記載の燃料電池単セルを備える燃料電池スタックであって、
前記溝の入り口が形成された前記燃料極非発電部の露出表面は、燃料ガスが流れる燃料室に面している、
ことを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell stack having a power generation block composed of a plurality of power generation units arranged side by side in the first direction, each power generation unit comprising the fuel cell single cell according to claim 1,
The exposed surface of the fuel electrode non-power generating portion where the entrance of the groove is formed faces the fuel chamber through which the fuel gas flows.
A fuel cell stack characterized by: 請求項２に記載の燃料電池スタックであって、
前記溝の入り口は、前記燃料極非発電部の露出表面のうち、前記燃料室を流れる燃料ガスの流れに対向する部分である対向面に形成されている、
ことを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell stack according to claim 2,
The entrance of the groove is formed on the exposed surface of the fuel electrode non-power generation portion, which is a portion facing the flow of the fuel gas flowing through the fuel chamber.
A fuel cell stack characterized by: 請求項３に記載の燃料電池スタックであって、
前記燃料室を流れる燃料ガスの流れの方向視において、
前記溝の入り口の面積は、前記対向面の全面積に対して１／１０以下である、
ことを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell stack according to claim 3,
When viewed in the direction of the flow of fuel gas flowing through the fuel chamber,
The area of the entrance of the groove is 1/10 or less of the total area of the facing surface,
A fuel cell stack characterized by: 請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池スタックであって、
前記燃料極のうち、前記発電部に含まれる部分を燃料極発電部としたときに、
前記溝は、前記燃料極発電部の少なくとも一部に対して、前記燃料室を流れる燃料ガスの流れの上流側に位置している、
ことを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell stack according to any one of claims 2 to 4,
When the portion of the fuel electrode included in the power generation unit is the fuel electrode power generation unit,
The groove is positioned upstream of at least a portion of the fuel electrode power generating section with respect to the flow of the fuel gas flowing through the fuel chamber.
A fuel cell stack characterized by: 請求項１に記載の燃料電池単セルの製造方法であって、
前記燃料極を形成する材料であって、前記第１の方向に直交する第２の方向の寸法が前記燃料極よりも大きい材料を準備する第１工程と、
レーザーを用いて前記材料を切断することにより、前記溝の入り口が形成される前記燃料極非発電部の露出表面と、前記溝と、を形成する第２工程と、を備える、
ことを特徴とする燃料電池単セルの製造方法。 A method for manufacturing a single fuel cell according to claim 1,
a first step of preparing a material for forming the fuel electrode, the material having a dimension in a second direction orthogonal to the first direction that is larger than that of the fuel electrode;
a second step of forming an exposed surface of the fuel electrode non-power generating portion where the entrance of the groove is formed and the groove by cutting the material using a laser;
A method for manufacturing a single fuel cell, characterized by:
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