WO2020012818A1 - 電気化学セル、及びセルスタック装置 - Google Patents

電気化学セル、及びセルスタック装置 Download PDF

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WO2020012818A1
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gas flow
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support substrate
power generation
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徳之 小笠原
博史 菅
誠 大森
崇 龍
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日本碍子株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical cell and a cell stack device.
  • a cell stack apparatus including an electrochemical cell and a manifold for supplying gas to the electrochemical cell is known.
  • the electrochemical cell includes a support substrate in which a gas flow path is formed, and a power generation element supported by the support substrate.
  • the supply gas is supplied to the gas flow path from the first end of the support substrate, while the unreacted gas is discharged to the outside from the second end of the support substrate.
  • an object of the present invention is to provide an electrochemical cell and a cell stack device capable of improving the gas use efficiency.
  • the electrochemical cell according to the first aspect of the present invention is configured to be connected to the gas supply unit and the gas recovery unit.
  • This electrochemical cell includes a porous support substrate and a power generation element.
  • the support substrate has a flat shape.
  • the support substrate has a first end connected to the gas supply unit and the gas recovery unit, and a second end opposite to the first end.
  • the power generation element is disposed on the main surface of the support substrate.
  • the support substrate has at least one first gas flow path and at least one second gas flow path.
  • the first gas flow path extends from the first end toward the second end. Further, the first gas passage communicates with the gas supply unit.
  • the second gas flow path communicates with the first gas flow path on the second end side. The second gas flow path extends from the second end toward the first end.
  • the second gas flow path communicates with the gas recovery unit.
  • the ratio (p0 / L) of the pitch p0 between the adjacent first gas flow path and the second gas flow path to the distance L between the first end face and the power generation element section on the first end side of the support substrate is 3. 3 or less.
  • unreacted gas among the gases flowing through the first gas flow path flows through the second gas flow path, and further unreacted gas among the gases flowing through the second gas flow path is used as a gas manifold. Collected in the gas recovery chamber of For this reason, gas use efficiency can be improved.
  • the electrochemical cell configured as described above is used as a solid oxide fuel cell (SOFC), the following effects can be obtained.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • the gas recovered in the gas recovery chamber is burned by a gas burner, the solid oxide fuel cell unit instantaneously becomes 100% fuel gas utilization. Misfire may occur.
  • an electrochemical cell having a ratio (p0 / L) of 3.3 or less as described above unreacted gas before reaching the power generation element portion passes through the inside of the support substrate and becomes the first gas. Since the gas flows from the gas flow path to the second gas flow path, the unreacted gas can be burned by the gas burner. As a result, occurrence of misfire can be suppressed.
  • the above ratio (p0 / L) is 0.02 or more.
  • the at least one first gas flow path includes a plurality of first gas flow paths.
  • the pitch p0 between the adjacent first gas flow path and the second gas flow path is larger than the pitch p1 between the adjacent first gas flow paths.
  • At least one second gas flow path includes a plurality of second gas flow paths.
  • the pitch p0 between the adjacent first gas flow path and the second gas flow path is larger than the pitch p2 between the adjacent second gas flow paths.
  • the support substrate further has a communication channel that connects the first gas channel and the second gas channel at the second end.
  • the electrochemical cell further includes a communication member.
  • the communication member has a communication flow path that connects the first gas flow path and the second gas flow path.
  • the communication member is attached to the second end of the support substrate.
  • the at least one first gas flow path includes a plurality of first gas flow paths.
  • at least one second gas flow path includes a plurality of second gas flow paths. And there is only one communication channel.
  • the pitch p0 between the adjacent first gas passage and the second gas passage is larger than the distance T between the first gas passage and the power generation element unit 5.
  • a cell stack device includes any one of the above-described electrochemical cells and a manifold that supports the first end of the support substrate.
  • the manifold has a gas supply chamber communicating with the first gas flow path and a gas recovery chamber communicating with the second gas flow path.
  • the gas use efficiency can be improved.
  • FIG. 2 is a perspective view of a cell stack device. The top view of a manifold. The perspective view of a fuel cell. Sectional drawing of a cell stack apparatus. Sectional drawing of a fuel cell. Sectional drawing in the lower end part of a fuel cell. Sectional drawing of the cell stack apparatus concerning a modification. Sectional drawing of the cell stack apparatus concerning a modification. Sectional drawing of the cell stack apparatus concerning a modification.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a cell stack device. In FIG. 1, some fuel cells are not shown.
  • the cell stack device 100 includes a manifold 2 and a plurality of fuel cells 10.
  • the manifold 2 is configured to supply gas to the fuel cell 10. Further, the manifold 2 is configured to collect gas discharged from the fuel cell 10.
  • the manifold 2 has a gas supply chamber 21 (an example of a gas supply section) and a gas recovery chamber 22 (an example of a gas recovery section).
  • a gas supply pipe 101 is connected to the gas supply chamber 21, and a gas recovery pipe 102 is connected to the gas recovery chamber 22.
  • Fuel gas is supplied to the gas supply chamber 21 via a gas supply pipe 101.
  • the fuel gas in the gas recovery chamber 22 is recovered from the manifold 2 via the gas recovery pipe 102.
  • the manifold 2 has a manifold body 23 and a partition plate 24.
  • the manifold body 23 has a space inside.
  • the manifold body 23 has a rectangular parallelepiped shape.
  • a plurality of through holes 232 are formed in the upper plate 231 of the manifold body 23.
  • the through holes 232 are arranged at intervals in the longitudinal direction (z-axis direction) of the manifold body 23.
  • Each through hole 232 extends in the width direction (y-axis direction) of the manifold body 23.
  • Each through-hole 232 communicates with the gas supply chamber 21 and the gas recovery chamber 22.
  • Each through-hole 232 may be divided into a part communicating with the gas supply chamber 21 and a part communicating with the gas recovery chamber 22.
  • the partition plate 24 partitions the space of the manifold body 23 into a gas supply chamber 21 and a gas recovery chamber 22. Specifically, the partition plate 24 extends in the longitudinal direction of the manifold main body 23 at a substantially central portion of the manifold main body 23. The partition plate 24 does not need to completely partition the space of the manifold body 23, and a gap may be formed between the partition plate 24 and the manifold body 23.
  • the fuel cell 10 extends upward from the manifold 2. Specifically, the fuel cell 10 has a lower end attached to the manifold 2.
  • the fuel cells 10 are arranged such that the main surfaces face each other.
  • the fuel cells 10 are arranged at intervals along the length direction of the manifold 2. That is, the arrangement direction of the fuel cells 10 is along the length direction of the manifold 2.
  • the fuel cells 10 need not be arranged at equal intervals along the length direction of the manifold 2.
  • the fuel cell unit 10 has a support substrate 4, a plurality of power generation element units 5, and a communication member 3.
  • Each power generating element unit 5 is supported on a first main surface 45 and a second main surface 46 of the support substrate 4.
  • the number of the power generating element portions 5 formed on the first main surface 45 and the number of the power generating element portions 5 formed on the second main surface 46 may be the same or different.
  • the sizes of the power generating elements 5 may be different from each other.
  • the support substrate 4 extends vertically from the manifold 2. Specifically, the support substrate 4 extends upward from the manifold 2.
  • the support substrate 4 is flat and has a first end 41 and a second end 42. The first end 41 and the second end 42 are both ends in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4.
  • the first end 41 of the support substrate 4 is attached to the manifold 2.
  • the first end 41 of the support substrate 4 is attached to the upper plate 231 of the manifold 2 with a bonding material or the like.
  • the first end 41 of the support substrate 4 is inserted into a through hole 232 formed in the upper plate 231. Note that the first end 41 of the support substrate 4 does not have to be inserted into the through hole 232.
  • the first end 41 of the support substrate 4 is connected to the gas supply chamber 21 and the gas recovery chamber 22.
  • the support substrate 4 has a plurality of first gas passages 43 and a plurality of second gas passages 44.
  • the first gas passage 43 extends in the support substrate 4 in the up-down direction. That is, the first gas channel 43 extends in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4.
  • the first gas channel 43 penetrates the support substrate 4.
  • the first gas flow paths 43 are arranged at an interval in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 4. In addition, it is preferable that the first gas channels 43 are arranged at equal intervals.
  • the support substrate 4 may be longer in the width direction (y-axis direction) than in the length direction (x-axis direction).
  • the pitch p1 between the adjacent first gas channels 43 is, for example, about 1 to 5 mm.
  • the pitch p1 between the adjacent first gas passages 43 is the distance between the centers of the first gas passages 43.
  • the pitch p1 of the first gas channel 43 can be an average value of the pitch measured at each of the first end 41, the center, and the second end 42.
  • the first gas channel 43 extends from the first end 41 of the support substrate 4 toward the second end 42. In a state where the fuel cell 10 is attached to the manifold 2, the first gas flow path 43 communicates with the gas supply chamber 21 on the first end 41 side.
  • the second gas flow path 44 extends in the support substrate 4 in the vertical direction. That is, the second gas flow path 44 extends in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4. The second gas flow path 44 extends substantially parallel to the first gas flow path 43.
  • the second gas flow path 44 penetrates the support substrate 4.
  • the second gas flow paths 44 are arranged at an interval in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 4. In addition, it is preferable that the second gas flow paths 44 are arranged at equal intervals.
  • the pitch p2 between the adjacent second gas flow paths 44 is, for example, about 1 to 5 mm.
  • the pitch p2 between the adjacent second gas flow paths 44 is the distance between the centers of the second gas flow paths 44.
  • the pitch p2 of the second gas flow path 44 can be an average value of the pitch measured at each of the first end 41, the center, and the second end 42. It is preferable that the pitch p2 between the second gas flow paths 44 is substantially equal to the pitch p1 between the first gas flow paths 43.
  • the second gas flow path 44 extends from the second end 42 of the support substrate 4 toward the first end 41. In a state where the fuel cell 10 is attached to the manifold 2, the second gas flow path 44 communicates with the gas recovery chamber 22 of the manifold 2 on the first end 41 side.
  • the pitch p0 between the adjacent first gas passage 43 and second gas passage 44 is, for example, about 1 to 10 mm.
  • the pitch p0 between the adjacent first gas passage 43 and second gas passage 44 is the distance between the center of the first gas passage 43 and the center of the second gas passage 44.
  • the pitch p0 can be measured at the first end face 411 of the support substrate 4.
  • the pitch p0 between the adjacent first gas passages 43 and the second gas passages 44 is larger than the pitch p1 between the adjacent first gas passages 43. Further, the pitch p0 between the adjacent first gas passage 43 and the second gas passage 44 is larger than the pitch p2 between the adjacent second gas passages 44.
  • the first gas flow path 43 and the second gas flow path 44 communicate with each other on the second end 42 side of the support substrate 4. Specifically, the first gas passage 43 and the second gas passage 44 communicate with each other via the communication passage 30 of the communication member 3.
  • the first gas passage 43 and the second gas passage 44 are configured such that the pressure loss of the gas in the first gas passage 43 is smaller than the pressure loss of the gas in the second gas passage 44.
  • the average value of the gas pressure loss in each first gas passage 43 is equal to the second gas passage.
  • the first gas channel 43 and the second gas channel 44 are configured so as to be smaller than the average value of the gas pressure loss in the gas channel 44.
  • each first gas flow path 43 can be larger than the cross-sectional area of each second gas flow path 44.
  • the total value of the passage cross-sectional area of each of the first gas passages 43 is equal to that of each of the second gas passages 44. Can be larger than the total value of the flow path cross-sectional areas.
  • the total value of the cross-sectional area of each second gas flow path 44 should be about 20 to 95% of the total value of the cross-sectional area of each first gas flow path 43.
  • the cross-sectional area of the first gas flow channel 43 can be, for example, about 0.5 to 20 mm 2 .
  • the cross-sectional area of the second gas flow path 44 can be, for example, about 0.1 to 15 mm 2 .
  • the cross-sectional area of the first gas flow path 43 is determined by a cross section of the first gas flow path 43 on a cut surface (yz plane) orthogonal to the direction in which the first gas flow path 43 extends (x-axis direction). It refers to the flow path cross-sectional area. Further, the flow path cross-sectional area of the first gas flow path 43 includes a flow path cross-sectional area at an arbitrary position on the first end 41 side, a flow path cross-sectional area at an arbitrary position at the center, and a second end 42 It can be an average value with the flow path cross-sectional area at an arbitrary position on the side.
  • the cross-sectional area of the second gas flow path 44 is the cross-sectional area of the second gas flow path 44 in a cut plane (yz plane) perpendicular to the direction (x-axis direction) in which the second gas flow path 44 extends. It refers to the flow path cross-sectional area.
  • the flow path cross-sectional area of the second gas flow path 44 includes a flow path cross-sectional area at an arbitrary position on the first end 41 side, a flow path cross-sectional area at an arbitrary position at the center, and a second end 42 It can be an average value with the flow path cross-sectional area at an arbitrary position on the side.
  • the support substrate 4 has a first main surface 45 and a second main surface 46.
  • the first main surface 45 and the second main surface 46 are opposite to each other.
  • the first main surface 45 and the second main surface 46 support each power generation element unit 5.
  • the first main surface 45 and the second main surface 46 are oriented in the thickness direction (z-axis direction) of the support substrate 4.
  • Each side surface 47 of the support substrate 4 faces the width direction (y-axis direction) of the support substrate 4.
  • Each side surface 47 may be curved.
  • each support substrate 4 is arranged such that the first main surface 45 and the second main surface 46 face each other.
  • the support substrate 4 supports the power generation element unit 5.
  • the support substrate 4 is made of a porous material having no electron conductivity.
  • the support substrate 4 is made of, for example, CSZ (calcia-stabilized zirconia).
  • the support substrate 4 may be composed of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), or composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria).
  • it may be composed of MgO (magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel).
  • the porosity of the support substrate 4 is, for example, about 20 to 60%. This porosity is measured, for example, by the Archimedes method or microstructure observation.
  • the support substrate 4 is covered with the dense layer 48.
  • the dense layer 48 is configured to suppress the gas diffused into the support substrate 4 from the first gas passage 43 and the second gas passage 44 from being discharged to the outside.
  • the dense layer 48 covers the first main surface 45, the second main surface 46, and the side surfaces 47 of the support substrate 4.
  • the dense layer 48 includes the electrolyte 7 described later and the interconnector 91.
  • the dense layer 48 is denser than the support substrate 4. For example, the porosity of the dense layer 48 is about 0 to 7%.
  • the plurality of power generation elements 5 are supported on the first main surface 45 and the second main surface 46 of the support substrate 4.
  • Each power generation element unit 5 is arranged in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4.
  • the power generating element units 5 are arranged on the support substrate 4 with a gap from the first end 41 toward the second end 42. That is, the power generating elements 5 are arranged at intervals along the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4.
  • the power generating elements 5 are connected in series with each other by an electrical connection 9 described later.
  • the power generation element portion 5 extends in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 4.
  • the power generation element section 5 is divided into a first portion 51 and a second portion 52 in the width direction of the support substrate 4. Note that there is no strict boundary between the first portion 51 and the second portion 52.
  • a portion overlapping with a boundary between the gas supply chamber 21 and the gas recovery chamber 22 in a length direction view (x-axis direction view) of the support substrate 4 It can be a boundary between the first portion 51 and the second portion 52.
  • the first gas flow path 43 overlaps the first portion 51 of the power generation element unit 5 when viewed in the thickness direction of the support substrate 4 (when viewed in the z-axis direction).
  • the second gas flow path 44 overlaps the second portion 52 of the power generation element unit 5. Note that, among the plurality of first gas passages 43, some of the first gas passages 43 do not have to overlap with the first portion 51. Similarly, a part of the second gas passages 44 of the plurality of second gas passages 44 may not overlap with the second portion 52.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the fuel cell unit 10 cut along the first gas flow path 43.
  • the cross-sectional view of the fuel cell 10 cut along the second gas flow path 44 is the same as FIG. 5 except that the flow path cross-sectional area of the second gas flow path 44 is different.
  • the power generation element section 5 has a fuel electrode 6, an electrolyte 7, and an air electrode 8. Further, the power generation element unit 5 further has a reaction prevention film 11.
  • the fuel electrode 6 is a fired body made of a porous material having electron conductivity.
  • the anode 6 has an anode current collector 61 and an anode active section 62.
  • the anode current collector 61 is disposed in the recess 49.
  • the recess 49 is formed in the support substrate 4. More specifically, the anode current collector 61 is filled in the recess 49 and has the same outer shape as the recess 49.
  • Each anode current collector 61 has a first recess 611 and a second recess 612.
  • the fuel electrode active part 62 is arranged in the first recess 611. Specifically, the fuel electrode active portion 62 is filled in the first concave portion 611.
  • the fuel electrode current collector 61 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia).
  • the fuel electrode current collector 61 may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or may be composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). Is also good.
  • the thickness of the anode current collector 61 and the depth of the recess 49 are about 50 to 500 ⁇ m.
  • the fuel electrode active part 62 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia).
  • the anode active part 62 may be composed of NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium-doped ceria).
  • the thickness of the fuel electrode active portion 62 is 5 to 30 ⁇ m.
  • the electrolyte 7 is disposed so as to cover the fuel electrode 6. Specifically, the electrolyte 7 extends in the length direction from one interconnector 91 to another interconnector 91. That is, the electrolytes 7 and the interconnectors 91 are arranged alternately in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4. In addition, the electrolyte 7 covers the first main surface 45, the second main surface 46, and each side surface 47 of the support substrate 4.
  • the electrolyte 7 is denser than the support substrate 4.
  • the porosity of the electrolyte 7 is about 0 to 7%.
  • the electrolyte 7 is a fired body made of a dense material having ion conductivity and no electron conductivity.
  • the electrolyte 7 can be composed of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia). Alternatively, it may be composed of LSGM (lanthanum gallate).
  • the thickness of the electrolyte 7 is, for example, about 3 to 50 ⁇ m.
  • the reaction prevention film 11 is a fired body made of a dense material.
  • the reaction prevention film 11 has substantially the same shape as the fuel electrode active portion 62 in plan view.
  • the reaction prevention film 11 is disposed at a position corresponding to the fuel electrode active portion 62 via the electrolyte 7.
  • the reaction preventing film 11 suppresses the occurrence of a phenomenon in which YSZ in the electrolyte 7 reacts with Sr in the air electrode 8 to form a reaction layer having a large electric resistance at the interface between the electrolyte 7 and the air electrode 8. It is provided in.
  • the thickness of the reaction prevention film 11 is, for example, about 3 to 50 ⁇ m.
  • the air electrode 8 is disposed on the reaction prevention film 11.
  • the air electrode 8 is a fired body made of a porous material having electron conductivity.
  • LSF (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite)
  • LNF La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite)
  • LSC (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite) or the like. It may be configured.
  • the air electrode 8 may be constituted by two layers of a first layer (inner layer) made of LSCF and a second layer (outer layer) made of LSC.
  • the thickness of the air electrode 8 is, for example, 10 to 100 ⁇ m.
  • the electrical connection section 9 is configured to electrically connect the adjacent power generation element sections 5.
  • the electrical connection section 9 has an interconnector 91 and an air electrode current collecting film 92.
  • the interconnector 91 is arranged in the second concave portion 612. Specifically, the interconnector 91 is embedded (filled) in the second recess 612.
  • the interconnector 91 is a fired body made of a dense material having electron conductivity.
  • the interconnector 91 is denser than the support substrate 4.
  • the porosity of the interconnector 91 is about 0 to 7%.
  • the interconnector 91 can be composed of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, it may be composed of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate).
  • the thickness of the interconnector 91 is, for example, 10 to 100 ⁇ m.
  • the air electrode current collecting film 92 is arranged so as to extend between the interconnector 91 of the adjacent power generation element unit 5 and the air electrode 8.
  • the air electrode current collector is configured to electrically connect the air electrode 8 of the power generation element unit 5 disposed on the left side of FIG. 5 and the interconnector 91 of the power generation element unit 5 disposed on the right side of FIG.
  • a membrane 92 is disposed.
  • the cathode current collecting film 92 is a fired body made of a porous material having electron conductivity.
  • LSC (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite) may be used.
  • it may be made of Ag (silver) or Ag-Pd (silver-palladium alloy).
  • the thickness of the cathode current collecting film 92 is, for example, about 50 to 500 ⁇ m.
  • the communication member 3 is attached to the second end 42 of the support substrate 4.
  • the communication member 3 has a communication channel 30 that allows the first gas channel 43 and the second gas channel 44 to communicate with each other.
  • the communication channel 30 communicates each first gas channel 43 and each second gas channel 44.
  • the communication channel 30 is constituted by a space extending from each first gas channel 43 to each second gas channel 44.
  • the communication member 3 is preferably joined to the support substrate 4. Further, it is preferable that the communication member 3 is formed integrally with the support substrate 4. Note that the number of the communication channels 30 is smaller than the number of the first gas channels 43.
  • the plurality of first gas passages 43 and the plurality of second gas passages 44 are communicated by only one communication passage 30.
  • the communication member 3 is, for example, porous.
  • the communication member 3 has a dense layer 31 forming the outer surface thereof.
  • the dense layer 31 is formed more densely than the main body of the communication member 3.
  • the porosity of the dense layer 31 is about 0 to 7%.
  • the dense layer 31 can be formed of the same material as the communication member 3, the material used for the above-described electrolyte 7, crystallized glass, or the like.
  • the support substrate 4 has a first end face 411 on the first end 41 side, and has a second end face 421 on the second end 42 side.
  • the first end face 411 is an end face facing the manifold 2 side
  • the second end face 421 is an end face facing the opposite side to the first end face 411.
  • the first end face 411 is a lower end face
  • the second end face 321 is an upper end face.
  • the ratio (p0 / L) of the pitch p0 between the adjacent first gas passage 43 and the second gas passage 44 to the distance L between the first end face 411 and the power generation element unit 5 is 3.3 or less.
  • the ratio of the pitch p0 to the distance L (p0 / L) is 0.02 or more.
  • the distance L between the first end face 411 and the power generating element 5 is specifically the distance between the power generating element 5 closest to the first end face 411 and the first end face 411 among the plurality of power generating elements 5. It is.
  • the power generation element units 5 are arranged on both the first main surface 45 and the second main surface 46, all the power generation element units 5 arranged on the first main surface 45 or the second main surface 46 are arranged.
  • the distance is the distance between the power generating element 5 closest to the first end face 411 and the first end face 411.
  • the power generation element unit 5 when measuring the distance L between the first end face 411 and the power generation element unit 5, the power generation element unit 5 is located at the front of the fuel cell 10 (in the z-axis direction).
  • the distance L between the first end face 411 and the power generation element section 5 is larger than the distance between the first end face 411 and the air.
  • the distance to the pole 8 can be used. This distance L can be measured, for example, by cutting the fuel cell 10 on an xz plane passing through the center between the adjacent first gas passage 43 and second gas passage 44.
  • the gas is transferred from the first gas passage 43 to the second gas passage 44 as shown by the arrow G in FIG. Can flow through the support substrate 4. That is, in the inactive region from the first end face 411 to the active region A, the gas can flow in the support substrate 4 from the first gas passage 43 toward the second gas passage 44. Further, by setting the ratio of the pitch p0 to the distance L (p0 / L) to 0.02 or more, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency.
  • the pitch p0 is configured to be larger than the distance T between the first gas flow path 43 and the power generation element unit 5. According to this configuration, the fuel gas flowing in the first gas flow path 43 and reaching the power generation element section 5 flows from the first gas flow path 43 to the second gas flow path 44 rather than the power generation element section 5. , And power generation efficiency can be improved.
  • the distance T between the first gas flow path 43 and the power generation element unit 5 means a distance from the first gas flow path 43 to the fuel electrode active part 62, as shown in FIG.
  • the fuel gas supplied to the gas supply chamber 21 flows in the first gas passage 43 of each fuel cell 10, and is expressed by the above formula (2) at the fuel electrode 6 of each power generation element unit 5.
  • a chemical reaction occurs.
  • the fuel gas that has not reacted at each fuel electrode 6 exits the first gas channel 43 and is supplied to the second gas channel 44 via the communication channel 30 of the communication member 3.
  • the fuel gas supplied to the second gas flow path 44 undergoes the chemical reaction represented by the above formula (2) again at the fuel electrode 6.
  • Fuel gas that has not reacted at the fuel electrode 6 in the process of flowing through the second gas flow path 44 is recovered to the gas recovery chamber 22 of the manifold 2.
  • the fuel gas supplied to the gas supply chamber 21 basically flows in the order of each first gas passage 43 ⁇ the communication passage 30 ⁇ the second gas passage 44.
  • a part of the fuel gas flowing through the first gas passage 43 is, as shown by an arrow G, closer to the first end portion 41 than the power generation element portion 5 from the first gas passage 43 to the second gas passage. It flows inside the support substrate 4 toward 44.
  • the gas is sent from the second gas flow path 44 to the gas recovery chamber 22.
  • the unreacted fuel gas is recovered from the gas recovery chamber 22 and burned by, for example, a gas burner. For this reason, even when the fuel utilization rate of the cell stack device 100 instantaneously becomes 100%, misfires in the gas burner can be suppressed.
  • the first gas passage 43 and the second gas passage 44 are communicated by the communication passage 30 of the communication member 3, but the present invention is not limited to this configuration.
  • the support substrate 4 may have a communication channel 30 inside.
  • the cell stack device 100 does not need to include the communication member 3.
  • the first gas channel 43 and the second gas channel 44 are communicated by the communication channel 30 formed in the support substrate 4.
  • the flow path cross-sectional areas of the first gas flow paths 43 may be different from each other.
  • the cross-sectional area of each second gas flow path 44 may be different from each other.
  • the cross-sectional area of the first gas passage 43 may be substantially the same as the cross-sectional area of the second gas passage 44, or may be larger than the cross-sectional area of the second gas passage 44. May also be small.
  • the number of the second gas flow paths 44 is the same as the number of the first gas flow paths 43, but the number of the second gas flow paths 44 is not limited to this.
  • the number of the second gas flow paths 44 may be smaller than the number of the first gas flow paths 43.
  • the first gas flow channel 43 does not have to have a uniform flow channel cross-sectional area in its length direction (x-axis direction).
  • the flow path cross-sectional area of the first gas flow path 43 may become smaller as approaching the second end 42 where the fuel gas concentration becomes lower.
  • the second gas flow path 44 may not have a uniform flow path cross-sectional area in the length direction (x-axis direction).
  • the flow path cross-sectional area of the second gas flow path 44 may become smaller as approaching the first end 41 where the fuel gas concentration becomes lower. According to this configuration, the diffusivity is improved, and the change of Ni existing near the interface to NiO can be suppressed.
  • the first and second gas passages 43 and 44 have circular cross sections, but the cross section of the first and second gas passages 43 and 44 is rectangular or elliptical. It may be.
  • the support substrate 4 has the plurality of first gas channels 43, but may have only one first gas channel 43. Similarly, the support substrate 4 has a plurality of second gas passages 44, but may have only one second gas passage 44.
  • Modification 7 In the above embodiment, the power generating element units 5 arranged on the first main surface 45 are connected in series with each other, but all the power generating element units 5 arranged on the first main surface 45 are connected in series. No need to be done. Note that the same applies to each power generation element unit 5 arranged on the second main surface 46.
  • each of the power generating element portions 5 formed on the first main surface 45 and each of the power generating element portions 5 formed on the second main surface 46 are not electrically connected to each other. It may be electrically connected at a plurality of locations.
  • each power generating element unit 5 is disposed on both the first main surface 45 and the second main surface 46, but may be disposed on only one of the surfaces.
  • each fuel cell 10 may be different from each other. Further, the width of each power generation element unit 5 may be different from each other. For example, the width of each power generation element unit 5 formed on a certain support substrate 4 may be different from the width of each power generation element unit 5 formed on another support substrate 4.
  • the communication member 3 is porous, but the communication member 3 may be made of metal.
  • the communication member 3 can be formed of an Fe—Cr alloy, a Ni-based alloy, or an MgO-based ceramic material (the same material as the support substrate 4 may be used).
  • the communication channel 30 of the communication member 3 is configured by a space, but the configuration of the communication channel 30 of the communication member 3 is not limited to this.
  • the communication channel 30 of the communication member 3 can be configured by a plurality of pores formed in the communication member 3.
  • the gas supply chamber 21 and the gas recovery chamber 22 are defined by partitioning one manifold body 23 with the partition plate 24, but the configuration of the manifold 2 is not limited to this.
  • the manifold 2 can be configured by two manifold body portions 23. In this case, one manifold body 23 has a gas supply chamber 21 and another manifold body 23 has a gas recovery chamber 22.
  • the fuel cell 10 of the above embodiment is a so-called horizontal stripe type fuel cell in which the power generation elements 5 are arranged in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4.
  • the configuration is not limited to this.
  • the fuel cell 10 may be a so-called vertical stripe fuel cell in which one power generation element unit 5 is supported on the first main surface 45 of the support substrate 4.
  • one power generation element unit 5 may be supported on the second main surface 46 of the support substrate 4 or may not be supported.
  • the electrochemical cell of the present invention is used as a solid oxide fuel cell (SOFC), but is not limited to this.
  • the electrochemical cell of the present invention can be used as a solid oxide electrolytic cell (SOEC).
  • SOEC solid oxide electrolytic cell
  • the solid oxide electrolytic cell 10 generates hydrogen gas and oxygen gas by flowing steam gas in the order of the first gas passage 43 and the second gas passage 44.
  • the generated hydrogen gas flowing in the second gas flow path 44 flows in the support substrate 4 and flows to the first gas flow path 43 on the first end 41 side of the power generation element section 5.
  • Test A In Test A, the relationship between the ratio of the pitch p0 to the distance L (p0 / L) and the presence or absence of a misfire was confirmed.
  • a cell stack device 100 having a shape as shown in FIG. These were prepared as 1 to 16. In each cell stack device 100, the number of fuel cells 10 is one. Sample No. In 1 to 16, the ratio of the pitch p0 to the distance L (p0 / L) is changed. The height (dimension in the x-axis direction) of the fuel cell 10 in each cell stack device 100 was 50 to 1000 mm, and the width (dimension in the y-axis direction) was 10 to 500 mm.
  • the thickness and the porosity of the support substrate 4 were almost the same as those of a support substrate generally used for a fuel cell (thickness: about 1.5 to 5 mm, porosity about 20 to 60%).
  • a configuration other than the ratio (p0 / L) of the pitch p0 between the adjacent first gas passage 43 and the second gas passage 44 with respect to the distance L between the first end face 411 and the power generation element portion 5. was basically the same.
  • the 100% fuel utilization operation refers to an operation in which all of the hydrogen gas that has reached the power generation element unit 5 is used for power generation of the fuel cell 10. Further, the amount of air supplied to the gas burner was set to an amount such that the amount of oxygen contained in the off-gas at the time of operation at a fuel utilization of 80% was twice as large as the amount of oxygen that completely burns. The flow rate of the air was constant between the operation at a fuel utilization of 80% and the operation at a fuel utilization of 100%.
  • Test B In Test B, the sample No. For 1 to 16, the power generation efficiency was evaluated by measuring the output voltage during operation at a fuel utilization of 80%. Table 1 shows the results. When p0 / L in Table 1 is 1, that is, when the sample No. 9, the evaluation of the sample which was reduced by 5% or more from this was evaluated as “ ⁇ ”, and the sample No. 9 was evaluated. The sample which did not decrease by 5% or more from the output voltage of No. 9 was evaluated as “ ⁇ ”.

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Abstract

電気化学セル（１０）は、多孔質の支持基板（４）と、発電素子部（５）とを備えている。支持基板（４）は、少なくとも１つの第１ガス流路（４３）と、少なくとも１つの第２ガス流路（４４）とを有する。第１ガス流路（４３）は、第１端部（４１）から第２端部（４２）に向かって延び、ガス供給室（２１）と連通する。第２ガス流路（４４）は、第２端部（４２）側において第１ガス流路（４３）と連通する。第２ガス流路（４４）は、第２端部（４２）から第１端部（４１）に向かって延び、ガス回収室（２２）と連通する。支持基板（４）の第１端部（４１）側における第１端面（４１１）と発電素子部（５）との距離Ｌに対する、隣り合う第１ガス流路（４３）と第２ガス流路（４４）とのピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）は、３．３以下である。

Description

電気化学セル、及びセルスタック装置
　本発明は、電気化学セル、及びセルスタック装置に関するものである。
　電気化学セルと、電気化学セルにガスを供給するマニホールドと、を備えたセルスタック装置が知られている。電気化学セルは、ガス流路が形成された支持基板と、支持基板に支持される発電素子部とを備えている。支持基板の第１端部からガス流路に供給ガスが供給される一方で、支持基板の第２端部から未反応のガスが外部へと排出される。
特開２０１６－１７１０６４号公報
　上述したような電気化学セル及びセルスタック装置において、ガスの使用効率を向上させることが要望されている。そこで本発明の課題は、ガスの使用効率を向上させることのできる電気化学セル及びセルスタック装置を提供することにある。
　本発明の第１側面に係る電気化学セルは、ガス供給部及びガス回収部に連結されるように構成されている。この電気化学セルは、多孔質の支持基板と、発電素子部とを備えている。支持基板は、扁平状である。支持基板は、ガス供給部及び前記ガス回収部と連結する第１端部、及び第１端部と反対側の第２端部を有する。発電素子部は、支持基板の主面に配置される。支持基板は、少なくとも１つの第１ガス流路と、少なくとも１つの第２ガス流路とを有する。第１ガス流路は、第１端部から第２端部に向かって延びる。また、第１ガス流路は、ガス供給部と連通する。第２ガス流路は、第２端部側において第１ガス流路と連通する。第２ガス流路は、第２端部から第１端部に向かって延びている。第２ガス流路は、ガス回収部と連通する。支持基板の第１端部側における第１端面と発電素子部との距離Ｌに対する、隣り合う第１ガス流路と第２ガス流路とのピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）は、３．３以下である。
　この構成によれば、第１ガス流路を流れたガスのうち未反応のガスは第２ガス流路を流れ、第２ガス流路を流れたガスのうちさらに未反応のガスは、ガスマニホールドのガス回収室にて回収される。このため、ガスの使用効率を向上させることができる。
　また、上述したように構成された電気化学セルを固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ）として用いた場合、次のような効果を得ることができる。単に固体酸化物形燃料電池セルにおいて、ガス回収室にて回収したガスをガスバーナで燃焼させるシステムであれば、固体酸化物形燃料電池セルが瞬間的に燃料ガス利用率１００％となった場合に失火が生じるおそれがある。これに対して、上述したように割合（ｐ０／Ｌ）を３．３以下とした電気化学セルであれば、発電素子部に到達する前の未反応のガスが支持基板内を通って第１ガス流路から第２ガス流路へと流れるため、ガスバーナでその未反応のガスを燃焼させることができる。この結果、失火が生じることを抑制することができる。
　好ましくは、上述した割合（ｐ０／Ｌ）を０．０２以上である。
　好ましくは、少なくとも１つの第１ガス流路は、複数の第１ガス流路を含む。そして、隣り合う第１ガス流路と第２ガス流路とのピッチｐ０は、隣り合う第１ガス流路のピッチｐ１よりも大きい。
　好ましくは、少なくとも１つの第２ガス流路は、複数の第２ガス流路を含む。そして、隣り合う第１ガス流路と第２ガス流路とのピッチｐ０は、隣り合う第２ガス流路のピッチｐ２よりも大きい。
　好ましくは、支持基板は、第２端部において第１ガス流路と第２ガス流路を連通する連通流路をさらに有する。
　好ましくは、電気化学セルは、連通部材をさらに備える。連通部材は、第１ガス流路と第２ガス流路とを連通する連通流路を有する。連通部材は、支持基板の第２端部に取り付けられる。
　好ましくは、少なくとも１つの第１ガス流路は、複数の第１ガス流路を含む。また、少なくとも１つの第２ガス流路は、複数の第２ガス流路を含む。そして、連通流路は、１つのみである。
　好ましくは、隣り合う第１ガス流路と第２ガス流路とのピッチｐ０は、第１ガス流路と発電素子部５との距離Ｔよりも大きい。
　本発明の第２側面に係るセルスタック装置は、上記いずれかの電気化学セルと、支持基板の第１端部を支持するマニホールドと、を備える。マニホールドは、第１ガス流路と連通するガス供給室と、第２ガス流路と連通するガス回収室と、を有する。
　本発明によれば、ガスの使用効率を向上させることができる。
セルスタック装置の斜視図。 マニホールドの平面図。 燃料電池セルの斜視図。 セルスタック装置の断面図。 燃料電池セルの断面図。 燃料電池セルの下端部における断面図。 変形例に係るセルスタック装置の断面図。 変形例に係るセルスタック装置の断面図。 変形例に係るセルスタック装置の断面図。
　以下、本発明に係る電気化学セル及びセルスタック装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、電気化学セルの一例として燃料電池セル、より具体的には固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ）を用いて説明する。図１は、セルスタック装置を示す斜視図である。なお、図１において、いくつかの燃料電池セルの記載を省略している。
　［セルスタック装置］
　図１に示すように、セルスタック装置１００は、マニホールド２と、複数の燃料電池セル１０と、を備えている。
　［マニホールド］
　マニホールド２は、燃料電池セル１０にガスを供給するように構成されている。また、マニホールド２は、燃料電池セル１０から排出されたガスを回収するように構成されている。マニホールド２は、ガス供給室２１（ガス供給部の一例）とガス回収室２２（ガス回収部の一例）とを有している。ガス供給室２１にはガス供給管１０１が接続されており、ガス回収室２２にはガス回収管１０２が接続されている。ガス供給室２１には、ガス供給管１０１を介して燃料ガスが供給される。また、ガス回収室２２内の燃料ガスは、ガス回収管１０２を介してマニホールド２から回収される。
　マニホールド２は、マニホールド本体部２３と、仕切板２４とを有している。マニホールド本体部２３は、内部に空間を有している。マニホールド本体部２３は、直方体状である。
　図２に示すように、マニホールド本体部２３の上板部２３１には、複数の貫通孔２３２が形成されている。各貫通孔２３２は、マニホールド本体部２３の長さ方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。各貫通孔２３２は、マニホールド本体部２３の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。各貫通孔２３２は、ガス供給室２１及びガス回収室２２と連通している。なお、各貫通孔２３２は、ガス供給室２１と連通する部分とガス回収室２２と連通する部分とに分かれていてもよい。
　仕切板２４は、マニホールド本体部２３の空間をガス供給室２１とガス回収室２２とに仕切っている。詳細には、仕切板２４は、マニホールド本体部２３の略中央部において、マニホールド本体部２３の長さ方向に延びている。仕切板２４は、マニホールド本体部２３の空間を完全に仕切っている必要は無く、仕切板２４とマニホールド本体部２３との間に隙間が形成されていてもよい。
　［燃料電池セル］
　燃料電池セル１０は、マニホールド２から上方に延びている。詳細には、燃料電池セル１０は、下端部がマニホールド２に取り付けられている。各燃料電池セル１０は、主面同士が対向するように並べられている。また、各燃料電池セル１０は、マニホールド２の長さ方向に沿って間隔をあけて並べられている。すなわち、燃料電池セル１０の配列方向は、マニホールド２の長さ方向に沿っている。なお、各燃料電池セル１０は、マニホールド２の長さ方向に沿って等間隔に配置されていなくてもよい。
　図３及び図４に示すように、燃料電池セル１０は、支持基板４と、複数の発電素子部５と、連通部材３と、を有している。各発電素子部５は、支持基板４の第１主面４５及び第２主面４６に支持されている。なお、第１主面４５に形成される発電素子部５の数と第２主面４６に形成される発電素子部５の数とは、互いに同じであってもよいし異なっていてもよい。また、各発電素子部５の大きさは、互いに異なっていてもよい。
　［支持基板］
　支持基板４は、マニホールド２から上下方向に延びている。詳細には、支持基板４は、マニホールド２から上方に延びている。支持基板４は、扁平状であり、第１端部４１と第２端部４２とを有している。第１端部４１及び第２端部４２は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）における両端部である。
　支持基板４の第１端部４１は、マニホールド２に取り付けられる。例えば、支持基板４の第１端部４１は、接合材などによってマニホールド２の上板部２３１に取り付けられる。詳細には、支持基板４の第１端部４１は、上板部２３１に形成された貫通孔２３２に挿入されている。なお、支持基板４の第１端部４１は、貫通孔２３２に挿入されていなくてもよい。このように支持基板４の第１端部４１がマニホールド２に取り付けられることによって、支持基板４の第１端部４１は、ガス供給室２１及びガス回収室２２と連結している。
　支持基板４は、複数の第１ガス流路４３と、複数の第２ガス流路４４とを有している。第１ガス流路４３は、支持基板４内を上下方向に延びている。すなわち、第１ガス流路４３は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に延びている。第１ガス流路４３は、支持基板４を貫通している。各第１ガス流路４３は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第１ガス流路４３は、等間隔に配置されていることが好ましい。支持基板４は、長さ方向（ｘ軸方向）よりも幅方向（ｙ軸方向）の寸法の方が長くてもよい。
　図４に示すように、隣り合う第１ガス流路４３のピッチｐ１は、例えば、１～５ｍｍ程度である。この隣り合う第１ガス流路４３のピッチｐ１は、第１ガス流路４３の中心間の距離である。例えば、第１ガス流路４３のピッチｐ１は、第１端部４１、中央部、及び第２端部４２のそれぞれにおいて測定したピッチの平均値とすることができる。
　第１ガス流路４３は、支持基板４の第１端部４１から第２端部４２に向かって延びている。燃料電池セル１０をマニホールド２に取り付けた状態において、第１ガス流路４３は、第１端部４１側において、ガス供給室２１と連通している。
　第２ガス流路４４は、支持基板４内を上下方向に延びている。すなわち、第２ガス流路４４は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に延びている。第２ガス流路４４は、第１ガス流路４３と実質的に平行に延びている。
　第２ガス流路４４は、支持基板４を貫通している。各第２ガス流路４４は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第２ガス流路４４は、等間隔に配置されていることが好ましい。
　隣り合う第２ガス流路４４のピッチｐ２は、例えば、１～５ｍｍ程度である。この隣り合う第２ガス流路４４のピッチｐ２は、第２ガス流路４４の中心間の距離である。例えば、第２ガス流路４４のピッチｐ２は、第１端部４１、中央部、及び第２端部４２のそれぞれにおいて測定したピッチの平均値とすることができる。なお、各第２ガス流路４４間のピッチｐ２は、各第１ガス流路４３間のピッチｐ１と実質的に等しいことが好ましい。
　第２ガス流路４４は、支持基板４の第２端部４２から第１端部４１に向かって延びている。燃料電池セル１０をマニホールド２に取り付けた状態において、第２ガス流路４４は、第１端部４１側において、マニホールド２のガス回収室２２と連通している。
　隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、例えば、１～１０ｍｍ程度である。この隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、第１ガス流路４３の中心と第２ガス流路４４の中心との距離である。例えば、ピッチｐ０は、支持基板４の第１端面４１１において測定することができる。
　隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、隣り合う第１ガス流路４３のピッチｐ１よりも大きい。また、隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、隣り合う第２ガス流路４４のピッチｐ２よりも大きい。
　第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とは、支持基板４の第２端部４２側において互いに連通している。詳細には、第１ガス流路４３と、第２ガス流路４４とが、連通部材３の連通流路３０を介して連通している。
　第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４は、第１ガス流路４３内におけるガスの圧力損失が第２ガス流路４４内におけるガスの圧力損失よりも小さくなるように構成されている。なお、本実施形態のように第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４のそれぞれが複数本ある場合、各第１ガス流路４３内におけるガスの圧力損失の平均値が、各第２ガス流路４４内におけるガスの圧力損失の平均値よりも小さくなるように、第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４が構成される。
　例えば、各第１ガス流路４３の流路断面積は、各第２ガス流路４４の流路断面積よりも大きくすることができる。なお、第１ガス流路４３の数と第２ガス流路４４との数とが異なる場合は、各第１ガス流路４３の流路断面積の合計値が、各第２ガス流路４４の流路断面積の合計値よりも大きくすることができる。
　特に限定されるものではないが、各第２ガス流路４４の流路断面積の合計値は、各第１ガス流路４３の流路断面積の合計値の２０～９５％程度とすることができる。なお、第１ガス流路４３の流路断面積は、例えば、０.５～２０ｍｍ２程度とすることができる。また、第２ガス流路４４の流路断面積は、例えば、０.１～１５ｍｍ２程度とすることができる。
　なお、第１ガス流路４３の流路断面積は、第１ガス流路４３が延びる方向（ｘ軸方向）と直交する面（ｙｚ平面）で切断した切断面における第１ガス流路４３の流路断面積を言う。また、第１ガス流路４３の流路断面積は、第１端部４１側の任意の箇所における流路断面積と、中央部の任意の箇所における流路断面積と、第２端部４２側の任意の箇所における流路断面積との平均値とすることができる。
　また、第２ガス流路４４の流路断面積は、第２ガス流路４４が延びる方向（ｘ軸方向）と直交する面（ｙｚ平面）で切断した切断面における第２ガス流路４４の流路断面積を言う。また、第２ガス流路４４の流路断面積は、第１端部４１側の任意の箇所における流路断面積と、中央部の任意の箇所における流路断面積と、第２端部４２側の任意の箇所における流路断面積との平均値とすることができる。
　図３に示すように、支持基板４は、第１主面４５と、第２主面４６とを有している。第１主面４５と第２主面４６とは、互いに反対を向いている。第１主面４５及び第２主面４６は、各発電素子部５を支持している。第１主面４５及び第２主面４６は、支持基板４の厚さ方向（ｚ軸方向）を向いている。また、支持基板４の各側面４７は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）を向いている。各側面４７は、湾曲していてもよい。図１に示すように、各支持基板４は、第１主面４５と第２主面４６とが対向するように配置されている。
　図３に示すように、支持基板４は、発電素子部５を支持している。支持基板４は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板４は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成される。または、支持基板４は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板４の気孔率は、例えば、２０～６０％程度である。この気孔率は、例えば、アルキメデス法、又は微構造観察により測定される。
　支持基板４は、緻密層４８によって覆われている。緻密層４８は、第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４から支持基板４内に拡散されたガスが外部に排出されることを抑制するように構成されている。本実施形態では、緻密層４８は、支持基板４の第１主面４５、第２主面４６、及び各側面４７を覆っている。なお、本実施形態では、緻密層４８は、後述する電解質７と、インターコネクタ９１とによって構成されている。緻密層４８は、支持基板４よりも緻密である。例えば、緻密層４８の気孔率は、０～７％程度である。
　［発電素子部］
　複数の発電素子部５が、支持基板４の第１主面４５及び第２主面４６に支持されている。各発電素子部５は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に配列されている。詳細には、各発電素子部５は、支持基板４上において、第１端部４１から第２端部４２に向かって互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、各発電素子部５は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に沿って、間隔をあけて配置されている。なお、各発電素子部５は、後述する電気的接続部９によって、互いに直列に接続されている。
　発電素子部５は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。発電素子部５は、支持基板４の幅方向において第１部分５１と第２部分５２とに区画される。なお、第１部分５１と第２部分５２との厳密な境界はない。例えば、燃料電池セル１０をマニホールド２に取り付けた状態において、支持基板４の長さ方向視（ｘ軸方向視）において、ガス供給室２１とガス回収室２２との境界と重複する部分を、第１部分５１と第２部分５２との境界部とすることができる。
　支持基板４の厚さ方向視（ｚ軸方向視）において、第１ガス流路４３は、発電素子部５の第１部分５１と重複している。また、支持基板４の厚さ方向視（ｚ軸方向視）において、第２ガス流路４４は、発電素子部５の第２部分５２と重複している。なお、複数の第１ガス流路４３のうち、一部の第１ガス流路４３が第１部分５１と重複していなくてもよい。同様に、複数の第２ガス流路４４のうち、一部の第２ガス流路４４が第２部分５２と重複していなくてもよい。
　図５は、第１ガス流路４３に沿って切断した燃料電池セル１０の断面図である。なお、第２ガス流路４４に沿って切断した燃料電池セル１０の断面図は、第２ガス流路４４の流路断面積が異なる以外は、図５と同じである。
　発電素子部５は、燃料極６、電解質７、及び空気極８を有している。また、発電素子部５は、反応防止膜１１をさらに有している。燃料極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極６は、燃料極集電部６１と燃料極活性部６２とを有する。
　燃料極集電部６１は、凹部４９内に配置されている。凹部４９は、支持基板４に形成されている。詳細には、燃料極集電部６１は、凹部４９内に充填されており、凹部４９と同様の外形を有する。各燃料極集電部６１は、第１凹部６１１及び第２凹部６１２を有している。燃料極活性部６２は、第１凹部６１１内に配置されている。詳細には、燃料極活性部６２は、第１凹部６１１内に充填されている。
　燃料極集電部６１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部６１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部６１の厚さ、及び凹部４９の深さは、５０～５００μｍ程度である。
　燃料極活性部６２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部６２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部６２の厚さは、５～３０μｍである。
　電解質７は、燃料極６上を覆うように配置されている。詳細には、電解質７は、一のインターコネクタ９１から他のインターコネクタ９１まで長さ方向に延びている。すなわち、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）において、電解質７とインターコネクタ９１とが交互に配置されている。また、電解質７は、支持基板４の第１主面４５、第２主面４６、及び各側面４７を覆っている。
　電解質７は、支持基板４よりも緻密である。例えば、電解質７の気孔率は、０～７％程度である。電解質７は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質７は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質７の厚さは、例えば、３～５０μｍ程度である。
　反応防止膜１１は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜１１は、平面視において、燃料極活性部６２と略同一の形状である。反応防止膜１１は、電解質７を介して、燃料極活性部６２と対応する位置に配置されている。反応防止膜１１は、電解質７内のＹＳＺと空気極８内のＳｒとが反応して電解質７と空気極８との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜１１は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜１１の厚さは、例えば、３～５０μｍ程度である。
　空気極８は、反応防止膜１１上に配置されている。空気極８は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極８は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。また、空気極８は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極８の厚さは、例えば、１０～１００μｍである。
　［電気的接続部］
　電気的接続部９は、隣り合う発電素子部５を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部９は、インターコネクタ９１及び空気極集電膜９２を有する。インターコネクタ９１は、第２凹部６１２内に配置されている。詳細には、インターコネクタ９１は、第２凹部６１２内に埋設（充填）されている。インターコネクタ９１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ９１は、支持基板４よりも緻密である。例えば、インターコネクタ９１の気孔率は、０～７％程度である。インターコネクタ９１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ９１の厚さは、例えば、１０～１００μｍである。
　空気極集電膜９２は、隣り合う発電素子部５のインターコネクタ９１と空気極８との間を延びるように配置される。例えば、図５の左側に配置された発電素子部５の空気極８と、図５の右側に配置された発電素子部５のインターコネクタ９１とを電気的に接続するように、空気極集電膜９２が配置されている。空気極集電膜９２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。
　空気極集電膜９２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、Ａｇ（銀）、Ａｇ－Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜９２の厚さは、例えば、５０～５００μｍ程度である。
　［連通部材］
　図４に示すように、連通部材３は、支持基板４の第２端部４２に取り付けられている。そして、連通部材３は、第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とを連通させる連通流路３０を有している。詳細には、連通流路３０は、各第１ガス流路４３と各第２ガス流路４４とを連通する。連通流路３０は、各第１ガス流路４３から各第２ガス流路４４まで延びる空間によって構成されている。連通部材３は、支持基板４に接合されていることが好ましい。また、連通部材３は、支持基板４と一体的に形成されていることが好ましい。なお、連通流路３０の数は、第１ガス流路４３の数よりも少ない。本実施形態では、一本の連通流路３０のみによって、複数の第１ガス流路４３と複数の第２ガス流路４４とが連通されている。
　連通部材３は、例えば、多孔質である。また、連通部材３は、その外側面を構成する緻密層３１を有している。緻密層３１は、連通部材３の本体よりも緻密に形成されている。例えば、緻密層３１の気孔率は、０～７％程度である。この緻密層３１は、連通部材３と同じ材料や、上述した電解質７に使用される材料、結晶化ガラス等によって形成することができる。
　［配置関係］
　支持基板４は、第１端部４１側において第１端面４１１を有し、第２端部４２側において第２端面４２１を有している。第１端面４１１は、マニホールド２側を向く端面であり、第２端面４２１は、第１端面４１１と反対側を向く端面である。図４において、第１端面４１１は下端面であり、第２端面３２１は上端面である。
　第１端面４１１と発電素子部５との距離Ｌに対する、隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）は、３．３以下である。また、距離Ｌに対するピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）は０．０２以上である。なお、第１端面４１１と発電素子部５との距離Ｌは、詳細には、複数の発電素子部５のうち、最も第１端面４１１側にある発電素子部５と第１端面４１１との距離である。例えば、第１主面４５と第２主面４６との両方に発電素子部５が配置されている場合、第１主面４５又は第２主面４６に配置された全ての発電素子部５のうち、最も第１端面４１１側にある発電素子部５と第１端面４１１との距離である。
　また、図６に示すように、第１端面４１１と発電素子部５との距離Ｌを測定する際における発電素子部５とは、燃料電池セル１０の正面視（ｚ軸方向視）において、空気極８と燃料極活性部６２とが重複する活性領域Ａを言う。すなわち、第１端面４１１と発電素子部５との距離Ｌとは、第１端面４１１から活性領域Ａまでの距離を意味する。なお、本実施形態の図６に示す例では、空気極８の方が燃料極活性部６２よりも小さいため、第１端面４１１と発電素子部５との距離Ｌは、第１端面４１１から空気極８までの距離とすることができる。この距離Ｌは、例えば、隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４との中心を通るｘｚ面で燃料電池セル１０を切断して測定することができる。
　このように、距離Ｌに対するピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）を３．３とすることによって、図４の矢印Ｇに示すように、ガスを第１ガス流路４３から第２ガス流路４４に向かって支持基板４内を流すことができる。すなわち、第１端面４１１から活性領域Ａまでの不活性領域において、ガスを第１ガス流路４３から第２ガス流路４４に向かって支持基板４内を流すことができる。また、距離Ｌに対するピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）を０．０２以上とすることによって、発電効率の低下を抑制することができる。
　また、第１ガス流路４３と発電素子部５との距離Ｔよりも、ピッチｐ０の方が大きいように構成されている。この構成によれば、第１ガス流路４３内を流れて発電素子部５に到達した燃料ガスが、第１ガス流路４３から第２ガス流路４４へと流れるよりも、発電素子部５において優先的に利用され、発電効率を向上させることができる。なお、第１ガス流路４３と発電素子部５との距離Ｔとは、図５に示すように、第１ガス流路４３から燃料極活性部６２までの距離を意味する。
　［発電方法］
　上述したように構成されたセルスタック装置１００では、マニホールド２のガス供給室２１に水素ガスなどの燃料ガスを供給するとともに、燃料電池セル１０を空気などの酸素を含むガスに曝す。すると、空気極８において下記（１）式に示す化学反応が起こり、燃料極６において下記（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ－→Ｏ２－　　　…（１）
Ｈ２＋Ｏ２－→Ｈ２Ｏ＋２ｅ－　　　　　…（２）
　詳細には、ガス供給室２１に供給された燃料ガスは、各燃料電池セル１０の第１ガス流路４３内を流れ、各発電素子部５の燃料極６において、上記（２）式に示す化学反応が起こる。各燃料極６において未反応であった燃料ガスは、第１ガス流路４３を出て連通部材３の連通流路３０を介して第２ガス流路４４へ供給される。そして、第２ガス流路４４へ供給された燃料ガスは、再度、燃料極６において上記（２）式に示す化学反応が起こる。第２ガス流路４４を流れる過程において燃料極６において未反応であった燃料ガスは、マニホールド２のガス回収室２２へ回収される。
　上述したように、ガス供給室２１に供給される燃料ガスは、基本的には、各第１ガス流路４３→連通流路３０→各第２ガス流路４４の順に流れる。一方、第１ガス流路４３を流れる燃料ガスのうち一部は、矢印Ｇのように、発電素子部５よりも第１端部４１側において、第１ガス流路４３から第２ガス流路４４に向かって支持基板４の内部を流れる。そして、第２ガス流路４４からガス回収室２２に送られる。この未反応の燃料ガスは、ガス回収室２２から回収されて、例えば、ガスバーナで燃やされる。このため、セルスタック装置１００が瞬間的に燃料利用率１００％となった場合であっても、ガスバーナでの失火を抑制することができる。
　［変形例］
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
　変形例１
　上記実施形態では、第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とは、連通部材３が有する連通流路３０によって連通されていたが、この構成に限定されない。例えば、図７に示すように、支持基板４が、内部に連通流路３０を有していてもよい。この場合、セルスタック装置１００は、連通部材３を備えていなくてもよい。この支持基板４内に形成された連通流路３０によって、第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とが連通されている。
　変形例２
　各第１ガス流路４３の流路断面積は、互いに異なっていてもよい。また、各第２ガス流路４４の流路断面積は、互いに異なっていてもよい。また、第１ガス流路４３の流路断面積は、第２ガス流路４４の流路断面積と実質的に同じであってもよいし、第２ガス流路４４の流路断面積よりも小さくてもよい。
　変形例３
　上記実施形態では、第２ガス流路４４の数は、第１ガス流路４３の数と同じであったが、第２ガス流路４４の数はこれに限定されない。例えば、図８に示すように、第２ガス流路４４の数は、第１ガス流路４３の数よりも少なくてもよい。
　変形例４
　第１ガス流路４３は、その長さ方向（ｘ軸方向）において、均一な流路断面積を有していなくてもよい。特に、第１ガス流路４３の流路断面積は、燃料ガス濃度が低くなる第２端部４２に近付くほど小さくなっていてもよい。また、第２ガス流路４４は、その長さ方向（ｘ軸方向）において、均一な流路断面積を有していなくてもよい。特に、第２ガス流路４４の流路断面積は、燃料ガス濃度が低くなる第１端部４１に近付くほど小さくなっていてもよい。この構成によれば拡散性が向上し界面近傍に存在するＮｉがＮｉＯに変化することを抑制することができる。
　変形例５
　上記実施形態では、第１及び第２ガス流路４３，４４は、円形状の断面を有しているが、第１及び第２ガス流路４３，４４の断面形状は、矩形状や楕円形状であってもよい。
　変形例６
　上記実施形態では、支持基板４は、複数の第１ガス流路４３を有しているが、１つの第１ガス流路４３のみを有していてもよい。同様に、支持基板４は、複数の第２ガス流路４４を有しているが、１つの第２ガス流路４４のみを有していてもよい。
　変形例７
　上記実施形態では、第１主面４５に配置された各発電素子部５は、互いに直列に接続されているが、第１主面４５に配置された各発電素子部５の全てが直列に接続されている必要は無い。なお、第２主面４６に配置された各発電素子部５についても同様である。
　変形例８
　燃料電池セル１０において、第１主面４５に形成された各発電素子部５と第２主面４６に形成された各発電素子部５との間は、互いに電気的に接続されていなくてもよいし、複数の箇所で電気的に接続されていてもよい。
　変形例９
　上記実施形態では、各発電素子部５は、第１主面４５と第２主面４６との両面に配置されているが、どちらか一方の面のみに配置されていてもよい。
　変形例１０
　各燃料電池セル１０の幅は、互いに異なっていてもよい。また、各発電素子部５の幅は、互いに異なっていてもよい。例えば、ある支持基板４に形成された各発電素子部５の幅と、別の支持基板４に形成された各発電素子部５の幅とは、異なっていてもよい。
　変形例１１
　実施形態では、連通部材３は多孔質であるが、連通部材３は金属によって構成されていてもよい。具体的には、連通部材３は、Ｆｅ－Ｃｒ合金、Ｎｉ基合金、又はＭｇＯ系セラミックス材料（支持基板４と同じ材料でも良い）などによって構成することができる。
　変形例１２
　上記実施形態では、連通部材３の連通流路３０は空間によって構成されていたが、連通部材３の連通流路３０の構成はこれに限定されない。例えば、図９に示すように、連通部材３の連通流路３０は、連通部材３内に形成された複数の気孔によって構成することができる。
　変形例１３
　上記実施形態のマニホールド２では、１つのマニホールド本体部２３を仕切板２４で仕切ることによって、ガス供給室２１とガス回収室２２とを画定しているが、マニホールド２の構成はこれに限定されない。例えば、２つのマニホールド本体部２３によってマニホールド２を構成することもできる。この場合、１つのマニホールド本体部２３がガス供給室２１を有し、別のマニホールド本体部２３がガス回収室２２を有している。
　変形例１４
　上記実施形態の燃料電池セル１０は、各発電素子部５が支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に配列されている、いわゆる横縞型の燃料電池セルであるが、燃料電池セル１０の構成はこれに限定されない。例えば、燃料電池セル１０は、支持基板４の第１主面４５に１つの発電素子部５が支持された、いわゆる縦縞型の燃料電池セルであってもよい。この場合、支持基板４の第２主面４６に一つの発電素子部５が支持されていてもよいし、支持されていなくてもよい。
　変形例１５
　上記実施形態では、本発明の電気化学セルを固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ）として用いているが、これに限定されない。例えば、本発明の電気化学セルを固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）として用いることもできる。このように、本発明に係る電気化学セルを固体酸化物形電解セルとして用いた場合、例えば、次のような効果を得ることができる。
　固体酸化物形電解セル１０は、第１ガス流路４３および第２ガス流路４４の順に水蒸気ガスを流して、水素ガスと酸素ガスとを生成する。ここで、生成されて第２ガス流路４４を流れる水素ガスが、発電素子部５よりも第１端部４１側において、支持基板４内を流れて第１ガス流路４３へと流れる。この結果、第１端部４１側に配置された発電素子部５の燃料極６に供給される水蒸気ガスに水素ガスが混入し、燃料極６のニッケルが酸化することを抑制することができる。
　以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
　（試験Ａ）
　試験Ａでは、距離Ｌに対するピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）と、失火の有無との関係を確認した。まず、図４に示すような形状のセルスタック装置１００をサンプルＮｏ．１～１６として作製した。なお、各セルスタック装置１００において、燃料電池セル１０の数は１つである。サンプルＮｏ．１～１６において、距離Ｌに対するピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）を変えている。各セルスタック装置１００における燃料電池セル１０の高さ（ｘ軸方向の寸法）は５０～１０００ｍｍ、幅（ｙ軸方向の寸法）は１０～５００ｍｍとした。
なお、支持基板４の厚さ、及び気孔率は、燃料電池セルに一般的に用いられる支持基板と同程度（厚さ：１．５～５ｍｍ程度、気孔率２０～６０％程度）とした。なお、各サンプルにおいて、第１端面４１１と発電素子部５との距離Ｌに対する、隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）以外の構成は、基本的には同じとした。
　（評価方法）
　以上のように作製した各セルスタック装置１００において、ガス供給室２１を介して燃料電池セル１０の第１ガス流路４３に水素ガスを供給するとともに、燃料電池セル１０を空気に曝した。水素ガスは、燃料電池セルに水素ガスを供給する際の一般的な範囲（５～１００ｋＰａ程度）の供給圧で供給した。そして、第１ガス流路４３、連通流路３０、第２ガス流路４４の順で流れてガス回収室２２に回収されたオフガスをガスバーナで燃焼させた。そして、定常運転（燃料利用率８０％運転）から燃料利用率１００％運転にパルス変動させ、燃料利用率１００％運転を０．５秒間継続させたときのオフガス燃焼の火炎温度を測定することで失火の有無を確認した。なお、燃料利用率１００％運転とは、発電素子部５まで到達した水素ガスが燃料電池セル１０の発電に全て使用される運転を言う。また、ガスバーナに供給する空気量は、燃料利用率８０％運転時のオフガス内の水素が完全燃焼する酸素量の２倍の酸素量を含むような量とした。この空気の流量は、燃料利用率８０％運転時と燃料利用率１００％運転時とで一定とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　表１に示すように、サンプルＮｏ．１～１３において火炎温度は、６００度以上を維持しており、失火は生じていなかった。一方、サンプルＮｏ．１４～１６では、火炎温度が低下し続けて測定が困難なため、失火が生じていると判断できる。以上の結果より、距離Ｌに対するピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）を３．３以下とすることによって、失火を防止することができることが分かった。
　（試験Ｂ）
　試験Ｂでは、試験Ａで作製したサンプルＮｏ．１～１６に対して、燃料利用率８０％運転時の出力電圧を測定することによって、発電効率を評価した。その結果を表１に示す。なお、表１におけるｐ０／Ｌが１のとき、すなわち、サンプルＮｏ．９における出力電圧を基準にし、これより５％以上低下したサンプルの評価を「×」とし、サンプルＮｏ．９の出力電圧より５％以上低下していないサンプルの評価を「〇」とした。
　表１に示すように、サンプルＮｏ．１～２において発電効率が低く、サンプルＮｏ．３～１６では発電効率が良好であることが分かった。この結果より、サンプルＮｏ．３～１６のように距離Ｌに対するピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）を０．０２０以上とすることによって、発電効率の低下を抑制できることができることが分かった。
２　　　　：マニホールド
２１　　　：ガス供給室
２２　　　：ガス回収室
３　　　　：連通部材
３０　　　：連通流路
４　　　　：支持基板
４１　　　：第１端部
４２　　　：第２端部
４３　　　：第１ガス流路
４４　　　：第２ガス流路
５　　　　：発電素子部
１０　　　：燃料電池セル
１００　　：セルスタック装置

Claims (9)

  1. 　ガス供給部及びガス回収部に連結される電気化学セルであって、
    　前記ガス供給部及び前記ガス回収部と連結する第１端部、及び前記第１端部と反対側の第２端部、を有する扁平状であり、多孔質の支持基板と、
    　前記支持基板の主面に配置される発電素子部と、
    を備え、
    　前記支持基板は、
    　　前記第１端部から前記第２端部に向かって延び、前記ガス供給部と連通する少なくとも１つの第１ガス流路と、
    　　前記第２端部側において前記第１ガス流路と連通し、前記第２端部から前記第１端部に向かって延び、前記ガス回収部と連通する少なくとも１つの第２ガス流路と、
    を有し、
    　前記支持基板の前記第１端部側における第１端面と前記発電素子部との距離Ｌに対する、隣り合う前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とのピッチｐ０の割合（ｐ０／Ｌ）は、３．３以下である、
    電気化学セル。
     
  2. 　前記割合（ｐ０／Ｌ）は、０．０２以上である、
    請求項１に記載の電気化学セル。
     
  3. 　前記少なくとも１つの第１ガス流路は、複数の前記第１ガス流路を含み、
    　隣り合う前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とのピッチｐ０は、隣り合う前記第１ガス流路のピッチｐ１よりも大きい、
    請求項１又は２に記載の電気化学セル。
     
  4. 　前記少なくとも１つの第２ガス流路は、複数の前記第２ガス流路を含み、
    　隣り合う前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とのピッチｐ０は、隣り合う前記第２ガス流路のピッチｐ２よりも大きい、
    請求項１から３のいずれかに記載の電気化学セル。
     
  5. 　前記支持基板は、前記第２端部において前記第１ガス流路と前記第２ガス流路を連通する連通流路をさらに有する、
    請求項１から４のいずれかに記載の電気化学セル。
     
  6. 　前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とを連通する連通流路を有し、前記支持基板の第２端部に取り付けられる連通部材をさらに備える、
    請求項１から４のいずれかに記載の電気化学セル。
     
  7. 　前記少なくとも１つの第１ガス流路は、複数の第１ガス流路を含み、
    　前記少なくとも１つの第２ガス流路は、複数の第２ガス流路を含み、
    　前記連通流路は、１つのみである、
    請求項５又は６に記載の電気化学セル。
     
  8. 　隣り合う前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とのピッチｐ０は、前記第１ガス流路と前記発電素子部との距離Ｔよりも大きい、
    請求項１から７のいずれかに記載の電気化学セル。
     
  9. 　請求項１から８のいずれかに記載の電気化学セルと、
    　前記支持基板の第１端部を支持するマニホールドと、
    を備え、
    　前記マニホールドは、前記第１ガス流路と連通するガス供給室と、前記第２ガス流路と連通するガス回収室と、を有する、
    セルスタック装置。
     
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