特許 6124983 燃料電池スタック及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6124983

(24)【登録日】2017年4月14日

(45)【発行日】2017年5月10日

(54)【発明の名称】燃料電池スタック及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2484 20160101AFI20170424BHJP

   H01M 8/2485 20160101ALI20170424BHJP

   H01M 8/02 20160101ALI20170424BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20170424BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/24 M

   H01M8/24 S

   H01M8/02 Z

   !H01M8/12

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-251502(P2015-251502)

(22)【出願日】2015年12月24日

【審査請求日】2016年11月15日

【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】寺澤 玄太

(72)【発明者】

【氏名】中村 俊之

(72)【発明者】

【氏名】田中 裕己

(72)【発明者】

【氏名】大森 誠

【審査官】 渡部 朋也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０２２８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５８５３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／２４８４

Ｈ０１Ｍ ８／２４８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部空間、及び前記内部空間と連通する挿入孔、を有するマニホールドと、
幅方向において第１端面及び第２端面を有し、前記第１端面と前記挿入孔の内壁面との第１隙間が前記第２端面と前記挿入孔の内壁面との第２隙間よりも小さくなるよう前記挿入孔内に挿入される燃料電池セルと、
前記第１隙間を塞ぐ第1接合材と、
前記第２隙間を塞ぐように配置され、前記マニホールドに接合された調整部材と、
前記調整部材と前記燃料電池セルとを接合する第２接合材と、
を備える、燃料電池スタック。

【請求項2】

前記調整部材は、前記燃料電池セルの第２端面に沿った形状の凹部を有する、
請求項１に記載の燃料電池スタック。

【請求項3】

複数の前記燃料電池セルを備え、
前記調整部材は、各燃料電池セルの第２端面に沿った形状の前記凹部を複数有する、
請求項２に記載の燃料電池スタック。

【請求項4】

前記調整部材は、金属製である、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池スタック。

【請求項5】

前記燃料電池セルの表面及び裏面に沿って幅方向に延び、前記燃料電池セルと前記マニホールドとを接合する一対の第３接合材をさらに備え、
前記第１接合材、前記第２接合材、及び前記一対の第３接合材は、一体的に形成される、
請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池スタック。

【請求項6】

前記第１接合材は、ガラス材料を含む、
請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池スタック。

【請求項7】

前記調整部材は、前記マニホールドに溶融接合される、
請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池スタック。

【請求項8】

前記調整部材は、接合材によって前記マニホールドに接合される、
請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池スタック。

【請求項9】

挿入孔を有するマニホールド、燃料電池セル、及び調整部材を備える燃料電池スタックの製造方法であって、
（ａ）前記挿入孔内に燃料電池セルを挿入するステップと、
（ｂ）前記調整部材によって前記燃料電池セルを幅方向の第１側に押圧し、前記燃料電池セルを前記挿入孔内において幅方向の第1側に寄せるステップと、
（ｃ）前記幅方向の第１側と反対側の第２側において形成された第２隙間を塞ぐように前記調整部材を配置するステップと、
（ｄ）前記挿入孔内において前記幅方向の第１側において形成された第１隙間を第１接合材で塞ぐステップと、
（ｅ）前記調整部材と前記燃料電池セルとを第２接合材で接合するステップと、
を含む、燃料電池スタックの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池スタック及びその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料電池スタックは、マニホールドと、複数の燃料電池セルとを備えている（特許文献１参照）。各燃料電池セルは、マニホールドから上方に延びている。燃料電池セルの下端部は、マニホールドの挿入孔内に挿入されている。そして、燃料電池セルの下端部が挿入された状態の挿入孔を接合材で塞ぐ。この接合材によって、燃料電池セルの下端部がマニホールドに接合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−１６４０９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した燃料電池スタックにおいて、燃料電池セルの下端部が挿入された挿入孔内の隙間を接合材で確実に塞ぎ、マニホールドのガス密閉性を向上させることが好ましい。

【0005】

本発明の課題は、マニホールドのガス密閉性を向上させることのできる燃料電池スタックを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１側面に係る燃料電池スタックは、マニホールドと、燃料電池セルと、第１接合材と、調整部材と、第２接合材とを備える。マニホールドは、内部空間、及び内部空間と連通する挿入孔、を有する。燃料電池セルは、幅方向において第１端面及び第２端面を有する。燃料電池セルは、第１隙間が第２隙間よりも小さくなるよう挿入孔内に挿入される。第１隙間は、第１端面と挿入孔の内壁面との隙間である。第２隙間は、第２端面と挿入孔の内壁面との隙間である。第１接合材は、第１隙間を塞ぐ。調整部材は、第２隙間を塞ぐように配置され、マニホールドに接合されている。第２接合材は、調整部材と燃料電池セルとを接合する。

【0007】

この構成によれば、燃料電池セルは、幅方向において隙間が均等になるように挿入孔に挿入されているのではなく、第１隙間が第２隙間よりも小さくなるように挿入孔内に挿入されている。このため、第１接合材は、より確実に第１隙間を塞ぐことができる。すなわち、第１隙間が大きいと、第１接合材は、マニホールド及び燃料電池セルのうち、第１接合材と親和性の高い方へ引っ張られてしまい、第１隙間を十分に塞ぐことができないおそれがある。これに対して、本発明では、第２隙間を大きくすることによって第１隙間を小さくしているため、第１接合材は第１隙間を十分に塞ぐことができる。なお、第１隙間が小さくなる一方で第２隙間は大きくなるが、第２隙間を塞ぐように調整部材が配置されているため、第２接合材は、第２隙間を埋めるのではなく、調整部材と燃料電池セルとの隙間を埋めればよい。この結果、第２隙間が大きくなっても問題が生じない。この結果、マニホールドのガス密閉性を向上させることができる。なお、調整部材は、第２隙間を完全に塞いでいなくてもよい。また、燃料電池セルの第1端面が挿入孔の内壁面と接触しており、第1隙間は無くてもよい。

【0008】

好ましくは、調整部材は、燃料電池セルの第２端面に沿った形状の凹部を有する。この構成によれば、調整部材と燃料電池セルとの隙間を小さくすることができる。

【0009】

好ましくは、燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを備える。そして、調整部材は、各燃料電池セルの第２端面に沿った形状の凹部を複数有する。

【0010】

好ましくは、調整部材は、金属製である。この構成によれば、一般的に金属製であるマニホールドと調整部材との熱膨張率が近くなるため、調整部材がマニホールドから剥離しにくくなる。

【0011】

好ましくは、燃料電池スタックは、一対の第３接合材をさらに備える。第３接合材は、燃料電池セルの表面及び裏面に沿って幅方向に延びる。また、第３接合材は、燃料電池セルとマニホールドとを接合する。第１接合材、第２接合材、及び一対の第３接合材は、一体的に形成される。

【0012】

好ましくは、第１接合材は、ガラス材料を含む。

【0013】

調整部材は、マニホールドに溶融接合されてもよいし、接合材によってマニホールドに接合されてもよい。

【0014】

本発明の第２側面に係る燃料電池スタックの製造方法は、次のステップ（ａ）から（ｃ）を含。なお、燃料電池スタックは、挿入孔を有するマニホールド、燃料電池セル、及び調整部材を備える。ステップ（ａ）において、挿入孔内に燃料電池セルを挿入する。ステップ（ｂ）において、調整部材によって燃料電池セルを幅方向の第１側に押圧し、燃料電池セルを挿入孔内において幅方向の第1側に寄せる。ステップ（ｃ）において、挿入孔内において幅方向の第１側において形成された第１隙間を第１接合材で塞ぐ。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、マニホールドのガス密閉性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】燃料電池スタックの斜視図。

【図2】燃料電池セルの斜視図。

【図3】燃料電池セルの拡大断面図。

【図4】燃料電池スタックの断面図。

【図5】蓋部材の平面図。

【図6】蓋部材の拡大平面図。

【図7】調整部材の斜視図。

【図8】第１隙間を中心とした燃料電池スタックの拡大断面図。

【図9】第２隙間を中心とした燃料電池スタックの拡大断面図。

【図10】燃料電池スタックの斜視図。

【図11】変形例に係る調整部材の斜視図。

【図12】変形例に係る蓋部材の平面図。

【図13】変形例に係る燃料電池スタックの第１隙間を中心とした拡大断面図。

【図14】変形例に係る燃料電池スタックの第１隙間を中心とした拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。

【0018】

図１に示すように、燃料電池スタック１００は、複数の燃料電池セル１０と、マニホールド２０と、調整部材５と、第１接合材６と、第２接合材７と、を備えている。各燃料電池セル１０は、マニホールド２０によって支持されている。マニホールド２０は、各燃料電池セル１０にガスを供給する。

【0019】

［燃料電池セル］
各燃料電池セル１０は、マニホールド２０から上方に延びている。燃料電池セル１０の長手方向（ｘ軸方向）は、上下方向に延びている。また、各燃料電池セル１０は、マニホールド２０の長手方向（ｚ軸方向）に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。以下、この各燃料電池セル１０が並ぶ方向（ｚ軸方向）を並び方向と言う。各燃料電池セル１０は、集電部材（図示省略）を介して互いに電気的に接続されている。集電部材は、導電性を有する材料から形成されている。例えば、集電部材は、酸化物セラミックスの焼成体又は金属などによって形成されている。

【0020】

図２に示すように、燃料電池セル１０は、複数の発電素子部１１と、支持基板１２とを備えている。各発電素子部１１は、支持基板１２の両面に配置されている。なお、各発電素子部１１は、支持基板１２の片面のみに配置されていてもよい。各発電素子部１１は、燃料電池セル１０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル１０は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。各発電素子部１１は、電気的接続部１７（図３参照）によって互いに電気的に接続されている。

【0021】

支持基板１２は、燃料電池セル１０の長手方向に延びる複数のガス流路１２１を内部に有している。なお、支持基板１２の長手方向（ｘ軸方向）は、燃料電池セル１０の長手方向と同じ方向である。各ガス流路１２１は、互いに実質的に平行に延びている。各ガス流路１２１は、燃料電池セル１０の長手方向の両端部において開口している。

【0022】

図３に示すように、支持基板１２は、複数の第１凹部１２３を有している。各第１凹部１２３は、支持基板１２の両面に形成されている。各第１凹部１２３は支持基板１２の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。

【0023】

支持基板１２は、絶縁性である。すなわち、支持基板１２は、電子伝導性を有していない。支持基板１２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、支持基板１２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Ｙ_２Ｏ_３（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ＭｇＡｌ_２Ｏ_４（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１２は、多孔質である。支持基板１２の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。

【0024】

各発電素子部１１は、燃料極１３、電解質１４、及び空気極１５を有している。また、各発電素子部１１は、反応防止膜１６をさらに有している。燃料極１３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。燃料極１３は、燃料極集電部１３１と燃料極活性部１３２とを有する。

【0025】

燃料極集電部１３１は、第１凹部１２３内に配置されている。詳細には、燃料極集電部１３１は、第１凹部１２３内に充填されており、第１凹部１２３と同様の外形を有する。各燃料極集電部１３１は、第２凹部１３１ａ及び第３凹部１３１ｂを有している。燃料極活性部１３２は、第２凹部１３１ａ内に配置されている。詳細には、燃料極活性部１３２は、第２凹部１３１ａ内に充填されている。

【0026】

燃料極集電部１３１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１３１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（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１３１の厚さ、並びに第１凹部１２３の深さは、５０〜５００μｍ程度である。

【0027】

燃料極活性部１３２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１３２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１３２の厚さは、５〜３０μｍである。

【0028】

電解質１４は、燃料極１３上を覆うように配置されている。詳細には、電解質１４は、あるインターコネクタ１７１から他のインターコネクタ１７１まで燃料電池セル１０の長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル１０の長手方向において、電解質１４とインターコネクタ１７１とが交互に配置されている。

【0029】

電解質１４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。電解質１４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、電解質１４は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質１４の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。

【0030】

反応防止膜１６は、緻密な材料からなる焼成体であり、平面視（ｘ軸方向視）において、燃料極活性部１３２と略同一の形状であり、燃料極活性部１３２と略同じ位置に配置されている。反応防止膜１６は、電解質１４内のＹＳＺと空気極１５内のＳｒとが反応して電解質１４と空気極１５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１６は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（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１６の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。

【0031】

空気極１５は、反応防止膜１６上に配置されている。空気極１５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１５は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（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、空気極１５は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（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。空気極１５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１５の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

【0032】

電気的接続部１７は、隣り合う発電素子部１１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１７は、インターコネクタ１７１及び空気極集電膜１７２を有する。インターコネクタ１７１は、第３凹部１３１ｂ内に配置されている。詳細には、インターコネクタ１７１は、第３凹部１３１ｂ内に埋設（充填）されている。インターコネクタ１７１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。インターコネクタ１７１は、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ１７１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（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１７１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

【0033】

空気極集電膜１７２は、隣り合う発電素子部１１のインターコネクタ１７１と空気極１５との間を延びるように配置される。例えば、図３の左側に配置された発電素子部１１の空気極１５と、図３の右側に配置された発電素子部１１のインターコネクタ１７１とを電気的に接続するように、空気極集電膜１７２が配置されている。空気極集電膜１７２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。

【0034】

空気極集電膜１７２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（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、空気極集電膜１７２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（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、空気極集電膜１７２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１７２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。

【0035】

［マニホールド］
図１及び図４に示すように、マニホールド２０は、各燃料電池セル１０にガスを供給するように構成されている。燃料ガスなどのガスが、導入配管２０１を介して、マニホールド２０の内部空間に供給される。マニホールド２０は、各燃料電池セル１０を支持している。マニホールド２０は、マニホールド本体３と、蓋部材４と、を有する。また、マニホールド２０は、内部空間と、複数の挿入孔４１とを有している。

【0036】

図４に示すように、マニホールド本体３は、直方体状であって、上面が開口した内部空間を有する。マニホールド本体３は、底壁３１、及び側壁３２を有している。なお、底壁３１及び側壁３２は、１つの部材によって構成されている。マニホールド本体３は、例えば、金属によって形成される。より具体的には、マニホールド本体３は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びＮｉ基合金よりなる群から選ばれる少なくとも１種から形成されている。

【0037】

底壁３１は、平面視（ｘ軸方向視）が矩形状である。底壁３１は、平面視において、長手方向（ｚ軸方向）と幅方向（ｙ軸方向）を有している。側壁３２は、底壁３１の周縁から上方に延びている。すなわち、側壁３２は、底壁３１の長手方向に延びる一対の縁部と短手方向に延びる一対の縁部とから延びている。

【0038】

側壁３２は、側壁本体部３２１と、フランジ部３２２と、を有している。側壁本体部３２１は、底壁３１から上方に延びる部分である。側壁本体部３２１は、内部空間の側面を画定している。フランジ部３２２は、側壁本体部３２１の上端部から外方に延びる部分である。なお、側壁本体部３２１とフランジ部３２２とは一体的に延びている。

【0039】

蓋部材４は、マニホールド本体３の上面を塞ぐように構成されている。蓋部材４の外周縁部は、側壁３２上に配置されており、側壁３２に接合されている。詳細には、蓋部材４の外周縁部は、フランジ部３２２上に接合されている。例えば、蓋部材４は、接合材によって側壁３２に接合されていてもよいし、溶接などによって側壁３２に溶融接合されていてもよい。なお、この接合材としては、後述する第１接合材の材料として記載した材料を用いることができる。

【0040】

図５に示すように、蓋部材４は、平面視（ｘ軸方向視）が矩形状である。蓋部材４は、複数の挿入孔４１を有している。各挿入孔４１には、各燃料電池セル１０の下端部が挿入される。各挿入孔４１は、マニホールド２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。すなわち、各挿入孔４１は、燃料電池セル１０の幅方向に延びている。また、各挿入孔４１は、マニホールド２０の長手方向において、互いに間隔をあけて整列している。

【0041】

蓋部材４は、例えば、金属によって形成される。より具体的には、蓋部材４は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びＮｉ基合金よりなる群から選ばれる少なくとも１種から形成されている。

【0042】

図４に示すように、マニホールド２０は、各燃料電池セル１０を支持している。詳細には、各挿入孔４１には、各燃料電池セル１０の下端部が挿入されている。各燃料電池セル１０は、挿入孔４１に挿入された状態でマニホールド２０に接合されている。詳細には、後述する第１接合材６、第２接合材７、及び第３接合材８によって、各燃料電池セル１０はマニホールド２０に接合されている。

【0043】

各燃料電池セル１０は、その幅方向（ｙ軸方向）において、第１端面１０１及び第２端面１０２を有している。第１端面１０１及び第２端面１０２は、幅方向を向く端面である。第１端面１０１と第２端面１０２とは、互いに反対側を向いている。例えば、燃料電池セル１０の幅方向において、第１端面１０１は第１側（図４の左側）を向いており、第２端面１０２は第２側（図４の右側）を向いている。

【0044】

図６は、各燃料電池セル１０が挿入された状態の蓋部材４の平面図である。図６に示すように、第１端面１０１及び第２端面１０２は、例えば、湾曲面である。平面視（ｘ軸方向視）において、第１端面１０１及び第２端面１０２は、円弧状となっている。第１端面１０１と挿入孔４１の内壁面とによって第１隙間１０３が形成されている。また、第２端面１０２と挿入孔４１の内壁面とによって第２隙間１０４が形成されている。第１隙間１０３は、第２隙間１０４よりも小さい。

【0045】

各燃料電池セル１０は、挿入孔４１内において、幅方向の第１側（図６の上側）に寄せて配置されている。各燃料電池セル１０は、第１端面１０１が挿入孔４１の内壁面に沿うように配置されている。この結果、各燃料電池セル１０の第１端面１０１は、燃料電池セル１０の並び方向（ｚ軸方向）において互いに整列する。すなわち、各燃料電池セル１０の第１端面１０１は、幅方向の位置が互いに同じである。なお、各燃料電池セル１０の第１端面１０１の幅方向の位置は互いに完全に一致していなくてもよい。例えば、各第１端面１０１のうち、幅方向において最も第１側にある第１端面１０１と最も第２側にある第１端面１０１との差（オフセット量）は、約２．０mm以内とすることが好ましい。

【0046】

燃料電池セル１０の幅方向（ｙ軸方向）における第１隙間１０３の寸法ｄ１は、例えば、０〜２．０ｍｍ程度とすることが好ましい。すなわち、燃料電池セル１０の第１端面１０１が挿入孔４１の内壁面に接触しており、第１隙間１０３が無くてもよい。幅方向（ｙ軸方向）における第２隙間１０４の寸法は、例えば、０．５〜１０ｍｍ程度とすることができる。なお、第１隙間１０３の寸法ｄ１は、燃料電池セル１０の第１端面１０１と挿入孔４１の内壁面との最も離れた距離とする。また、第２隙間１０４の寸法ｄ２は、燃料電池セル１０の第２端面１０２と挿入孔４１の内壁面との最も離れた距離とする。

【0047】

［調整部材］
図６に示すように、調整部材５は、板状の部材であって、複数の凹部５１を有している。各凹部５１は、燃料電池セル１０の並び方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて配置されている。各凹部５１は、対応する各燃料電池セル１０の第２端面１０２に沿った形状を有している。具体的には、平面視（ｘ軸方向視）において、各凹部５１は円弧状となっている。

【0048】

調整部材５は、例えば金属製である。より具体的には、調整部材５は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びＮｉ基合金よりなる群から選ばれる少なくとも１種から形成されている。なお、調整部材５は、セラミックスであってもよい。具体的には、調整部材５は、ジルコニア、マグネシア、スピネル及び結晶化ガラスよりなる群から選ばれる少なくとも１種から形成されている。

【0049】

図１及び図４に示すように、調整部材５は、蓋部材４上に配置されており、第２隙間１０４を上方から塞いでいる。調整部材５は、マニホールド２０の蓋部材４に接合されている。なお、調整部材５は、マニホールド２０の蓋部材４と、接合材によって接合されていてもよいし、溶接などによって溶融接合されていてもよい。なお、接合材は、第１接合材６の材料として記載した材料を採用することができる。

【0050】

［第１接合材］
図８は、第１隙間１０３を中心とした燃料電池スタック１００の拡大断面図である。図８に示すように、第１接合材６は、燃料電池セル１０とマニホールド２０とを接合している。第１接合材６は、第１隙間１０３内に充填されている。なお、第１接合材６は、第１隙間１０３内を埋めるとともに、第１隙間１０３内から上方に溢れ出た状態となっている。第１接合材６は、燃料電池セル１０の第１端面１０１、マニホールド２０の蓋部材４の上面、及び挿入孔４１の内壁面と接触している。

【0051】

第１接合材６は、ガラス材料を含んでいる。好ましくは、第１接合材６は、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ_２−ＭｇＯ系が採用され得る。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％未満のガラスを指す。なお、第１接合材６の材料として、非晶質ガラス等が採用されてもよい。具体的には、第１接合材６は、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_５−Ａｌ_２Ｏ_３系及びＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。

【0052】

燃料電池セル１０の支持基板１２の外周面、特に、燃料電池セル１０のうち、第１接合材６と接触する第１端面１０１は、セラミックスによって形成されている。例えば、第１端面１０１は、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、及びＭｇＯ（酸化マグネシウム）よりなる群からなる少なくとも１種によって形成されている。なお、第２端面１０２も同様の材料で形成されている。

【0053】

［第２接合材］
図９は、第２隙間１０４を中心とした燃料電池スタック１００の拡大断面図である。図９に示すように、第２接合材７は、調整部材５と燃料電池セル１０とを接合している。第２接合材７は、調整部材５の上面、及び燃料電池セル１０の第２端面１０２と接触している。なお、調整部材５と燃料電池セル１０との間に隙間が形成されている場合は、第２接合材７はその隙間に充填される。

【0054】

なお、第１接合材６と第２接合材７とは、一体的に形成されている。具体的には、図１に示すように、第１接合材６と第２接合材７は、一対の第３接合材８を介して繋がっている。一方の第３接合材８は、燃料電池セル１０の表面に沿って、燃料電池セル１０の幅方向（ｙ軸方向）に延びており、第１接合材６と第２接合材７とを繋げている。また、他方の第３接合材８は、燃料電池セル１０の裏面に沿って、燃料電池セル１０の幅方向（ｙ軸方向）に延びており、第１接合材６と第２接合材７とを繋げている。すなわち、第１接合材６、第２接合材７、及び一対の第３接合材８によって、燃料電池セル１０の下端部を囲んでいる。

【0055】

第３接合材８は、燃料電池セル１０とマニホールド２０の蓋部材４とを接合している。例えば、一方の第３接合材８は、蓋部材４の上面、及び燃料電池セル１０の表面に接触している。また、他方の第３接合材８は、蓋部材４の上面、及び燃料電池セル１０の裏面に接触している。なお、燃料電池セル１０の表面又は裏面と挿入孔４１の内壁面との間に隙間が形成されている場合、その隙間内に第３接合材８は充填されていることが好ましい。第２接合材７及び第３接合材８は、第１接合材６と同じ材料によって形成されることが好ましい。すなわち、第１接合材６，第２接合材７、及び第３接合材８は、一体的に形成されていることが好ましい。

【0056】

［製造方法］
次に、上述したように構成された燃料電池スタック１００の製造方法について説明する。

【0057】

まず、マニホールド２０の蓋部材４の各挿入孔４１に、各燃料電池セル１０の下端部を挿入する。なお、この時点では、第１隙間１０３が第２隙間１０４よりも大きくてもよいし、第１隙間１０３と第２隙間１０４とが同じ大きさであってもよい。また、蓋部材４を予めマニホールド本体３に接合していてもよいし、各燃料電池セル１０を蓋部材４に接合した後に、その蓋部材４をマニホールド本体３に接合してもよい。

【0058】

次に、調整部材５を第２隙間１０４上に配置する。ここで、調整部材５は、第２隙間１０４を塞いでいる。調整部材５の各凹部５１は、各燃料電池セル１０の第２端面１０２と対向している。そして、調整部材５によって各燃料電池セル１０を幅方向の第１側（図４の左側）に押圧し、各挿入孔４１内において燃料電池セル１０を幅方向の第１側に寄せる。このとき、調整部材５の各凹部５１の内壁面は、各燃料電池セル１０の第２端面１０２に当接している。

【0059】

各燃料電池セル１０が幅方向の第１側に寄せられた結果、第１隙間１０３は第２隙間１０４よりも小さくなる。なお、各燃料電池セル１０の第１端面１０１が各挿入孔４１の内壁面に当接するまで、調整部材５を介して各燃料電池セル１０を幅方向の第１側に押圧することが好ましい。

【0060】

次に、第１接合材６、第２接合材７、及び一対の第３接合材８によって、各燃料電池セル１０をマニホールド２０に接合する。第１接合材６、第２接合材７、及び一対の第３接合材８は、燃料電池セル１０が挿入された挿入孔４１の隙間を充填するように塗布される。

【0061】

詳細には、第１接合材６は、第１隙間１０３に充填される。また、第１接合材６は、燃料電池セル１０の第１端面１０１、蓋部材４の上面、及び挿入孔４１の内壁面と接触するように塗布される。

【0062】

第２接合材７は、燃料電池セル１０の第２端面１０２と調整部材５の凹部５１の内壁面との隙間に充填される。また、第２接合材７は、燃料電池セル１０の第２端面１０２、及び調整部材５の上面と接触するように塗布される。

【0063】

第３接合材８は、燃料電池セル１０の表面又は裏面と挿入孔４１の内壁面との隙間に充填される。また、第３接合材８は、燃料電池セル１０の表面又は裏面、及び蓋部材４の上面と接触するように塗布される。

【0064】

次に、調整部材５を蓋部材４に接合する。例えば、調整部材５を蓋部材４に溶接したり、接合材を介して調整部材５を蓋部材４に接合する。なお、第１接合材６、第２接合材７、及び第３接合材８を塗布する前に、調整部材５を蓋部材４に接合してもよい。

【0065】

以上のように構成された燃料電池スタック１００は、次のようにして発電する。マニホールド２０を介して各燃料電池セル１０の各ガス流路１２１内に燃料ガス（水素ガス等）を供給するとともに、各燃料電池セル１０の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝すことにより、電解質１４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。この燃料電池スタック１００を外部の負荷に接続すると、空気極１５において下記（１）式に示す化学反応が起こり、燃料極１３において下記（２）式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ_２⁻ …（１）
Ｈ_２＋Ｏ_２⁻→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ …（２）

【0066】

酸素を含むガスは、例えば、図１０に示すように、各燃料電池セル１０の幅方向の第１側から各燃料電池セル１０の間に供給される。詳細には、燃料電池スタック１００は、ガス供給部材４００をさらに備えている。ガス供給部材４００は、各燃料電池セル１０の間に空気などのガスを供給するように構成されている。なお、ガス供給部材４００は、ガスを幅方向に沿って供給するように構成されている。

【0067】

詳細には、ガス供給部材４００は、複数のガス供給孔４０１を有している。各ガス供給孔４０１は、燃料電池セル１０の並び方向に間隔をあけて配置されている。各燃料電池セル１０の下端部に向かってから供給されたガスが効率的に上方へ流れるよう、幅方向（ｙ軸方向）において案内板がガス供給部材４００と反対側に設置されていてもよい。案内板は、平板状であって、各燃料電池セル１０の長手方向に延びるとともに、燃料電池セル１０の並び方向に延びている。

【0068】

［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。

【0069】

変形例１
上記実施形態に係る燃料電池スタック１００は、１つの調整部材５を備えていたが、複数の調整部材５を備えていてもよい。例えば、図１１に示すように、調整部材５は、１つの凹部５１を有しており、１つの燃料電池セル１０のみに対向して配置されていてもよい。

【0070】

変形例２
上記実施形態では、蓋部材４は、複数の挿入孔４１を有しているが、これに限定されない。例えば、図１２に示すように、マニホールド本体３の蓋部材４は、１つの挿入孔４１を有していてもよい。そして、複数の燃料電池セル１０の下端部が、１つの挿入孔４１内に挿入されていてもよい。

【0071】

変形例３
上記実施形態では、第１接合材６は、第１隙間１０３内に充填されているが、第１接合材６の構成はこれに限定されない。例えば、図１３に示すように、第１接合材６は、第１隙間１０３を塞いでおり、第１隙間１０３内に充填されていなくてもよい。すなわち、第１接合材６は、蓋部材４の上面と、燃料電池セル１０の第１端面１０１のみに接触しており、挿入孔４１の内壁面に接触していなくてもよい。

【0072】

変形例４
図１４に示すように、第１接合材６は、第１隙間１０３内に充填されており、第１隙間１０３内のみに配置されていてもよい。すなわち、第１接合材６は、挿入孔４１の内壁面と燃料電池セル１０の第１端面１０１と接触しており、蓋部材４の上面と接触していなくてもよい。

【符号の説明】

【0073】

５ ：調整部材
６ ：第１接合材
７ ：第２接合材
８ ：第３接合材
１０ ：燃料電池セル
２０ ：マニホールド
４１ ：挿入孔
５１ ：凹部
１００ ：燃料電池スタック
１０１ ：第１端面
１０２ ：第２端面
１０３ ：第１隙間
１０４ ：第２隙間

【要約】

【課題】マニホールドのガス密閉性を向上させることのできる燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】燃料電池スタック１００は、マニホールド２０と、燃料電池セル１０と、第１接合材６と、調整部材５と、第２接合材７とを備える。マニホールド２０は、内部空間、及び内部空間と連通する挿入孔、を有する。燃料電池セル１０は、幅方向において第１端面及び第２端面を有する。燃料電池セル１０は、第１隙間が第２隙間よりも小さくなるよう挿入孔内に挿入される。第１接合材６は、第１隙間内に充填される。調整部材５は、第２隙間を塞ぐように配置され、マニホールド２０に接合されている。第２接合材７は、調整部材５と燃料電池セル１０とを接合する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】