特許 6228984 燃料電池

(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】6228984

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】燃料電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/02 20160101AFI20171030BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/02 R

   H01M8/02 E

   H01M8/12

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-533963(P2015-533963)

(86)(22)【出願日】2014年8月8日

(86)【国際出願番号】JP2014004159

(87)【国際公開番号】WO2015029353

(87)【国際公開日】20150305

【審査請求日】2017年7月5日

(31)【優先権主張番号】特願2013-175197(P2013-175197)

(32)【優先日】2013年8月27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】000183369

【氏名又は名称】住友精密工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上荷 広之

【審査官】 小森 重樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１２３７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２４７３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７３５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３５１２２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電要素を複数積層して構成される固体酸化物形の燃料電池であって、
前記発電要素は、
一方の主面にアノード、他方の主面にカソードが配置された電解質を含んで構成される板状のセルと、
前記アノードに電気的に接続するように積層されるアノードプレートと、
前記カソードに電気的に接続するように積層されるカソードプレートと、
を備え、
カソードプレートは、
酸素を含有する気体の流路となるよう、互いに並んで、前記セルの一端側から対向側の端部側に向けて延在し、当該セルの一端側に位置する吸気口と対向側の端部側に位置する排気口との間を直線的に平行に延びて、当該吸気口及び当該排気口に各々が接続される複数の第１ガス流路と、
前記第１ガス流路と前記セルの間に位置し、互いに並んで、前記第１ガス流路が延在する方向に交差する方向に向けて延在し、前記セル側に露出するとともに、前記複数の第１ガス流路のうち少なくとも２以上と前記積層方向の交差部近傍で連通するように設けられた複数の第２ガス流路と、
を備え、
前記カソードプレートが、
前記第１ガス流路が形成された第１プレートと、
前記第１プレート上に積層され、かつ前記第２ガス流路が形成された第２プレートと、
を備えることを特徴とする、燃料電池。

【請求項2】

前記第１ガス流路は、前記第１プレートを貫通するように設けられた開口を備えることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。

【請求項3】

前記第２ガス流路は、前記第２プレートを貫通するように設けられた開口が前記セル側に露出することを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料電池。

【請求項4】

前記第１ガス流路は、前記第１プレートを貫通するように設けられた開口を備え、
前記第２ガス流路は、前記第２プレートを貫通するように設けられた開口が前記セル側に露出し、
前記第１プレートに設けられた開口の前記延在方向の長さは、前記第２プレートに設けられた開口の前記延在方向の長さよりも長く、
前記第１プレートに設けられた開口の前記延在方向に直交する幅は、前記第２プレートに設けられた開口の前記延在方向に直交する幅よりも広いことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。

【請求項5】

前記複数の第２ガス流路のうち、前記延在方向に沿って複数設けられた２以上の第２ガス流路は、前記第２プレートの面内において、互いに連通していないことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池。

【請求項6】

前記複数の第２ガス流路のうち、前記延在方向に直交する方向に互いに隣接する２つは、何れも前記複数の第１ガス流路から選ばれる、共通する１以上の前記第１ガス流路に連通し、かつ、異なる２以上の前記第１ガス流路に連通するように設けられていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、平板型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に関し、その中でも特にセパレータ等の積層構造に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、燃料を用いて電気を作ることができる装置である。燃料電池は、電解質の種類によって大別されており、例えば、樹脂等の高分子薄膜を電解質に用いた固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）や、固体酸化物を電解質に用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）などがある。その中でも特にＳＯＦＣは発電効率が高いことから近年注目を集めている。

【0003】

ＳＯＦＣには、一対の電極の間に電解質が挟まれた構造を有する平板状のセルが、セパレータ等とともに多数積層して構成されているタイプがある（平板型）。ＳＯＦＣの反応には、空気や酸素を含むガス（通常は空気が用いられるため、本明細書では空気で説明する）と、水素や一酸化炭素の燃料ガスとが用いられる。

【0004】

ＳＯＦＣは、例えば特許文献１に開示されている。

【0005】

本発明に関連して、特許文献２に、反応ガスの流量分布や濃度分布の均一化を図る流路構造を有する燃料電池用セパレータが開示されている。

【0006】

特許文献２の反応ガス流路は、平行に延びる複数のガス流路が折り返しながら配置されたサーペンタイン流路構造である。折り返し部で生じる圧力分布や濃度分布のばらつきや性能を低下させる影響を低減するため、折り返し部の下流側の各々に、各流路を横断して連結するスリット状の流路が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００２−３４３３７６号公報

【特許文献2】特開２００６−３５１２２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ＳＯＦＣでは、発電効率の向上や耐久性を高めるうえで、空気を、各セルの電極面にバランスよく供給することが重要な課題の一つとなっている。

【0009】

図１に、板状のセルやセパレータ等を積層してブロック状に構成されているＳＯＦＣの主要部（セルスタック１００）を例示する。セルスタック１００の中心部分には、起電力を生じる各セルの電極面が交互に積層方向に並ぶ集電部１０１が存在している。

【0010】

ＳＯＦＣでは、個々のセルで発生する電力を集めることによって高出力を作り出す。セルスタック１００の周辺部分には、積層方向に延びる給気マニホールド１０２や排気マニホールド１０３が形成されている。空気は、給気マニホールド１０２を通じて各セルの電極面に供給され、排気マニホールド１０３を通じて排気される。

【0011】

集電部１０１では、セルの両面のそれぞれに沿って給気マニホールド１０２から排気マニホールド１０３に向かって流れる櫛歯状のガス流路がセパレータに形成されており、これらガス流路を通じて各セルに空気が分配供給される。

【0012】

各ガス流路は、縦方向に延びる給気マニホールド１０２と直交し、しかも給気マニホールド１０２から横方向に拡がるように延びているため、全てのガス流路に空気を安定して均等に供給するのは容易でない。

【0013】

各ガス流路への空気の供給がばらついたり偏ったりすると、発電効率の低下や局所的な過電圧が発生する。従って、各セルの電極面（空気極：カソード）にできる限り均等に空気を供給することが求められている。

【0014】

特許文献１には、空気を、各セルのカソードに均等に分配供給できるようにした流路が開示されている。

【0015】

そこでは、図２の（ａ）に示すように、カソード側のセパレータを、電気伝導性に優れた平板１０５とスリット板１０６とを圧接して構成している。平板１０５には、空気用及び燃料用の各ヘッダ１０７，１０８が貫通形成され、スリット板１０６には、燃料用ヘッダ１０８と、櫛歯状の複数のスリット１０９とが貫通形成されている。各スリット１０９の端部は、図２の（ｂ）に示すように、空気用ヘッダ１０７と重ねられており、空気用ヘッダ１０７から各スリット１０９に直接空気が取り込まれ、各セルのカソードに分配供給される。

【0016】

ところが、この場合、空気用ヘッダ１０７は、スリット１０９の一群の全幅よりも長く形成する必要があるため、設計を行う上で制約となる。

【0017】

例えば、図３に示すように、空気用ヘッダ１０７及び燃料用ヘッダ１０８の双方を、セルスタック１００の同じ辺部に設けることができないため、コンパクト化を図るのが難しい。

【0018】

更に、ＳＯＦＣでは、空気の圧力損失の低減と、集電時の電気抵抗の低減との両立を図ることも重要な課題の一つとなっている。

【0019】

図４に、図２に示したカソード側のセパレータを、空気の流れる方向から見た部分断面図を示す。電力をセルから取り出す集電体として機能するセパレータは、セルのカソード１１１に圧接されており、幅ｈ１のスリット１０９と、幅ｈ２のスリット板１０６のリブ（集電リブ１０６ａ）とが断面方向に交互に並んでいる。

【0020】

スリット１０９の幅ｈ１を大きくし、集電リブ１０６ａの幅ｈ２を小さくすれば、空気が流れ易くなるため、圧力損失は低減されるが、空気と接するカソード１１１の断面領域が増えるため、図４に矢印で示すように、電流の通電距離が長くなり、断面方向に沿ってカソード１１１中を流れる電流の電気抵抗が増加する。その結果、発電電圧の低下を招く。

【0021】

逆に、スリット１０９の幅ｈ１を小さくし、集電リブ１０６ａの幅ｈ２を大きくすれば、空気と接するカソード１１１の断面領域が減るため、断面方向に沿ってセル中を流れる電流の電気抵抗が減少するが、空気の圧力損失が増大する。その分、流路本数を増やしても、空気が接触する総面積が増えるため、圧力損失の増加は避けられない。

【0022】

その結果、空気をセルに供給するブロア等の出力を増加する必要が生じるため、空気の流路を塞いでいるシールのシール不良や、発電に要する電力消費の増加を招く。

【0023】

そこで、本発明の目的は、空気流路の設計の自由度を高めながら各セルのカソードに空気を適切に分配供給することが可能になるうえに、空気の圧力損失と集電時の電気抵抗の双方を同時に低減することも可能になる燃料電池を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0024】

開示する燃料電池は、発電要素を複数積層して構成される燃料電池である。前記発電要素は、一方の主面にアノード、他方の主面にカソードが接続された板状のセルと、前記アノードに電気的に接続するように積層されるアノードプレートと、前記カソードに電気的に接続するように積層されるカソードプレートと、を備える。

【0025】

カソードプレートは、酸素を含有する気体の流路となるよう、互いに並んで、前記セルの一端側から対向側の端部側に向けて延在する複数の第１ガス流路と、前記第１ガス流路と前記セルの間に位置し、互いに並んで、前記第１ガス流路が延在する方向に交差する方向に向けて延在し、前記セル側に露出するとともに、前記複数の第１ガス流路のうち少なくとも２以上と前記積層方向の交差部近傍で連通するように設けられた複数の第２ガス流路と、を備えることを特徴とする。

【0026】

前記カソードプレートは、前記第１ガス流路が形成された第１プレートと、前記第１プレート上に積層され、かつ前記第２ガス流路が形成された第２プレートと、を備えることができる。

【0027】

前記第１ガス流路は、前記第１プレートを貫通するように設けられた開口を備えることができる。

【0028】

前記第２ガス流路は、前記第２プレートを貫通するように設けられた開口が前記セル側に露出することができる。

【0029】

前記第１ガス流路は、前記第１プレートを貫通するように設けられた開口を備え、前記第２ガス流路は、前記第２プレートを貫通するように設けられた開口が前記セル側に露出し、前記第１プレートに設けられた開口の前記延在方向の長さは、前記第２プレートに設けられた開口の前記延在方向の長さよりも長く、前記第１プレートに設けられた開口の前記延在方向に直交する幅は、前記第２プレートに設けられた開口の前記延在方向に直交する幅よりも広くすることができる。

【0030】

前記複数の第２ガス流路のうち、前記延在方向に沿って複数設けられた２以上の第２ガス流路は、前記第２プレートの面内において、互いに連通していないようにすることができる。

【0031】

前記複数の第２ガス流路のうち、前記延在方向に直交する方向に互いに隣接する２つは、何れも前記複数の第１ガス流路から選ばれる異なる２以上の前記第１ガス流路に連通するように設けられているようにすることができる。

【発明の効果】

【0032】

本発明によれば、コンパクトで、発電性能に優れた燃料電池が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】従来の燃料電池の一例を示す概略斜視図である。

【図2】（ａ），（ｂ）は、従来のカソード側のセパレータの一例を示す概略斜視図である。

【図3】従来のセルスタックをコンパクトにした場合の概略平面図である。

【図4】図２のセパレータを空気の流れる方向から見た概略部分断面図である。

【図5】実施形態の燃料電池を示す概略斜視図である。

【図6】図５におけるＷ−Ｗ'−Ｗ''線に沿って見た発電要素の概略断面図である。

【図7】発電要素を示す概略分解斜視図である。

【図8】カソードプレートを示す概略分解斜視図である。

【図9】図８において矢印Ｖの方向から見た概略平面図である。

【図10】図９において矢印Ｘで示す部分の概略図である。

【図11】図９において矢印Ｙで示す部分の概略図である。

【図12】（ａ）〜（Ｃ）は、短スリットの変形例を示す概略図である。

【図13】カソードプレートの変形例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

【0035】

（燃料電池）
図５に、本実施形態の燃料電池を示す。この燃料電池は、平板型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣともいう）であり、その主要部（セルスタック１）は、それぞれが発電機能を有する複数の発電要素２を繰り返し積層して柱状に構成されている。

【0036】

このＳＯＦＣの場合、積層方向から見た平面視でのセルスタック１の輪郭は、矩形の辺部のそれぞれから張出部３が小さく張り出した十形状に形成されている。なお、セルスタック１の輪郭形状はこれに限るものではなく、矩形や円形等、仕様に合わせて適宜変更できる。

【0037】

セルスタック１の各張出部３には、各発電要素２に燃料ガスと空気とを供給するために、積層方向に延びるマニホールド４，５，６，７が形成されている。

【0038】

具体的には、燃料ガス用の燃料給気マニホールド４及び燃料排気マニホールド６が、互いに対向している一対の張出部３，３のそれぞれに分かれて設けられており、空気用の燃料給気マニホールド５及び空気排気マニホールド７が、他方の互いに対向している一対の張出部３，３のそれぞれに分かれて設けられている。

【0039】

空気給気マニホールド５及び空気排気マニホールド７は、辺部に沿って並ぶ断面矩形の３つの縦孔で構成され、燃料給気マニホールド４及び燃料排気マニホールド６は、辺部に沿って並ぶ断面矩形の４つの縦孔で構成されている。なお、これらマニホールドの構成はこれに限るものではなく、その数や形状は仕様に合わせて適宜変更できる。

【0040】

各発電要素２を流れる空気は、白抜きの実線矢印が示すように、空気給気マニホールド５から空気排気マニホールド７に向かって流れ、各発電要素２を流れる燃料ガスは、白抜きの破線矢印が示すように、空気と交差して流れる。

【0041】

各発電要素２では、これら空気及び燃料ガスを利用して発電が行われる。ＳＯＦＣでは、これら発電要素２を多数積層することによって高出力を得ている。

【0042】

（発電要素）
図６及び図７に、その発電要素２を詳細に示す。

【0043】

発電要素２は、セル１０やカソードプレート５０、アノードプレート３０、絶縁シート７０、シール材８０などで構成されている。アノードプレート３０及びカソードプレート５０は、電気伝導性を有し、絶縁シート７０及びシール材８０を介して互いに重ね合わされている。

【0044】

アノードプレート３０は、セパレータプレート４０、セパレータ側プレート３２及び電極側プレート３３の３枚のプレートをこの順に重ね合わせて構成されている。各プレートの素材には、例えば、ステンレス圧延材が用いられている。

【0045】

アノードプレート３０には、空気給気マニホールド５、燃料給気マニホールド４、燃料排気マニホールド６、及び空気排気マニホールド７を構成する開口が形成されている。セパレータプレート４０は、空気給気マニホールド５等を構成する開口のみが形成された平板状の部材である（詳細は後述）。電極側プレート３３には、セル１０を収容するセル開口３６が形成されている。

【0046】

セパレータ側プレート３２の中央部には、燃料給気マニホールド４４及び燃料排気マニホールド６に連通する複数のスリット３４が形成されている。セパレータ側プレート３２がセパレータプレート４０に接合され、各スリット３４の一方の開口が塞がれている。

【0047】

そして、更に電極側プレート３３を接合し、セル開口３６にセル１０を嵌め込むことで、各スリット３４の他方の開口が塞がれ、一群の細溝で構成されたアノード側ガス流路が形成される。燃料ガスは、このアノード側ガス流路を通じてセル１０のアノード１２に沿って流れる。

【0048】

セル１０は、セル開口３６に嵌合される矩形板状の部材である。セル１０は、カソード１１及びアノード１２と、これらの間に配置されるイットリア安定化ジルコニア等からなる固体の電解質１３とで構成されている。セル１０の板厚は、概ね０．５ｍｍ〜１ｍｍである。

【0049】

カソード１１は、セル１０よりもひとまわり小さい矩形の薄膜層として形成され、セル１０の一方の表面に配置されている。アノード１２は、セル１０とほぼ同じ大きさの矩形に形成され、セル１０の他方の表面に配置されている。

【0050】

カソードプレート５０及びアノードプレート３０は、集電体として機能しており、カソード１１及びアノード１２で生じる電力は、カソードプレート５０及びアノードプレート３０を通じて収集される。

【0051】

絶縁シート７０は、マイカ等の絶縁性に優れた素材からなり、アノードプレート３０とカソードプレート５０との間に配置される。シール材８０は、燃料ガスの流れと空気の流れを確実に遮断するために、カソードプレート５０と絶縁シート７０との間に配置される。それにより、セル１０と絶縁シート７０との間の隙間がシール材８０によって封止されている。

【0052】

（カソードプレート）
図８及び図９に詳しく示すように、カソードプレート５０は、第１プレート５１、第２プレート５２及びセパレータプレート４０の３枚のプレートを重ね合わせて構成されている。これらプレート５１，５２，４０もステンレス圧延材を素材とし、セルスタック１に合わせて輪郭が凸形状に形成されている。

【0053】

セパレータプレート４０は、同じ符号を用いたように、アノードプレート３０のセパレータプレート４０と同じ部材である。すなわち、このセルスタック１では、カソードプレート５０及びアノードプレート３０の双方で１枚のセパレータプレート４０が共用されている。

【0054】

セパレータプレート４０、第１プレート５１及び第２プレート５２の各々には、空気給気マニホールド５、空気排気マニホールド７、燃料給気マニホールド４、及び燃料排気マニホールド６を構成する、空気給気口５３、空気排気口５４、燃料給気口５５、及び燃料排気口５６が形成されている。

【0055】

第１プレート５１における、燃料給気口５５と燃料排気口５６との間の矩形の領域（カソード１１と対向する領域、集電領域５７ともいう）には、空気を流す、複数の長スリット５８が形成されている。これら長スリット５８は、空気の主流が流れる方向（主流方向ともいう）である、空気給気口５３から空気排気口５４に向かって平行に延びている。

【0056】

具体的には、第１プレート５１の集電領域５７には、所定間隔を隔てて主流方向に平行に延びる、溝状の長スリット５８（開口の一例）が複数形成されている。長スリット５８は、集電領域５７の全域に、第１プレート５１を貫通するように形成されている。そして、これら長スリット５８の間の部分によって、細長い集電リブ５９が構成されている。

【0057】

このように第１プレート５１の長スリット５８等を貫通孔で構成することで、長スリット５８に高度な寸法精度が求められても、第１プレート５１は、簡単なプレス加工で形成できるようになっている。

【0058】

第２プレート５２の集電領域５７には、主流方向と直交する方向に空気を流す、複数の短スリット６１（開口の一例）が全域にわたって形成されている。各短スリット６１は、長スリット５８よりも幅が小さく短い断片状の細孔からなり、第２プレート５２を貫通するように形成されている。複数の短スリット６１は、長スリット５８よりも密集した状態で集電領域５７の全域に画一的なパターンで整列配置され、集電領域５７に対応した矩形の短スリット群を構成している。

【0059】

短スリット群は、短スリット６１がその長手方向に直列に並んで構成された短スリット列６２を含み、これら短スリット列６２が、主流方向と直交する方向に、互いに平行に延びている。

【0060】

互いに隣接している短スリット列６２の各短スリット６１は、直列方向に、所定のピッチで位置をずらして配置されている。

【0061】

詳しくは、図１１に示すように、各短スリット６１は、隣り合う２つの長スリット５８，５８と連通し得る長さを有しており、各短スリット列６２において隣接する２つの短スリット６１，６１は、連続して並ぶ４つの長スリット５８，５８，５８，５８を見たとき、一方の隣り合う２つの長スリット５８，５８と、他方の隣り合う２つの長スリット５８，５８と、それぞれ連通し得るように配置されている。

【0062】

そして、互いに隣接する短スリット列６２の間で、各短スリット６１が長スリット５８１つ分だけ位置をずらして配置されている。本実施形態の第２プレート５２では、各短スリット列６２における短スリット６１の配置が、一つ置きに同じ配置となっている。

【0063】

第２プレート５２の短スリット群と空気給気口５３との間には、主流方向に直交して延びる細長いヘッダ孔６３が形成されている。第２プレート５２の短スリット群と空気排気口５４との間には、主流方向に直交して延びる細長いヘッダ孔６４が形成されている。ヘッダ孔６３は、連結孔６３ａを介して各空気供給口５３と連通し、ヘッダ孔６４は、連結孔６４ａを介して各空気排気口５４と連通している。これらヘッダ孔６３，６４は、全ての長スリット５８と連通し得るように、短スリット群の両端間と同じかそれ以上の長さを有している。

【0064】

セパレータプレート４０、第１プレート５１、第２プレート５２は、この順に積層して接合され、カソードプレート５０が構成されている。カソードプレート５０の内部には、複数の長スリット５８が形成されている第１プレート５１の両面が、セパレータプレート４０と第２プレート５２とで塞がれることにより、空気の主流が流れる複数の主流路（第１ガス流路の一例）が形成されている。

【0065】

第２プレート５２が第１プレート５１に密着することにより、短スリット６１の各々は、所定の隣り合う２つ主流路と連通した状態で上面の開口が塞がれる。そして、図７に示したように、セル１０等を間に配置しながらカソードプレート５０をアノードプレート３０に積層することで、短スリット６１の各々の底面の開口がカソード１１の表面で塞がれる。

【0066】

それにより、カソードプレート５０に、複数の主流路と直交した状態で内外に重なって、空気の主流をバイパスして相互に交流させる複数の副流路（第２ガス流路の一例）が形成される。

【0067】

その結果、カソードプレート５０の集電領域５７には、カソード１１の表面に沿って空気を縦横に流すことができるカソード側ガス流路が形成されている。

【0068】

また、カソードプレート５０における、集電領域５７と各空気給気口５３との間、及び集電領域５７と各空気排気口５４との間には、ヘッダ孔６３，６４の両面の開口が塞がれることにより、全ての主流路と連通するヘッダが形成されている。

【0069】

（各発電要素への空気の取り込み）
図１０に矢印線で示すように、空気給気マニホールド５を流れる空気は、連結孔６３ａ及びヘッダ孔６３を通じて各主流路（長スリット５８）に流入する。

【0070】

このセルスタック１では、空気給気口５３が横並びに３つ形成されているため、その幅総寸法は、主流路の両端間の距離よりも小さい。そのため、そのままでは全ての主流路に対して空気を均等に分配供給できない。

【0071】

そこで、ヘッダを設けて、各主流路の流入側の端部をヘッダ（ヘッダ孔６３）を介して互いに連通させている。従って、各主流路に流入した空気は、まず最初に、ヘッダを通じて圧力勾配に応じた相互交流が行われる。それにより、各主流路に流入する空気流量の均一化が図られる。

【0072】

しかし、ヘッダを設けても、その大きさには限界があるため、ヘッダのみで完全に空気流量の均一化を図るのは困難である。従って、ある程度流量の偏った状態で、空気が各主流路に流入する、その後、空気は、集電領域５７に入り込み、発電反応に寄与しながら空気排気口５４に向かって流れる。

【0073】

図１１に矢印線で示すように、各主流路は、副流路（短スリット６１）を通じて両隣の主流路と連通しているため、これら主流路の間で圧力勾配があると、これら主流路を流れる空気は、副流路を通じて互いに交流し、圧力勾配が軽減される。副流路は、集電領域５７の全域に設けられているため、空気が空気排気口５４に近づくほど、圧力勾配は解消されていく。

【0074】

従って、各主流路に分配される空気量に偏りがあっても、その偏流が自動的に解消されるので、カソード１１に空気を効果的に分配供給することができる。その結果、効率的な発電が可能になり、発電性能の低下やセル１０の劣化を効果的に防止することができる。

【0075】

しかも、カソード１１の表面に密着する第２プレート５２の集電領域５７には、主流方向と直交する方向に微小幅の短スリット６１が形成されているだけである。図６においてＷ'−Ｗ''の範囲に示したように、隣接する２つの短スリット列６２，６２の間の部分は、集電領域５７の端から端まで、主流方向と直交する方向に連なっているうえ、空気と接するカソード１１の断面領域も小さくなり、セル１０中を流れる電流の電気抵抗を減少させることができる。

【0076】

空気の主流は、流路断面積の大きな主流路を通って流れるため、圧力損失の増加を招くおそれもない。従って、この燃料電池では、空気の圧力損失と集電時の電気抵抗の双方を同時に低減できる。

【0077】

すなわち、この燃料電池では、圧力損失の低減に適した第１プレート５１と、電気抵抗の低減に適した第２プレート５２とを組み合わせて、カソードプレート５０に機能の異なる流路を層状に設けたことにより、空気の適切な分配供給と、圧力損失及び電気抵抗の双方の低減とを実現可能にしている。

【0078】

カソードプレート５０が機能の異なる２層で構成されているため、長スリット５８及び短スリット６１の各々の寸法設計の制約は軽減される。従って、設計の自由度が高まるため、より最適なカソード側ガス流路の実現が可能になり、発電性能の向上が図れる。

【0079】

（その他）
なお、本発明にかかる燃料電池は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

【0080】

短スリット（副流路）の形態や配置は、仕様に応じて適宜変更できる。例えば、図１２の（ａ）に示すように、個々の短スリット６１を、隣接する３つの長スリット５８と連通し得る長さに形成してもよい。更に、個々の短スリット６１を、隣接する４つ以上の長スリット５８と連通し得る長さに形成してもよい。

【0081】

また、図１２の（ｂ）に示すように、短スリット６１は、長スリット５８と直交するだけでなく、長スリット５８に対して傾斜していてもよい。更に、短スリット６１の配置形状を部分的に異ならせてもよいし、配置数を部分的に異ならせてもよい。

【0082】

また、図１２の（ｃ）に示すように、各短スリット６１の長さは必ずしも一様でなくてもよい。大小の短スリット６１を混在させてもよい。長さに限らず、短スリット６１の幅や形状も一様でなくてもよい。

【0083】

主流路への流入後に空気の均一化が図れるので、空気給気口やヘッダの配置や形状も自由に設計できる。

【0084】

例えば、図１３に示すように、空気マニホールドをセルスタックの辺部に部分的に配置し、コンパクト化したセルスタックであっても十分な効果を得ることができる。ヘッダも必須ではない。

【0085】

第１プレート５１に形成されている長スリットは、貫通孔でなくてもよい。例えば、ハーフエッチング加工等により、プレートの板面に底の有る細溝を多数形成し、これらを長スリットとしてもよい。

【符号の説明】

【0086】

１ セルスタック（燃料電池）
２ 発電要素
４ 燃料給気マニホールド
５ 空気給気マニホールド
６ 燃料排気マニホールド
７ 空気排気マニホールド
１０ セル
１１ カソード
１２ アノード
３０ アノードプレート
４０ セパレータプレート
５０ カソードプレート
５１ 第１プレート
５２ 第２プレート
５７ 集電領域
５８ 長スリット（第１ガス流路の開口）
６１ 短スリット（第２ガス流路の開口）
６２ 短スリット列
６３，６４ ヘッダ孔
７０ 絶縁シート
８０ シール材

【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】