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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5770355
(24)【登録日】2015年7月3日
(45)【発行日】2015年8月26日
(54)【発明の名称】燃料電池の構造体、及び、燃料電池のスタック構造体
(51)【国際特許分類】
H01M 8/24 20060101AFI20150806BHJP
H01M 8/12 20060101ALI20150806BHJP
H01M 8/02 20060101ALI20150806BHJP
【ＦＩ】
H01M8/24 S
H01M8/12
H01M8/02 Z
H01M8/24 M
【請求項の数】16
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2014-234924(P2014-234924)
(22)【出願日】2014年11月19日
(65)【公開番号】特開2015-144114(P2015-144114A)
(43)【公開日】2015年8月6日
【審査請求日】2014年11月28日
(31)【優先権主張番号】特願2013-270017(P2013-270017)
(32)【優先日】2013年12月26日
(33)【優先権主張国】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000202
【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】大森 誠
(72)【発明者】
【氏名】中村 俊之
(72)【発明者】
【氏名】新海 正幸
(72)【発明者】
【氏名】臼井 友宏
(72)【発明者】
【氏名】藤崎 真司
【審査官】
守安 太郎
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１３−１０１９２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−２４１３２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−２０６７１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０６−０６０８９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｍ ８／２４
Ｈ０１Ｍ ８／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に位置する固体電解質と、を含んで構成されるセルと、
前記セルと、前記燃料極に供給される燃料ガスと前記空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材であって、接合材を用いて前記セルに接合される仕切り部材と、
を含む、燃料電池の構造体であって、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池の構造体。
前記セルと、前記燃料極に供給される燃料ガスと前記空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材であって、接合材を用いて前記セルに接合される仕切り部材と、
を含む、燃料電池の構造体であって、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池の構造体。
【請求項2】
それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と前記複数のセルの一端部とを連通するための１つ又は複数の孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記孔に対応して位置付けられ、
前記接合材が、前記各孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記孔と前記セルの一端部との間に存在する空間に充填されるよう設けられることによって、前記各孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記マニホールドを介して前記ガス流路に供給される燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と前記複数のセルの一端部とを連通するための１つ又は複数の孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記孔に対応して位置付けられ、
前記接合材が、前記各孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記孔と前記セルの一端部との間に存在する空間に充填されるよう設けられることによって、前記各孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記マニホールドを介して前記ガス流路に供給される燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
【請求項3】
それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と連通するとともに前記複数のセルの一端部を挿入するための複数の挿入孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記挿入孔に遊嵌され、
前記接合材が、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記挿入孔の内壁と前記セルの一端部の外壁との間に存在する隙間に少なくとも進入するよう設けられることによって、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記マニホールドを介して前記ガス流路に供給される燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と連通するとともに前記複数のセルの一端部を挿入するための複数の挿入孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記挿入孔に遊嵌され、
前記接合材が、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記挿入孔の内壁と前記セルの一端部の外壁との間に存在する隙間に少なくとも進入するよう設けられることによって、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記マニホールドを介して前記ガス流路に供給される燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
【請求項4】
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に位置する固体電解質と、を含んで構成されるセルと、
前記セルと、前記燃料極に供給される燃料ガスと前記空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材であって、接合材を用いて前記セルに接合される仕切り部材と、
を含む、燃料電池の構造体であって、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池の構造体。
前記セルと、前記燃料極に供給される燃料ガスと前記空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材であって、接合材を用いて前記セルに接合される仕切り部材と、
を含む、燃料電池の構造体であって、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池の構造体。
【請求項5】
それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と前記複数のセルの一端部とを連通するための１つ又は複数の孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記孔に対応して位置付けられ、
前記接合材が、前記各孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記孔と前記セルの一端部との間に存在する空間に充填されるよう設けられることによって、前記各孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と前記複数のセルの一端部とを連通するための１つ又は複数の孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記孔に対応して位置付けられ、
前記接合材が、前記各孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記孔と前記セルの一端部との間に存在する空間に充填されるよう設けられることによって、前記各孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
【請求項6】
それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と連通するとともに前記複数のセルの一端部を挿入するための複数の挿入孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記挿入孔に遊嵌され、
前記接合材が、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記挿入孔の内壁と前記セルの一端部の外壁との間に存在する隙間に少なくとも進入するよう設けられることによって、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と連通するとともに前記複数のセルの一端部を挿入するための複数の挿入孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記挿入孔に遊嵌され、
前記接合材が、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記挿入孔の内壁と前記セルの一端部の外壁との間に存在する隙間に少なくとも進入するよう設けられることによって、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、アルカリ金属を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記アルカリ金属を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
【請求項7】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記アルカリ金属を含有しない物質の膜が多孔質膜であり、
前記膜の厚さが１〜１０μｍであり、且つ、前記膜の気孔率が１０〜４０体積％である、燃料電池の構造体。
前記アルカリ金属を含有しない物質の膜が多孔質膜であり、
前記膜の厚さが１〜１０μｍであり、且つ、前記膜の気孔率が１０〜４０体積％である、燃料電池の構造体。
【請求項8】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記アルカリ金属を含有する物質が、結晶化度が６０％以上の結晶化ガラスであり、
前記アルカリ金属を含有しない物質も、結晶化度が６０％以上の結晶化ガラスである、燃料電池の構造体。
前記アルカリ金属を含有する物質が、結晶化度が６０％以上の結晶化ガラスであり、
前記アルカリ金属を含有しない物質も、結晶化度が６０％以上の結晶化ガラスである、燃料電池の構造体。
【請求項9】
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に位置する固体電解質と、を含んで構成されるセルと、
前記セルと、前記燃料極に供給される燃料ガスと前記空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材であって、接合材を用いて前記セルに接合される仕切り部材と、
を含む、燃料電池の構造体であって、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池の構造体。
前記セルと、前記燃料極に供給される燃料ガスと前記空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材であって、接合材を用いて前記セルに接合される仕切り部材と、
を含む、燃料電池の構造体であって、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池の構造体。
【請求項10】
それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と前記複数のセルの一端部とを連通するための１つ又は複数の孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記孔に対応して位置付けられ、
前記接合材が、前記各孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記孔と前記セルの一端部との間に存在する空間に充填されるよう設けられることによって、前記各孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記マニホールドを介して前記ガス流路に供給される燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と前記複数のセルの一端部とを連通するための１つ又は複数の孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記孔に対応して位置付けられ、
前記接合材が、前記各孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記孔と前記セルの一端部との間に存在する空間に充填されるよう設けられることによって、前記各孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記マニホールドを介して前記ガス流路に供給される燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
【請求項11】
それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と連通するとともに前記複数のセルの一端部を挿入するための複数の挿入孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記挿入孔に遊嵌され、
前記接合材が、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記挿入孔の内壁と前記セルの一端部の外壁との間に存在する隙間に少なくとも進入するよう設けられることによって、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記マニホールドを介して前記ガス流路に供給される燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と連通するとともに前記複数のセルの一端部を挿入するための複数の挿入孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記挿入孔に遊嵌され、
前記接合材が、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記挿入孔の内壁と前記セルの一端部の外壁との間に存在する隙間に少なくとも進入するよう設けられることによって、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記マニホールドを介して前記ガス流路に供給される燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
【請求項12】
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に位置する固体電解質と、を含んで構成されるセルと、
前記セルと、前記燃料極に供給される燃料ガスと前記空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材であって、接合材を用いて前記セルに接合される仕切り部材と、
を含む、燃料電池の構造体であって、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池の構造体。
前記セルと、前記燃料極に供給される燃料ガスと前記空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材であって、接合材を用いて前記セルに接合される仕切り部材と、
を含む、燃料電池の構造体であって、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池の構造体。
【請求項13】
それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と前記複数のセルの一端部とを連通するための１つ又は複数の孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記孔に対応して位置付けられ、
前記接合材が、前記各孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記孔と前記セルの一端部との間に存在する空間に充填されるよう設けられることによって、前記各孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と前記複数のセルの一端部とを連通するための１つ又は複数の孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記孔に対応して位置付けられ、
前記接合材が、前記各孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記孔と前記セルの一端部との間に存在する空間に充填されるよう設けられることによって、前記各孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
【請求項14】
それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と連通するとともに前記複数のセルの一端部を挿入するための複数の挿入孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記挿入孔に遊嵌され、
前記接合材が、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記挿入孔の内壁と前記セルの一端部の外壁との間に存在する隙間に少なくとも進入するよう設けられることによって、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と連通するとともに前記複数のセルの一端部を挿入するための複数の挿入孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記挿入孔に遊嵌され、
前記接合材が、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記挿入孔の内壁と前記セルの一端部の外壁との間に存在する隙間に少なくとも進入するよう設けられることによって、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材はガラスであり、燃料電池の作動温度において前記接合材から蒸発しステンレス鋼を腐食させる腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。
【請求項15】
請求項９乃至請求項１４の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記腐食物質を含有しない物質の膜が多孔質膜であり、
前記膜の厚さが１〜１０μｍであり、且つ、前記膜の気孔率が１０〜４０体積％である、燃料電池の構造体。
前記腐食物質を含有しない物質の膜が多孔質膜であり、
前記膜の厚さが１〜１０μｍであり、且つ、前記膜の気孔率が１０〜４０体積％である、燃料電池の構造体。
【請求項16】
請求項９乃至請求項１５の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記腐食物質を含有する物質が、結晶化度が６０％以上の結晶化ガラスであり、
前記腐食物質を含有しない物質も、結晶化度が６０％以上の結晶化ガラスである、燃料電池の構造体。
前記腐食物質を含有する物質が、結晶化度が６０％以上の結晶化ガラスであり、
前記腐食物質を含有しない物質も、結晶化度が６０％以上の結晶化ガラスである、燃料電池の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料電池の構造体、及び、燃料電池のスタック構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、「内部にガス流路が形成された支持基板を備えた長手方向を有するセル」と、「前記各セルが支持板の表面から長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板」と、「マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールド」と、を備えた固体酸化物形燃料電池のスタック構造体が知られている（例えば、特許文献１を参照）。ここで、前記支持板は、「燃料極に供給される燃料ガスと空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材」としても機能する。従って、前記接合材は、燃料ガスと酸素を含むガスとの混合を防止するためのシール機能をも備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００５−１００６８７号公報
【発明の概要】
【0004】
上記接合材のシール機能を高めるため、接合材の材料として、ナトリウム（Ｎａ）、及び、カリウム（Ｋ）等を含有する物質（典型的には、結晶化ガラス）が使用され得る。これは、接合材にナトリウム及びカリウム等が含まれることによって、接合材の「ぬれ性」が高まり、接合材によって接合される部分（表面）の密着性が高まることに基づく。なお、結晶化ガラスとは、非晶質材料（非晶質ガラス）に熱処理（結晶化処理）を施すことによって非晶質材料が結晶化（固化、セラミックス化）されたものであり、結晶化度が６０％以上のものであると定義できる。
【0005】
ナトリウム及びカリウム等は、６００〜９００℃などの高温雰囲気にてステンレス鋼を腐食させる性質を併せ持つ。この点を鑑み、以下、ナトリウム及びカリウム等を「腐食物質」と呼ぶ。通常、上述したスタック構造体では、上記「マニホールド」、並びに、「隣接するセル間を電気的に接続する接続部材」等のように、「ステンレス鋼で構成された部材」（以下、「ステンレス部材」とも呼ぶ）が含まれる。
【0006】
上述したスタック構造体において、上述のように接合材の材料として腐食物質を含有する物質が使用される場合、燃料電池の作動温度において、接合材から腐食物質が蒸発し得る。蒸発した腐食物質は、上記「ステンレス部材」に到達し得る。この結果、上記「ステンレス部材」が腐食物質によって腐食され易い、という問題が発生し得る。
【0007】
本発明は、セルと仕切り部材との密着性を良好に維持しつつ、「ステンレス鋼で構成された部材」が腐食され難い、燃料電池の構造体を提供することを目的とする。
【0008】
本発明に係る燃料電池の構造体は、「燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に位置する固体電解質と、を含んで構成されるセル」と、「前記セルと、前記燃料極に供給される燃料ガスと前記空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材であって、接合材を用いて前記セルに接合される仕切り部材」と、を含む。
【0009】
この燃料電池の構造体の特徴は、前記接合材が、前記腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における「前記燃料電池の稼働中にて前記燃料ガスが通過する空間に向いた表面」が、前記腐食物質を含有しない物質の膜で覆われたことにある。前記「表面」は、「腐食物質を含有しない物質の膜で覆われないと仮定したときに、燃料電池の稼働中にて燃料ガスにさらされる表面」と記載することもできる。ここにおいて、前記膜は、緻密質であっても多孔質であってもよい。前記膜の厚さは、１μｍ以上であることが好ましい。また、前記膜について、「腐食物質を含有しない」とは、腐食物質の含有率が０．５重量％以下であることを指す。前記接合材を構成する「腐食物質を含有する物質」における腐食物質の含有率は、５〜４０重量％である。
【0010】
前記接合材における「燃料ガスが通過する空間に向いた表面」が腐食部材を含有する物質で構成される場合、接合材における同表面から蒸発した腐食物質が、「燃料ガスが通過する空間に面して存在するステンレス部材」に到達する現象が発生し得る。これに対し、上記構成では、前記接合材における同表面が、腐食部材を含有しない物質の膜で覆われる。従って、上記現象が発生し得ず（或いは、発生し難くなり）、この結果、「燃料ガスが通過する空間に面して存在するステンレス部材の腐食」の問題が発生しなくなる（或いは、発生し難くなる）。
【0011】
加えて、前記接合材は、腐食物質を含有する物質で構成される。従って、接合材の「ぬれ性」の向上によって、接合材によって接合される部分の密着性が高まる。以上、上記構成によれば、セルと仕切り部材との密着性を良好に維持しつつ、燃料ガスが通過する空間に面して存在するステンレス部材が腐食され難くなる。
【0012】
上述した本発明に係る燃料電池の構造体が、上記「背景技術」の欄に記載された燃料電池のスタック構造体に適用される場合、前記「支持板」が前記「仕切り部材」に対応する。また、この場合、前記接合材は、腐食物質を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における「前記燃料電池の稼働中にて前記マニホールドを介して前記ガス流路に供給される燃料ガスが通過する空間に向いた表面」は、腐食物質を含有しない物質の膜で覆われる。ここにおいて、「前記燃料ガスが通過する空間に向いた表面」は、「前記マニホールドの内部空間に向いた表面」と記載することもできる。
【0013】
以上、前記接合材における「前記燃料電池の稼働中にて前記燃料ガスが通過する空間に向いた表面」が「腐食物質を含有しない物質の膜」で覆われる構成についての作用・効果について説明してきたが、前記接合材における「前記燃料電池の稼働中にて前記酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面」が「腐食物質を含有しない物質の膜」で覆われる構成についても、同様の作用・効果が奏され得る。
【0014】
即ち、「空気が通過する空間に面して存在するステンレス部材の腐食」の問題が発生しなくなる（或いは、発生し難くなる）。加えて、前記接合材の腐食物質の含有に起因する接合材の「ぬれ性」の向上によって、接合材によって接合される部分の密着性が高まる。以上、上記構成によれば、セルと仕切り部材との密着性を良好に維持しつつ、空気が通過する空間に面して存在するステンレス部材が腐食され難くなる。
【0015】
上記本発明に係る燃料電池の構造体では、前記腐食物質を含有しない物質の膜が多孔質膜であり、前記膜の厚さが１〜１０μｍであり、且つ、前記膜の気孔率が１０〜４０体積％であることが好適である。この点については後に詳述する。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施形態に係る燃料電池のスタック構造体に使用される１つのセルを示す斜視図である。
【図15】本発明の実施形態に係る燃料電池のスタック構造体の全体の斜視図である。
【図18】挿入孔とセルの一端部との接合部の様子を示した縦断面図である。
【図19】挿入孔とセルの一端部との接合部の様子を示した横断面図である。
【図21】支持基板とセルの一端部とを接合・シールする接合材の詳細を示した図である。
【図25】本発明の他の実施形態に係る燃料電池のスタック構造体の全体の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
（スタック構造体に使用されるセルの構成の一例）先ず、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のスタック構造体に使用されるセル１００について説明する。図１に示すように、このセル１００は、長手方向（ｘ軸方向）を有する平板状の支持基板１０の上下面（互いに平行な両側の主面（平面））のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数（本例では、４つ）の同形の発電素子部Ａが長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。
【0018】
このセル１００の全体を上方からみた形状は、例えば、長手方向の辺の長さＬ１が５０〜５００ｍｍで長手方向に直交する幅方向（ｙ軸方向）の長さＬ２が１０〜１００ｍｍの長方形である（Ｌ１＞Ｌ２）。このセル１００の全体の厚さＬ３は、１〜５ｍｍである（Ｌ２＞Ｌ３）。このセル１００の全体は、厚さ方向の中心を通り且つ支持基板１０の主面に平行な面に対して上下対称の形状を有する。以下、図１に加えて、このセル１００の図１に示す２−２線に対応する部分断面図である図２を参照しながら、このセル１００の詳細について説明する。図２は、代表的な１組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａのそれぞれの構成（の一部）、並びに、発電素子部Ａ，Ａ間の構成を示す部分断面図である。その他の組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａ間の構成も、図２に示す構成と同様である。
【0019】
支持基板１０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料からなる平板状の焼成体である。後述する図６に示すように、支持基板１０の内部には、長手方向に延びる複数（本例では、６本）の燃料ガス流路１１（貫通孔）が幅方向において所定の間隔をおいて形成されている。本例では、各凹部１２は、支持基板１０の材料からなる底壁と、全周に亘って支持基板１０の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。
【0020】
支持基板１０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、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。
【0021】
支持基板１０は、「遷移金属酸化物又は遷移金属」と、絶縁性セラミックスとを含んで構成され得る。「遷移金属酸化物又は遷移金属」としては、ＮｉＯ（酸化ニッケル）又はＮｉ（ニッケル）が好適である。遷移金属は、燃料ガスの改質反応を促す触媒（炭化水素系のガスの改質触媒）として機能し得る。
【0022】
また、絶縁性セラミックスとしては、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、又は、「ＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）の混合物」が好適である。また、絶縁性セラミックスとして、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ２Ｏ３（イットリア）が使用されてもよい。
【0023】
このように、支持基板１０が「遷移金属酸化物又は遷移金属」を含むことによって、改質前の残存ガス成分を含んだガスが多孔質の支持基板１０の内部の多数の気孔を介して燃料ガス流路１１から燃料極に供給される過程において、上記触媒作用によって改質前の残存ガス成分の改質を促すことができる。加えて、支持基板１０が絶縁性セラミックスを含むことによって、支持基板１０の絶縁性を確保することができる。この結果、隣り合う燃料極間における絶縁性が確保され得る。
【0024】
支持基板１０の厚さは、１〜５ｍｍである。以下、この構造体の形状が上下対称となっていることを考慮し、説明の簡便化のため、支持基板１０の上面側の構成についてのみ説明していく。支持基板１０の下面側の構成についても同様である。
【0025】
図２及び図３に示すように、支持基板１０の上面（上側の主面）に形成された各凹部１２には、燃料極集電部２１の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極集電部２１は直方体状を呈している。各燃料極集電部２１の上面（外側面）には、凹部２１ａが形成されている。各凹部２１ａは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。
【0026】
各凹部２１ａには、燃料極活性部２２の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極活性部２２は直方体状を呈している。燃料極集電部２１と燃料極活性部２２とにより燃料極２０が構成される。燃料極２０（燃料極集電部２１＋燃料極活性部２２）は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。各燃料極活性部２２の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ａ内で燃料極集電部２１と接触している。
【0027】
各燃料極集電部２１の上面（外側面）における凹部２１ａを除いた部分には、凹部２１ｂが形成されている。各凹部２１ｂは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。
【0028】
各凹部２１ｂには、インターコネクタ３０が埋設（充填）されている。従って、各インターコネクタ３０は直方体状を呈している。インターコネクタ３０は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。各インターコネクタ３０の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。
【0029】
燃料極２０（燃料極集電部２１及び燃料極活性部２２）の上面（外側面）と、インターコネクタ３０の上面（外側面）と、支持基板１０の主面とにより、１つの平面（凹部１２が形成されていない場合の支持基板１０の主面と同じ平面）が構成されている。即ち、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で、段差が形成されていない。
【0030】
燃料極活性部２２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、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。燃料極集電部２１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、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。燃料極活性部２２の厚さは、５〜３０μｍであり、燃料極集電部２１の厚さ（即ち、凹部１２の深さ）は、５０〜５００μｍである。
【0031】
このように、燃料極集電部２１は、電子伝導性を有する物質を含んで構成される。燃料極活性部２２は、電子伝導性を有する物質と酸素イオン伝導性を有する物質とを含んで構成される。燃料極活性部２２における「気孔部分を除いた全体積に対する酸化性イオン伝導性を有する物質の体積割合」は、燃料極集電部２１における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」よりも大きい。
【0032】
インターコネクタ３０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３０の厚さは、１０〜１００μｍである。
【0033】
燃料極２０及びインターコネクタ３０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタ３０が形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面は、固体電解質膜４０により覆われている。固体電解質膜４０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なる焼成体である。固体電解質膜４０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。固体電解質膜４０の厚さは、３〜５０μｍである。
【0034】
即ち、燃料極２０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面の全面は、インターコネクタ３０と固体電解質膜４０とからなる緻密層により覆われている。この緻密層は、緻密層の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密層の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。
【0035】
なお、図２に示すように、本例では、固体電解質膜４０が、燃料極２０の上面、インターコネクタ３０の上面における長手方向の両側端部、及び支持基板１０の主面を覆っている。ここで、上述したように、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で段差が形成されていない。従って、固体電解質膜４０が平坦化されている。この結果、固体電解質膜４０に段差が形成される場合に比して、応力集中に起因する固体電解質膜４０でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜４０が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。
【0036】
固体電解質膜４０における各燃料極活性部２２と接している箇所の上面には、反応防止膜５０を介して空気極６０が形成されている。反応防止膜５０は、緻密な材料からなる焼成体であり、空気極６０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。反応防止膜５０及び空気極６０を上方からみた形状は、燃料極活性部２２と略同一の長方形である。
【0037】
反応防止膜５０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５０の厚さは、３〜５０μｍである。空気極６０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６０は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極６０の厚さは、１０〜１００μｍである。
【0038】
なお、反応防止膜５０が介装されるのは、ＳＯＦＣ作製時又は作動中のＳＯＦＣ内において固体電解質膜４０内のＹＳＺと空気極６０内のＳｒとが反応して固体電解質膜４０と空気極６０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である。
【0039】
ここで、燃料極２０と、固体電解質膜４０と、反応防止膜５０と、空気極６０とが積層されてなる積層体が、「発電素子部Ａ」に対応する（図２を参照）。即ち、支持基板１０の上面には、複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが、長手方向において所定の間隔をおいて配置されている。
【0040】
各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａのインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極６０、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の上面に、空気極集電膜７０が形成されている。空気極集電膜７０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極集電膜７０を上方からみた形状は、長方形である。
【0041】
空気極集電膜７０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７０の厚さは、５０〜５００μｍである。
【0042】
このように各空気極集電膜７０が形成されることにより、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａの燃料極２０（特に、燃料極集電部２１）とが、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」を介して電気的に接続される。この結果、支持基板１０の上面に配置されている複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが電気的に直列に接続される。ここで、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」が、前記「電気的接続部」に対応する。
【0043】
なお、インターコネクタ３０は、前記「電気的接続部」における前記「緻密な材料で構成された第１部分」に対応し、気孔率は１０％以下である。空気極集電膜７０は、前記「電気的接続部」における前記「多孔質の材料で構成された第２部分」に対応し、気孔率は２０〜６０％である。
【0044】
以上、説明した図１に示す「横縞型」のセル１００に対して、図４に示すように、支持基板１０の燃料ガス流路１１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板１０の上下面（特に、各空気極集電膜７０）を「酸素を含むガス」（空気等）に曝す（或いは、支持基板１０の上下面に沿って酸素を含むガスを流す）ことにより、固体電解質膜４０の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。更に、この構造体を外部の負荷に接続すると、下記（１）、（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる(発電状態)。（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２− （於：空気極６０） …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− （於：燃料極２０） …（２）
【0045】
発電状態においては、図５に示すように、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、電流が、矢印で示すように流れる。この結果、図４に示すように、このセル１００全体から（具体的には、図４において最も手前側の発電素子部Ａのインターコネクタ３０と最も奥側の発電素子部Ａの空気極６０とを介して）電力が取り出される。
【0046】
（製造方法）次に、図１に示した「横縞型」のセル１００の製造方法の一例について図６〜図１４を参照しながら簡単に説明する。図６〜図１４において、各部材の符号の末尾の「ｇ」は、その部材が「焼成前」であることを表す。
【0047】
先ず、図６に示す形状を有する支持基板の成形体１０ｇが作製される。この支持基板の成形体１０ｇは、例えば、支持基板１０の材料（例えば、ＣＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、押し出し成形、切削等の手法を利用して作製され得る。以下、図６に示す７−７線に対応する部分断面を表す図７〜図１４を参照しながら説明を続ける。
【0048】
図７に示すように、支持基板の成形体１０ｇが作製されると、次に、図８に示すように、支持基板の成形体１０ｇの上下面に形成された各凹部に、燃料極集電部の成形体２１ｇがそれぞれ埋設・形成される。次いで、図９に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面に形成された各凹部に、燃料極活性部の成形体２２ｇがそれぞれ埋設・形成される。各燃料極集電部の成形体２１ｇ、及び各燃料極活性部２２ｇは、例えば、燃料極２０の材料（例えば、ＮｉとＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。
【0049】
続いて、図１０に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面における「燃料極活性部の成形体２２ｇが埋設された部分を除いた部分」に形成された各凹部に、インターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成される。各インターコネクタの成形体３０ｇは、例えば、インターコネクタ３０の材料（例えば、ＬａＣｒＯ３）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。
【0050】
次に、図１１に示すように、複数の燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）及び複数のインターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成された状態の支持基板の成形体１０ｇにおける長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタの成形体３０ｇが形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面に、固体電解質膜の成形膜４０ｇが形成される。固体電解質膜の成形膜４０ｇは、例えば、固体電解質膜４０の材料（例えば、ＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法、ディッピング法等を利用して形成される。
【0051】
次に、図１２に示すように、固体電解質膜の成形体４０ｇにおける各燃料極の成形体２２ｇと接している箇所の外側面に、反応防止膜の成形膜５０ｇが形成される。各反応防止膜の成形膜５０ｇは、例えば、反応防止膜５０の材料（例えば、ＧＤＣ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。
【0052】
そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体１０ｇが、空気中にて１５００℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したセル１００において空気極６０及び空気極集電膜７０が形成されていない状態の構造体が得られる。
【0053】
次に、図１３に示すように、各反応防止膜５０の外側面に、空気極の成形膜６０ｇが形成される。各空気極の成形膜６０ｇは、例えば、空気極６０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。
【0054】
次に、図１４に示すように、各組の隣り合う発電素子部について、一方の発電素子部の空気極の成形膜６０ｇと、他方の発電素子部のインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極の成形膜６０ｇ、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の外側面に、空気極集電膜の成形膜７０ｇが形成される。各空気極集電膜の成形膜７０ｇは、例えば、空気極集電膜７０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。
【0055】
そして、このように成形膜６０ｇ、７０ｇが形成された状態の支持基板１０が、空気中にて１０５０℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したセル１００が得られる。以上、図１に示したセル１００の製造方法の一例について説明した。
【0056】
なお、この時点では、酸素含有雰囲気での焼成により、燃料極２０中のＮｉ成分が、ＮｉＯとなっている。従って、これらの導電性を獲得するため、その後、支持基板１０側から還元性の燃料ガスが流され、ＮｉＯが８００〜１０００℃で１〜１０時間に亘って還元処理される。なお、この還元処理は発電時に行われてもよい。
【0057】
（スタック構造体の全体構成の一例）次に、上述したセル１００を用いた本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のスタック構造体について説明する。図１５に示すように、このスタック構造体は、多数のセル１００と、多数のセル１００のそれぞれに燃料ガスを供給するための燃料ガスのマニホールド２００と、を備えている。マニホールド２００の全体は、ステンレス鋼等の材料で構成されている。
【0058】
マニホールド２００の天板（換言すれば、ガスタンクの天板（平板））は、多数のセル１００を支持するための支持板２１０を兼ねている。また、マニホールド２００には、外部からマニホールド２００の内部空間に燃料ガスを導入するための導入通路２２０が設けられている。各セル１００が支持板２１０の表面から長手方向（ｘ軸方向）に沿ってそれぞれ突出し且つ複数のセル１００がスタック状に整列するように、各セル１００の長手方向の一端部が支持板２１０に接合・支持されている（接合構造の詳細は後述する）。各セル１００の長手方向の他端部は、自由端となっている。従って、このスタック構造は、「片持ちスタック構造」と表現することができる。
【0059】
図１６に示すように、支持板２１０（マニホールド２００の天板）の表面には、マニホールド２００の内部空間と連通する多数の挿入孔２１１が形成されている。各挿入孔２１１には、対応するセル１００の一端部がそれぞれ挿入される。図１７に示すように、各挿入孔２１１の形状は、長さＬ４、幅Ｌ５の長円形状（Ｌ４＞Ｌ５）を呈し、線対称に関する対称軸の方向（ｙ軸方向）を有する。
【0060】
挿入孔２１１の長さＬ４は、セル１００の一端部の側面の長さＬ２（図１を参照）より０．２〜３ｍｍ大きい。同様に、挿入孔２１１の幅Ｌ５は、セル１００の一端部の側面の幅Ｌ３（図１を参照）より０．２〜３ｍｍ大きい。即ち、図１８、１９に示すように、セル１００の一端部の側面の長さ方向が挿入孔２１１の対称軸の方向（挿入孔２１１の長さ方向）に沿うように、セル１００の一端部が挿入孔２１１に挿入された状態では、挿入孔２１１の内壁とセル１００の一端部の外壁との間に隙間が形成される。換言すれば、セル１００の一端部が挿入孔２１１に遊嵌される。なお、図１８、図１９（特に、図１９）では、前記隙間が誇張して描かれている。
【0061】
図１８、図１９に示すように、挿入孔２１１とセル１００の一端部との接合部のそれぞれにおいて、固化された接合材３００が前記隙間に充填されるように設けられている。これにより、各挿入孔２１１と対応するセル１００の一端部とがそれぞれ接合・固定されている。図１８に示すように、各セル１００のガス流路１１の一端部は、マニホールド２００の内部空間と連通している。
【0062】
また、図１８に示すように、隣接するセル１００、１００の間には、隣接するセル１００、１００の間（より詳細には、一方のセル１００の燃料極２０と他方のセル１００の空気極６０）を電気的に直列に接続するための集電部材４００が介在している。集電部材４００は、例えば、ステンレス鋼で構成されたメッシュ等で構成される。加えて、各セル１００について表側と裏側とを電気的に直列に接続するための集電部材５００も設けられている。
【0063】
接合材３００は、例えば、ＳｉＯ２-ＭｇＯ-Ａｌ２Ｏ３−Ｋ２Ｏ、ＳｉＯ２-ＭｇＯ-Ａｌ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ系等の腐食物質（Ｎａ、Ｋ等）を含有する結晶化ガラスで構成され得る。また、接合材３００は、ＳｉＯ２-ＭｇＯ-ＣａＯ−Ｋ２Ｏ、ＳｉＯ２-ＭｇＯ-ＣａＯ−Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２-ＭｇＯ-ＺｎＯ−Ｋ２Ｏ、ＳｉＯ２-ＭｇＯ-ＺｎＯ−Ｎａ２Ｏ等の腐食物質（Ｎａ、Ｋ等）を含有する物質によっても構成され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラス（非晶質）を指す。結晶化ガラスの結晶化度は、具体的には、例えば、「ＸＲＤ等を用いて結晶相を同定し、ＳＥＭ及びＥＤＳ、或いは、ＳＥＭ及びＥＰＭＡ等を用いて結晶化後のガラスの組織や組成分布を観察した結果に基づいて、結晶相領域の体積割合を算出する」ことによって得ることができる。接合材３００のコーティング膜３１０、３２０については、後述する。
【0064】
以上、説明した燃料電池の片持ちスタック構造を稼働させる際には、図２０に示すように、高温（例えば、６００〜８００℃）の燃料ガス（水素等）及び「酸素を含むガス（空気等）」を流通させる。導入通路２２０から導入された燃料ガスは、マニホールド２００の内部空間へと移動し、その後、各挿入孔２１１を介して対応するセル１００のガス流路１１にそれぞれ導入される。各ガス流路１１を通過した燃料ガスは、その後、各ガス流路１１の他端（自由端）から外部に排出される。空気は、スタック構造の内部における隣接するセル１００間の隙間に沿って、セル１００の幅方向（ｙ軸方向）に流される。
【0065】
上述した片持ちスタック構造は、例えば、以下の手順で組み立てられる。先ず、必要な枚数の完成したセル１００、並びに、完成したマニホールド２００が準備される。次いで、所定の治具等を用いて、複数のセル１００がスタック状に整列・固定される。次に、複数のセル１００がスタック状に整列・固定された状態が維持されながら、複数のセル１００のそれぞれの一端部が、支持板２１０の対応する挿入孔２１１に一度に挿入される。次いで、接合材３００用の材料を含んだペーストが、挿入孔２１１とセル１００の一端部との接合部のそれぞれの隙間に充填される。その際、図１８に示すように、ペーストが支持板２１０の表面から上方に向けてはみ出す程度まで前記接合部に供給されてもよい。
【0066】
次に、上記のように充填されたペーストに熱処理が加えられる。この熱処理によってペーストが固化・セラミックス化される。これにより、接合材３００が機能を発揮し、各セルの一端部が対応する挿入孔２１１にそれぞれ接合・固定される。換言すれば、各セル１００の一端部が接合材３００を用いて支持板２１０にそれぞれ接合・支持される。その後、前記所定の治具が複数のセル１００から取り外されて、上述した片持ちスタック構造体が完成する。接合材３００のコーティング膜３１０、３２０については、後述する。
【0067】
ここで、支持板２１０は、「燃料極２０に供給される燃料ガスと空気極６０に供給される空気との混合を防止するための仕切り部材」としても機能する。従って、接合材３００は、支持板２１０と各セル１００の一端部とを接合する機能のみならず、燃料ガスと空気との混合を防止するためのシール機能をも備える。
【0068】
（接合材から蒸発した腐食物質の燃料ガス及び空気への混入の抑制）上述したように、接合材３００を構成する物質には、接合材３００のシール機能を高めるため、腐食物質（Ｎａ、Ｋ）が含まれる。これは、接合材３００に腐食物質が含まれることによって、接合材３００（より具体的には、接合材３００の前駆体であるペースト）の「ぬれ性」が高まり、接合材３００によって接合される部分（表面）の密着性が高まることに基づく。
【0069】
しかしながら、接合材３００の材料として腐食物質を含有する物質が使用される場合、燃料電池の作動温度において、接合材３００から腐食物質が蒸発し、蒸発した腐食物質が、「燃料ガスが通過する空間に面して存在するステンレス部材」（例えば、マニホールド２００の内壁等）、並びに、「空気が通過する空間に面して存在するステンレス部材」（例えば、マニホールド２００の外壁、集電部材４００等）に到達し得る。腐食物質がステンレス部材に到達すると、ステンレス部材が腐食され易い、という問題が発生し得る。
【0070】
そこで、図２１に示すように、このスタック構造体では、接合材３００における「マニホールド２００の内部空間に向いた表面」（換言すれば、ＳＯＦＣの稼働中にて燃料ガスが通過する空間に向いた表面）が、腐食物質を含有しない物質で構成された膜（コーティング膜）３１０で覆われている。なお、この「表面」は、「コーティング膜３１０で覆われないと仮定したときに、燃料電池の稼働中にて燃料ガスにさらされる表面」と記載することもできる。同様に、接合材３００における「マニホールド２００の外部空間に向いた表面」（換言すれば、ＳＯＦＣの稼働中にて空気が通過する空間に向いた表面）が、腐食物質を含有しない物質で構成された膜（コーティング膜）３２０で覆われている。なお、この「表面」は、「コーティング膜３２０で覆われないと仮定したときに、燃料電池の稼働中にて空気にさらされる表面」と記載することもできる。
【0071】
コーティング膜３１０、３２０は、例えば、ＳｉＯ２−ＺｎＯ−ＢａＯ−Ｌａ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＺｎＯ−ＢａＯ系等の腐食物質を含有しない結晶化ガラスで構成され得る。コーティング膜３１０、３２０を構成する材質は、同じであっても異なっていてもよい。コーティング膜３１０、３２０は、緻密質であっても多孔質であってもよい。コーティング膜３１０、３２０の厚さは５〜５０μｍである。コーティング膜３１０、３２０は、上記固化・セラミックス化された接合材３００の表面に、コーティング膜３１０、３２０の材料を含んだペーストの膜をスプレー法、刷け塗り法等を利用して形成し、形成されたペースト膜に熱処理を加えることによって、形成され得る。
【0072】
（コーティング膜３１０、３２０が設けられることによる作用・効果）以上、本発明の実施形態に係るＳＯＦＣのスタック構造体では、接合材３００における「燃料ガスが通過する空間に向いた表面」が、腐食物質を含有しない物質で構成されたコーティング膜３１０で覆われる。従って、上述した「発明の概要」の欄で述べた「接合材における同表面から蒸発した腐食物質が、燃料ガスが通過する空間に面して存在するステンレス部材に到達する現象」が発生し得ない（或いは、発生し難くなる）。この結果、「燃料ガスが通過する空間に面して存在するステンレス部材の腐食」の問題が発生しなくなる（或いは、発生し難くなる）。
【0073】
また、接合材３００における「空気が通過する空間に向いた表面」が、腐食物質を含有しない物質で構成されたコーティング膜３２０で覆われる。この結果、「空気が通過する空間に面して存在するステンレス部材の腐食」の問題が発生しなくなる（或いは、発生し難くなる）。
【0074】
加えて、接合材３００そのものは、腐食物質を含有する物質で構成される。従って、接合材３００（の前駆体であるペースト）の「ぬれ性」の向上によって、接合材３００によって接合される部分の密着性が高まる。以上、本発明の実施形態に係るＳＯＦＣのスタック構造体によれば、セル１００と支持板２１０（仕切り部材）との密着性を良好に維持しつつ、スタック構造体に含まれる「ステンレス部材」が腐食され難くなる。
【0075】
なお、上記実施形態（図２１を参照）では、腐食物質を含有する物質（接合材３００）が占める体積が、腐食物質を含有しない物質の膜（コーティング膜３１０、３２０）が占める体積より大きい。これに対し、腐食物質を含有する物質（接合材３００）が占める体積が、腐食物質を含有しない物質の膜（コーティング膜３１０、３２０）が占める体積より小さくてもよい。
【0076】
以下、接合材３００にコーティング膜３１０、３２０が設けられることによる上述した作用・効果を確認するために行った試験について説明する。
【0077】
（試験）この試験では、図１５〜図２１に示したＳＯＦＣのスタック構造体について、接合材３００の材質、コーティング膜３１０、３２０の材質、コーティング膜３１０、３２０の厚さ（μｍ）、及び、コーティング膜３１０、３２０の気孔率（体積％）の組み合わせが異なる複数のサンプルが作製された。具体的には、表１に示すように、１１種類の水準が準備された。各水準に対して１個のサンプル（スタック構造体）が作製された。水準４〜１１では、コーティング膜３１０、３２０の両方が設けられているが、水準１では、コーティング膜３１０、３２０の両方が設けられていない。水準２では、コーティング膜３１０のみが設けられ、コーティング膜３２０は設けられていない。水準３では、コーティング膜３２０のみが設けられ、コーティング膜３１０は設けられていない。
【0078】
【表1】
【0079】
各サンプル（スタック構造体）について、スタック数（セル１００の枚数）は５枚であった。セル１００は、長さ（ｘ軸方向）Ｌ１が５０〜５００ｍｍ、幅（ｙ軸方向）Ｌ２が１０〜１００ｍｍ、厚さ（ｚ軸方向）Ｌ３が１〜５ｍｍの薄板状を呈していた（図１、及び図１９を参照）。マニホールド２００の支持板２１０に形成された各挿入孔２１１の長さ（ｘ軸方向）Ｌ４は、セル１００の幅Ｌ２より０．２〜３ｍｍ大きく、各挿入孔２１１の幅（ｚ軸方向）Ｌ５は、セル１００の厚さＬ３より０．２〜３ｍｍ大きかった（図１９を参照）。直方体状のマニホールド２００、並びに、隣接するセル１００間を電気的に接続する集電部材４００は、ステンレス鋼で構成されていた。即ち、少なくともマニホールド２００、及び集電部材４００は、「ステンレス部材」に相当する。
【0080】
接合材３００用のペースト内に含有するセラミックス粉末の粒径は０．３〜２．５μｍであった。このペーストを固化・セラミックス化するために施された熱処理は、８００〜１１００℃にて１〜１０時間に亘って行われた。固化・セラミックス化された接合材３００は緻密質であり、接合材３００における腐食物質の含有率は、５〜４０重量％であった。
【0081】
コーティング膜３１０、３２０は、上記固化・セラミックス化された接合材３００の表面に、コーティング膜３１０、３２０の材料を含んだペーストの膜をスプレー法、刷け塗り法等を利用して形成し、形成されたペースト膜に熱処理を加えることによって、形成された。この熱処理は、８００〜１１００℃にて１〜１０時間に亘って行われた。コーティング膜３１０、３２０の内部に存在する気孔の径の平均値は、０．５〜５μｍとされた。接合材３００における「マニホールド２００の内部空間に向いた表面」の全域がコーティング膜３１０で覆われていた。同様に、接合材３００における「マニホールド２００の外部空間に向いた表面」の全域がコーティング膜３２０で覆われていた。
【0082】
水準４〜１１のそれぞれについて、コーティング膜３１０、３２０の間で、材質、厚さ、及び気孔率は同じとされた。各水準について、コーティング膜３１０、３２０の厚さの調整は、スプレー、又は刷け塗りの繰り返し回数の変更によってなされた。コーティング膜３１０、３２０の気孔率の調整は、コーティング膜３１０、３２０用のペーストに含まれる材料の粒径、並びに、造孔材（典型的には、ＰＭＭＡ、カーボン粒子等）の粒径を調整することによってなされた。なお、このペースト内に気泡が混入した状態で成膜を行うと、１００μｍ程度の大きな気孔が形成される場合がある。この大きな気孔の形成を防止するため、成膜を行う前に、真空脱泡装置等を利用して、ペースト内の気泡を除去しておくことが望ましい。
【0083】
コーティング膜３１０、３２０の「厚さ」として、各膜における所定の３か所での厚さの平均値が使用された。
【0084】
コーティング膜３１０、３２０の「気孔率」、及び、「気孔径の平均値」は、以下のように算出された。先ず、膜の気孔内に樹脂が進入するようにその膜に対して所謂「樹脂埋め」処理がなされた。その「樹脂埋め」処理された膜の表面に対して機械研磨がなされた。機械研磨された表面の微構造を走査型電子顕微鏡を用いて観察して得られた画像に対して画像処理を行うことによって、それぞれの気孔の部分（樹脂が進入している部分）の面積が算出された。それぞれの気孔部分の面積から、それぞれの気孔の等価直径が算出された。それぞれの等価直径の平均値が、膜の「気孔の径の平均値」（μｍ）とされた。また、「前記機械研磨された表面の全面積」に対する「気孔部分の面積の総和」の割合が、膜の「気孔率」（体積％）とされた。なお、膜の「気孔率」、及び、「気孔径の平均値」の値として、それぞれ、機械研磨された複数個所（例えば、３箇所）の表面からそれぞれ得られる値の平均値を採用することが好ましい。
【0085】
この試験では、各サンプルについて、８００℃の高温雰囲気下、電流を一定に維持した状態で、ステンレス部材の腐食の進行度合を評価するための耐久試験が実施された。具体的には、１０００ｈｒが経過した時点でのステンレス部材の腐食の発生状況が目視等によって評価された。この評価結果を上記表１に示す。この試験では、「腐食が激しく発生していると認定される場合」が不合格（×）と評価され、「腐食が軽微に発生、又は発生していないと認定される場合」が合格（○又は◎）と評価された。合格のうち、特に「腐食が発生していないと認定される場合」が最良（◎）とされた。なお、水準１１については、腐食の発生状況のみを考慮すれば、「最良」と評価される一方で、理由は不明であるが、コーティング膜３１０、３２０に軽微なクラックが生じていた。従って、総合的には合格（○）と評価された。
【0086】
表１から明らかなように、コーティング膜３１０、３２０の少なくとも一方が設けられると（水準２〜１１を参照）、コーティング膜３１０、３２０の両方が設けられない場合（水準１を参照）と比べて、ステンレス部材（具体的には、マニホールド２００又は集電部材４００）の腐食の進行度合いが小さい。これは、コーティング膜３１０、３２０の少なくとも一方の存在により、接合材３００から蒸発した腐食物質がステンレス部材に到達する量が少なくなること、に起因する、と考えられる。
【0087】
加えて、コーティング膜３１０、３２０の厚さが１〜１０μｍであり、且つ、コーティング膜３１０、３２０の気孔率が１０〜４０体積％である場合（水準４〜１０を参照）、コーティング膜３１０、３２０にてクラックが発生し難いことに加え、前記耐久試験後においてステンレス部材の腐食が発生しなくなる。
【0088】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、接合材３００における「マニホールド２００の内部空間に向いた表面」（換言すれば、ＳＯＦＣの稼働中にて燃料ガスが通過する空間に向いた表面）の全域がコーティング膜３１０で覆われているが、同表面の一部のみがコーティング膜３１０で覆われ、同表面の前記一部以外の残りの部分がマニホールド２００の内部空間にさらされていてもよい。同様に、接合材３００における「マニホールド２００の外部空間に向いた表面」（換言すれば、ＳＯＦＣの稼働中にて空気が通過する空間に向いた表面）の全域がコーティング膜３２０で覆われているが、同表面の一部のみがコーティング膜３２０で覆われ、同表面の前記一部以外の残りの部分がマニホールド２００の外部空間にさらされていてもよい。
【0089】
また、上記実施形態では、セル１００の一端部そのものが接合材３００を用いて支持板２１０と接合されているが、セル１００の一端部に設けられた電極端子が接合材３００を用いて支持板２１０と接合されていてもよい。
【0090】
また、上記実施形態では、支持板２１０に形成された１つの挿入孔２１１に１つのセル１００の一端部が挿入されているが、図２２に示すように、支持板２１０に形成された１つの挿入孔２１１に２つ以上のセル１００の一端部が挿入されていてもよい。なお、図２２では、隣接するセル１００、１００の間隔が誇張して描かれている。更には、支持板２１０に形成された１つの（唯一の）挿入孔２１１に複数のセル１００の一端部の全てが挿入されていてもよい。
【0091】
また、上記実施形態では、挿入孔２１１にセル１００の一端部が挿入されている（即ち、挿入孔２１１の内部空間にセル１００の一端部が進入している）が（図１８等を参照）、図２３に示すように、孔２１１にセル１００の一端部が挿入されていなくてもよい（即ち、孔２１１の内部空間にセル１００の一端部が進入していなくてもよい）。この場合、接合材３００が、各孔２１１と対応するセル１００の一端部との接合部のそれぞれにおいて孔２１１とセル１００の一端部との間に存在する空間に充填されるように設けられる。加えて、上記実施形態と同様、図２３に示す例においても、図２４に示すように、接合材３００における「マニホールド２００の内部空間に向いた表面」（換言すれば、ＳＯＦＣの稼働中にて燃料ガスが通過する空間に向いた表面）が、腐食物質を含有しないコーティング膜３１０で覆われている。更には、接合材３００における「マニホールド２００の外部空間に向いた表面」（換言すれば、ＳＯＦＣの稼働中にて空気が通過する空間に向いた表面）が、腐食物質を含有しないコーティング膜３２０で覆われている。
【0092】
また、上記実施形態では、マニホールドの天板が多数のセルを支持するための支持板を兼ねているが（即ち、支持板がマニホールドと一体で構成されているが）、マニホールドの内部空間と複数のセルのガス流路とが連通する限りにおいて、支持板がマニホールドとは別体で構成されていてもよい。
【0093】
また、本発明は、図２５に示すように、「燃料極と、空気極と、燃料極と空気極との間に位置する固体電解質と、からなる平板状のセル」と、「インターコネクタ」（前記「仕切り部材」に相当）と、が交互に積層された燃料電池のスタック構造体にも適用され得る。通常、「インターコネクタ」は、ステンレス鋼で構成される。この場合、図２６に示すように、各セルは、セルの上下に隣接するインターコネクタの端部のそれぞれと、接合材３００（腐食物質を含む）を用いて接合されている。そして、接合材３００における「燃料ガス流路に向いた表面」（換言すれば、燃料電池の稼働中にて燃料ガスが通過する空間に向いた表面）が、腐食物質を含まないコーティング膜３１０で覆われている。更には、接合材３００における「空気流路に向いた表面」（換言すれば、燃料電池の稼働中にて空気が通過する空間に向いた表面）が、腐食物質を含まないコーティング膜３２０で覆われている。これらコーティング膜３１０、３２０の存在により、ステンレス部材（＝インターコネクタ）の腐食の進行度合いが小さくなる。
【符号の説明】
【0094】
１０…支持基板、１１…燃料ガス流路、２０…燃料極、４０…固体電解質膜、６０…空気極、Ａ…発電素子部、１００…セル、２００…マニホールド、２１０…支持板、２１１…挿入孔、３００…接合材、３１０…コーティング膜、３２０…コーティング膜