JPWO2019026138A1 - 燃料電池セル - Google Patents

Abstract

アノード電極層４、電解質層５及びカソード電極層６を積層して成る発電領域Ｇを有する電池構造体１と、そのアノード電極層４側に配置した金属製の支持板２とを備え、支持板２が、ガス透過性を有する本体部２Ａと、ガス非透過性を有し且つ厚さが小さいフレーム部２Ｂとを一体的に備えると共に、アノード電極層４側の面に、本体部２Ａとフレーム部２Ｂとの段差面２Ｄを有し、電解質層５が、段差面２Ｄ及びフレーム部２Ｂまで延びて配置される燃料電池セルＦＣとし、発電時に支持板２が熱膨張しても電解質層５に引張荷重が加わる虞を解消し、電池構造体１の端部におけるガスバリア性を良好に維持する。

Description

本発明は、アノード電極層、電解質層及びカソード電極層を積層した電池構造体と、この電池構造体を支持する金属製の支持板とを備えた燃料電池セルに関するものである。

従来の燃料電池セルとしては、例えば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の燃料電池は、粉末冶金で製造されたプレート（支持板）を備えている。プレートは、多孔性基板領域と、気密性の端部領域とを備えている。このプレートは、焼結した平面状の多孔質体の端部をプレス型で圧縮することにより、気密性の端部領域が一体的に形成される。

そして、燃料電池は、プレートの平坦面、すなわち多孔質基板領域と端部領域とが同一面状に連続する面において、多孔性基板領域に、電気化学的活性を有する電池の層が貼り付けられる。また、燃料電池は、電池の層を構成する気密性の電解質層を端部領域まで広げた構造にして、電池の層の端部におけるガスバリア性を確保している。このような燃料電池は、プレート上に、アノード電極層、電解質層及びカソード電極層を順次積層して電池構造体を順次形成するのが一般的な製造方法である。

日本国特表２０１０−５３４９０１号公報

ところで、上記したような燃料電池セルでは、支持板（プレート）が、多孔性基板領域の外周に、気密性を有する端部領域を一体化しているので、多孔性基板領域と端部領域との間に、厚さの変化、空隙率（気孔率）の変化、強度の変化、及び製造上の熱履歴等による構造変化領域が存在する。このため、従来の燃料電池セルでは、発電及び停止（発熱及び冷却）に伴って支持板が膨張収縮した際に、電解質層の割れなどの原因になる過剰な荷重が加わる虞があることから、電池構造体の端部におけるガスバリア性を充実させるための改善が必要であるという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであって、電解質層が、圧縮荷重に対する耐性に比べて引張荷重に対する耐性が低いことに着目し、とくに、発電停止後に支持板が収縮した際に、電解質層に引張荷重が加わる虞を解消して、電解質層の割れ等を未然に阻止することができ、電池構造体の端部におけるガスバリア性を良好に維持することができる燃料電池セルを提供することを目的としている。

本発明に係わる燃料電池セルは、アノード電極層、電解質層及びカソード電極層を積層して成る発電領域を有する電池構造体と、前記電池構造体のアノード電極層側に配置して前記電池構造体を支持する金属製の支持板とを備えている。前記支持板は、ガス透過性を有し且つアノード電極層の発電領域に接する中央の本体部と、前記本体部の外周でガス非透過性を有し且つ前記本体部の厚さに対して相対的に小さい厚さを有するフレーム部とを一体的に備えている。前記支持板は、アノード電極層側の面に、前記本体部とフレーム部との段差面を有している。そして、燃料電池セルは、前記電池構造体の電解質層が、発電領域の外周側に延出して前記段差面及びフレーム部まで延びて配置してあることを特徴としている。

本発明に係わる燃料電池セルは、発電時には全体が熱膨張するが、発電停止後に支持板が収縮すると、支持板が、アノード電極層側の面に段差面を有するので、表面積の違いにより両面側での収縮量が夫々異なり、支持板が段差面を内側にして湾曲するように変位する。そのため、燃料電池セルには、段差面側に圧縮荷重が生じ、その反対面に引張荷重が生じる。これに対して、燃料電池セルは、支持板の段差面側に電池構造体を配置し、電解質層が、段差面及びガス不透過性を有するフレーム部まで延びて配置してあるので、電解質層に引張荷重が加わることがなく、電解質層とフレーム部との間でガスバリア性を確保する。

このようにして、燃料電池セルは、発電停止後に支持板が収縮しても電解質層に引張荷重が加わる虞を解消して、電解質層の割れ等を未然に阻止することができ、電池構造体の端部におけるガスバリア性を良好に維持することができる。

本発明の第１実施形態を説明する燃料電池セルの分解斜視図である。 燃料電池の平面図（Ａ）、及び同図Ａ−Ａ線に基づく断面図（Ｂ）である。 燃料電池セルの製造工程を説明する各々断面図（Ａ）〜（Ｄ）である。 本発明の燃料電池セルの第２実施形態を説明する要部の断面図である。 本発明の燃料電池セルの第３実施形態を説明する要部の断面図である。 本発明の燃料電池セルの第４実施形態を説明する要部の断面図である。 本発明の燃料電池セルの第５実施形態を説明する要部の断面図である。

〈第１実施形態〉
図１に示す燃料電池セルＦＣは、例えば、固体酸化物型の燃料電池であって、電池構造体１と、電池構造体１を支持する金属製の支持板２と、電池構造体１及び支持板２との間にガス流路を形成する一対のセパレータ３，３を備えている。この燃料電池セルＦＣは、支持板２により、ガス透過性を確保しつつ機械的強度を高めたものであって、メタルサポートセルと称されることがある。

電池構造体１は、図２に示すように、図中で下側から、アノード電極層（燃料極層）４、固体電解質から成る電解質層５、及びカソード電極層（空気極層）６を順に積層したものであり、三層４〜６が重なる領域が、電気化学的な活性を有する発電領域Ｇである。

固体酸化物型燃料電池では、一例として、アノード電極層４には、例えば、ニッケル＋イットリア安定化ジルコニアのサーメットが用いられる。電解質層５には、例えば、８モルパーセントイットリア安定化ジルコニアが用いられる。カソード電極層６には、例えば、ランタンストロンチュウムマンガナイトが用いられる。

金属製の支持板２は、電池構造体１の強度を補う目的であれば、どちらの電極層４，６側に配置しても構わないが、酸化を防ぐために、電池構造体１のアノード電極層４側に配置してある。支持板２は、ガス透過性を有し且つアノード電極層４の発電領域Ｇに接する中央の本体部２Ａと、本体部２Ａの外周でガス非透過性を有し且つ本体部２Ａの厚さＴａに対して相対的に小さい厚さＴｂを有するフレーム部２Ｂとを一体的に備え、アノード電極層４側の面に、本体部２Ａとフレーム部２Ｂとの段差面２Ｄを有している。

この実施形態の支持板２は、本体部２Ａとフレーム部２Ｂとを連続させる中間部２Ｃを備えている。中間部２Ｃは、本体部２Ａからフレーム部２Ｂに至る間で厚さを連続的に減少させる。これにより、支持板２における段差面２Ｄは、本体部２Ａからフレーム部２Ｂに至る傾斜面になっている。

上記の支持板２は、発泡金属等の多孔質金属材料から成るものであって、例えばプレス加工により多孔質金属材料の周囲を加圧することで、多孔質の組成が残る中央部が、ガス透過性を有する本体部２Ａとなる。また、支持板２は、加圧により緻密質の組成になった周囲が、ガス非透過性を有するフレーム部２Ｂとなる。このようにして、支持板２は、本体部２Ａと薄肉のフレーム部２Ｂとを一体的に備えたものとなる。さらに、この実施形態の支持板２は、中間部２Ｃとともに片面側の段差面２Ｄを有し、その反対面は、本体部２Ａ、中間部２Ｃ及びフレーム部２Ｂが同一面状に連続する平坦面になっている。

上記の燃料電池セルＦＣは、電池構造体１の電解質層５が、発電領域Ｇの外周側に延出して段差面２Ｄ及びフレーム部２Ｂまで延びて配置してある。なお、電解質層５の延出した部分を外周縁部５Ａと称することにする。

また、この実施形態では、電池構造体１のアノード電極層４が、電解質層５と同様に、発電領域Ｇの外周側に延出して段差面２Ｄ及びフレーム部２Ｂに沿って配置される外周縁部４Ａを有している。そして、燃料電池セルＦＣは、電解質層５が、その外周縁部５Ａにより、アノード電極層４の外周縁部４Ａを被覆し、フレーム部２Ｂにおいて、電解質層５の外周縁部５Ａが、アノード電極層４の外周縁部４Ａの周端面４Ｅを被覆している。

さらに、燃料電池セルＦＣは、アノード電極層４の厚さが、支持板２の中間部２Ｃの熱膨張量と同等の熱膨張量となる厚さにしてあり、発電領域Ｇ及び外周縁部４Ａで厚さが同一になっている。なお、アノード電極層４の厚さについて、中間部２Ｃの熱膨張量と同等の熱膨張量となる厚さとは、支持板２が熱膨張した際に、中間部の変位量（変形量）と同等の変位量が得られる厚さと言い換えても良い。

さらに、燃料電池セルＦＣは、電池構造体１のカソード電極層６が、支持板２に対して、本体部２Ａの範囲に設けてあり、図示例では、本体部２Ａの範囲のみに設けてある。これにより、燃料電池セルＦＣは、支持板２の本体部２Ａの範囲内に、電池構造体１の三層４〜６から成る発電領域Ｇが存在し、アノード電極層４及び電解質層５の外周縁部４Ａ，５Ａが、段差面２Ｄ及びフレーム部２Ｂに沿って配置されている。

上記構成を備えた燃料電池セルＦＣは、電池構造体１を備えた支持板２、及び一対のセパレータ３，３が、図１に示すように、同等の縦横寸法を有する矩形状を成している。そして、燃料電池セルＦＣは、一方のセパレータ３と電池構造体１のカソード電極層６との間に、カソードガス（空気）を流通させるガス流路を形成し、他方のセパレータ３とアノード電極層４及び支持板２との間に、アノードガス（燃料ガス）を流通させるガス流路を形成する。

また、燃料電池セルＦＣは、支持板２及び一対のセパレータ３，３の一方の短辺側に、アノードガスの供給用マニホールド穴Ｈ１、及びカソードガス排出用マニホールド穴Ｈ２が夫々形成してある。他方の短辺側には、アノードガスの排出用マニホールド穴Ｈ３、及びカソードガスの供給用マニホールド穴Ｈ４が夫々形成してある。

これらのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ４は、電池構造体１及びセパレータ３を積層して燃料電池スタックを構成した際に、互いに連通して夫々のガスを流通させるマニホールドを形成する。なお、燃料電池スタックを構成した場合、積層方向に隣接する電池構造体１同士は、双方の間で１枚のセパレータ３を共有する。

さらに、燃料電池セルＦＣは、支持板２及び各セパレータ３の外周部同士の間や、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ４の周囲に、シール部材Ｓを配置して、ガス流路の気密性を確保している。なお、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ４の周囲に関しては、各ガス流路に該当するガスが流通し得るように、シール部材Ｓを配置しない、若しくはシール部材Ｓの一部に開放部分を設ける。

上記の燃料電池セルＦＣは、電池構造体１のアノード電極層４にアノードガスを供給すると共に、カソード電極層６にカソードガスを供給することで、発電領域Ｇにおいて電気化学反応により電気エネルギーを発生する。この際、アノード電極層４には、支持板２においてガス透過性を有する本体部２Ａを通してアノードガスの供給が行われる。

ここで、図３に基づいて、上記燃料電池セルＦＣの製造工程を説明する。
図３（Ａ）に示す支持板２は、先述したように、多孔質金属材料の一部を加圧して、本体部２Ａ，フレーム部２Ｂ、中間部２Ｃ及び傾斜した段差面２Ｄを一体的に形成したものである。なお、支持板２は、段差面２Ｄの無い反対面は、本体部２Ａ，フレーム部２Ｂ、及び中間部２Ｃが同一面状に連続する平坦面になっている。

次に、図３（Ｂ）に示すように、支持板２の段差面２Ｄを形成した面において、本体部２Ａ、段差面２Ｄ及びフレーム部２Ｂの上面に、アノード電極の材料を塗布し、これを焼成してアノード電極層４を形成する。この際、支持板２は、治具（図示せず）により周囲が拘束された状態で加熱される。

次に、図３（Ｃ）に示すように、アノード電極層４の上面に、スパッタリングにより電解質膜５を形成し、アノード電極層４をその端部４Ｅに至るまで被覆する。その後、電解質膜５の発電領域Ｇの上面に、カソード電極の材料を塗布し、これを焼成してカソード電極層６を形成する。この際、支持板２は、先述と同様に治具により周囲が拘束された状態で加熱されるが、その後、冷却に伴って収縮し、これにより内部応力がリセットされた状態になる。

上記の工程を経て製造した燃料電池セルＦＣは、支持板２が、厚さの変化、空隙率（気孔率）の変化、強度の変化、及び製造上の熱履歴等により、段差面２Ｄを有する中間部２Ｃで大きく構造変化している。このため、支持板２は、発電時においては、発熱して全体が熱膨張するが、発電停止後においては、段差面２Ｄ側の面とその反対側面（平坦面）とで収縮量に差が生じる。

つまり、支持板２は、段差面２Ｄを有する分、段差面２Ｄ側の表面積がその反対側面の表面積よりも大きいので、段差面２Ｄ側の収縮量の方が大きくなる。このため、支持板２は、発電停止後の冷却に伴って、図３（Ｄ）に太い矢印で示すように、中間部２Ｃの段差面２Ｄを内側にして湾曲するように変位（変形）する。

これにより、燃料電池セルＦＣでは、支持板２の段差面２Ｄ側に圧縮荷重（矢印Ａ１）が生じ、その反対面に引張荷重（矢印Ａ２）が生じる。なお、電解質層５は、先述したように、引張荷重に対する耐性の方が相対的に低く、圧縮荷重に対する耐性の方が相対的に高い。

これに対して、燃料電池セルＦＣは、支持板２の段差面２Ｄ側に電池構造体１を配置してあり、電解質層５が、段差面２Ｄ及びガス不透過性を有するフレーム部２Ｂまで延びて配置してあるので、電解質層５には、支持板２の中間部２Ｃに生じた圧縮荷重Ａ１が加わるものの、引張荷重Ａ２が加わることはない。また、燃料電池セルＦＣは、電解質層５（外周縁部５Ａ）とフレーム部２Ｂとの間で、電池構造体１の端部におけるガスバリア性を確保する。

さらに、燃料電池セルＦＣは、発電時には、支持板２だけでなくアノード電極層４も熱膨張する。この際、支持板２は、厚さの中心線に対して非対称形状であり、段差面２Ｄを有する片側半分の方が、残る片側半分により体積が小さい。このため、支持板２は、全体が熱膨張する際に、段差面２Ｄを内側にしてわずかに変形し、中間部２Ｃに圧縮荷重が生じる。これに対して、燃料電池セルＦＣは、支持板２の段差面２Ｄ側に電池構造体１を配置しているので、熱膨張した際には、アノード電極層４に生じる変形の力と、支持板２に生じる変形の力とが打ち消し合うこととなり、その結果、支持板２の変位量も非常に少なくなる。

このようにして、燃料電池セルＦＣは、とくに、発電停止後に支持板２が収縮しても電解質層５に引張荷重が加わる虞を解消して、電解質層５の割れ等を未然に阻止することができ、電池構造体１の端部におけるガスバリア性を良好に維持することができる。

また、燃料電池セルＦＣは、支持板２が、多孔質金属材料から成るものであると共に、フレーム部２Ｂが、多孔質金属材料の一部を厚さ方向に加圧して緻密質に形成したものである。これにより、燃料電池セルＦＣは、単一材料を使用して、ガス透過性を有する本体部２Ａとガス非透過性を有するフレーム部２Ｂとを一体的に有する支持板２を容易に成形することができ、大量生産にも好適である。

さらに、燃料電池セルＦＣは、支持板２の中間部２Ｃが、本体部２Ａからフレーム部２Ｂに至る間で厚さを連続的に減少させたものであり、段差面２Ｄを傾斜面としている。これにより、燃料電池セルＦＣは、中間部２Ｃにおいて構造変化を緩和すると共に、熱応力の集中を抑制することができる。

さらに、燃料電池セルＦＣは、電池構造体１のアノード電極層４が、電解質層５と同様に、段差面２Ｄ及びフレーム部２Ｂに沿って配置される外周縁部４Ａを有し、フレーム部２Ｂにおいて、電解質層５の外周縁部５Ａが、アノード電極層４の外周縁部４Ａの周端面４Ｅを被覆している。これにより、燃料電池セルＦＣは、先述したように、アノード電極層４の熱膨張に伴う力が、中間部２Ｃに生じる力を打ち消す方向に作用し、支持板２の変位量を抑制し得ると共に、電池構造体１の端部におけるガスバリア性も充分に確保することができる。

さらに、燃料電池セルＦＣは、アノード電極層４の厚さを、支持板２の中間部２Ｃの熱膨張量と同等の熱膨張量となる厚さにしたことにより、アノード電極層４の熱膨張力と、中間部２Ｃの圧縮荷重とが、互いに打ち消し合うように作用し、支持板２の変位を抑制する。すなわち、燃料電池セルＦＣは、電解質層５に圧縮荷重が加わるものの、アノード電極層４の熱膨張により支持板２の変位を抑制して、電解質層５に過度の圧縮荷重が加わるのを防止する。

さらに、燃料電池セルＦＣは、アノード電極層４の厚さを、発電領域Ｇ及び外周縁部４Ａで同一にしたことにより、電解質層５に過度の圧縮荷重が加わるのを防止したうえで、アノード電極層４の急激な形状変化による熱応力の集中を防止することができる。

さらに、燃料電池セルＦＣは、電池構造体１のカソード電極層６が、支持板２に対して、本体部２Ａの範囲内に設けてある。つまり、燃料電池セルＦＣは、熱膨張率が大きいカソード電極層６を電池構造体１の発電領域Ｇのみに設けることで、カソード電極層６の熱膨張に伴う変位が中間部２Ｃ（段差面２Ｄ）に影響しないようにして、電池構造体１の端部に対する負荷を軽減している。

図４〜図７は、本発明に係わる燃料電池セルの第２〜第４の実施形態を説明する図である。なお、以下の実施形態において、第１実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

〈第２実施形態〉
図４に示す燃料電池セルＦＣは、支持板２が、その両面に、中間部２Ｃの厚さ変化により表れる段差面２Ｄ，２Ｄを有している。つまり、この実施形態の支持板２は、厚さの中心線に対して対称形状である。

上記の燃料電池セルＦＣは、発電時に支持板２が熱膨張しても、また、発電停止後に収縮しても、この支持板２が厚さの中心線に対して対称形状であるから、支持板２が厚さ方向に変位し難いものとなる。これにより、燃料電池セルＦＣは、電解質層５に引張荷重が加わる虞を解消して、電解質層５の割れ等を未然に阻止することができ、電池構造体１の端部におけるガスバリア性を良好に維持することができる。

〈第３実施形態〉
図５に示す燃料電池セルＦＣは、支持板２が、その両面に段差面２Ｄ，２Ｄを有している。このとき、燃料電池セルＦＣは、電池構造体１を配置した面側における本体部２Ａとフレーム部２Ｂとの段差寸法ｈ１よりも、その反対面側における本体部２Ａとフレーム部２Ｂとの段差寸法ｈ２の方が小さいものとなっている。

つまり、この実施形態の支持板２は、厚さの中心線に対して非対称形状であって、段差面２Ｄ，２Ｄはいずれも傾斜面であるが、段差寸法ｈ１，ｈ２の差により、電池構造体１を配置した側の段差面２Ｄの面積が、反対側の段差面２Ｄの面積よりも大きい。

上記の燃料電池セルＦＣは、発電停止後における支持板２の収縮の変位と、支持板２及びアノード電極層４の熱膨張とを両方を考慮したものである。すなわち、上記の支持板２は、発電停止後に収縮すると、表面積の相違により、大きい段差寸法ｈ１を有する段差面２Ｄ側の収縮量が、小さい段差寸法ｈ２を有する段差面２Ｄ側の収縮量に勝る。これにより、支持板２は、大きい段差寸法ｈ１の段差面２Ｄを内側にして湾曲するように変位し、湾曲の内側に圧縮荷重が加わり、且つ湾曲の外側に引張荷重が加わることになる。

これに対して、燃料電池セルＦＣは、大きい段差寸法ｈ１を有する段差面２Ｄ側に電池構造体１を配置しているので、発電停止後に支持板２が収縮した際に、電解質層５に引張荷重が加わらないようにする。また、上記の燃料電池セルＦＣは、アノード電極層４の熱膨張力と中間部２Ｃに生じる圧縮荷重とのバランスが得られ、双方が打ち消し合うように作用して、支持板２の変位を抑制する。これにより、燃料電池セルＦＣは、電解質層５に引張荷重が加わる虞を解消して、電解質層５の割れ等を未然に阻止することができると共に、電池構造体１の端部におけるガスバリア性を良好に維持することができる。

〈第４実施形態〉
図６に示す燃料電池セルＦＣは、第１実施形態（図２参照）ではアノード電極層４及び電解質層５の双方が外周縁部４Ａ，５Ａを有していたのに対して、電解質層５のみが外周縁部５Ａを有し、フレーム部２Ｂまで延びて配置してあるところが相違する。

上記の燃料電池セルＦＣにあっても、発電停止後に支持板２が収縮しても電解質層５に引張荷重が加わる虞を解消して、電解質層５の割れ等を未然に阻止することができ、電池構造体１の端部におけるガスバリア性を良好に維持することができ、また、アノード電極層４の熱膨張を考慮しなくて良いという利点がある。

〈第５実施形態〉
図７に示す燃料電池セルＦＣは、先の各実施形態では、支持板２が中間部２Ｃ及び段差面２Ｄを有していたのに対して、中間部２Ｃが無い構成である。すなわち、支持板２は、本体部２Ａと、これよりも薄肉のフレーム部２Ｂとの間に、面内方向に直交する段差面２Ｄを有している。なお、図示の段差面２Ｄは、面内方向に直交しているが、若干の傾斜を有していても良く、角にＲを設けても良い。

上記の燃料電池セルＦＣにあっても、支持板２は、発電停止後に収縮すると、段差面２Ｄの分だけ、段差面２Ｄ側の表面積がその反対側面の表面積よりも大きいので、段差面２Ｄを内側にして湾曲するように変形する。これに対して、燃料電池セルＦＣは、段差面２Ｄ側に電池構造体１を配置しているので、発電停止後に支持板２が収縮しても電解質層５に引張荷重が加わる虞を解消して、電解質層５の割れ等を未然に阻止することができる。また、燃料電池セルＦＣは、電池構造体１の端部におけるガスバリア性を良好に維持することもできる。

本発明に係わる燃料電池セルは、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成を適宜変更することが可能であり、各実施形態の構成を組み合わせたりすることも可能である。

ＦＣ 燃料電池セル
Ｇ 発電領域
ｈ１，ｈ２ 段差寸法
Ｔａ 本体部の厚さ
Ｔｂ フレーム部の厚さ
１ 電池構造体
２ 支持板
２Ａ 本体部
２Ｂ フレーム部
２Ｃ 中間部
２Ｄ 段差面
４ アノード電極層
４Ａ アノード電極層の外周縁部
４Ｅ アノード電極層の外周端面
５ 電解質層
５Ａ 電解質層の外周縁部
６ カソード電極層

そして、燃料電池は、プレートの平坦面、すなわち多孔性基板領域と端部領域とが同一面状に連続する面において、多孔性基板領域に、電気化学的活性を有する電池の層が貼り付けられる。また、燃料電池は、電池の層を構成する気密性の電解質層を端部領域まで広げた構造にして、電池の層の端部におけるガスバリア性を確保している。このような燃料電池は、プレート上に、アノード電極層、電解質層及びカソード電極層を順次積層して電池構造体を順次形成するのが一般的な製造方法である。

次に、図３（Ｃ）に示すように、アノード電極層４の上面に、スパッタリングにより電解質層５を形成し、アノード電極層４をその周端面４Ｅに至るまで被覆する。その後、電解質層５の発電領域Ｇの上面に、カソード電極の材料を塗布し、これを焼成してカソード電極層６を形成する。この際、支持板２は、先述と同様に治具により周囲が拘束された状態で加熱されるが、その後、冷却に伴って収縮し、これにより内部応力がリセットされた状態になる。

これにより、燃料電池セルＦＣでは、支持板２の段差面２Ｄ側に圧縮荷重（矢印Ａ２）が生じ、その反対面に引張荷重（矢印Ａ３）が生じる。なお、電解質層５は、先述したように、引張荷重に対する耐性の方が相対的に低く、圧縮荷重に対する耐性の方が相対的に高い。

これに対して、燃料電池セルＦＣは、支持板２の段差面２Ｄ側に電池構造体１を配置してあり、電解質層５が、段差面２Ｄ及びガス不透過性を有するフレーム部２Ｂまで延びて配置してあるので、電解質層５には、支持板２の中間部２Ｃに生じた圧縮荷重Ａ２が加わるものの、引張荷重Ａ３が加わることはない。また、燃料電池セルＦＣは、電解質層５（外周縁部５Ａ）とフレーム部２Ｂとの間で、電池構造体１の端部におけるガスバリア性を確保する。

Claims (7)

1. アノード電極層、電解質層及びカソード電極層を積層して成る発電領域を有する電池構造体と、前記電池構造体の前記アノード電極層側に配置して前記電池構造体を支持する金属製の支持板とを備えた燃料電池セルにおいて、
   前記支持板が、ガス透過性を有し且つ前記アノード電極層の前記発電領域に接する中央の本体部と、前記本体部の外周でガス非透過性を有し且つ前記本体部の厚さに対して相対的に小さい厚さを有するフレーム部とを一体的に備えると共に、
   前記アノード電極層側の面に、前記本体部と前記フレーム部との段差面を有し、
   前記電池構造体の前記電解質層が、前記発電領域の外周側に延出して前記段差面及び前記フレーム部まで延びて配置してあることを特徴とする燃料電池セル。
2. 前記支持板が、前記本体部から前記フレーム部に至る間で厚さを連続的に減少させる中間部を有すると共に、前記段差面が、前記本体部から前記フレーム部に至る傾斜面であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
3. 前記電池構造体の前記アノード電極層が、前記発電領域の外周側に延出して前記段差面及び前記フレーム部に沿って配置される外周縁部を有すると共に、前記電解質層が、前記アノード電極層の前記外周縁部及びその外周端面を被覆していることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池セル。
4. 前記支持板が、前記本体部から前記フレーム部に至る間で厚さを連続的に減少させる中間部を有すると共に、前記段差面が、前記本体部から前記フレーム部に至る傾斜面であり、
   前記アノード電極層の厚さが、前記中間部の熱膨張量と同等の熱膨張量となる厚さにしたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池セル。
5. 前記アノード電極層の厚さが、前記発電領域及びその外周縁部で同一であることを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池セル。
6. 前記カソード電極層が、前記支持板に対して、前記本体部の範囲に設けてあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
7. 前記支持板が、その両面に、前記段差面を有していると共に、前記電池構造体を配置した面側における前記本体部と前記フレーム部との段差寸法よりも、その反対面側における前記本体部と前記フレーム部との段差寸法の方が小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池セル。

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