KR20190140024A - 전기 화학 반응 셀 스택, 인터커넥터-전기 화학 반응 단셀 복합체 및 전기 화학 반응 셀 스택의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

서로 이웃하는 도전성 부재끼리의 간섭을 억제한다. 전기 화학 반응 셀 스택은, 복수의 단셀과, 제 1 방향으로 나란히 배치된 평판상의 복수의 도전성 부재를 구비한다. 복수의 도전성 부재는, 제 1 방향의 일방측의 제 1 표면이, 제 1 평탄 부분과 볼록 부분을 포함하는 제 1 도전성 부재와, 제 1 도전성 부재에 대해 제 1 방향의 일방측에 위치하고, 제 1 도전성 부재의 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면이, 제 2 평탄 부분과, 상기 볼록 부분과 대향하는 오목 부분을 포함하는 제 2 도전성 부재를 포함한다. 제 2 도전성 부재의 제 1 방향의 두께는, 제 1 도전성 부재의 제 1 방향의 두께보다 두껍다. 제 2 도전성 부재에 있어서의 제 2 평탄 부분으로부터의 오목 부분의 제 1 방향의 깊이 치수는, 제 1 도전성 부재에 있어서의 제 1 평탄 부분으로부터의 볼록 부분의 제 1 방향의 돌출 길이보다 크다.

Description

전기 화학 반응 셀 스택, 인터커넥터-전기 화학 반응 단셀 복합체 및 전기 화학 반응 셀 스택의 제조 방법

본 명세서에 의해 개시되는 기술은, 전기 화학 반응 셀 스택에 관한 것이다.

수소와 산소의 전기 화학 반응을 이용하여 발전을 실시하는 연료 전지의 종류의 하나로서, 고체 산화물을 포함하는 전해질층을 구비하는 고체 산화물형의 연료 전지 (이하, 「SOFC」라고도 한다) 가 알려져 있다. SOFC 는, 일반적으로, 소정 방향 (이하, 「배열 방향」이라고도 한다) 으로 나란히 배치된 복수의 단셀을 구비하는 연료 전지 스택의 형태로 이용된다. 단셀은, 전해질층과, 전해질층을 사이에 두고 배열 방향으로 서로 대향하는 공기극 및 연료극을 포함하고 있다.

연료 전지 스택은, 추가로, 배열 방향으로 나란히 배치된 복수의 도전성 부재를 구비한다. 예를 들어, 연료 전지 스택은, 도전성 부재로서, 공기극에 면하는 공기실과 연료극에 면하는 연료실을 나누는 세퍼레이터, 배열 방향에 있어서 세퍼레이터와 이웃하고, 공기실 또는 연료실에 면하는 인터커넥터나, 세퍼레이터와 인터커넥터 사이에 배치되는 프레임 부재 등을 구비한다.

일본 공개특허공보 2015-159106호

예를 들어 가공상의 이유로 인해, 도전성 부재에 있어서의 일방측의 제 1 표면이, 평탄 부분과, 그 평탄 부분보다 상기 제 1 표면의 가장자리측에 위치하며, 또한, 평탄 부분보다 제 1 방향의 상기 일방측으로 돌출되는 볼록 부분을 포함하는 경우가 있다. 이와 같은 볼록부를 포함하는 하나의 도전성 부재의 제 1 표면 측에, 다른 도전성 부재를 중첩시키는 경우, 그 하나의 도전성 부재의 볼록 부분이, 다른 도전성 부재와 간섭함으로써, 예를 들어 2 개의 도전성 부재 간의 시일성이 저하될 우려가 있다.

또한, 이와 같은 과제는, 물의 전기 분해 반응을 이용하여 수소의 생성을 실시하는 고체 산화물형의 전해 셀 (이하, 「SOEC」라고도 한다) 의 한 형태인 전해 셀 스택의 제조시에도 공통의 과제이다. 또한, 본 명세서에서는, 연료 전지 스택과 전해 셀 스택을 합쳐, 전기 화학 반응 셀 스택으로 부른다.

본 명세서에서는, 상기 서술한 과제를 해결하는 것이 가능한 기술을 개시한다.

본 명세서에 개시되는 기술은, 예를 들어, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.

(1) 본 명세서에 개시되는 전기 화학 반응 셀 스택은, 전해질층과 상기 전해질층을 사이에 두고 제 1 방향으로 서로 대향하는 공기극 및 연료극을 포함하고, 상기 제 1 방향으로 나란히 배치된 복수의 단셀과, 상기 제 1 방향으로 나란히 배치되고, 도전성을 가지며, 또한, 평판상의 복수의 도전성 부재를 구비하고, 상기 복수의 도전성 부재는, 상기 제 1 방향의 일방측의 제 1 표면이, 평탄상의 제 1 평탄 부분과, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 제 1 표면의 가장자리측에 위치하며, 또한, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 돌출되는 볼록 부분을 포함하는 제 1 도전성 부재와, 상기 제 1 도전성 부재에 대해 상기 제 1 방향의 상기 일방측에 위치하는 제 2 도전성 부재로서, 상기 제 1 도전성 부재의 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면이, 평탄상의 제 2 평탄 부분과, 상기 제 1 도전성 부재의 상기 볼록 부분과 대향하고, 상기 제 2 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 패인 오목 부분을 포함하는 제 2 도전성 부재를 포함하고 있고, 상기 제 2 도전성 부재의 상기 제 1 방향의 두께는, 상기 제 1 도전성 부재의 상기 제 1 방향의 두께보다 두꺼우며, 또한, 상기 제 2 도전성 부재에 있어서의 상기 제 2 평탄 부분으로부터의 상기 오목 부분의 상기 제 1 방향의 깊이 치수는, 상기 제 1 도전성 부재에 있어서의 상기 제 1 평탄 부분으로부터의 상기 볼록 부분의 상기 제 1 방향의 돌출 길이보다 크다. 본 전기 화학 반응 셀 스택에서는, 제 1 도전성 부재는, 볼록 부분을 포함하고 있고, 제 2 도전성 부재는, 볼록 부분과 대향하는 위치에 오목 부분을 포함하고 있다. 이로써, 서로 이웃하는 제 1 도전성 부재와 제 2 도전성 부재의 간섭을 억제할 수 있다. 여기서, 도전성 부재는, 제 1 방향의 두께가 두꺼울수록, 열 팽창량이 크기 때문에, 그 도전성 부재의 오목 부분의 팽창에 의해 다른 도전성 부재의 볼록 부분과 간섭하기 쉬워진다. 이에 반해, 본 전기 화학 반응 셀 스택에서는, 제 2 도전성 부재의 제 1 방향의 두께는, 제 1 도전성 부재의 제 1 방향의 두께보다 두껍다. 또, 제 2 도전성 부재에 있어서의 제 2 평탄 부분으로부터의 오목 부분의 상기 제 1 방향의 깊이 치수는, 제 1 도전성 부재에 있어서의 제 1 평탄 부분으로부터의 볼록 부분의 제 1 방향의 돌출 길이보다 크다. 이로써, 본 전기 화학 반응 셀 스택에 의하면, 오목 부분의 깊이 치수가 볼록 부분의 돌출 길이와 동등 이하인 구성에 비해, 서로 이웃하는 제 1 도전성 부재와 제 2 도전성 부재가 열 팽창에서 기인하여 간섭하는 것을 억제할 수 있다.

(2) 상기 전기 화학 반응 셀 스택에 있어서, 상기 제 1 도전성 부재의 상기 볼록 부분과 상기 제 2 도전성 부재의 상기 오목 부분 사이의 상기 제 1 방향의 거리는, 상기 제 1 표면의 가장자리측을 향함에 따라 확장되어 있다. 본 전기 화학 반응 셀 스택에 의하면, 예를 들어, 볼록 부분과 오목 부분 사이의 제 1 방향의 거리가 대략 균일한 구성에 비해, 서로 이웃하는 제 1 도전성 부재와 제 2 도전성 부재가 제 2 도전성 부재의 열 팽창에서 기인하여 간섭하는 것을, 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

(3) 상기 전기 화학 반응 셀 스택에 있어서, 상기 복수의 도전성 부재는, 상기 제 1 방향의 일방측의 제 3 표면이, 평탄상의 제 3 평탄 부분과, 상기 제 3 평탄 부분보다 상기 제 3 표면의 가장자리측에 위치하며, 또한, 상기 제 3 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 돌출되는 볼록 부분을 포함하는 제 3 도전성 부재와, 상기 제 3 도전성 부재에 대해 상기 제 1 방향의 상기 일방측에 위치하는 제 4 도전성 부재로서, 상기 제 3 도전성 부재의 상기 제 3 표면에 대향하는 제 4 표면이, 평탄상의 제 4 평탄 부분과, 상기 제 3 도전성 부재의 상기 볼록 부분과 대향하고, 상기 제 4 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 패인 오목 부분을 포함하는 제 4 도전성 부재를 포함하고 있고, 상기 제 2 도전성 부재와 상기 제 4 도전성 부재는, 상기 제 1 방향의 두께가 서로 상이하며, 또한, 상기 제 1 방향의 두께가 두꺼운 것일수록, 상기 오목 부분의 상기 제 1 방향의 깊이 치수가 크다. 도전성 부재는, 제 1 방향의 두께가 두꺼울수록, 열 팽창량이 크기 때문에, 그 도전성 부재의 오목 부분의 팽창에 의해 다른 도전성 부재의 볼록 부분과 간섭하기 쉬워진다. 따라서, 오목 부분은 깊은 편이 바람직하지만, 오목 부분이 지나치게 깊으면, 비교적 얇은 도전성 부재에서는 소정 이상의 강도를 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 이에 반해, 본 전기 화학 반응 셀 스택에서는, 오목 부분을 포함하는 제 2 도전성 부재와 제 4 도전성 부재는, 상기 제 1 방향의 두께가 두꺼운 것일수록, 오목 부분의 제 1 방향의 깊이 치수가 크다. 이로써, 도전성 부재의 강도 저하를 억제하면서, 서로 이웃하는 도전성 부재끼리의 간섭을 억제할 수 있다.

(4) 상기 전기 화학 반응 셀 스택에 있어서, 상기 제 2 도전성 부재의 상기 제 1 방향의 두께에 대한, 상기 오목 부분의 상기 제 1 방향의 깊이 치수의 비율은, 7 ％ 이상인 구성으로 해도 된다. 본 전기 화학 반응 셀 스택에 의하면, 제 2 도전성 부재의 제 1 방향의 두께에 대한, 오목 부분의 제 1 방향의 깊이 치수의 비율이 7 ％ 미만인 구성에 비해, 서로 인접하는 도전성 부재끼리의 물리적인 간섭을 억제할 수 있다.

(5) 상기 전기 화학 반응 셀 스택에 있어서, 상기 제 1 도전성 부재의 상기 제 1 방향의 두께에 대한, 상기 제 1 평탄 부분으로부터의 상기 볼록 부분의 상기 제 1 방향의 돌출 길이의 비율은, 2 ％ 이하인 구성으로 해도 된다. 본 전기 화학 반응 셀 스택에 의하면, 제 1 도전성 부재의 제 1 방향의 두께에 대한, 볼록 부분의 제 1 방향의 돌출 길이의 비율이 2 ％ 보다 큰 구성에 비해, 볼록 부분의 산화 등에 의한 부식을 억제할 수 있다.

(6) 상기 전기 화학 반응 셀 스택에 있어서, 상기 제 1 도전성 부재에는, 상기 제 1 방향으로 연장되는 가스 유로가 형성되어 있고, 상기 제 1 표면의 가장자리측은, 상기 제 1 표면 중, 상기 가스 유로에 면하는 가장자리측인 구성으로 해도 된다. 본 전기 화학 반응 셀 스택에 의하면, 가스 유로 부근에 있어서, 제 1 도전성 부재의 강도 저하를 억제하면서, 서로 이웃하는 도전성 부재끼리의 간섭을 억제할 수 있다.

(7) 상기 전기 화학 반응 셀 스택에 있어서, 상기 전해질층은, 고체 산화물을 포함한다.

(8) 본 명세서에 개시되는 인터커넥터-전기 화학 반응 단셀 복합체는, 전해질층과 상기 전해질층을 사이에 두고 제 1 방향으로 서로 대향하는 공기극 및 연료극을 포함하는 단셀과, 상기 제 1 방향으로 나란히 배치되고, 도전성을 가지며, 또한, 평판상의 복수의 도전성 부재를 구비하고, 상기 복수의 도전성 부재는, 관통공이 형성되고, 상기 관통공을 둘러싸는 부분이 상기 단셀의 둘레 가장자리부와 접합되고, 상기 공기극에 면하는 공기실과 상기 연료극에 면하는 연료실을 구획하는 세퍼레이터와, 상기 단셀의 상기 공기극 및 상기 연료극의 일방측에 배치된 인터커넥터와, 상기 세퍼레이터와 상기 인터커넥터 사이에 배치된 프레임 부재를 포함하는 인터커넥터-전기 화학 반응 단셀 복합체에 있어서, 상기 세퍼레이터에 있어서의 상기 프레임 부재측의 제 1 표면은, 평탄상의 제 1 평탄 부분과, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 제 1 표면의 가장자리측에 위치하며, 또한, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 프레임 부재측으로 돌출되는 볼록 부분을 포함하고, 상기 프레임 부재에 있어서의 상기 세퍼레이터측의 제 2 표면은, 평탄상의 제 2 평탄 부분과, 상기 세퍼레이터의 상기 볼록 부분과 대향하고, 상기 제 2 평탄 부분보다 상기 세퍼레이터와는 반대측으로 패인 오목 부분을 포함하고, 상기 프레임 부재의 상기 제 1 방향의 두께는, 상기 세퍼레이터의 상기 제 1 방향의 두께보다 두꺼우며, 또한, 상기 프레임 부재에 있어서의 상기 제 2 평탄 부분으로부터의 상기 오목 부분의 상기 제 1 방향의 깊이 치수는, 상기 세퍼레이터에 있어서의 상기 제 1 평탄 부분으로부터의 상기 볼록 부분의 상기 제 1 방향의 돌출 길이보다 크다. 본 인터커넥터-전기 화학 반응 단셀 복합체에 의하면, 오목 부분의 깊이 치수가 볼록 부분의 돌출 길이와 동등 이하인 구성에 비해, 열 팽창에서 기인하여 서로 이웃하는 세퍼레이터와 프레임 부재가 간섭하는 것을 억제할 수 있다.

(9) 상기 인터커넥터-전기 화학 반응 단셀 복합체에 있어서, 상기 전해질층은, 고체 산화물을 포함한다.

(10) 본 명세서에 개시되는 전기 화학 반응 셀 스택의 제조 방법은, 고체 산화물을 포함하는 전해질층과 상기 전해질층을 사이에 두고 제 1 방향으로 서로 대향하는 공기극 및 연료극을 포함하고, 상기 제 1 방향으로 나란히 배치된 복수의 단셀과, 상기 제 1 방향으로 나란히 배치되고, 도전성을 가지며, 또한, 평판상의 복수의 도전성 부재를 구비하는 전기 화학 반응 셀 스택의 제조 방법에 있어서, 프레스 가공에 의해, 상기 제 1 방향의 일방측의 제 1 표면이, 평탄상의 제 1 평탄 부분과, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 제 1 표면의 가장자리측에 위치하며, 또한, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 돌출되는 볼록 부분을 포함하고, 상기 제 1 방향의 타방측의 제 2 표면이, 평탄상의 제 2 평탄 부분과, 상기 제 2 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 패인 오목 부분을 포함하는 복수의 도전성 부재를 각각 준비하는 준비 공정과, 상기 각 도전성 부재에 대해, 상기 제 1 평탄 부분으로부터의 상기 볼록 부분의 상기 제 1 방향의 돌출 길이가 짧아지도록 상기 볼록 부분을 가공하는 가공 공정과, 서로 이웃하는 2 개의 도전성 부재의 일방의 상기 제 1 표면의 상기 볼록 부분과, 타방의 상기 제 2 표면의 상기 오목 부분이 서로 대향하도록, 상기 복수의 도전성 부재를 상기 제 1 방향으로 나란히 배치하는 배치 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 전기 화학 반응 셀 스택의 제조 방법에 의하면, 각 도전성 부재의 강도 저하를 억제하면서, 서로 이웃하는 도전성 부재끼리의 간섭을 억제하는 것이 가능한 전기 화학 반응 셀 스택을 제조할 수 있다.

또한, 본 명세서에 개시되는 기술은, 다양한 형태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들어, 복수의 전기 화학 반응 단셀을 구비하는 전기 화학 반응 셀 스택 (연료 전지 스택 또는 전해 셀 스택), 인터커넥터-전기 화학 반응 단셀 복합체, 전기 화학 반응 단위, 그 제조 방법 등의 형태로 실현하는 것이 가능하다.

도 1 은, 본 실시형태에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 의 외관 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 도 1 의 II-II 의 위치에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 의 XZ 단면 구성을 나타내는 설명도이다.
도 3 은, 도 1 의 III-III 의 위치에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 의 YZ 단면 구성을 나타내는 설명도이다.
도 4 는, 도 2 에 나타내는 단면과 동일한 위치에 있어서의 서로 인접하는 2 개의 발전 단위 (102) 의 XZ 단면 구성을 나타내는 설명도이다.
도 5 는, 도 3 에 나타내는 단면과 동일한 위치에 있어서의 서로 인접하는 2 개의 발전 단위 (102) 의 YZ 단면 구성을 나타내는 설명도이다.
도 6 은, 발전 단위 (102) 의 상세 구성 (도 5 의 X1 부분의 구성) 을 나타내는 설명도이다.
도 7 은, 발전 단위 (102) 의 상세 구성 (도 6 의 X2 부분의 구성) 을 나타내는 설명도이다.
도 8 은, 본 실시형태에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 9 는, 세퍼레이터 (120) 의 가공 공정을 나타내는 설명도이다.

A. 실시형태 :

A-1. 구성 :

(연료 전지 스택 (100) 의 구성)

도 1 은, 본 실시형태에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 의 외관 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2 는, 도 1 의 II-II 의 위치에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 의 XZ 단면 구성을 나타내는 설명도이며, 도 3 은, 도 1 의 III-III 의 위치에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 의 YZ 단면 구성을 나타내는 설명도이다. 각 도면에는, 방향을 특정하기 위한 서로 직교하는 XYZ 축이 나타내어져 있다. 본 명세서에서는, 편의적으로, Z 축 정 (正) 방향을 상방향으로 부르고, Z 축 부 (負) 방향을 하방향으로 부르는 것으로 하지만, 연료 전지 스택 (100) 은 실제로는 그러한 방향과는 상이한 방향으로 설치되어도 된다. 도 4 이후에 대해서도 동일하다.

연료 전지 스택 (100) 은, 복수의 (본 실시형태에서는 7 개의) 발전 단위 (102) 와, 1 쌍의 엔드 플레이트 (104, 106) 를 구비한다. 7 개의 발전 단위 (102) 는, 소정의 배열 방향 (본 실시형태에서는 상하 방향) 으로 나란히 배치되어 있다. 1 쌍의 엔드 플레이트 (104, 106) 는, 7 개의 발전 단위 (102) 로 구성되는 집합체를 상하로부터 사이에 끼우도록 배치되어 있다. 또한, 상기 배열 방향 (상하 방향) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 1 방향에 상당한다.

연료 전지 스택 (100) 을 구성하는 각 층 (발전 단위 (102), 엔드 플레이트 (104, 106)) 의 Z 방향 주위의 둘레 가장자리부에는, 상하 방향으로 관통하는 복수의 (본 실시형태에서는 8 개의) 구멍이 형성되어 있고, 각 층에 형성되고 서로 대응하는 구멍끼리가 상하 방향으로 연통되어, 일방의 엔드 플레이트 (104) 로부터 타방의 엔드 플레이트 (106) 에 걸쳐 상하 방향으로 연장되는 연통공 (108) 을 구성하고 있다. 이하의 설명에서는, 연통공 (108) 을 구성하기 위해 연료 전지 스택 (100) 의 각 층에 형성된 구멍도, 연통공 (108) 으로 부르는 경우가 있다.

각 연통공 (108) 에는 상하 방향으로 연장되는 볼트 (22) 가 삽입 통과되어 있고, 볼트 (22) 와 볼트 (22) 의 양측에 끼워진 너트 (24) 에 의해, 연료 전지 스택 (100) 은 체결되어 있다. 또한, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 볼트 (22) 의 일방측 (상측) 에 끼워진 너트 (24) 와 연료 전지 스택 (100) 의 상단을 구성하는 엔드 플레이트 (104) 의 상측 표면 사이, 및, 볼트 (22) 의 타방측 (하측) 에 끼워진 너트 (24) 와 연료 전지 스택 (100) 의 하단을 구성하는 엔드 플레이트 (106) 의 하측 표면 사이에는, 절연 시트 (26) 가 개재되어 있다. 단, 후술하는 가스 통로 부재 (27) 가 형성된 지점에서는, 너트 (24) 와 엔드 플레이트 (106) 의 표면 사이에, 가스 통로 부재 (27) 와 가스 통로 부재 (27) 의 상측 및 하측의 각각에 배치된 절연 시트 (26) 가 개재되어 있다. 절연 시트 (26) 는, 예를 들어 마이카 시트나, 세라믹 섬유 시트, 세라믹 압분 시트, 유리 시트, 유리 세라믹 복합제 등에 의해 구성된다.

각 볼트 (22) 의 축부의 외경은 각 연통공 (108) 의 내경보다 작다. 그 때문에, 각 볼트 (22) 의 축부의 외주면과 각 연통공 (108) 의 내주면 사이에는, 공간이 확보되어 있다. 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 연료 전지 스택 (100) 의 Z 방향 주위의 외주에 있어서의 1 개의 변 (Y 축과 평행한 2 개의 변 중의 X 축 정방향측의 변) 의 중점 부근에 위치하는 볼트 (22) (볼트 (22A)) 와, 그 볼트 (22A) 가 삽입 통과된 연통공 (108) 에 의해 형성된 공간은, 연료 전지 스택 (100) 의 외부로부터 산화제 가스 (OG) 가 도입되고, 그 산화제 가스 (OG) 를 각 발전 단위 (102) 에 공급하는 가스 유로인 산화제 가스 도입 매니폴드 (161) 로서 기능하고, 그 변의 반대측의 변 (Y 축과 평행한 2 개의 변 중의 X 축 부방향측의 변) 의 중점 부근에 위치하는 볼트 (22) (볼트 (22B)) 와, 그 볼트 (22B) 가 삽입 통과된 연통공 (108) 에 의해 형성된 공간은, 각 발전 단위 (102) 의 공기실 (166) 로부터 배출된 가스인 산화제 오프가스 (OOG) 를 연료 전지 스택 (100) 의 외부로 배출하는 산화제 가스 배출 매니폴드 (162) 로서 기능한다. 또한, 본 실시형태에서는, 산화제 가스 (OG) 로서 예를 들어 공기가 사용된다.

또, 도 1 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 연료 전지 스택 (100) 의 Z 방향 주위의 외주에 있어서의 1 개의 변 (X 축과 평행한 2 개의 변 중의 Y 축 정방향측의 변) 의 중점 부근에 위치하는 볼트 (22) (볼트 (22D)) 와, 그 볼트 (22D) 가 삽입 통과된 연통공 (108) 에 의해 형성된 공간은, 연료 전지 스택 (100) 의 외부로부터 연료 가스 (FG) 가 도입되고, 그 연료 가스 (FG) 를 각 발전 단위 (102) 에 공급하는 연료 가스 도입 매니폴드 (171) 로서 기능하고, 그 변의 반대측의 변 (X 축과 평행한 2 개의 변 중의 Y 축 부방향측의 변) 의 중점 부근에 위치하는 볼트 (22) (볼트 (22E)) 와, 그 볼트 (22E) 가 삽입 통과된 연통공 (108) 에 의해 형성된 공간은, 각 발전 단위 (102) 의 연료실 (176) 로부터 배출된 가스인 연료 오프가스 (FOG) 를 연료 전지 스택 (100) 의 외부로 배출하는 연료 가스 배출 매니폴드 (172) 로서 기능한다. 또한, 본 실시형태에서는, 연료 가스 (FG) 로서 예를 들어 도시 가스를 개질한 수소 리치한 가스가 사용된다.

연료 전지 스택 (100) 에는, 4 개의 가스 통로 부재 (27) 가 형성되어 있다. 각 가스 통로 부재 (27) 는, 중공 통상의 본체부 (28) 와, 본체부 (28) 의 측면으로부터 분기된 중공 통상의 분기부 (29) 를 가지고 있다. 분기부 (29) 의 구멍은 본체부 (28) 의 구멍과 연통되어 있다. 각 가스 통로 부재 (27) 의 분기부 (29) 에는, 가스 배관 (도시 생략) 이 접속된다. 또, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 산화제 가스 도입 매니폴드 (161) 를 형성하는 볼트 (22A) 의 위치에 배치된 가스 통로 부재 (27) 의 본체부 (28) 의 구멍은, 산화제 가스 도입 매니폴드 (161) 에 연통되어 있고, 산화제 가스 배출 매니폴드 (162) 를 형성하는 볼트 (22B) 의 위치에 배치된 가스 통로 부재 (27) 의 본체부 (28) 의 구멍은, 산화제 가스 배출 매니폴드 (162) 에 연통되어 있다. 또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 연료 가스 도입 매니폴드 (171) 를 형성하는 볼트 (22D) 의 위치에 배치된 가스 통로 부재 (27) 의 본체부 (28) 의 구멍은, 연료 가스 도입 매니폴드 (171) 에 연통되어 있고, 연료 가스 배출 매니폴드 (172) 를 형성하는 볼트 (22E) 의 위치에 배치된 가스 통로 부재 (27) 의 본체부 (28) 의 구멍은, 연료 가스 배출 매니폴드 (172) 에 연통되어 있다.

(엔드 플레이트 (104, 106) 의 구성)

1 쌍의 엔드 플레이트 (104, 106) 는, 대략 사각형의 평판 형상의 도전성 부재로, 예를 들어 스테인리스에 의해 형성되어 있다. 일방의 엔드 플레이트 (104) 는, 가장 위에 위치하는 발전 단위 (102) 의 상측에 배치되고, 타방의 엔드 플레이트 (106) 는, 가장 아래에 위치하는 발전 단위 (102) 의 하측에 배치되어 있다. 1 쌍의 엔드 플레이트 (104, 106) 에 의해 복수의 발전 단위 (102) 가 가압된 상태로 협지 (挾持) 되어 있다. 상측의 엔드 플레이트 (104) 는, 연료 전지 스택 (100) 의 플러스측의 출력 단자로서 기능하고, 하측의 엔드 플레이트 (106) 는, 연료 전지 스택 (100) 의 마이너스측의 출력 단자로서 기능한다. 또한, 각 엔드 플레이트 (104, 106) 의 두께 (상하 방향의 치수 (평균 치수 또는 최대 두께여도 된다) 이하 동일) 는, 인터커넥터 (150) 의 두께 (H3) 보다 얇다.

(발전 단위 (102) 의 구성)

도 4 는, 도 2 에 나타내는 단면과 동일한 위치에 있어서의 서로 인접하는 2 개의 발전 단위 (102) 의 XZ 단면 구성을 나타내는 설명도이고, 도 5 는, 도 3 에 나타내는 단면과 동일한 위치에 있어서의 서로 인접하는 2 개의 발전 단위 (102) 의 YZ 단면 구성을 나타내는 설명도이다.

도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 발전 단위 (102) 는, 단셀 (110) 과, 세퍼레이터 (120) 와, 공기극측 프레임 (130) 과, 공기극측 집전체 (134) 와, 연료극측 프레임 (140) 과, 연료극측 집전체 (144) 와, 발전 단위 (102) 의 최상층 및 최하층을 구성하는 1 쌍의 인터커넥터 (150) 를 구비하고 있다. 세퍼레이터 (120), 공기극측 프레임 (130), 연료극측 프레임 (140), 인터커넥터 (150) 에 있어서의 Z 방향 주위의 둘레 가장자리부에는, 상기 서술한 볼트 (22) 가 삽입 통과되는 연통공 (108) 에 대응하는 구멍이 형성되어 있다.

인터커넥터 (150) 는, 대략 사각형의 평판 형상의 도전성 부재로, 예를 들어 페라이트계 스테인리스에 의해 형성되어 있다. 인터커넥터 (150) 는, 발전 단위 (102) 간의 전기적 도통을 확보함과 함께, 발전 단위 (102) 간에서의 반응 가스의 혼합을 방지한다. 또한, 본 실시형태에서는, 2 개의 발전 단위 (102) 가 인접하여 배치되어 있는 경우, 1 개의 인터커넥터 (150) 는, 인접하는 2 개의 발전 단위 (102) 에 공유되어 있다. 즉, 어느 발전 단위 (102) 에 있어서의 상측의 인터커넥터 (150) 는, 그 발전 단위 (102) 의 상측에 인접하는 다른 발전 단위 (102) 에 있어서의 하측의 인터커넥터 (150) 와 동일 부재이다. 또, 연료 전지 스택 (100) 은 1 쌍의 엔드 플레이트 (104, 106) 를 구비하고 있기 때문에, 연료 전지 스택 (100) 에 있어서 가장 위에 위치하는 발전 단위 (102) 는 상측의 인터커넥터 (150) 를 구비하고 있지 않고, 가장 아래에 위치하는 발전 단위 (102) 는 하측의 인터커넥터 (150) 를 구비하고 있지 않다 (도 2 및 도 3 참조). 인터커넥터 (150) 의 두께 (H3) 는, 후술하는 연료극측 프레임 (140) 의 두께 (H2) 보다 얇고, 예를 들어 약 0.8 (mm) 이다.

단셀 (110) 은, 전해질층 (112) 과, 전해질층 (112) 을 사이에 두고 상하 방향 (발전 단위 (102) 가 나열되는 배열 방향) 으로 서로 대향하는 공기극 (캐소드) (114) 및 연료극 (애노드) (116) 을 구비한다. 본 실시형태에서는, 연료극 (116) 의 두께 (상하 방향의 사이즈) 가 공기극 (114) 이나 전해질층 (112) 의 두께보다 두껍고, 연료극 (116) 이 단셀 (110) 을 구성하는 다른 층을 지지하고 있다. 즉, 본 실시형태의 단셀 (110) 은, 연료극 지지형의 단셀이다.

전해질층 (112) 은, 대략 사각형의 평판 형상 부재로, 적어도 Zr 을 함유하고 있고, 예를 들어, YSZ (이트리아 안정화 지르코니아), ScSZ (스칸디아 안정화 지르코니아), CaSZ (칼시아 안정화 지르코니아) 등의 고체 산화물에 의해 형성되어 있다. 공기극 (114) 은, 대략 사각형의 평판 형상 부재로, 예를 들어, 페로브스카이트형 산화물 (예를 들어 LSCF (란탄스트론튬코발트철 산화물), LSM (란탄스트론튬망간 산화물), LNF (란탄니켈철)) 에 의해 형성되어 있다. 연료극 (116) 은, 대략 사각형의 평판 형상 부재로, 예를 들어, Ni (니켈), Ni 와 세라믹 입자로 이루어지는 서멧, Ni 기 합금 등에 의해 형성되어 있다. 이와 같이, 본 실시형태의 단셀 (110) (발전 단위 (102)) 은, 전해질로서 고체 산화물을 사용하는 고체 산화물형 연료 전지 (SOFC) 이다.

세퍼레이터 (120) 는, 중앙 부근에 상하 방향으로 관통하는 대략 사각형의 구멍 (121) 이 형성된 프레임상의 부재로, 예를 들어, 금속에 의해 형성되어 있다. 세퍼레이터 (120) 에 있어서의 구멍 (121) 의 주위 부분은, 전해질층 (112) 에 있어서의 공기극 (114) 측의 표면의 둘레 가장자리부에 대향하고 있다. 세퍼레이터 (120) 는, 그 대향된 부분에 배치된 납재 (예를 들어 Ag 납) 에 의해 형성된 접합부 (124) 에 의해, 전해질층 (112) (단셀 (110)) 과 접합되어 있다. 세퍼레이터 (120) 에 의해, 공기극 (114) 에 면하는 공기실 (166) 과 연료극 (116) 에 면하는 연료실 (176) 이 구획되어, 단셀 (110) 의 둘레 가장자리부에 있어서의 일방의 전극측으로부터 타방의 전극측으로의 가스의 리크가 억제된다. 또한, 세퍼레이터 (120) 의 두께 (H1) 는, 인터커넥터 (150) 의 두께 (H3) 보다 얇고, 예를 들어 약 0.1 (mm) 이다. 구멍 (121) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 관통공에 상당한다.

공기극측 프레임 (130) 은, 중앙 부근에 상하 방향으로 관통하는 대략 사각형의 구멍 (131) 이 형성된 프레임상의 부재로, 예를 들어, 마이카 등의 절연체에 의해 형성되어 있다. 공기극측 프레임 (130) 의 구멍 (131) 은, 공기극 (114) 에 면하는 공기실 (166) 을 구성한다. 공기극측 프레임 (130) 은, 세퍼레이터 (120) 에 있어서의 전해질층 (112) 에 대향하는 측과는 반대측의 표면의 둘레 가장자리부와, 인터커넥터 (150) 에 있어서의 공기극 (114) 에 대향하는 측의 표면의 둘레 가장자리부에 접촉하고 있다. 또, 공기극측 프레임 (130) 에 의해, 발전 단위 (102) 에 포함되는 1 쌍의 인터커넥터 (150) 간이 전기적으로 절연된다. 또, 공기극측 프레임 (130) 에는, 산화제 가스 도입 매니폴드 (161) 와 공기실 (166) 을 연통하는 산화제 가스 공급 연통공 (132) 과, 공기실 (166) 과 산화제 가스 배출 매니폴드 (162) 를 연통하는 산화제 가스 배출 연통공 (133) 이 형성되어 있다. 또한, 공기극측 프레임 (130) 의 두께는, 세퍼레이터 (120) 의 두께 (H1) 나 인터커넥터 (150) 의 두께 (H3) 보다 두껍고, 예를 들어 약 1.0 (mm) 이다.

연료극측 프레임 (140) 은, 중앙 부근에 상하 방향으로 관통하는 대략 사각형의 구멍 (141) 이 형성된 프레임상의 부재로, 예를 들어, 금속에 의해 형성되어 있다. 연료극측 프레임 (140) 의 구멍 (141) 은, 연료극 (116) 에 면하는 연료실 (176) 을 구성한다. 연료극측 프레임 (140) 은, 세퍼레이터 (120) 에 있어서의 전해질층 (112) 에 대향하는 측의 표면의 둘레 가장자리부와, 인터커넥터 (150) 에 있어서의 연료극 (116) 에 대향하는 측의 표면의 둘레 가장자리부에 접촉하고 있다. 또, 연료극측 프레임 (140) 에는, 연료 가스 도입 매니폴드 (171) 와 연료실 (176) 을 연통하는 연료 가스 공급 연통공 (142) 과, 연료실 (176) 과 연료 가스 배출 매니폴드 (172) 를 연통하는 연료 가스 배출 연통공 (143) 이 형성되어 있다. 또한, 연료극측 프레임 (140) 의 두께 (H2) 는, 세퍼레이터 (120) 의 두께 (H1) 나 인터커넥터 (150) 의 두께 (H3) 보다 두껍고, 예를 들어 약 1.5 (mm) 이다.

연료극측 집전체 (144) 는, 연료실 (176) 내에 배치되어 있다. 연료극측 집전체 (144) 는, 인터커넥터 대향부 (146) 와, 전극 대향부 (145) 와, 전극 대향부 (145) 와 인터커넥터 대향부 (146) 를 연결하는 연접부 (147) 를 구비하고 있고, 예를 들어, 니켈이나 니켈 합금, 스테인리스 등에 의해 형성되어 있다. 전극 대향부 (145) 는, 연료극 (116) 에 있어서의 전해질층 (112) 에 대향하는 측과는 반대측의 표면에 접촉하고 있고, 인터커넥터 대향부 (146) 는, 인터커넥터 (150) 에 있어서의 연료극 (116) 에 대향하는 측의 표면에 접촉하고 있다. 단, 상기 서술한 바와 같이, 연료 전지 스택 (100) 에 있어서 가장 아래에 위치하는 발전 단위 (102) 는 하측의 인터커넥터 (150) 를 구비하고 있지 않기 때문에, 당해 발전 단위 (102) 에 있어서의 인터커넥터 대향부 (146) 는, 하측의 엔드 플레이트 (106) 에 접촉하고 있다. 연료극측 집전체 (144) 는, 이와 같은 구성이기 때문에, 연료극 (116) 과 인터커넥터 (150) (또는 엔드 플레이트 (106)) 를 전기적으로 접속한다. 또한, 전극 대향부 (145) 와 인터커넥터 대향부 (146) 사이에는, 예를 들어 마이카에 의해 형성된 스페이서 (149) 가 배치되어 있다. 그 때문에, 연료극측 집전체 (144) 가 온도 사이클이나 반응 가스 압력 변동에 의한 발전 단위 (102) 의 변형에 추종하여, 연료극측 집전체 (144) 를 개재한 연료극 (116) 과 인터커넥터 (150) (또는 엔드 플레이트 (106)) 의 전기적 접속이 양호하게 유지된다.

공기극측 집전체 (134) 는, 공기실 (166) 내에 배치되어 있다. 공기극측 집전체 (134) 는, 복수의 대략 사각 기둥상의 집전체 요소 (135) 로 구성되어 있고, 예를 들어, 페라이트계 스테인리스에 의해 형성되어 있다. 공기극측 집전체 (134) 는, 공기극 (114) 에 있어서의 전해질층 (112) 에 대향하는 측과는 반대측의 표면과, 인터커넥터 (150) 에 있어서의 공기극 (114) 에 대향하는 측의 표면에 접촉하고 있다. 단, 상기 서술한 바와 같이, 연료 전지 스택 (100) 에 있어서 가장 위에 위치하는 발전 단위 (102) 는 상측의 인터커넥터 (150) 를 구비하고 있지 않기 때문에, 당해 발전 단위 (102) 에 있어서의 공기극측 집전체 (134) 는, 상측의 엔드 플레이트 (104) 에 접촉하고 있다. 공기극측 집전체 (134) 는, 이와 같은 구성이기 때문에, 공기극 (114) 과 인터커넥터 (150) (또는 엔드 플레이트 (104)) 를 전기적으로 접속한다. 또한, 공기극측 집전체 (134) 와 인터커넥터 (150) 가 일체의 부재로서 구성되어 있어도 된다. 또, 공기극측 집전체 (134) 가 도전성의 코트에 의해 덮여 있어도 되고, 또, 공기극 (114) 과 공기극측 집전체 (134) 사이에 양자를 접합하는 도전성의 접합층이 개재되어 있어도 된다. 또한, 세퍼레이터 (120) 와 인터커넥터 (150) 와 연료극측 프레임 (140) 과 엔드 플레이트 (104, 106) 는, 특허 청구의 범위에 있어서의 복수의 도전성 부재에 상당한다. 또, 단셀 (110) 과 세퍼레이터 (120) 와 인터커넥터 (150) 와 연료극측 프레임 (140) 의 복합체는, 특허 청구의 범위에 있어서의 인터커넥터-전기 화학 반응 단셀 복합체에 상당하고, 카세트로도 불린다.

A-2. 연료 전지 스택 (100) 의 동작 :

도 2 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 산화제 가스 도입 매니폴드 (161) 의 위치에 형성된 가스 통로 부재 (27) 의 분기부 (29) 에 접속된 가스 배관 (도시 생략) 을 통해 산화제 가스 (OG) 가 공급되면, 산화제 가스 (OG) 는, 가스 통로 부재 (27) 의 분기부 (29) 및 본체부 (28) 의 구멍을 통해 산화제 가스 도입 매니폴드 (161) 에 공급되고, 산화제 가스 도입 매니폴드 (161) 로부터 각 발전 단위 (102) 의 산화제 가스 공급 연통공 (132) 을 통해, 공기실 (166) 에 공급된다. 또, 도 3 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 연료 가스 도입 매니폴드 (171) 의 위치에 형성된 가스 통로 부재 (27) 의 분기부 (29) 에 접속된 가스 배관 (도시 생략) 을 통해 연료 가스 (FG) 가 공급되면, 연료 가스 (FG) 는, 가스 통로 부재 (27) 의 분기부 (29) 및 본체부 (28) 의 구멍을 통해 연료 가스 도입 매니폴드 (171) 에 공급되고, 연료 가스 도입 매니폴드 (171) 로부터 각 발전 단위 (102) 의 연료 가스 공급 연통공 (142) 을 통해, 연료실 (176) 에 공급된다.

각 발전 단위 (102) 의 공기실 (166) 에 산화제 가스 (OG) 가 공급되고, 연료실 (176) 에 연료 가스 (FG) 가 공급되면, 단셀 (110) 에 있어서 산화제 가스 (OG) 및 연료 가스 (FG) 의 전기 화학 반응에 의한 발전이 실시된다. 이 발전 반응은 발열 반응이다. 각 발전 단위 (102) 에 있어서, 단셀 (110) 의 공기극 (114) 은 공기극측 집전체 (134) 를 개재하여 일방의 인터커넥터 (150) 에 전기적으로 접속되고, 연료극 (116) 은 연료극측 집전체 (144) 를 개재하여 타방의 인터커넥터 (150) 에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 연료 전지 스택 (100) 에 포함되는 복수의 발전 단위 (102) 는, 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 그 때문에, 연료 전지 스택 (100) 의 출력 단자로서 기능하는 엔드 플레이트 (104, 106) 로부터, 각 발전 단위 (102) 에 있어서 생성된 전기 에너지가 취출된다. 또한, SOFC 는, 비교적 고온 (예를 들어 700 ℃ 내지 1000 ℃) 에서 발전이 실시되는 점에서, 기동 후, 발전에 의해 발생하는 열로 고온을 유지할 수 있는 상태가 될 때까지, 연료 전지 스택 (100) 이 가열기 (도시 생략) 에 의해 가열되어도 된다.

각 발전 단위 (102) 의 공기실 (166) 로부터 배출된 산화제 오프가스 (OOG) 는, 도 2 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 산화제 가스 배출 연통공 (133) 을 통해 산화제 가스 배출 매니폴드 (162) 에 배출되고, 나아가 산화제 가스 배출 매니폴드 (162) 의 위치에 형성된 가스 통로 부재 (27) 의 본체부 (28) 및 분기부 (29) 의 구멍을 거쳐, 당해 분기부 (29) 에 접속된 가스 배관 (도시 생략) 을 통해 연료 전지 스택 (100) 의 외부로 배출된다. 또, 각 발전 단위 (102) 의 연료실 (176) 로부터 배출된 연료 오프가스 (FOG) 는, 도 3 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 연료 가스 배출 연통공 (143) 을 통해 연료 가스 배출 매니폴드 (172) 에 배출되고, 나아가 연료 가스 배출 매니폴드 (172) 의 위치에 형성된 가스 통로 부재 (27) 의 본체부 (28) 및 분기부 (29) 의 구멍을 거쳐, 당해 분기부 (29) 에 접속된 가스 배관 (도시 생략) 을 통해 연료 전지 스택 (100) 의 외부로 배출된다.

A-3. 발전 단위 (102) 의 상세 구성 :

도 6 내지 도 8 은, 발전 단위 (102) 의 상세 구성을 나타내는 설명도이다. 도 6 에는, 도 5 의 X1 부분의 구성이 확대되어 나타내어져 있고, 도 7 은, 도 6 의 X2 부분의 구성이 확대되어 나타내어져 있으며, 도 8 은, 도 6 의 X3 부분의 구성이 확대되어 나타내어져 있다. 상기 서술한 바와 같이, 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 는, 모두 평판상의 도전성 부재로, 상하 방향 (Z 방향) 으로 나란히 배치되어 있다.

(세퍼레이터 (120))

도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 세퍼레이터 (120) 에 있어서의 연료극측 프레임 (140) 측의 표면 (이하, 「세퍼레이터 하면 (下面) (122)」이라고 한다) 은, 세퍼레이터 하측 평탄 부분 (122A) 과, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 을 포함한다. 세퍼레이터 하측 평탄 부분 (122A) 은, 상하 방향으로 직교하는 면 방향과 대략 평행한 평탄한 부분이다. 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 은, 세퍼레이터 하측 평탄 부분 (122A) 보다 세퍼레이터 하면 (122) 의 가장자리측에 위치하며, 또한, 세퍼레이터 하측 평탄 부분 (122A) 보다 연료극측 프레임 (140) 측으로 돌출되는 부분이다. 구체적으로는, 세퍼레이터 하면 (122) 의 가장자리는, 세퍼레이터 하면 (122) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리와, 세퍼레이터 하면 (122) 의 외형을 형성하는 둘레 가장자리를 포함한다. 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 은, 세퍼레이터 하면 (122) 의 각 가장자리측을 향함에 따라 연료극측 프레임 (140) 측 (하측) 에 위치하도록 경사진 경사면으로 되어 있다. 또한, 도 7 에는, 세퍼레이터 하면 (122) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리 부근의 부분이 확대되어 나타내어져 있다. 세퍼레이터 (120) 는, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 1 도전성 부재에 상당한다. 또, 세퍼레이터 하면 (122) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 1 표면에 상당하고, 세퍼레이터 하측 평탄 부분 (122A) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 1 평탄 부분에 상당하며, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 볼록 부분에 상당한다.

또, 세퍼레이터 (120) 에 있어서의 공기극측 프레임 (130) 측의 표면 (이하, 「세퍼레이터 상면 (123)」이라고 한다) 은, 세퍼레이터 상측 평탄 부분 (123A) 과, 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 을 포함한다. 세퍼레이터 상측 평탄 부분 (123A) 은, 상하 방향으로 직교하는 면 방향과 대략 평행한 평탄한 부분이다. 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 은, 세퍼레이터 상측 평탄 부분 (123A) 보다 세퍼레이터 상면 (123) 의 가장자리측에 위치하며, 또한, 세퍼레이터 상측 평탄 부분 (123A) 보다 공기극측 프레임 (130) 과는 반대측 (연료극측 프레임 (140) 측) 으로 패인 부분이다. 구체적으로는, 세퍼레이터 상면 (123) 의 가장자리는, 세퍼레이터 상면 (123) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리와, 세퍼레이터 상면 (123) 의 외형을 형성하는 둘레 가장자리를 포함한다. 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 은, 세퍼레이터 상면 (123) 의 가장자리측을 향함에 따라 연료극측 프레임 (140) 측 (하측) 에 위치하도록 경사진 경사면으로 되어 있다. 또한, 도 7 에는, 세퍼레이터 상면 (123) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리 부근의 부분이 확대되어 나타내어져 있다.

(연료극측 프레임 (140))

도 6 및 도 8 에 나타내는 바와 같이, 연료극측 프레임 (140) 에 있어서의 인터커넥터 (150) 측의 표면 (이하, 「프레임 하면 (148)」이라고 한다) 은, 프레임 하측 평탄 부분 (148A) 과, 프레임 볼록 부분 (148B) 을 포함한다. 프레임 하측 평탄 부분 (148A) 은, 상하 방향으로 직교하는 면 방향과 대략 평행한 평탄한 부분이다. 프레임 볼록 부분 (148B) 은, 프레임 하측 평탄 부분 (148A) 보다 프레임 하면 (148) 의 가장자리측에 위치하며, 또한, 프레임 하측 평탄 부분 (148A) 보다 인터커넥터 (150) 측으로 돌출되는 부분이다. 구체적으로는, 프레임 하면 (148) 의 가장자리는, 프레임 하면 (148) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리와, 프레임 하면 (148) 의 외형을 형성하는 둘레 가장자리를 포함한다. 프레임 볼록 부분 (148B) 은, 프레임 하면 (148) 의 각 가장자리측을 향함에 따라 인터커넥터 (150) 측 (하측) 에 위치하도록 경사진 경사면으로 되어 있다. 또한, 도 8 에는, 프레임 하면 (148) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리 부근의 부분이 확대되어 나타내어져 있다. 연료극측 프레임 (140) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 3 도전성 부재, 프레임 부재에 상당한다. 프레임 하면 (148) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 3 표면에 상당하고, 프레임 하측 평탄 부분 (148A) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 3 평탄 부분에 상당하며, 프레임 볼록 부분 (148B) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 볼록 부분에 상당한다.

또, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 연료극측 프레임 (140) 에 있어서의 세퍼레이터 (120) 측의 표면 (이하, 「프레임 상면 (180)」이라고 한다) 은, 프레임 상측 평탄 부분 (180A) 과, 프레임 오목 부분 (180B) 을 포함한다. 프레임 상측 평탄 부분 (180A) 은, 상하 방향으로 직교하는 면 방향과 대략 평행한 평탄한 부분이다. 프레임 오목 부분 (180B) 은, 프레임 상측 평탄 부분 (180A) 보다 프레임 상면 (180) 의 가장자리측에 위치하며, 또한, 프레임 상측 평탄 부분 (180A) 보다 세퍼레이터 (120) 와는 반대측 (인터커넥터 (150) 측) 으로 패인 부분이다. 구체적으로는, 프레임 상면 (180) 의 가장자리는, 프레임 상면 (180) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리와, 프레임 상면 (180) 의 외형을 형성하는 둘레 가장자리를 포함한다. 프레임 오목 부분 (180B) 은, 프레임 상면 (180) 의 가장자리측을 향함에 따라 인터커넥터 (150) 측 (하측) 에 위치하도록 경사진 경사면으로 되어 있다. 또한, 도 7 에는, 프레임 상면 (180) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리 부근의 부분이 확대되어 나타내어져 있다. 연료극측 프레임 (140) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 2 도전성 부재, 프레임 부재에 상당한다. 또, 프레임 상면 (180) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 2 표면에 상당하고, 프레임 상측 평탄 부분 (180A) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 2 평탄 부분에 상당하며, 프레임 오목 부분 (180B) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 오목 부분에 상당한다.

(인터커넥터 (150))

도 6 및 도 8 에 나타내는 바와 같이, 인터커넥터 (150) 는, 박판부 (152) 를 갖는다. 박판부 (152) 는, 인터커넥터 (150) 의 다른 부분에 비해, 상하 방향의 판 두께가 얇아지도록, 인터커넥터 (150) 에 있어서의 공기극측 프레임 (130) 에 대향하는 표면측으로부터 홈 가공된 부분이다. 박판부 (152) 는, 상하 방향에서 보았을 때, 연통공 (108) 을 둘러싸는 환상 부분 (152A) 과, 연료극측 프레임 (140) (인터커넥터 (150), 세퍼레이터 (120)) 의 외측의 둘레 가장자리 부분 (152B) 을 포함한다 (도 6 참조). 인터커넥터 (150) 의 박판부 (152) 에 있어서의 공기극측 프레임 (130) 측의 표면 (이하, 「인터커넥터 하면 (154)」이라고 한다) 은, 인터커넥터 하측 평탄 부분 (154A) 과, 인터커넥터 볼록 부분 (154B) 을 포함한다 (도 8 참조). 인터커넥터 하측 평탄 부분 (154A) 은, 상하 방향으로 직교하는 면 방향과 대략 평행한 평탄한 부분이다. 인터커넥터 볼록 부분 (154B) 은, 인터커넥터 하측 평탄 부분 (154A) 보다 인터커넥터 하면 (154) 의 가장자리측에 위치하며, 또한, 인터커넥터 하측 평탄 부분 (154A) 보다 공기극측 프레임 (130) 측으로 돌출되는 부분이다. 구체적으로는, 인터커넥터 하면 (154) 의 가장자리는, 인터커넥터 하면 (154) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리와, 인터커넥터 하면 (154) 의 외형을 형성하는 둘레 가장자리를 포함한다. 인터커넥터 볼록 부분 (154B) 은, 인터커넥터 하면 (154) 의 각 가장자리측을 향함에 따라 공기극측 프레임 (130) 측 (하측) 에 위치하도록 경사진 경사면으로 되어 있다. 또한, 도 8 에는, 인터커넥터 하면 (154) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리 부근의 부분이 확대되어 나타내어져 있다.

또, 인터커넥터 (150) 에 있어서의 연료극측 프레임 (140) 측의 표면 (이하, 「인터커넥터 상면 (156)」이라고 한다) 은, 인터커넥터 상측 평탄 부분 (156A) 과, 인터커넥터 오목 부분 (156B) 을 포함한다. 인터커넥터 상측 평탄 부분 (156A) 은, 상하 방향으로 직교하는 면 방향과 대략 평행한 평탄한 부분이다. 인터커넥터 오목 부분 (156B) 은, 인터커넥터 상측 평탄 부분 (156A) 보다 인터커넥터 상면 (156) 의 가장자리측에 위치하며, 또한, 인터커넥터 상측 평탄 부분 (156A) 보다 연료극측 프레임 (140) 과는 반대측 (공기극측 프레임 (130) 측) 으로 패인 부분이다. 구체적으로는, 인터커넥터 상면 (156) 의 가장자리는, 인터커넥터 상면 (156) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리와, 인터커넥터 상면 (156) 의 외형을 형성하는 둘레 가장자리를 포함한다. 인터커넥터 오목 부분 (156B) 은, 인터커넥터 상면 (156) 의 가장자리측을 향함에 따라 공기극측 프레임 (130) 측 (하측) 에 위치하도록 경사진 경사면으로 되어 있다. 또한, 도 8 에는, 인터커넥터 상면 (156) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리 부근의 부분이 확대되어 나타내어져 있다. 인터커넥터 (150) 는, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 4 도전성 부재에 상당한다. 또, 인터커넥터 상면 (156) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 4 표면에 상당하고, 인터커넥터 상측 평탄 부분 (156A) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 제 4 평탄 부분에 상당하며, 인터커넥터 오목 부분 (156B) 은, 특허 청구의 범위에 있어서의 오목 부분에 상당한다.

또한, 본 실시형태에서는, 발전 단위 (102) 에 있어서, 연료극측 프레임 (140) 은, 세퍼레이터 (120) 에 용접되어 있음과 함께, 1 쌍의 인터커넥터 (150) 중의 하측 (연료극 (116) 측) 의 인터커넥터 (150) 에도 용접되어 있다. 즉, 발전 단위 (102) 에는, 연료극측 프레임 (140) 과 세퍼레이터 (120) 사이를 시일하는 제 1 용접부 (410) 와, 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 사이를 시일하는 제 2 용접부 (420) 가 형성되어 있다. 제 1 용접부 (410) 및 제 2 용접부 (420) 는, 각각, 상하 방향에서 보았을 때, 박판부 (152) (환상 부분 (152A), 둘레 가장자리 부분 (152B)) 와 겹치는 부분에 형성되어 있다. 제 1 및 제 2 용접부 (410, 420) 는, 예를 들어 레이저 용접에 의해 형성된다. 제 1 및 제 2 용접부 (410, 420) 의 형성시에는, 비드 등의 돌기부 (BU) 가 형성되어, 용접면의 평탄성이 저하되는 경우가 있다. 그러나, 인터커넥터 (150) 의 박판부 (152) 에 의해 인터커넥터 (150) 와 공기극측 프레임 (130) 사이에 공간 (SP) 이 존재한다. 이로써, 돌기부 (BU) 와 공기극측 프레임 (130) 의 간섭이 억제되기 때문에, 공기극측 프레임 (130) 에 의한 가스 시일성의 저하를 억제할 수 있다.

(세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 의 관계)

세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 에 대해, 두께 (상하 방향의 치수) 가 두꺼운 것일수록, 오목 부분의 깊이 (상하 방향의 치수, 이하 동일) 가 깊게 되어 있다. 구체적으로는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 세퍼레이터 (120) 의 두께 (H1) 와 연료극측 프레임 (140) 의 두께 (H2) 와 인터커넥터 (150) 의 두께 (H3) 의 대소 관계는, 다음의 관계식 1 로 나타낼 수 있다.

관계식 1 : H1 ＜ H3 ＜ H2

또, 세퍼레이터 (120) 의 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 의 깊이 (D2) 와, 연료극측 프레임 (140) 의 프레임 오목 부분 (180B) 의 깊이 (D4) 와, 인터커넥터 (150) 의 인터커넥터 오목 부분 (156B) 의 깊이 (D6) 의 대소 관계는, 다음의 관계식 2 로 나타낼 수 있다.

관계식 2 : D2 ＜ D6 ＜ D4

예를 들어, 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 의 깊이 (D2) 는, 다음과 같이 구할 수 있다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, Z 방향과 평행한 하나의 단면 (ZX 단면) 에 있어서, 세퍼레이터 상면 (123) 의 가장자리를 통과하며, 또한, 상하 방향으로 연장되는 직선 (도 8 에서는 연통공 (108) 을 구성하는 내벽면을 따라 연장되는 직선) 을 가상 직선 (L1) 으로 한다. 세퍼레이터 상측 평탄 부분 (123A) 을 포함하며, 또한, 상하 방향으로 직교하는 면 방향과 평행한 평면을 제 1 가상 평면 (M1) 으로 한다. 세퍼레이터 상면 (123) (세퍼레이터 오목 부분 (123B)) 과 가상 직선 (L1) 의 교점 (세퍼레이터 상면 (123) 의 경사 각도가 가상 직선 (L1) 의 기울기 각도와 일치하기 시작하는 점) 을 포함하며, 또한, 상기 면 방향과 평행한 평면을 제 2 가상 평면 (M2) 으로 한다. 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 의 깊이 (D2) 는, 제 1 가상 평면 (M1) 과 제 2 가상 평면 (M2) 의 상하 방향의 이간 거리이다. 프레임 오목 부분 (180B) 의 깊이 (D4) 및 인터커넥터 오목 부분 (156B) 의 깊이 (D6) 도 동일하게 하여 구할 수 있다.

다음으로, 세퍼레이터 (120) 에 대해, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D1) 는, 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 의 깊이 (D2) 보다 작다. 또, 연료극측 프레임 (140) 에 대해, 프레임 볼록 부분 (148B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D3) 는, 프레임 오목 부분 (180B) 의 깊이 (D4) 보다 작다. 즉, 프레임 볼록 부분 (148B) 의 돌출 길이 (D3) 는, 프레임 오목 부분 (180B) 의 깊이 (D4) 에 상당하는 길이보다 짧다. 또, 인터커넥터 (150) 에 대해, 인터커넥터 볼록 부분 (154B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D5) 는, 인터커넥터 오목 부분 (156B) 의 깊이 (D6) 보다 작다. 즉, 인터커넥터 볼록 부분 (154B) 의 돌출 길이 (D5) 는, 인터커넥터 오목 부분 (156B) 의 깊이 (D6) 에 상당하는 길이보다 짧다.

예를 들어, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D1) 는, 다음과 같이 하여 구할 수 있다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 세퍼레이터 하측 평탄 부분 (122A) 을 포함하며, 또한, 상하 방향으로 직교하는 면 방향과 평행한 평면을 제 3 가상 평면 (M3) 으로 한다. 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 정점 (가장 하측에 위치하는 부위) 을 포함하며, 또한, 상기 면 방향과 평행한 평면을 제 4 가상 평면 (M4) 으로 한다. 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D1) 는, 제 3 가상 평면 (M3) 과 제 4 가상 평면 (M4) 의 상하 방향의 이간 거리이다. 프레임 볼록 부분 (148B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D3) 및 인터커넥터 볼록 부분 (154B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D5) 도 동일하게 하여 구할 수 있다. 또한, 세퍼레이터 (120) 에 있어서의 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 의 깊이 (D2) 는, 0.02 (mm) 이상인 것이 바람직하고, 또, 0.08 (mm) 미만인 것이 바람직하다. 또, 인터커넥터 (150) 에 있어서의 인터커넥터 오목 부분 (156B) 의 깊이 (D6) 는, 0.08 (mm) 이상인 것이 바람직하고, 또, 0.1 (mm) 미만인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 연료극측 프레임 (140) 에 있어서의 프레임 오목 부분 (180B) 의 깊이 (D4) 는, 0.1 (mm) 이상인 것이 바람직하다.

또, 세퍼레이터 (120) 에 대해, 세퍼레이터 (120) 의 두께 (H1) 에 대한, 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 의 깊이 (D2) 의 비율 (＝ (D2/H1) × 100) 은, 20 ％ 이상인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 연료극측 프레임 (140) 에 대해, 연료극측 프레임 (140) 의 두께 (H2) 에 대한, 프레임 오목 부분 (180B) 의 깊이 (D4) 의 비율 (＝ (D4/H2) × 100) 은, 7 ％ 이상인 것이 바람직하다. 또, 인터커넥터 (150) 에 대해, 인터커넥터 (150) 의 두께 (H3) 에 대한, 인터커넥터 오목 부분 (156B) 의 깊이 (D6) 의 비율 (＝ (D6/H3) × 100) 은, 0.4 ％ 이상인 것이 바람직하다.

또, 세퍼레이터 (120) 에 대해, 세퍼레이터 (120) 의 두께 (H1) 에 대한, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D1) 의 비율 (＝ (D1/H1) × 100) 은, 2 ％ 이하인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 연료극측 프레임 (140) 에 대해, 연료극측 프레임 (140) 의 두께 (H2) 에 대한, 프레임 볼록 부분 (148B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D3) 의 비율 (＝ (D3/H2) × 100) 은, 0.4 ％ 이하인 것이 바람직하다. 또, 인터커넥터 (150) 에 대해, 인터커넥터 (150) 의 두께 (H3) 에 대한, 인터커넥터 볼록 부분 (154B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D5) 의 비율 (＝ (D5/H3) × 100) 은, 0.4 ％ 이하인 것이 바람직하다.

A-4. 연료 전지 스택 (100) 의 제조 방법 :

도 8 은, 본 실시형태에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로 차트이고, 도 9 는, 세퍼레이터 (120) 의 가공 공정을 나타내는 설명도이다. 처음으로, 단셀 (110) 을 공지된 방법에 의해 제작한다 (S110). 예를 들어, 연료극용 그린 시트와 전해질층용 그린 시트를 첩부하여 소정의 온도 (예를 들어 약 280 ℃) 에서 탈지한다. 또한, 탈지 후의 그린 시트의 적층체를 소정의 온도 (예를 들어 약 1350 ℃) 에서 소성한다. 이로써, 전해질층 (112) 과 연료극 (116) 의 적층체를 얻는다. 다음으로, 공기극 형성 재료의 혼합액을, 상기 서술한 전해질층 (112) 과 연료극 (116) 의 적층체에 있어서의 전해질층 (112) 의 표면에 분무 도포하고, 소정의 온도 (예를 들어 1100 ℃) 에서 소성한다. 이로써, 전해질층 (112) 의 표면 상에 공기극 (114) 이 형성되고, 그 결과, 연료극 (116) 과 전해질층 (112) 과 공기극 (114) 을 구비하는 단셀 (110) 을 얻는다.

다음으로, 상기 서술한 구성의 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 를 제작한다 (S120 ∼ S130). 이하, 세퍼레이터 (120) 를 예로 들어 설명한다. 먼저, 세퍼레이터 (120) 의 형성 재료로 형성된 금속판을, 프레스 가공에 의해 타발 (打拔) 함으로써, 상기 구멍 (121) 과 연통공 (108) 이 형성된 중간 세퍼레이터 (120P) 를 형성한다 (S120). 도 9 의 상단에 나타내는 바와 같이, 프레스 가공에 의해, 중간 세퍼레이터 (120P) 의 가장자리측에, 타발 방향 (하방향) 으로 돌출되는 버가 형성된다. 이 버의 형성에 의해, 중간 세퍼레이터 (120P) 의 세퍼레이터 하면 (122) 에 중간 세퍼레이터 볼록 부분 (122C) 이 형성됨과 함께, 세퍼레이터 상면 (123) 에 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 이 형성된다. 또한, 중간 세퍼레이터 볼록 부분 (122C) 의 상하 방향의 돌출 길이는, 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 의 깊이 (D2) 와 대략 동일하다. S120 의 공정은, 특허 청구의 범위에 있어서의 준비 공정에 상당한다. 또한, 상기 서술한 구성의 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 를 외부로부터 구입하거나 함으로써 준비해도 된다.

다음으로, 중간 세퍼레이터 볼록 부분 (122C) 에 대해 디버링 프레스 가공을 실시함으로써, 중간 세퍼레이터 볼록 부분 (122C) 을 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 으로 가공한다. 이로써, 도 9 의 하단에 나타내는 바와 같이, 세퍼레이터 (120) 를 제작할 수 있다. S130 의 공정은, 특허 청구의 범위에 있어서의 가공 공정에 상당한다.

다음으로, 서로 이웃하는 2 개의 도전성 부재의 일방의 볼록 부분과, 타방의 오목 부분이 서로 대향하도록, 복수의 도전성 부재를 상하 방향으로 나란히 배치한다 (S140). 구체적으로는, 세퍼레이터 (120) 에 단셀 (110) 을 접합하고, 그 후, 도 7 및 도 8 에 나타내는 바와 같이, 세퍼레이터 (120) 의 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 과, 연료극측 프레임 (140) 의 프레임 오목 부분 (180B) 이 상하 방향으로 대향하도록, 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 을 중첩시킨다. 이 때, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D1) 는, 프레임 오목 부분 (180B) 의 깊이 (D4) 보다 작기 때문에, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 이 연료극측 프레임 (140) 과 간섭하는 것을 억제할 수 있다. 또, 연료극측 프레임 (140) 의 프레임 볼록 부분 (148B) 과 인터커넥터 (150) 의 인터커넥터 오목 부분 (156B) 이 상하 방향으로 대향하도록 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 를 중첩시킨다. 이 때, 프레임 볼록 부분 (148B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D3) 는, 인터커넥터 오목 부분 (156B) 의 깊이 (D6) 보다 작기 때문에, 프레임 볼록 부분 (148B) 이 인터커넥터 (150) 와 간섭하는 것을 억제할 수 있다. S140 의 공정은, 특허 청구의 범위에 있어서의 배치 공정에 상당한다.

그 후, 연료 전지 스택 (100) 을 조립한다 (S150). 구체적으로는, 단셀 (110) 과 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 를 구비하는 구조체 (카세트) 를, 공기극측 프레임 (130) 을 개재하여, 복수 단, 적층하고, 볼트 (22) 에 의해 체결한다. 이상에 의해, 상기 서술한 구성의 연료 전지 스택 (100) 을 제작할 수 있다.

A-5. 본 실시형태의 효과 :

본 실시형태에 의하면, 각 도전성 부재 (세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150)) 에 있어서의 상측의 제 2 표면은, 상측에 위치하는 다른 도전성 부재에 있어서의 평탄 부분 (제 1 평탄 부분) 과 대향하는 평탄상의 제 2 평탄 부분과, 그 다른 도전성 부재에 있어서의 볼록 부분과 대향하고, 제 2 평탄 부분보다 상측으로 패인 오목 부분을 포함한다. 예를 들어, 연료극측 프레임 (140) 에 있어서의 프레임 상면 (180) 은, 프레임 상측 평탄 부분 (180A) 과 프레임 오목 부분 (180B) 을 포함하고 있고, 프레임 오목 부분 (180B) 은, 세퍼레이터 (120) 에 있어서의 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 과 대향하고 있다 (도 7 참조). 이로써, 서로 이웃하는 도전성 부재끼리의 간섭을 억제할 수 있다.

여기서, 도전성 부재는, 상하 방향의 두께가 두꺼울수록, 열 팽창량이 크기 때문에, 그 도전성 부재의 오목 부분의 팽창에 의해 다른 도전성 부재의 볼록 부분과 간섭하기 쉬워진다. 이에 반해, 본 실시형태에서는, 연료극측 프레임 (140) 의 두께 (H2) 는, 세퍼레이터 (120) 의 두께 (H1) 보다 두껍다. 또, 연료극측 프레임 (140) 의 프레임 오목 부분 (180B) 의 깊이 (D4) 는, 세퍼레이터 (120) 의 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 돌출 길이 (D1) 보다 크다. 즉, 프레임 오목 부분 (180B) 의 깊이 (D4) 에 상당하는 길이는, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 돌출 길이 (D1) 보다 길다. 이로써, 본 실시형태에 의하면, 프레임 오목 부분 (180B) 의 깊이 (D4) 가 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 돌출 길이 (D1) 와 동등 이하인 구성에 비해, 서로 이웃하는 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 이 열 팽창에서 기인하여 간섭하는 것을 억제할 수 있다.

또, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 과 프레임 오목 부분 (180B) 사이의 상하 방향의 거리는, 세퍼레이터 (120) 및 연료극측 프레임 (140) 의 가장자리측을 향함에 따라 확장되어 있다. 본 실시형태에 의하면, 예를 들어, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 과 프레임 오목 부분 (180B) 사이의 상하 방향의 거리가 대략 균일한 구성에 비해, 서로 이웃하는 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 이 연료극측 프레임 (140) 의 열 팽창에서 기인하여 간섭하는 것을, 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 도전성 부재는, 두꺼울수록, 열 팽창량이 크기 때문에, 그 도전성 부재의 오목 부분의 팽창에 의해 다른 도전성 부재의 볼록 부분과 간섭하기 쉬워진다. 예를 들어, 단셀 (110) 의 발전 동작에 수반하는 발열에 의해 온도가 상승한 경우, 도전성 부재가 열 팽창한다. 단, 도전성 부재에 있어서의 상하 방향 (두께 방향) 의 팽창은, 볼트 (22) 에 의한 체결에 의해 규제되기 때문에, 그만큼, 도전성 부재는, 연료 전지 스택 (100) 의 상하 방향으로 직교하는 면 방향으로 팽창한다. 그 면 방향의 팽창량은, 도전성 부재의 두께가 두꺼울수록, 커진다. 연료극측 프레임 (140) 이나 세퍼레이터 (120) 가 팽창하면, 그것에 수반하여, 프레임 오목 부분 (180B) 이나 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 이 연료 전지 스택 (100) 의 면 방향 외측으로 변위된다. 상기 서술한 바와 같이, 연료극측 프레임 (140) 의 두께 (H2) 는, 세퍼레이터 (120) 의 두께 (H1) 보다 두껍다. 이 때문에, 프레임 오목 부분 (180B) 의 면 방향 외측으로의 변위량은, 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 의 면 방향 외측으로의 변위량보다 크다. 따라서, 프레임 오목 부분 (180B) 은, 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 에 비해, 다른 도전성 부재의 볼록 부분과 간섭하기 쉬워진다. 오목 부분은 깊은 편이 바람직하지만, 오목 부분이 지나치게 깊으면, 비교적 얇은 도전성 부재 (예를 들어 세퍼레이터 (120)) 에서는 소정 이상의 강도나 각 기능 (공기실 (166) 과 연료실 (176) 을 구획하는 기능) 을 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 이에 반해, 본 실시형태의 연료 전지 스택 (100) 에서는, 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 에 대해, 두꺼운 것일수록, 오목 부분의 깊이가 깊게 되어 있다. 이로써, 각 도전성 부재의 강도 등의 저하를 억제하면서, 서로 이웃하는 도전성 부재끼리의 간섭을 억제할 수 있다.

또, 볼록 부분의 돌출 길이가 클수록, 볼록 부분의 선단이 예각이 되기 때문에, 국소적인 산화에 의해 부식될 가능성이 높아진다. 예를 들어 발전 단위 (102) 나 연료 전지 스택 (100) 의 출하시에 있어서, 도전성 부재가 외기에 접촉됨으로써 산화되는 경우가 있다. 이에 반해, 본 실시형태에 의하면, 각 도전성 부재에 대해, 제 1 평탄 부분으로부터의 볼록 부분의 돌출 길이가, 제 2 평탄 부분으로부터의 오목 부분의 깊이보다 작다. 예를 들어, 세퍼레이터 (120) 에 대해, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D1) 는, 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 의 깊이 (D2) 보다 작다. 이로써, 제 1 평탄 부분으로부터의 볼록 부분의 돌출 길이가, 제 2 평탄 부분으로부터의 오목 부분의 깊이와 동등하거나 또는 큰 구성인 경우에 비해, 볼록 부분의 산화에 의한 부식을 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의하면, 각 도전성 부재의 두께에 대한 오목 부분의 깊이의 비율은, 7 ％ 이상이다. 예를 들어, 세퍼레이터 (120) 에 대해, 세퍼레이터 (120) 의 두께 (H1) 에 대한, 세퍼레이터 오목 부분 (123B) 의 깊이 (D2) 의 비율 (＝ (D2/H1) × 100) 은, 20 ％ 이상이다. 이로써, 각 도전성 부재의 두께에 대한 오목 부분의 깊이의 비율이 7 ％ 미만인 구성에 비해, 서로 인접하는 도전성 부재끼리의 물리적인 간섭을 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의하면, 각 도전성 부재의 두께에 대한 볼록 부분의 돌출 길이의 비율은, 2 ％ 이하이다. 예를 들어, 세퍼레이터 (120) 에 대해, 세퍼레이터 (120) 의 두께 (H1) 에 대한, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 상하 방향의 돌출 길이 (D1) 의 비율 (＝ (D1/H1) × 100) 은, 2 ％ 이하이다. 이로써, 각 도전성 부재의 두께에 대한 볼록 부분의 돌출 길이의 비율이 2 ％ 보다 큰 구성에 비해, 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 의 산화 등에 의한 부식을 억제할 수 있다.

B. 변형예 :

본 명세서에서 개시되는 기술은, 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 형태로 변형할 수 있고, 예를 들어 다음과 같은 변형도 가능하다.

상기 실시형태에 있어서의 단셀 (110) 또는 연료 전지 스택 (100) 의 구성은, 어디까지나 일례이며, 다양한 변형 가능하다. 예를 들어, 상기 실시형태에 있어서, 세퍼레이터 하면 (122) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리측과, 세퍼레이터 하면 (122) 의 외형을 형성하는 둘레 가장자리측의 어느 일방에 대해, 볼록 부분 (세퍼레이터 볼록 부분 (122B)) 이 형성되어 있고, 타방에는 볼록 부분이 형성되어 있지 않은 것으로 해도 된다. 볼록 부분은, 각 가장자리측의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있는 것으로 해도 되고, 각 가장자리측의 일부분에만 형성되어 있는 것으로 해도 된다. 또, 세퍼레이터 상면 (123) 에 형성된 연통공 (108) 의 개구 가장자리측과, 세퍼레이터 상면 (123) 의 외형을 형성하는 둘레 가장자리측의 어느 일방에 대해, 오목 부분 (세퍼레이터 오목 부분 (123B)) 이 형성되어 있고, 타방에는 오목 부분이 형성되어 있지 않은 것으로 해도 된다. 오목 부분은, 각 가장자리측의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있는 것으로 해도 되고, 각 가장자리측의 일부분에만 형성되어 있는 것으로 해도 된다. 또, 상기 실시형태와는 반대로, 세퍼레이터 하면 (122) 에 오목 부분이 형성되고, 세퍼레이터 상면 (123) 에 볼록 부분이 형성되어 있는 것으로 해도 된다. 또한, 이들 변형예는, 연료극측 프레임 (140) 이나 인터커넥터 (150) 에 대해서도 동일하게 적용 가능하다. 또, 인터커넥터 (150) 에 대해, 박판부 (152) 를 가지지 않은 것으로 해도 된다. 이 경우, 인터커넥터 (150) 에 있어서의 공기극측 프레임 (130) 과 접촉하는 하면의 가장자리측에 볼록 부분이 형성되어 있는 것으로 해도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 연료 전지 스택 (100) 에 포함되는 도전성 부재 중, 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 에 대해, 두꺼운 것일수록, 오목 부분의 깊이가 깊게 되어 있는 것으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 중, 서로 상하 방향으로 인접하는 1 세트의 도전성 부재에 대해서만, 두꺼운 것일수록, 오목 부분의 깊이가 깊게 되어 있는 것으로 해도 된다. 또, 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 에 있어서의 두께의 대소 관계는, 상기 실시형태의 관계식 1 과는 상이한 것으로 해도 된다. 또, 본 발명이 적용되는 도전성 부재로서, 엔드 플레이트 (104, 106) 여도 되고, 공기극측 프레임 (130) (도전성 재료로 형성되어 있는 경우) 이어도 된다. 또한, 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 는, 열 팽창 계수가 서로 상이한 재료에 의해 형성되어 있다. 여기서, 열 팽창률이 높은 재료에 의해 형성된 도전성 부재일수록, 오목 부분의 깊이를 깊게 하는 것으로 해도 된다. 상기 실시형태에서는, 연료극측 프레임 (140) 의 열 팽창률이 가장 높고, 다음으로 인터커넥터 (150) 의 열 팽창률이 높으며, 세퍼레이터 (120) 의 열 팽창률이 가장 낮다. 이에 반해, 오목 부분의 깊이에 관하여 상기 관계식 2 가 성립되어 있다.

또, 상기 도전성 부재는, 세퍼레이터 (120), 인터커넥터 (150), 연료극측 프레임 (140) 이나 엔드 플레이트 (104, 106) 이외의 금속 부재인 것으로 해도 된다.

상기 실시형태에 있어서, 세퍼레이터 (120) 와 연료극측 프레임 (140) 과 인터커넥터 (150) 의 적어도 1 개에 대해, 제 1 평탄 부분으로부터의 볼록 부분의 돌출 길이가, 제 2 평탄 부분으로부터의 오목 부분의 깊이와 동일하거나, 혹은, 동 길이보다 큰 것으로 해도 된다.

또, 상기 실시형태에 있어서, 연료 전지 스택 (100) 에 포함되는 단셀 (110) 의 개수는, 어디까지나 일례로, 단셀 (110) 의 개수는 연료 전지 스택 (100) 에 요구되는 출력 전압 등에 따라 적절히 결정된다. 또, 상기 실시형태에 있어서의 각 부재를 형성하는 재료는, 어디까지나 예시로, 각 부재가 다른 재료에 의해 형성되어도 된다.

또, 상기 실시형태에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 의 제조 방법은, 어디까지나 예시로, 다른 제조 방법에 의해 제조되어도 된다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 세퍼레이터 (120) 등의 볼록 부분이나 오목 부분은 프레스 가공에 의해 형성하는 것으로 하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 절삭 가공 등에 의해 형성해도 된다. 또, 상기 실시형태에 있어서, 모따기 가공이 아니라, 예를 들어 절삭 가공에 의해, 중간 세퍼레이터 볼록 부분 (122C) 을 세퍼레이터 볼록 부분 (122B) 으로 가공하는 것으로 해도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 연료 가스에 함유되는 수소와 산화제 가스에 함유되는 산소의 전기 화학 반응을 이용하여 발전을 실시하는 SOFC 를 대상으로 하고 있지만, 본 발명은, 물의 전기 분해 반응을 이용하여 수소의 생성을 실시하는 고체 산화물형 전해 셀 (SOEC) 의 구성 단위인 전해 단셀이나, 복수의 전해 단셀을 구비하는 전해 셀 스택에도 동일하게 적용 가능하다. 또한, 전해 셀 스택의 구성은, 예를 들어 일본 공개특허공보 2016-81813호에 기재되어 있는 바와 같이 공지이기 때문에 여기서는 상세히 서술하지 않지만, 개략적으로는 상기 서술한 실시형태에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 과 동일한 구성이다. 즉, 상기 서술한 실시형태에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 을 전해 셀 스택으로 바꾸어 읽고, 발전 단위 (102) 를 전해 셀 단위로 바꾸어 읽고, 단셀 (110) 을 전해 단셀로 바꾸어 읽으면 된다. 단, 전해 셀 스택의 운전시에는, 공기극 (114) 이 플러스 (양극) 이고 연료극 (116) 이 마이너스 (음극) 가 되도록 양 전극 간에 전압이 인가됨과 함께, 연통공 (108) 을 통해 원료 가스로서의 수증기가 공급된다. 이로써, 각 전해 단셀에 있어서 물의 전기 분해 반응이 일어나, 연료실 (176) 에서 수소 가스가 발생하고, 연통공 (108) 을 통해 전해 셀 스택의 외부로 수소가 취출된다. 이러한 구성의 전해 셀 스택에 있어서도, 그 전해 셀 스택을 구성하는 복수의 도전성 부재에 대해, 두꺼운 것일수록, 오목 부분의 깊이를 깊게 하면, 각 도전성 부재의 강도 등의 저하를 억제하면서, 서로 이웃하는 도전성 부재끼리의 간섭을 억제할 수 있다.

22 : 볼트
24 : 너트
26 : 절연 시트
27 : 가스 통로 부재
28 : 본체부
29 : 분기부
100 : 연료 전지 스택
102 : 발전 단위
104, 106 : 엔드 플레이트
108 : 연통공
110 : 단셀
112 : 전해질층
114 : 공기극
116 : 연료극
120 : 세퍼레이터
120P : 중간 세퍼레이터
121 : 구멍
122 : 세퍼레이터 하면
122A : 세퍼레이터 하측 평탄 부분
122B : 세퍼레이터 볼록 부분
122C : 중간 세퍼레이터 볼록 부분
123 : 세퍼레이터 상면
123A : 세퍼레이터 상측 평탄 부분
123B : 세퍼레이터 오목 부분
124 : 접합부
130 : 공기극측 프레임
131 : 구멍
132 : 산화제 가스 공급 연통공
133 : 산화제 가스 배출 연통공
134 : 공기극측 집전체
135 : 집전체 요소
140 : 연료극측 프레임
141 : 구멍
142 : 연료 가스 공급 연통공
143 : 연료 가스 배출 연통공
144 : 연료극측 집전체
145 : 전극 대향부
146 : 인터커넥터 대향부
147 : 연접부
148 : 프레임 하면
148A : 프레임 하측 평탄 부분
148B : 프레임 볼록 부분
149 : 스페이서
150 : 인터커넥터
152 : 박판부
152A : 환상 부분
152B : 둘레 가장자리 부분
154 : 인터커넥터 하면
154A : 인터커넥터 하측 평탄 부분
154B : 인터커넥터 볼록 부분
156 : 인터커넥터 상면
156A : 인터커넥터 상측 평탄 부분
156B : 인터커넥터 오목 부분
161 : 산화제 가스 도입 매니폴드
162 : 산화제 가스 배출 매니폴드
166 : 공기실
171 : 연료 가스 도입 매니폴드
172 : 연료 가스 배출 매니폴드
176 : 연료실
180 : 프레임 상면
180A : 프레임 상측 평탄 부분
180B : 프레임 오목 부분
410, 420 : 용접부
BU : 돌기부
D1 : 돌출 길이
D2 : 깊이
D3 : 돌출 길이
D4 : 깊이
D5 : 돌출 길이
D6 : 깊이
FG : 연료 가스
FOG : 연료 오프가스
H1 ∼ H3 : 두께
L1 : 가상 직선
M1 : 제 1 가상 평면
M2 : 제 2 가상 평면
M3 : 제 3 가상 평면
M4 : 제 4 가상 평면
OG : 산화제 가스
OOG : 산화제 오프가스
SP : 공간

Claims (10)

1. 전해질층과 상기 전해질층을 사이에 두고 제 1 방향으로 서로 대향하는 공기극 및 연료극을 포함하고, 상기 제 1 방향으로 나란히 배치된 복수의 단셀과,
   상기 제 1 방향으로 나란히 배치되고, 도전성을 가지며, 또한, 평판상의 복수의 도전성 부재를 구비하고,
   상기 복수의 도전성 부재는,
   상기 제 1 방향의 일방측의 제 1 표면이, 평탄상의 제 1 평탄 부분과, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 제 1 표면의 가장자리측에 위치하며, 또한, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 돌출되는 볼록 부분을 포함하는 제 1 도전성 부재와,
   상기 제 1 도전성 부재에 대해 상기 제 1 방향의 상기 일방측에 위치하는 제 2 도전성 부재로서, 상기 제 1 도전성 부재의 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면이, 평탄상의 제 2 평탄 부분과, 상기 제 1 도전성 부재의 상기 볼록 부분과 대향하고, 상기 제 2 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 패인 오목 부분을 포함하는 제 2 도전성 부재를 포함하고 있고,
   상기 제 2 도전성 부재의 상기 제 1 방향의 두께는, 상기 제 1 도전성 부재의 상기 제 1 방향의 두께보다 두꺼우며, 또한, 상기 제 2 도전성 부재에 있어서의 상기 제 2 평탄 부분으로부터의 상기 오목 부분의 상기 제 1 방향의 깊이 치수는, 상기 제 1 도전성 부재에 있어서의 상기 제 1 평탄 부분으로부터의 상기 볼록 부분의 상기 제 1 방향의 돌출 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 전기 화학 반응 셀 스택.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 도전성 부재의 상기 볼록 부분과 상기 제 2 도전성 부재의 상기 오목 부분 사이의 상기 제 1 방향의 거리는, 상기 제 1 표면의 가장자리측을 향함에 따라 확장되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 반응 셀 스택.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 복수의 도전성 부재는,
   상기 제 1 방향의 일방측의 제 3 표면이, 평탄상의 제 3 평탄 부분과, 상기 제 3 평탄 부분보다 상기 제 3 표면의 가장자리측에 위치하며, 또한, 상기 제 3 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 돌출되는 볼록 부분을 포함하는 제 3 도전성 부재와,
   상기 제 3 도전성 부재에 대해 상기 제 1 방향의 상기 일방측에 위치하는 제 4 도전성 부재로서, 상기 제 3 도전성 부재의 상기 제 3 표면에 대향하는 제 4 표면이, 평탄상의 제 4 평탄 부분과, 상기 제 3 도전성 부재의 상기 볼록 부분과 대향하고, 상기 제 4 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 패인 오목 부분을 포함하는 제 4 도전성 부재를 포함하고 있고,
   상기 제 2 도전성 부재와 상기 제 4 도전성 부재는, 상기 제 1 방향의 두께가 서로 상이하며, 또한, 상기 제 1 방향의 두께가 두꺼운 것일수록, 상기 오목 부분의 상기 제 1 방향의 깊이 치수가 큰 것을 특징으로 하는 전기 화학 반응 셀 스택.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 도전성 부재의 상기 제 1 방향의 두께에 대한, 상기 오목 부분의 상기 제 1 방향의 깊이 치수의 비율은, 7 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 전기 화학 반응 셀 스택.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 도전성 부재의 상기 제 1 방향의 두께에 대한, 상기 볼록 부분의 상기 제 1 방향의 돌출 길이의 비율은, 2 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 전기 화학 반응 셀 스택.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 도전성 부재에는, 상기 제 1 방향으로 연장되는 가스 유로가 형성되어 있고,
   상기 제 1 표면의 가장자리측은, 상기 제 1 표면 중, 상기 가스 유로에 면하는 가장자리측인 것을 특징으로 하는 전기 화학 반응 셀 스택.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전해질층은, 고체 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 반응 셀 스택.
8. 전해질층과 상기 전해질층을 사이에 두고 제 1 방향으로 서로 대향하는 공기극 및 연료극을 포함하는 단셀과,
   상기 제 1 방향으로 나란히 배치되고, 도전성을 가지며, 또한, 평판상의 복수의 도전성 부재를 구비하고,
   상기 복수의 도전성 부재는,
   관통공이 형성되고, 상기 관통공을 둘러싸는 부분이 상기 단셀의 둘레 가장자리부와 접합되고, 상기 공기극에 면하는 공기실과 상기 연료극에 면하는 연료실을 구획하는 세퍼레이터와,
   상기 단셀의 상기 공기극 및 상기 연료극의 일방측에 배치된 인터커넥터와,
   상기 세퍼레이터와 상기 인터커넥터 사이에 배치된 프레임 부재를 포함하는 인터커넥터-전기 화학 반응 단셀 복합체에 있어서,
   상기 세퍼레이터에 있어서의 상기 프레임 부재측의 제 1 표면은, 평탄상의 제 1 평탄 부분과, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 제 1 표면의 가장자리측에 위치하며, 또한, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 프레임 부재측으로 돌출되는 볼록 부분을 포함하고,
   상기 프레임 부재에 있어서의 상기 세퍼레이터측의 제 2 표면은, 평탄상의 제 2 평탄 부분과, 상기 세퍼레이터의 상기 볼록 부분과 대향하고, 상기 제 2 평탄 부분보다 상기 세퍼레이터와는 반대측으로 패인 오목 부분을 포함하고,
   상기 프레임 부재의 상기 제 1 방향의 두께는, 상기 세퍼레이터의 상기 제 1 방향의 두께보다 두꺼우며, 또한, 상기 프레임 부재에 있어서의 상기 제 2 평탄 부분으로부터의 상기 오목 부분의 상기 제 1 방향의 깊이 치수는, 상기 세퍼레이터에 있어서의 상기 제 1 평탄 부분으로부터의 상기 볼록 부분의 상기 제 1 방향의 돌출 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 인터커넥터-전기 화학 반응 단셀 복합체.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 전해질층은, 고체 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 인터커넥터-전기 화학 반응 단셀 복합체.
10. 전해질층과 상기 전해질층을 사이에 두고 제 1 방향으로 서로 대향하는 공기극 및 연료극을 포함하고, 상기 제 1 방향으로 나란히 배치된 복수의 단셀과, 상기 제 1 방향으로 나란히 배치되고, 도전성을 가지며, 또한, 평판상의 복수의 도전성 부재를 구비하는 전기 화학 반응 셀 스택의 제조 방법에 있어서,
    프레스 가공에 의해, 상기 제 1 방향의 일방측의 제 1 표면이, 평탄상의 제 1 평탄 부분과, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 제 1 표면의 가장자리측에 위치하며, 또한, 상기 제 1 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 돌출되는 볼록 부분을 포함하고, 상기 제 1 방향의 타방측의 제 2 표면이, 평탄상의 제 2 평탄 부분과, 상기 제 2 평탄 부분보다 상기 제 1 방향의 상기 일방측으로 패인 오목 부분을 포함하는 복수의 도전성 부재를 각각 준비하는 준비 공정과,
    상기 각 도전성 부재에 대해, 상기 제 1 평탄 부분으로부터의 상기 볼록 부분의 상기 제 1 방향의 돌출 길이가 짧아지도록 상기 볼록 부분을 가공하는 가공 공정과,
    서로 이웃하는 2 개의 도전성 부재의 일방의 상기 제 1 표면의 상기 볼록 부분과, 타방의 상기 제 2 표면의 상기 오목 부분이 서로 대향하도록, 상기 복수의 도전성 부재를 상기 제 1 방향으로 나란히 배치하는 배치 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 반응 셀 스택의 제조 방법.

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