JPH1125996A

JPH1125996A - 燃料電池用のセル及び燃料電池

Info

Publication number: JPH1125996A
Application number: JP9173627A
Authority: JP
Inventors: Isanori Akagi; 功典赤木
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性及び出力性能に優れた燃料電池用のセ
ル及び燃料電池を提供する。【解決手段】固体電解質層１は、酸素極及び燃料極３
を備える内方側の本体部分と熱膨張率が同一又は略同一
になる状態で、その本体部分よりも厚さが厚くなる部分
を備えるように、周縁部が形成されている燃料電池用の
セルＣ。その燃料電池用のセルＣの複数が、酸素極に臨
む側に酸素含有ガス流路ｓを形成し、且つ、燃料極３に
臨む側に燃料ガス流路ｆを形成すべく、互いに間隔を隔
てて厚さ方向に並べて設けられ、流路形成部材４が、並
び方向に隣接するセルＣ間に、前記セルＣにおける固体
電解質層１の周縁部の厚さが厚い部分に接当する状態で
設けられて、酸素含有ガス流路ｓ又は燃料ガス流路ｆが
区画形成されている燃料電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板状の固体電解質
層の一方の面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備
えた燃料電池用のセル、及び、その燃料電池用のセルの
複数を、酸素極に臨む側に酸素含有ガス流路を形成し、
且つ、燃料極に臨む側に燃料ガス流路を形成すべく、互
いに間隔を隔てて厚み方向に並べて積層した燃料電池に
関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池用のセルでは、固体電解
質層を支持体として、その一方の面に酸素極を、他方の
面に燃料極を夫々備えさせている。従来では、固体電解
質層を、全面にわたって均一な厚さの板状に形成してい
た。そして、熱応力や複数のセルを積層したときに印加
される荷重等に対する信頼性を高くして、セル及び燃料
電池の耐久性を確保するために、固体電解質層の厚さを
厚くして、固体電解質層の機械的強度を強くしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池用
のセルでは、固体電解質層のイオン伝導度がセルの出力
性能を左右するが、固体電解質層のイオン伝導度を高く
するには、固体電解質層の厚さを薄くする必要がある。
しかしながら、従来では、固体電解質層の機械的強度を
確保しながら、固体電解質層の厚さを薄くするにしても
限度があるため、固体電解質層のイオン伝導度を高くす
る上で限界があった。従って、従来の燃料電池用のセル
及び燃料電池においては、出力性能を向上させる上で改
善の余地があった。

【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、耐久性及び出力性能に優れた燃
料電池用のセル及び燃料電池を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の特徴構
成によれば、固体電解質層は、酸素極及び燃料極を備え
る内方側の本体部分と熱膨張率が同一又は略同一になる
状態で、その本体部分よりも厚さが厚くなる部分を備え
るように、周縁部が形成されている。従って、そのよう
な、固体電解質層の周縁部における前記本体部分よりも
厚さが厚くなる部分（以下、増厚部分と略記する場合が
ある）によって、固体電解質層の機械的強度を強くしな
がら、酸素極及び燃料極を備える本体部分の厚さを可及
的に薄くして、イオン伝導度を高くすることができる。
しかも、前記増厚部分は、熱膨張率が本体部分と同一又
は略同一であるので、熱応力に対する強度を強くし、且
つ反りの発生を抑制することができる。つまり、熱応力
はセルの周縁部に集中しやすく、又、複数のセルを積層
する場合、固体電解質層の周縁部を利用して各セルを支
持する構造になるので、複数のセルを積層したときに印
加される荷重もセルの周縁部に集中しやすい。そこで、
セルの機械的強度を強くしながら、固体電解質層のイオ
ン伝導度を高くするという課題を解決するうえで、固体
電解質層の周縁部を、熱膨張率が本体部分と同一又は略
同一になる状態で前記増厚部分を備えるように形成する
ことは、極めて効果的である。従って、耐久性及び出力
性能に優れた燃料電池用のセルを提供することができる
ようになった。

【０００６】請求項２に記載の特徴構成によれば、酸素
極側突起部を形成する場合は、その酸素極側突起部を利
用して、酸素極に臨む状態で設けられる酸素含有ガス流
路を、その流路開口部が同時に形成される状態で区画形
成することができる。又、燃料極側突起部を形成する場
合は、その燃料極側突起部を利用して、燃料極に臨む状
態で設けられる燃料ガス流路を、その流路開口部が同時
に形成される状態で区画形成することができる。セルに
おいて、燃料ガス中の水素と酸素含有ガス中の酸素との
電気化学反応を起こさせるために、燃料極及び酸素極は
通気性を備えた材料で形成されるが、固体電解質層は緻
密な材料で形成される。そこで、請求項２に記載のセル
であれば、酸素含有ガス流路を区画形成する場合は、緻
密な固体電解質層が露出している酸素極側突起部を利用
することができ、燃料ガス流路を区画形成する場合は、
緻密な固体電解質層が露出している燃料極側突起部を利
用することができるので、流路からのガス漏洩を防止す
るためのシール構造が簡略になる。従って、前記増厚部
分を備えながらも、その増厚部分が燃料電池を製作する
うえで邪魔にならず、しかも、その増厚部分を利用する
ことにより、酸素含有ガス流路又は燃料ガス流路を形成
するための流路形成構造を簡略化することができるの
で、本発明を実施するためのコストを低減することがで
きる。

【０００７】請求項３に記載の特徴構成によれば、矩形
板状のセルにおける一方の対向する一対の端縁部夫々に
酸素含有ガス流路の流路開口部が備えられ、他方の対向
する一対の端縁部夫々に燃料ガス流路の流路開口部が備
えられる。そして、酸素極側突起部を形成する場合は、
酸素極側突起部を、酸素含有ガス流路の流路開口部が備
えられる一対の端縁部とは別の一対の端縁部夫々に設け
て、その一対の端縁部夫々を酸素極側突起部によって区
画して、酸素含有ガス流路を形成する。燃料極側突起部
を形成する場合は、燃料極側突起部を、燃料ガス流路の
流路開口部が備えられる一対の端縁部とは別の一対の端
縁部夫々に設けて、その一対の端縁部夫々を燃料極側突
起部によって区画して、燃料ガス流路を形成する。そし
て、酸素含有ガス流路への酸素含有ガスの供給、酸素含
有ガス流路からのガスの排出、燃料ガス流路への燃料ガ
スの供給、及び、燃料ガス流路からのガスの排出の夫々
は、セルの４個の端縁部を１個ずつ各別に利用して行う
ことができる。従って、酸素含有ガス流路又は燃料ガス
流路を形成するための流路形成構造を簡略化しながら、
更に、セルに対する酸素含有ガス及び燃料ガスの供給、
並びに、セルからのガスの排出の構成を簡略化すること
できるので、本発明を実施するためのコストを更に低減
することができる。

【０００８】請求項４に記載の特徴構成によれば、固体
電解質層を形成する際に、周縁部に内方側よりも厚さが
厚くなる部分を備えるように板状に成形することによ
り、固体電解質層を形成するのと同時に、固体電解質層
の周縁部に前記増厚部分が備えられる。従って、燃料電
池を製作する際に、固体電解質層に前記増厚部分を付設
するといった新たな作業が追加されることがない。しか
も、前記増厚部分は、熱膨張率が本体部分と同一である
とともに、前記増厚部分と本体部分との間に接合部もな
いので、熱応力に対する一層強度を強くするとともに、
反りの発生を一層抑制することができる。

【０００９】請求項５に記載の特徴構成によれば、固体
電解質層の本体部分の周縁部に、その本体部分とは別体
で且つその本体部分と熱膨張率が同一又は略同一の増厚
部材を一体的に付設することにより、固体電解質層の周
縁部に前記増厚部分が備えられる。従って、増厚部材の
材料として、固体電解質層の本体部分を形成する材料と
は異なり、それよりも安価な材料を使用することができ
るので、本発明を実施するためのコストを低減すること
ができる。

【００１０】請求項６に記載の特徴構成によれば、請求
項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池用のセルの複
数を、酸素極に臨む側に酸素含有ガス流路を形成し、且
つ、燃料極に臨む側に燃料ガス流路を形成すべく、互い
に間隔を隔てて厚み方向に並べて設けられ、流路形成部
材が、並び方向に隣接するセル間に、前記増厚部分と接
当する状態で設けられて、酸素含有ガス流路又は燃料ガ
ス流路が区画形成される。複数のセルを積層した構造に
おいては、セルの周縁部に、熱応力や複数のセルを積層
したときの荷重が比較的集中するが、固体電解質層の周
縁部に前記増厚部分が設けられているので、その増厚部
分によってセルの機械的強度を強くしながら、固体電解
質層の本体部分の厚さを可及的に薄くして、イオン伝導
度を高くすることができる。従って、耐久性及び出力性
能に優れた燃料電池を提供することができるようになっ
た。

【００１１】請求項７に記載の特徴構成によれば、前記
流路形成用凸部を備えるように、導電性材料にて形成し
た流路形成部材を、並び方向に隣接するセル間に、前記
増厚部分と接当する状態で設けるとともに、流路形成部
材とその流路形成用凸部側とは反対側のセルとの間に、
気体の通流を許容する状態に形成された柔軟性導電材を
充填するという、簡単な手順によって、酸素含有ガス流
路又は燃料ガス流路を区画形成することができるととも
に、並び方向に隣接するセルを、流路形成部材と柔軟性
導電材によって導電状態に接続することができる。従っ
て、複数のセルを積層するために積層構造を簡略化する
ことができる。

【００１２】又、燃料電池の運転に伴って、温度が上昇
して、燃料電池を構成する各構成部材が膨張しても、柔
軟性導電材の柔軟性によって、応力の発生を抑制するこ
とができるとともに、柔軟性導電材とセル及び流路形成
部材夫々との間の接触状態を良好に維持して、電力ロス
を抑制することができるので、耐久性及び出力性能を一
層向上させることができる。

【００１３】請求項８に記載の特徴構成によれば、前記
酸素極側凸部及び前記燃料極側凸部を備えるように導電
性材料にて形成した流路形成部材を、並び方向に隣接す
るセル間に、前記増厚部分と接当する状態で設けるだけ
の簡単な手順によって、酸素含有ガス流路又は燃料ガス
流路を区画形成することができるとともに、並び方向に
隣接するセルを、流路形成部材によって導電状態に接続
することができる。従って、複数のセルを積層するため
に積層構造を一層簡略化することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

〔第１実施形態〕以下、図１ないし図７に基づいて、本
発明の第１の実施の形態を説明する。先ず、図１ないし
図３に基づいて、燃料電池用のセルについて説明する。
セルＣは、板状の固体電解質層１の一方の面に酸素極２
を備え且つ他方の面に燃料極３を備えて構成してある。

【００１５】本発明においては、固体電解質層１は、酸
素極２及び燃料極３を備える内方側の本体部分と熱膨張
率が同一になる状態で、その本体部分よりも厚さが厚く
なる部分を備えるように、周縁部を形成してある。説明
を加えると、固体電解質層１の周縁部における酸素極２
よりも外方の部分において、固体電解質層１の厚さ方向
に酸素極２よりも突出し、且つ、酸素極２に臨む状態で
設けられる酸素含有ガス流路ｓの流路開口部ｓｗを形成
する状態で設けられる酸素極側突起部１Ｓと、固体電解
質層１の周縁部における燃料極３よりも外方の部分にお
いて、前記厚さ方向に燃料極３よりも突出し、且つ、燃
料極３に臨む状態で設けられる燃料ガス流路ｆの流路開
口部ｆｗを形成する状態で設けられる燃料極側突起部１
Ｆとを形成して、前記本体部分よりも厚さが厚い部分を
備えるように、固体電解質層１の周縁部を形成してあ
る。

【００１６】更に説明を加えると、固体電解質層１を矩
形板状に形成し、その矩形板状の固体電解質層１におけ
る一方の対向する一対の端縁部夫々に、夫々の端縁部の
全長にわたる状態で、酸素極側突起部１Ｓを設け、他方
の対向する一対の端縁部夫々に、酸素含有ガス流路ｓの
流路開口部ｓｗを形成し、並びに、酸素極側突起部１Ｓ
が設けられている一対の端縁部とは別の一対の端縁部夫
々に、夫々の端縁部の全長にわたる状態で、燃料極側突
起部１Ｆを設け、酸素極側突起部１Ｓが設けられている
一対の端縁部夫々に、燃料ガス流路ｆの流路開口部ｆｗ
を形成するようにしてある。つまり、矩形板状の固体電
解質層１における一方の対向する一対の端縁部夫々に酸
素含有ガス流路ｓの流路開口部ｓｗを備え、他方の対向
する一対の端縁部夫々に燃料ガス流路ｆの流路開口部ｆ
ｗを備えるように構成してある。

【００１７】固体電解質層１を形成するための材料を用
いて、周縁部に上記の酸素極側突起部１Ｓ及び燃料極側
突起部１Ｆを備えるような板状に成形することにより、
固体電解質層１を形成し、そのよう形成した固体電解質
層１において、酸素極側突起部１Ｓや燃料極側突起部１
Ｆが設けられている周縁部よりも内方側の部分に、矩形
状の酸素極２及び燃料極３を付設して、矩形板状のセル
Ｃを形成してある。

【００１８】固体電解質層１は、３〜１０モル％程度の
Ｙ₂Ｏ₃を固溶させた正方晶又は立方晶のＺｒＯ₂から
成り、酸素極２はＬａＭｎＯ₃から成り、燃料極３はＮ
ｉとＺｒＯ₂のサーメットから成る。

【００１９】次に、図４ないし図７に基づいて、上述の
セルＣを用いた燃料電池について説明する。セルＣの複
数を、酸素極２に臨む側に酸素含有ガス流路ｓを形成
し、且つ、燃料極３に臨む側に燃料ガス流路ｆを形成す
べく、互いに間隔を隔てて厚み方向に並べて設け、流路
形成部材４を、並び方向に隣接するセルＣ間に、酸素極
２が対面している方のセルＣの酸素極側突起部１Ｓと、
燃料極３が対面している方のセルＣの燃料極側突起部１
Ｆとに接当する状態で設けて、酸素含有ガス流路ｓ及び
燃料ガス流路ｆを区画形成することにより、セル積層体
ＮＣを形成してある。

【００２０】流路形成部材４は、酸素極２が対面してい
るセルＣの側にそのセルＣの酸素極２に接触する状態で
突出し、且つ、その側に形成される酸素含有ガス流路ｓ
における一対の流路開口部ｓｗ間で気体の通流が可能な
ように設けられる流路形成用凸部４ｒを一体的に備える
ように、導電性材料にて形成してある。

【００２１】説明を加えると、流路形成部材４は、矩形
状の板状部４ｐの一方の面における対向する一対の端縁
間に、各端縁よりも内方に位置して、その端縁に沿う方
向に長い長尺状の流路形成用凸部４ｒの複数を間隔を隔
てて並ぶ状態で備えるように、導電性材料にて形成して
ある。流路形成用凸部４ｒにおける板状部４ｐからの突
出量は、酸素極側突起部１Ｓにおける酸素極２からの突
出量と同一又は略同一にしてある。流路形成部材４を上
記のように構成することによって、流路形成部材４を、
その板状部４ｐにおける流路形成用凸部４ｒが設けられ
ていない一対の端縁部（即ち、複数の流路形成用凸部４
ｒの並び方向の両端の端縁部）が、セルＣの一対の酸素
極側突起部１Ｓと各別に接当する状態で設けたときに、
流路形成用凸部４ｒがセルＣの酸素極２に接当するよう
にしてある。又、酸素極側突起部１Ｓと流路形成用凸部
４ｒとの間、流路形成用凸部４ｒ同士の間夫々に、セル
Ｃにおける対向する一対の端縁部（酸素含有ガス流路ｓ
の流路開口部ｓｗが位置する）間にわたって気体の通過
が可能な通路が形成され、その通路を酸素含有ガス流路
ｓとして機能させるようにしてある。

【００２２】そして、セルＣの複数を、互いに間隔を隔
てて厚み方向に並べて設け、流路形成部材４を、並び方
向に隣接するセルＣ間に、酸素極２が対面している方の
セルＣの酸素極側突起部１Ｓと、燃料極３が対面してい
る方のセルＣの燃料極側突起部１Ｆとに接当する状態で
設けるとともに、流路形成部材４と、流路形成用凸部４
ｒの側とは反対側の、燃料極３が対面しているセルＣと
の間に、気体の通流を許容する状態に形成された柔軟性
導電材９を充填することにより、セル積層体ＮＣを形成
する。

【００２３】すると、一対の酸素極側突起部１Ｓにて、
酸素極２が対面しているセルＣと流路形成部材４との間
の間隔が保持されるとともに、そのセルＣと流路形成部
材４との間が区画され、一対の燃料極側突起部１Ｆに
て、燃料極３が対面しているセルＣと流路形成部材４と
の間の間隔が保持されるとともに、そのセルＣと流路形
成部材４との間が区画される。従って、セルＣの夫々に
対して、セルＣにおける酸素極２側に、一方の対向する
一対の端縁部夫々にて酸素極側突起部１Ｓにより閉じら
れ、且つ、他方の対向する一対の端縁部夫々に流路開口
部ｓｗが位置する酸素含有ガス流路ｓが形成され、並び
に、セルＣにおける燃料極３側に、酸素含有ガス流路ｓ
の流路開口部ｓｗが位置する一対の端縁部夫々にて燃料
極側突起部１Ｆにより閉じられ、酸素含有ガス流路ｓが
閉じている一対の端縁部夫々に流路開口部ｆｗが位置す
る燃料ガス流路ｆが形成される。

【００２４】従って、直方体形状のセル積層体ＮＣにお
ける４個の側面部のうち、一方の対向する一対の側面部
夫々に、酸素含有ガス流路ｓ夫々の流路開口部ｓｗが位
置し、他方の一対の側面部夫々に、燃料ガス流路ｆ夫々
の流路開口部ｆｗが位置することになる。

【００２５】又、並び方向に隣接するセルＣ同士が、流
路形成部材４と柔軟性導電材９とによって導電状態に接
続される。

【００２６】流路形成部材４は、耐酸化性及び耐還元性
に加えて導電性を備えたセラミック、例えば、ＬａＣｒ
Ｏ₃から成る。柔軟性導電材９は、耐還元性を備えたＮ
ｉのフェルト状材から成る。

【００２７】次に、図６及び図７に基づいて、セル積層
体ＮＣから電力を取り出すための構成について説明す
る。セル積層体ＮＣにおけるセル並び方向の両端部夫々
に、柔軟性導電材９を接触する状態で設け、その柔軟性
導電材９に接触する状態で、板状導電材１０を設け、そ
の板状導電材１０に接触する状態で、柔軟性導電材９を
設け、更に、集電板１１を保持した集電板保持部材１２
を、集電板１１が柔軟性導電材９に接触する状態で設け
てある。そして、両側の集電板１１によって、セル積層
体ＮＣから電力を取り出すように構成してある。

【００２８】尚、集電板１１は、放熱体として作用する
ので、セル積層体ＮＣにおけるセル並び方向の端部のセ
ルＣと集電板１１との間に、板状導電材１０を介在させ
ることにより、前記セル並び方向の端部のセルＣの温度
低下を抑制して、そのセルＣの温度が、前記セル並び方
向内方側のセルＣの温度と略同様になるようにしてあ
る。従って、セル積層体ＮＣを構成する全てのセルＣが
略同様に発電機能するようになっている。板状導電材１
０は、例えば、ＬａＣｒＯ₃から成る。

【００２９】図５ないし図７に基づいて、セルＣ夫々の
酸素含有ガス流路ｓへの酸素含有ガスの供給、及び、セ
ルＣ夫々の酸素含有ガス流路ｓからのガスの排出、並び
に、セルＣ夫々の燃料ガス流路ｆへの燃料ガスの供給、
及び、セルＣ夫々の燃料ガス流路ｆからのガスの排出の
ための構成について説明する。セル積層体ＮＣの各側面
部には、固体電解質層１夫々の端面及び流路形成部材４
夫々の端面によって、流路開口部ｓｗ又はｆｗの両側に
位置して、セル並び方向に連なる壁面が形成される。

【００３０】酸素含有ガス流路ｓの流路開口部ｓｗが位
置する一対の側面部のうちの一方に対して、一つの面が
開口し、且つ、酸素含有ガス供給管１３を連通接続した
箱状のガス通路形成部材１７を、その開口部の周縁を前
記壁面に当付けた状態で設けて、そのガス通路形成部材
１７の内部を、セルＣ夫々の酸素含有ガス流路ｓに酸素
含有ガスを供給する供給用酸素側ガス通路Ｓｉとして使
用し、他方の側面部に対して、酸素含有ガス排出管１４
を連通接続したガス通路形成部材１８を同様に設けて、
そのガス通路形成部材１８の内部を、セルＣ夫々の酸素
含有ガス流路ｓからガスを排出する排出用酸素側ガス通
路Ｓｏとして使用する。又、燃料ガス流路ｆの流路開口
部ｆｗが位置する一対の側面部のうちの一方に対して、
燃料ガス供給管１５を連通接続したガス通路形成部材１
９を同様に設けて、そのガス通路形成部材１９の内部
を、セルＣ夫々の燃料ガス流路ｆに燃料ガスを供給する
供給用燃料側ガス通路Ｆｉとして使用し、他方の側面部
に対して、燃料ガス排出管１６を連通接続したガス通路
形成部材２０を同様に設けて、そのガス通路形成部材２
０の内部を、セルＣ夫々の燃料ガス流路ｆからガスを排
出する排出用燃料側ガス通路Ｆｏとして使用する。

【００３１】尚、図５ないし図７において、酸素含有ガ
スの流れ方向を破線の矢印にて、燃料ガスの流れ方向を
実線の矢印にて夫々示す。

【００３２】〔第２実施形態〕以下、図８ないし図１１
に基づいて、本発明の第２の実施の形態を説明する。本
第２実施形態においては、セルＣの構成が上述の第１実
施形態と同じで、流路形成部材４の構成が上述の第１実
施形態と異なる。流路形成部材４は、酸素極２が対面す
る状態で隣接するセルＣにおける酸素極２に接触する状
態で突出し、且つ、酸素含有ガス流路ｓの一対の流路開
口部ｓｗ間で気体の通流が可能なように設けられる酸素
極側凸部４ｓ、及び、燃料極３が対面する状態で隣接す
るセルＣにおける燃料極３に接触する状態で突出し、且
つ、燃料ガス流路ｆの一対の流路開口部ｆｗ間で気体の
通流が可能なように設けられる燃料極側凸部４ｆを備え
るように導電性材料にて形成してある。

【００３３】説明を加えると、流路形成部材４は、矩形
状の板状部４ｐの一方の面に、複数の長尺状の酸素極側
凸部４ｓを、上記の第１実施形態における複数の長尺状
の流路形成用凸部４ｒと同様の配置形態で設け、且つ、
他方の面に、複数の長尺状の燃料極側凸部４ｆを、セル
並び方向視で酸素極側凸部４ｓと直交する状態で、上記
の第１実施形態における複数の長尺状の流路形成用凸部
４ｒと同様の配置形態で設けてある。

【００３４】酸素極側凸部４ｓにおける板状部４ｐから
の突出量は、酸素極側突起部１Ｓにおける酸素極２から
の突出量と同一又は略同一にし、燃料極側凸部４ｆにお
ける板状部４ｐからの突出量は、燃料極側突起部１Ｆに
おける燃料極３からの突出量と同一又は略同一にしてあ
る。流路形成部材４を上記のように構成することによっ
て、流路形成部材４を、その板状部４ｐの酸素極側凸部
４ｓ側の面における、酸素極側凸部４ｓが設けられてい
ない一対の端縁部が、セルＣの一対の酸素極側突起部１
Ｓと各別に接当する状態で設けたときに、酸素極側凸部
４ｓがセルＣの酸素極２に接当するようにしてある。
又、酸素極側突起部１Ｓと酸素極側凸部４ｓとの間、酸
素極側凸部４ｓ同士の間夫々に、セルＣにおける対向す
る一対の端縁部（酸素含有ガス流路ｓの流路開口部ｓｗ
が位置する）間にわたって気体の通過が可能な通路が形
成され、その通路を酸素含有ガス流路ｓとして機能させ
るようにしてある。

【００３５】又、流路形成部材４を、その板状部４ｐの
燃料極側凸部４ｆ側の面における、燃料極側凸部４ｆが
設けられていない一対の端縁部が、セルＣの一対の燃料
極側突起部１Ｆと各別に接当する状態で設けたときに、
燃料極側凸部４ｆがセルＣの燃料極３に接当するように
してある。又、燃料極側突起部１Ｆと燃料極側凸部４ｆ
との間、及び、燃料極側凸部４ｆ同士の間夫々に、セル
Ｃにおける対向する一対の端縁部（燃料ガス流路ｆの流
路開口部ｆｗが位置する）間にわたって気体の通過が可
能な通路が形成され、その通路を燃料ガス流路ｆとして
機能させるようにしてある。

【００３６】そして、セルＣの複数を、互いに間隔を隔
てて厚み方向に並べて設け、流路形成部材４を、並び方
向に隣接するセルＣ間に、酸素極２が対面している方の
セルＣの酸素極側突起部１Ｓと、燃料極３が対面してい
る方のセルＣの燃料極側突起部１Ｆとに接当する状態で
設けることにより、セル積層体ＮＣを形成する。

【００３７】但し、セル積層体ＮＣにおけるセル並び方
向の端部において、酸素極２が面しているセルＣに対し
ては、酸素極側凸部４ｓのみを設けた流路形成部材４を
設け、並びに、燃料極３が面しているセルＣに対して
は、燃料極側凸部４ｆのみを設けた流路形成部材４を設
けてある。

【００３８】すると、一対の酸素極側突起部１Ｓにて、
酸素極２が対面しているセルＣと流路形成部材４との間
の間隔が保持されるとともに、そのセルＣと流路形成部
材４との間が区画され、一対の燃料極側突起部１Ｆに
て、燃料極３が対面しているセルＣと流路形成部材４と
の間の間隔が保持されるとともに、そのセルＣと流路形
成部材４との間が区画される。従って、セルＣの夫々に
対して、セルＣにおける酸素極２側に、一方の対向する
一対の端縁部夫々にて酸素極側突起部１Ｓにより閉じら
れ、且つ、他方の対向する一対の端縁部夫々に流路開口
部ｓｗが位置する酸素含有ガス流路ｓが形成され、並び
に、セルＣにおける燃料極３側に、酸素含有ガス流路ｓ
の流路開口部ｓｗが位置する一対の端縁部夫々にて燃料
極側突起部１Ｆにより閉じられ、酸素含有ガス流路ｓが
閉じている一対の端縁部夫々に流路開口部ｆｗが位置す
る燃料ガス流路ｆが形成される。

【００３９】並び方向に隣接するセルＣ同士が、流路形
成部材４によって導電状態に接続される。

【００４０】又、セル積層体ＮＣにおけるセル並び方向
の両端部夫々に、柔軟性導電材９を流路形成部材４と接
触する状態で設け、集電板１１を保持した集電板保持部
材１２を、集電板１１が柔軟性導電材９に接触する状態
で設けてある。そして、両側の集電板１１によって、セ
ル積層体ＮＣから電力を取り出すように構成してある。

【００４１】更に、第１実施形態と同様に、供給用酸素
側ガス通路Ｓｉ、排出用酸素側ガス通路Ｓｏ、供給用燃
料側ガス通路Ｆｉ及び排出用燃料側ガス通路Ｆｏを設け
てある。

【００４２】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。（イ）固体電解質層１に酸素極側突起部１Ｓや燃料極
側突起部１Ｆを備える場合、上記の各実施形態において
は、固体電解質層１の端縁に沿って備える場合について
例示したが、これに代えて、固体電解質層１の端縁より
も内方側に備えてもよい。

【００４３】（ロ）上記の各実施形態においては、酸
素極側突起部１Ｓや燃料極側突起部１Ｆのみで、セルＣ
と流路形成部材４との間の全間隔を保持して、酸素含有
ガス流路ｓ又は燃料ガス流路ｆを形成する場合について
例示した。これに代えて、流路形成部材４の周縁部に
も、内方側よりも厚さが厚い部分を設け、固体電解質層
１の酸素極側突起部１Ｓや燃料極側突起部１Ｆと、流路
形成部材４の周縁部の厚さが厚い部分との協働にて、セ
ルＣと流路形成部材４との間の全間隔を保持して、酸素
含有ガス流路ｓ又は燃料ガス流路ｆを形成するようにし
てもよい。尚、この場合、酸素極側突起部１Ｓは、前記
厚さ方向に酸素極２から突出しないように設けてもよ
く、又、燃料極側突起部１Ｆは、前記厚さ方向に燃料極
３から突出しないように設けてもよい。この場合、酸素
極側突起部１Ｓや燃料極側突起部１Ｆの厚さを、上記の
各実施形態に例示したものよりも薄くすることができる
ので、価格が比較的高い材料を使用する固体電解質層１
の材料費を低減することができる。

【００４４】（ハ）上記の各実施形態において例示し
た燃料電池用のセルＣにおいては、固体電解質層１に、
酸素極側突起部１Ｓ及び燃料極側突起部１Ｆの両方を設
ける場合について例示した。これに代えて、酸素極側突
起部１Ｓ又は燃料極側突起部１Ｆのいずれか一方のみを
設けてもよい。この場合、突起部は、矩形板状のセルＣ
における一方の対向する一対の端縁部夫々に流路開口部
を形成する状態で、他方の対向する一対の端縁部夫々に
設けてもよい。あるいは、突起部を、固体電解質層１の
周縁部の略全周にわたって設け、固体電解質層１の周縁
部における突起部が存在しない部分を、流路開口部とし
て機能させるようにしてもよい。あるいは、突起部を、
固体電解質層１の全周にわたって設け、その突起部その
ものに、流路開口部として機能させる貫通孔を形成して
もよい。

【００４５】（ニ）酸素極側突起部１Ｓ及び燃料極側
突起部１Ｆのいずれも、流路開口部をセルＣの周縁部の
適当な位置に形成する状態で、固体電解質層１の周縁部
の略全周にわたって設けてもよい。

【００４６】（ホ）複数の燃料電池用のセルＣを用い
て燃料電池を形成する場合、複数のセルＣを、酸素極２
に臨む側に酸素含有ガス流路ｓを形成し、且つ、燃料極
３に臨む側に燃料ガス流路ｆを形成しながら、厚み方向
に並べて設けるための構造は、上記の各実施形態におい
て例示した構造に限定されるものではなく、固体電解質
層１に設ける酸素極側突起部１Ｓ又は燃料極側突起部１
Ｆの形態に応じて、適宜設定することができる。

【００４７】（ヘ）上記の各実施形態においては、酸
素極側突起部１Ｓや燃料極側突起部１Ｆは、流路開口部
を形成する状態で設ける、つまり、突起部が存在しない
箇所を流路開口部として機能させる場合について例示し
たが、酸素極側突起部１Ｓや燃料極側突起部１Ｆは、単
に固体電解質層１の補強用として設け、流路開口部を形
成するための機能は流路形成部材４に具備させるように
してもよい。

【００４８】（ト）流路形成部材４に備えさせる凸部
４ｒ，４ｓ，４ｆの形状や配置形態は、上記の各実施形
態において例示した以外にも種々の形状が可能である。
例えば、円柱状や角柱状の複数の凸部４ｒを、気体の通
流が可能なように分散状態で配置してもよい。

【００４９】（チ）上記の第１実施形態では、流路形
成部材４に突出状態で備えさせる凸部４ｒは、酸素極２
が対面しているセルＣの側に、そのセルＣの酸素極２に
接触する状態で突出させる場合について例示したが、こ
れに代えて、燃料極３が対面しているセルＣの側に、そ
のセルＣの燃料極３に接触する状態で突出させてもよ
い。

【００５０】（リ）上記の各実施形態においては、固
体電解質層１を形成するための材料を用いて、固体電解
質層１に一体的に酸素極側突起部１Ｓ及び燃料極側突起
部１Ｆを備えるように、成形する場合について例示し
た。これに代えて、図１２に示すように、固体電解質層
１において酸素極２及び燃料極３を備える本体部分１ｍ
の周縁部に、その本体部分１ｍとは別体で且つ本体部分
１ｍと熱膨張率が同一又は略同一の増厚部材１ｒを一体
的に接合して、酸素極側突起部１Ｓや燃料極側突起部１
Ｆを備えさせるようにしてもよい。尚、この場合、増厚
部材１ｒの材料は、固体電解質層１の本体部分１ｍの材
料と同一にしてもよいし、異ならせてもよいが、異なら
せる場合は、熱膨張率が本体部分１ｍと同一又は略同一
の材料を選定する必要がある。増厚部材１ｒの材料を本
体部分１ｍと異ならせる場合、増厚部材１ｒの材料とし
ては、例えば、流路形成部材４の材料と同じ材料を使用
することができる。あるいは、その他の電気絶縁性のセ
ラミック材料を使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態における燃料電池用のセルの構成
を示す斜視図

【図２】第１実施形態のセルにおける燃料極側から見た
平面図

【図３】第１実施形態のセルにおける酸素極側から見た
平面図

【図４】第１実施形態における燃料電池の要部の分解斜
視図

【図５】第１実施形態における燃料電池の横断平面図

【図６】図５におけるイ−イ矢視図

【図７】図５におけるロ−ロ矢視図

【図８】第２実施形態における燃料電池の要部の分解斜
視図

【図９】第２実施形態における燃料電池の横断平面図

【図１０】図９におけるハ−ハ矢視図

【図１１】図９におけるニ−ニ矢視図

【図１２】別実施形態における燃料電池用のセルの構成
を示す斜視図

【符号の説明】

１固体電解質層１ｒ増厚部材１Ｆ燃料極側突起部１Ｓ酸素極側突起部２酸素極３燃料極４流路形成部材４ｆ燃料極側凸部４ｒ流路形成用凸部４ｓ酸素極側凸部９柔軟性導電材ｆ燃料ガス流路ｆｗ流路開口部ｓ酸素含有ガス流路ｓｗ流路開口部Ｃ燃料電池用のセル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状の固体電解質層の一方の面に酸素極
を備え且つ他方の面に燃料極を備えた燃料電池用のセル
であって、前記固体電解質層は、前記酸素極及び前記燃料極を備え
る内方側の本体部分と熱膨張率が同一又は略同一になる
状態で、その本体部分よりも厚さが厚くなる部分を備え
るように、周縁部が形成されている燃料電池用のセル。
【請求項２】前記固体電解質層の周縁部における前記
酸素極よりも外方の部分において、前記固体電解質層の
厚さ方向における前記酸素極の側に突出し、且つ、前記
酸素極に臨む状態で設けられる酸素含有ガス流路の流路
開口部を形成する状態で設けられる酸素極側突起部と、前記固体電解質層の周縁部における前記燃料極よりも外
方の部分において、前記厚さ方向における前記燃料極の
側に突出し、且つ、前記燃料極に臨む状態で設けられる
燃料ガス流路の流路開口部を形成する状態で設けられる
燃料極側突起部との少なくともいずれか一方を形成し
て、前記本体部分よりも厚さが厚くなる部分を備えるよう
に、前記固体電解質層の周縁部が形成されている請求項
１記載の燃料電池用のセル。
【請求項３】前記固体電解質層が、矩形板状に形成さ
れ、その矩形板状の固体電解質層における一方の対向する一
対の端縁部夫々に前記酸素含有ガス流路の流路開口部が
備えられ、他方の対向する一対の端縁部夫々に前記燃料
ガス流路の流路開口部が備えられるように構成され、前記酸素含有ガス流路の流路開口部が備えられる一対の
端縁部とは別の一対の端縁部夫々に設けられる前記酸素
極側突起部と、前記燃料ガス流路の流路開口部が備えられる一対の端縁
部との別の一対の端縁部夫々に設けられる前記燃料極側
突起部との少なくともいずれか一方を形成して、前記本体部分よりも厚さが厚くなる部分を備えるよう
に、前記固体電解質層の周縁部が形成されている請求項
２記載の燃料電池用のセル。
【請求項４】前記固体電解質層を形成するための材料
を用いて、周縁部に内方側よりも厚さが厚い部分を備え
るような板状に成形されることにより、前記本体部分よ
りも厚さが厚くなる部分を備えるように、前記固体電解
質層の周縁部が形成されている請求項１〜３のいずれか
１項に記載の燃料電池用のセル。
【請求項５】前記固体電解質層における前記本体部分
の周縁部に、その本体部分とは別体で且つその本体部分
と熱膨張率が同一又は略同一の増厚部材を一体的に付設
することにより、前記本体部分よりも厚さが厚くなる部
分を備えるように、前記固体電解質層の周縁部が形成さ
れている請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池
用のセル。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃
料電池用のセルの複数が、前記酸素極に臨む側に酸素含
有ガス流路を形成し、且つ、前記燃料極に臨む側に燃料
ガス流路を形成すべく、互いに間隔を隔てて厚さ方向に
並べて設けられ、流路形成部材が、並び方向に隣接するセル間に、前記セ
ルにおける前記固体電解質層の周縁部の厚さが厚い部分
に接当する状態で設けられて、前記酸素含有ガス流路又
は前記燃料ガス流路が区画形成されている燃料電池。
【請求項７】前記流路形成部材が、その一方の側のセ
ルにおける酸素極又は燃料極に接触する状態で突出し、
且つ、その側に形成される流路における一対の流路開口
部間で気体の通流が可能なように設けられる流路形成用
凸部を備えるように、導電性材料にて形成され、前記流路形成部材と、前記流路形成用凸部側とは反対側
のセルとの間に、気体の通流を許容する状態に形成され
た柔軟性導電材が充填されている請求項６記載の燃料電
池。
【請求項８】前記流路形成部材は、前記酸素極が対面
する状態で隣接するセルにおける前記酸素極に接触する
状態で突出し、且つ、前記酸素含有ガス流路の一対の流
路開口部間で気体の通流が可能なように設けられる酸素
極側凸部、及び、前記燃料極が対面する状態で隣接する
セルにおける前記燃料極に接触する状態で突出し、且
つ、前記燃料ガス流路の一対の流路開口部間で気体の通
流が可能なように設けられる燃料極側凸部を備えるよう
に導電性材料にて形成されている請求項６記載の燃料電
池。