特許 6442364 電気化学反応単位および燃料電池スタック

(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】6442364

(24)【登録日】2018年11月30日

(45)【発行日】2018年12月19日

(54)【発明の名称】電気化学反応単位および燃料電池スタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0247 20160101AFI20181210BHJP

   H01M 8/0206 20160101ALI20181210BHJP

   H01M 8/0282 20160101ALI20181210BHJP

   H01M 8/2465 20160101ALI20181210BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20181210BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/0247

   H01M8/0206

   H01M8/0282

   H01M8/2465

   H01M8/12 101

   H01M8/12 102A

【請求項の数】6

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-117491(P2015-117491)

(22)【出願日】2015年6月10日

(65)【公開番号】特開2017-4760(P2017-4760A)

(43)【公開日】2017年1月5日

【審査請求日】2017年9月14日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001911

【氏名又は名称】特許業務法人アルファ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大橋 駿太

(72)【発明者】

【氏名】堀田 信行

(72)【発明者】

【氏名】八木 宏明

【審査官】 太田 一平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０２２８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３２５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０３７２１７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００ − ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８ − ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む単セルと、
金属により形成され、前記第１の方向に貫通する貫通孔を取り囲む部分である貫通孔周囲部が、ロウ材を含む接合部を介して前記単セルの周縁部と接合され、前記空気極に面する空気室と前記燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータと、
ガラスを含み、前記セパレータの表面と前記単セルの表面との両方に接触して前記空気室と前記燃料室との間をシールするガラスシール部と、
を備える電気化学反応単位において、
前記セパレータは、
前記貫通孔周囲部を含む第１の平坦部と、
前記第１の平坦部より外周側に位置する第２の平坦部と、
前記第１の方向における位置が前記第１の平坦部および前記第２の平坦部とは異なる部分を含み、前記第１の平坦部と前記第２の平坦部とを連結し、かつ、前記第１の平坦部と前記第２の平坦部との両方に対して、前記第１の方向の一方側に突出している連結部と、
を備え、
前記セパレータの前記第１の方向における厚さｔ（ｍｍ）は、
ｔ≦０．２
という関係を満たし、
前記連結部の前記第１の方向における高さＨ（ｍｍ）と、前記セパレータの前記第１の方向における厚さｔ（ｍｍ）とは、
Ｈ＞ｔ
という関係を満たし、
前記連結部における前記第１の方向の前記一方側は凸部となっており、前記連結部における前記第１の方向の他方側は凹部となっている、
ことを特徴とする、電気化学反応単位。

【請求項2】

請求項１に記載の電気化学反応単位において、
前記接合部の内、前記第１の方向において前記セパレータおよび前記単セルと重なる有効接合部の前記第１の方向に直交する第２の方向における長さＬ（ｍｍ）と、前記連結部の前記第１の方向における高さＨ（ｍｍ）とは、
Ｌ＞３、かつ、Ｈ・Ｌ≧０．５
という関係を満たすことを特徴とする、電気化学反応単位。

【請求項3】

請求項２に記載の電気化学反応単位において、
０．１≦Ｈ≦０．６
という関係を満たすことを特徴とする、電気化学反応単位。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記電解質層は、固体酸化物を含むことを特徴とする、電気化学反応単位。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の平坦部と前記第２の平坦部との前記第１の方向における位置は、互いに同一であることを特徴とする、電気化学反応単位。

【請求項6】

複数の燃料電池発電単位を備える燃料電池スタックにおいて、
前記複数の燃料電池発電単位の少なくとも１つは、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位であることを特徴とする、燃料電池スタック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単位に関する。

【背景技術】

【0002】

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物を含む電解質層を備える固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」ともいう）が知られている。ＳＯＦＣの発電の最小単位である燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」ともいう）は、燃料電池単セル（以下、単に「単セル」ともいう）とセパレータとを備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「配列方向」ともいう)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。セパレータには上記配列方向に貫通する貫通孔が形成されており、セパレータにおける貫通孔を取り囲む部分である貫通孔周囲部が、ロウ材を含む接合部を介して単セルの周縁部と接合されることにより、空気極に面する空気室と燃料極に面する燃料室とが区画される。

【0003】

上記構成の発電単位では、単セルとセパレータとを接合する接合部を介して、空気室と燃料室との間のガスリーク(クロスリーク)が発生するおそれがある。このクロスリークを抑制するために、セパレータの表面と単セルの表面との両方に接触して空気室と燃料室との間をシールするガラスシール部が設けられた構成が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−４９３２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記従来の構成では、熱サイクルやヒートショック等によってセパレータが上記配列方向に直交する方向（以下、「面方向」ともいう）に変形すると、脆性部材であるガラスシール部に過大な応力が発生し、ガラスシール部にクラック(割れ)が発生することがある。

【0006】

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」ともいう）の最小単位である電解セル単位にも共通の課題である。なお、本明細書では、発電単位と電解セル単位とをまとめて電気化学反応単位と呼ぶ。また、このような課題は、ＳＯＦＣやＳＯＥＣに限らず、他のタイプの電気化学反応単位にも共通の課題である。

【0007】

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

【0009】

（１）本明細書に開示される電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む単セルと、前記第１の方向に貫通する貫通孔を取り囲む部分である貫通孔周囲部が、ロウ材を含む接合部を介して前記単セルの周縁部と接合され、前記空気極に面する空気室と前記燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータと、ガラスを含み、前記セパレータの表面と前記単セルの表面との両方に接触して前記空気室と前記燃料室との間をシールするガラスシール部と、を備える電気化学反応単位において、前記セパレータは、前記貫通孔周囲部を含み、前記第１の方向に直交する第２の方向に略平行な第１の平坦部と、前記第２の方向に略平行な第２の平坦部と、前記第１の方向における位置が前記第１の平坦部および前記第２の平坦部とは異なる部分を含み、前記第１の平坦部と前記第２の平坦部とを連結する連結部と、を備えることを特徴とする。本電気化学反応単位によれば、セパレータの連結部が第２の方向に容易に伸び縮みするバネのように機能し、セパレータが連結部の位置で第２の方向に変形しやすいため、熱サイクルやヒートショック等によってセパレータを第２の方向に変形させる荷重がかかると、セパレータが主として連結部の位置で第２の方向に変形し、その結果、上記荷重によってガラスシール部に発生する応力が緩和され、ガラスシール部にクラックが発生することを抑制することができる。

【0010】

（２）上記電気化学反応単位において、前記接合部の内、前記第１の方向において前記セパレータおよび前記単セルと重なる有効接合部の前記第２の方向における長さＬ（ｍｍ）と、前記連結部の前記第１の方向における高さＨ（ｍｍ）とは、Ｌ＞３、かつ、Ｈ・Ｌ≧０．５という関係を満たすことを特徴とする構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、有効接合部の長さＬをある程度大きくすることにより、有効接合部の単位長さあたりの応力を小さくすることができ、ガラスシール部の応力をより効果的に緩和して、ガラスシール部にクラックが発生することをより効果的に抑制することができ、また、有効接合部の長さＬと連結部の高さＨとの積Ｈ・Ｌをある程度大きくすることにより、連結部の高さＨを、有効接合部の長さＬに応じて必要とされる応力緩和機能を発揮するのに十分な値とすることができる。

【0011】

（３）上記電気化学反応単位において、０．１≦Ｈ≦０．６という関係を満たすことを特徴とする構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、連結部の高さＨを上限値以下とすることにより連結部とガス流路との干渉を最小限にしつつ、連結部の高さＨを下限値以上とすることにより連結部によるガラスシール部の応力緩和効果を確保することができる。

【0012】

（４）上記電気化学反応単位において、前記セパレータの前記第１の方向における厚さｔ（ｍｍ）は、ｔ≦０．２という関係を満たすことを特徴とする構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、セパレータの厚さｔを上限値以下とすることにより連結部のバネ性を確保して連結部によるガラスシール部の応力緩和効果を確保することができる。

【0013】

（５）上記電気化学反応単位において、前記連結部の前記第１の方向における高さＨ（ｍｍ）と、前記セパレータの前記第１の方向における厚さｔ（ｍｍ）とは、Ｈ＞ｔという関係を満たすことを特徴とする構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、連結部の高さＨをセパレータの厚さｔより大きくすることにより、連結部によるガラスシール部の応力緩和効果を確保することができる。

【0014】

（６）上記電気化学反応単位において、前記電解質層は、固体酸化物を含むことを特徴とする構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、セパレータが連結部を備えることによって、ガラスシール部にクラックが発生することを抑制することができることに加えて、脆性部材である電解質層にクラックが発生することも抑制することができる。

【0015】

（７）上記電気化学反応単位において、前記第１の平坦部と前記第２の平坦部との前記第１の方向における位置は、互いに略同一であることを特徴とする構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、電気化学反応単位の第１の方向における高さを抑制しつつ、ガラスシール部にクラックが発生することを抑制することができる。

【0016】

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単位（燃料電池発電単位または電解セル単位）、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図3】図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。

【図4】図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図5】図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。

【図6】セパレータ１２０の詳細構成を示す説明図である。

【図7】性能評価結果を表形式で示す説明図である。

【図8】性能評価結果をグラフで示す説明図である。

【図9】レーザー形状測定装置ＬＳを利用した連結部高さＨの測定方法を示す説明図である。

【図10】測定結果の補正処理の方法を示す説明図である。

【図11】測定結果の補正処理の方法を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

Ａ．実施形態：
Ａ−１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。

【0019】

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）発電単位１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向（Ｚ軸方向））に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。

【0020】

燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。

【0021】

各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿入されており、ボルト２２とボルト２２の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。なお、図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成するエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成するエンドプレート１０６の下側表面との間には、絶縁シート２６が介在している。ただし、後述のガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４とエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート２６とが介在している。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。

【0022】

各ボルト２２の軸部の外径は各連通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）と、そのボルト２２Ａが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｂ）と、そのボルト２２Ｂが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２から排出された未反応の酸化剤ガスＯＧである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。

【0023】

また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）と、そのボルト２２Ｄが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２に供給する燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｅ）と、そのボルト２２Ｅが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２から排出された未反応の燃料ガスＦＧや燃料ガスＦＧの発電後のガスを含む燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。

【0024】

燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。また、図２に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を形成するボルト２２Ｂの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１を形成するボルト２２Ｄの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス導入マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２を形成するボルト２２Ｅの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。

【0025】

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。

【0026】

（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。

【0027】

図４および図５に示すように、発電の最小単位である発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿入される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。

【0028】

インターコネクタ１５０は、矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。

【0029】

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。なお、本実施形態では、単セル１１０の外周の１辺の長さは、１００ｍｍから２５０ｍｍ程度である。

【0030】

電解質層１１２は、矩形の平板形状部材であり、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、矩形の平板形状部材であり、例えば、ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。

【0031】

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えばフェライト系金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１を取り囲む部分である貫通孔周囲部１２２（図６参照）は、単セル１１０を構成する電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、貫通孔周囲部１２２に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）を含む接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画される。セパレータ１２０が接合された単セル１１０をセパレータ付き単セルともいう。セパレータ１２０に形成された孔１２１は、特許請求の範囲における貫通孔に相当する。なお、セパレータ１２０がアルミ含有金属により形成されていると、セパレータ１２０の空気極１１４側に酸化被膜が形成され、セパレータ１２０が単セル１１０の性能を低下させる不純物の発生源になることが防止されるため、好ましい。

【0032】

接合部１２４に対して空気室１６６側には、ガラスを含むガラスシール部１２５が配置されている。ガラスシール部１２５は、セパレータ１２０の貫通孔周囲部１２２の表面と、単セル１１０（本実施形態では単セル１１０を構成する電解質層１１２）の表面との両方に接触するように形成されている。ガラスシール部１２５により、空気室１６６と燃料室１７６との間のガスリーク（クロスリーク）が効果的に抑制される。

【0033】

なお、本実施形態では、接合部１２４が、セパレータ１２０と単セル１１０とが対向する領域から空気室１６６側にはみ出すように形成されており、ガラスシール部１２５は、接合部１２４における上記はみ出した箇所に接するように形成されている。すなわち、接合部１２４の一部は、ガラスシール部１２５により覆われている。また、本実施形態では、ガラスシール部１２５が、セパレータ１２０における単セル１１０に対向する側とは反対側（上側）の表面を覆っており、ガラスシール部１２５と接合部１２４とがセパレータ１２０を挟んで配列方向に互いに対向している。

【0034】

空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３とが形成されている。

【0035】

燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通孔１４３とが形成されている。

【0036】

燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触し、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触する。そのため、燃料極側集電体１４４は、燃料極１１６とインターコネクタ１５０とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０との電気的接続が良好に維持される。

【0037】

空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触することにより、空気極１１４とインターコネクタ１５０とを電気的に接続する。なお、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とが一体の部材として形成されていてもよい。

【0038】

Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２および図４に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３および図５に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。

【0039】

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧおよび燃料ガスＦＧの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。

【0040】

各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２および図４に示すように、酸化剤ガス排出連通孔１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３および図５に示すように、燃料ガス排出連通孔１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。

【0041】

Ａ−３．セパレータ１２０の詳細構成：
図６は、セパレータ１２０の詳細構成を示す説明図である。図６には、図４のＰｘ部の構成が拡大して示されている。図６に示すように、セパレータ１２０は、貫通孔周囲部１２２を含むと共に配列方向（上下方向）に直交する方向（面方向）に略平行な第１の平坦部１２６と、第１の平坦部１２６より外周側に位置すると共に面方向に略平行な第２の平坦部１２７とを備える。第１の平坦部１２６と第２の平坦部１２７との配列方向における位置は、互いに略同一である。

【0042】

セパレータ１２０は、さらに、第１の平坦部１２６の端部と第２の平坦部１２７の端部とを連結する連結部１２８を備える。本実施形態では、連結部１２８は、第１の平坦部１２６および第２の平坦部１２７の位置から燃料室１７６側（下側）に突出するように湾曲した形状を有している。すなわち、連結部１２８における燃料室１７６側（下側）は凸部となり、連結部１２８における空気室１６６側（上側）は凹部となる。このように、連結部１２８は、配列方向における位置が第１の平坦部１２６および第２の平坦部１２７とは異なる部分を含む。なお、連結部１２８は、配列方向視で、孔１２１を取り囲むように形成されている。また、セパレータ１２０における連結部１２８は、例えば、プレス加工により形成される。

【0043】

連結部１２８は、上述した構成であるため、面方向に容易に伸び縮みするバネのように機能する。そのため、本実施形態のセパレータ１２０は、連結部１２８を備えない構成と比較して、連結部１２８の位置で面方向に変形しやすい。そのため、発電による熱サイクルや製造時の溶接工程等によるヒートショック等によってセパレータ１２０を面方向に変形させる荷重がかかると、セパレータ１２０が主として連結部１２８の位置で面方向に変形し、その結果、上記荷重によってガラスシール部１２５や接合部１２４、単セル１１０の電解質層１１２に発生する応力が緩和される。ガラスシール部１２５や電解質層１１２は、ガラスやセラミックといった脆性部材で形成されているため、上記応力が過大になるとクラックが発生するおそれがあるが、本実施形態ではセパレータ１２０の連結部１２８の存在によりガラスシール部１２５や電解質層１１２に発生する応力が緩和されるため、ガラスシール部１２５や電解質層１１２にクラックが発生することを抑制することができる。

【0044】

Ａ−４．性能評価：
上述したセパレータ１２０の連結部１２８によるクラック発生抑制効果について、以下の通り、性能評価を行った。図７および図８は、性能評価結果を示す説明図である。性能評価では、セパレータ１２０と単セル１１０とが接合部１２４を介して接合され、ガラスシール部１２５が設けられたセパレータ付き単セルに対して、面方向の引張荷重を与えた場合にガラスシール部１２５と電解質層１１２との少なくとも一方にクラックが発生するか否かを判定した。なお、性能評価では、セパレータ１２０の配列方向における厚さ（板厚）ｔを０．１（ｍｍ）とし、面方向の引張荷重を４００ｋｇｆとし、接合部１２４ではすべりが発生しないように拘束条件を付与した。

【0045】

図７に示すように、性能評価には、連結部高さＨ（ｍｍ）と有効接合部長さＬ（ｍｍ）との組み合わせが互いに異なる１５種類のセパレータ付き単セルを用いた。ここで、連結部高さＨは、連結部１２８の配列方向における高さであり、より詳細には、セパレータ１２０の空気室１６６側の表面において、連結部１２８における最も上に位置する部分から最も下に位置する部分までの距離（深さ）である（図６参照）。また、有効接合部長さＬは、接合部１２４の内、配列方向においてセパレータ１２０および単セル１１０と重なる部分（有効接合部）の面方向における長さである。なお、１５種類のセパレータ付き単セル（例１−１５）の内、例７，８については実験により判定を行い、その他の例についてはシミュレーションにより判定を行った。実験の際には、目視または浸透探傷検査(レッドチェック)によってクラック発生有無を判定し、シミュレーションの際には、ガラスシール部１２５の面内応力σに基づきクラック発生有無を判定した。

【0046】

図７には、セパレータ付き単セルの各例について、有効接合部長さＬと、連結部高さＨと、有効接合部長さＬと連結部高さＨとの積（指標値Ｈ・Ｌ）と、クラック有無判定結果との関係が示されている。図７では、クラックが発生しないと判定された例を〇で示し、クラックが発生すると判定された例を×で示している。また、図８には、セパレータ付き単セルの各例について、指標値Ｈ・Ｌと、ガラスシール部１２５の面内応力σとの関係が示されている。図８では、各プロットに、図７に示す各例の番号が付記されており、クラックが発生しないと判定された例を塗りつぶされたプロット〇で示し、クラックが発生すると判定された例を白抜きのプロットで示している。

【0047】

セパレータ付き単セルの例１，６，１１は、連結部高さＨが０（ｍｍ）、すなわち、セパレータ１２０に連結部１２８が設けられていないものである。これらの例は、いずれも、クラックが発生すると判定された。これは、セパレータ１２０に連結部１２８が設けられていないため、セパレータ１２０を面方向に変形させる荷重がかかると、ガラスシール部１２５や電解質層１１２に過大な応力が発生するためであると考えられる。

【0048】

一方、セパレータ付き単セルの例２−５は、有効接合部長さＬが５（ｍｍ）であり、連結部高さＨが０．１（ｍｍ）以上、０．６（ｍｍ）以下の範囲のものである。これらの例は、いずれも、クラックが発生しないと判定された。これは、セパレータ１２０に連結部１２８が設けられているため、セパレータ１２０を面方向に変形させる荷重がかかると、セパレータ１２０が主として連結部１２８の位置で面方向に変形し、ガラスシール部１２５や電解質層１１２に過大な応力が発生することが抑制されるためであると考えられる。

【0049】

また、セパレータ付き単セルの例７−１０は、有効接合部長さＬが４（ｍｍ）であり、連結部高さＨが０．１（ｍｍ）以上、０．６（ｍｍ）以下の範囲のものである。これらの例の内、連結部高さＨが０．２５、０．４、０．６（ｍｍ）のもの（例８−１０）はクラックが発生しないと判定されたが、連結部高さＨが０．１（ｍｍ）のもの（例７）はクラックが発生すると判定された。これは、連結部高さＨが比較的低いと、連結部１２８が面方向に変形しにくくなり、セパレータ１２０を面方向に変形させる荷重がかかったときにガラスシール部１２５や電解質層１１２に発生する応力を緩和する効果が比較的低くなるためであると考えられる。

【0050】

なお、セパレータ付き単セルの例２も、例７と同じく連結部高さＨは０．１（ｍｍ）であるが、クラックは発生しないと判定されている。これは、例２では、例７と比較して有効接合部長さＬが長いことから、接合部１２４（有効接合部）の単位長さあたりの応力が比較的小さくなり、その結果、ガラスシール部１２５や電解質層１１２の応力も比較的小さくなるためであると考えられる。すなわち、有効接合部長さＬが短いほど、連結部高さＨを高く設定することが好ましい。具体的には、図７および図８に示す性能評価結果から、指標値Ｈ・Ｌが０．５以上であることが好ましい。なお、図８に示すように、指標値Ｈ・Ｌがある程度大きい領域では、指標値Ｈ・Ｌの増加に伴う面内応力σの低下量は小さくなる。また、指標値Ｈ・Ｌを大きくするためには、セパレータ付き単セルのサイズを大きくする必要がある。これらの観点から、指標値Ｈ・Ｌは３．０以下であることが好ましいと言える。

【0051】

また、セパレータ付き単セルの例１２−１５は、有効接合部長さＬが３（ｍｍ）であり、連結部高さＨが０．１（ｍｍ）以上、０．６（ｍｍ）以下の範囲のものである。これらの例は、いずれも、クラックが発生すると判定された。これは、有効接合部長さＬがかなり短いと、接合部１２４（有効接合部）の単位長さあたりの応力がかなり大きくなるため、セパレータ１２０に連結部１２８を設けても、ガラスシール部１２５や電解質層１１２の応力をクラックが発生しない水準まで緩和することができないためであると考えられる。図７および図８に示す性能評価結果から、有効接合部長さＬは３（ｍｍ）より長いことが好ましいと言える。

【0052】

以上説明した性能評価結果から、有効接合部長さＬが３（ｍｍ）より長く、かつ、指標値Ｈ・Ｌが０．５以上であることが好ましいと言える。この条件が満たされれば、接合部１２４（有効接合部）の単位長さあたりの応力を小さくすることができ、ガラスシール部１２５や電解質層１１２の応力をより効果的に緩和して、ガラスシール部１２５や電解質層１１２にクラックが発生することをより効果的に抑制することができ、また、連結部１２８の高さＨを、接合部１２４の有効接合部の長さ（Ｌ）に応じて必要とされる応力緩和機能を発揮するのに十分な値とすることができる。

【0053】

また、連結部高さＨは、０．１（ｍｍ）以上、０．６（ｍｍ）以下であることがさらに好ましいと言える。連結部高さＨを０．１（ｍｍ）以上とすることにより、連結部１２８によるクラック発生抑制効果を確保することができる。また、連結部高さＨが０．６（ｍｍ）より高くなると、連結部１２８によってガスの流れが阻害され、発電性能が低下するおそれがあるため好ましくないが、連結部高さＨを０．６（ｍｍ）以下とすることにより、連結部１２８によってガスの流れが阻害されて発電性能が低下することを抑制することができる。

【0054】

なお、セパレータ１２０の配列方向における厚さ（板厚）ｔは、０．０１（ｍｍ）以上であればよく、耐酸化性の低下を抑制する観点から、好ましくは０．０３（ｍｍ）以上、より好ましくは０．０５（ｍｍ）以上であって、０．２（ｍｍ）以下であることが好ましい。セパレータ１２０の厚さｔを０．０３（ｍｍ）以上とすることにより、セパレータ１２０の耐酸化性の低下を抑制することができ、セパレータ１２０の厚さｔを０．２（ｍｍ）以下とすることにより、連結部１２８のバネ性を一定程度以上確保することができ、連結部１２８によるクラック発生抑制効果を確保することができる。

【0055】

また、連結部高さＨはセパレータ１２０の厚さｔより大きいことが好ましい。連結部高さＨをセパレータ１２０の厚さｔより大きくすることにより、連結部１２８によるクラック発生抑制効果を確保することができる。

【0056】

また、第１の平坦部１２６と第２の平坦部１２７との配列方向における位置が互いに略同一であると、第１の平坦部１２６と第２の平坦部１２７との配列方向における位置が互いに異なる構成と比較して、セパレータ付き単セルの配列方向における高さを抑制することができ、ひいては発電単位１０２、燃料電池スタック１００の配列方向における高さを抑制することができるため、好ましい。

【0057】

Ａ−５．測定方法：
上述した有効接合部長さＬの値は、例えば、断面観察や、Ｘ線顕微鏡またはコンピュータ断層撮影装置（ＣＴ）を利用した方法により測定される。また、上述した連結部高さＨの値は、例えば、断面観察や、レーザー形状測定装置を利用した方法により測定される。レーザー形状測定装置を利用した連結部高さＨの測定方法について、以下、説明する。

【0058】

図９から図１１は、レーザー形状測定装置ＬＳを利用した連結部高さＨの測定方法を示す説明図である。図９には、レーザー形状測定装置ＬＳによってセパレータ付き単セルの連結部高さＨを測定している様子が示されており、図１０および図１１には、測定結果の補正処理の方法が示されている。

【0059】

図９に示すように、測定の際には、ＸＹ方向に移動可能なステージＳＴ上にワーク（セパレータ付き単セル）を載置し、セパレータ付き単セル上の任意の点を測定時ゼロ点ＰＯとし、ステージＳＴを移動させることによって固定位置にあるレーザー形状測定装置ＬＳとセパレータ付き単セルとの相対位置を変化させつつ、セパレータ付き単セルとレーザー形状測定装置ＬＳとの間の距離を測定する。図１０には、このときの測定結果を示す曲線（変換前曲線ＲＣ）の一例が示されている。

【0060】

その後、図１０に示す変換前曲線ＲＣにおけるセパレータ１２０の位置に対応する部分から、２つの変曲点ＩＰを抽出し、所定の補正計算式を当てはめることによって、図１１に示す２つの変曲点ＩＰが距離ゼロの点に変換された曲線（変換後曲線ＴＣ）を得る。変換後曲線ＴＣにおける２つの変曲点ＩＰに挟まれた部分から、Ｚ方向の距離（すなわち高さ）が最も大きい点ＸＰを抽出し、点ＸＰにおける高さを連結部高さＨとする。

【0061】

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

【0062】

上記実施形態では、第１の平坦部１２６と第２の平坦部１２７との配列方向における位置は互いに略同一であるとしているが、第１の平坦部１２６と第２の平坦部１２７との配列方向における位置が互いに異なるとしてもよい。

【0063】

また、上記実施形態では、連結部１２８は、第１の平坦部１２６および第２の平坦部１２７の位置から燃料室１７６側（下側）に突出するように湾曲した断面形状を有する構成であるが、連結部１２８は、配列方向における位置が第１の平坦部１２６および第２の平坦部１２７とは異なる部分を含む構成であれば、上記構成に限られない。例えば、連結部１２８が、第１の平坦部１２６および第２の平坦部１２７の位置から空気室１６６側（上側）に突出するように湾曲した断面形状を有する構成であってもよい。また、第１の平坦部１２６と第２の平坦部１２７とが共に面方向に略平行であるが、配列方向における位置が互いに異なり、連結部１２８が、第１の平坦部１２６と第２の平坦部１２７とを直線的または曲線的に連結するような構成であってもよい。

【0064】

また、上記実施形態では、プレス加工によりセパレータ１２０に連結部１２８を形成するとしているが、他の方法（例えば切削）によって連結部１２８を形成するとしてもよい。

【0065】

また、上記実施形態では、接合部１２４は、セパレータ１２０と単セル１１０とが対向する領域から空気室１６６側にはみ出すように形成されており、ガラスシール部１２５は、接合部１２４における上記はみ出した箇所に接するように、かつ、セパレータ１２０における単セル１１０に対向する側とは反対側（上側）の表面を覆うように形成されており、ガラスシール部１２５と接合部１２４とがセパレータ１２０を挟んで配列方向に互いに対向しているが、必ずしもそのような構成である必要は無い。例えば、ガラスシール部１２５が接合部１２４に接している必要は無い。また、ガラスシール部１２５がセパレータ１２０における単セル１１０に対向する側とは反対側（上側）の表面を覆っていなくてもよい。また、接合部１２４がセパレータ１２０と単セル１１０とが対向する領域の一部のみに形成されていてもよい。そのような構成において、ガラスシール部１２５が、セパレータ１２０と単セル１１０とが対向する領域内に侵入していてもよい。

【0066】

また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の個数は、あくまで一例であり、発電単位１０２の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。

【0067】

また、上記実施形態では、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間の空間を各マニホールドとして利用しているが、これに代えて、各ボルト２２の軸部に軸方向の孔を形成し、その孔を各マニホールドとして利用してもよい。また、各マニホールドを各ボルト２２が挿入される各連通孔１０８とは別に設けてもよい。

【0068】

また、上記実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合には、１つのインターコネクタ１５０が隣接する２つの発電単位１０２に共有されるとしているが、このような場合でも、２つの発電単位１０２がそれぞれのインターコネクタ１５０を備えてもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２の上側のインターコネクタ１５０や、最も下に位置する発電単位１０２の下側のインターコネクタ１５０は省略されているが、これらのインターコネクタ１５０を省略せずに設けてもよい。

【0069】

また、上記実施形態において、燃料極側集電体１４４は、空気極側集電体１３４と同様の構成であってもよく、燃料極側集電体１４４と隣接するインターコネクタ１５０とが一体部材であってもよい。また、空気極側フレーム１３０ではなく燃料極側フレーム１４０が絶縁体であってもよい。また、空気極側フレーム１３０や燃料極側フレーム１４０は、多層構成であってもよい。

【0070】

また、上記実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。

【0071】

また、上記実施形態において、都市ガスを改質して水素リッチな燃料ガスＦＧを得るとしているが、ＬＰガスや灯油、メタノール、ガソリン等の他の原料から燃料ガスＦＧを得るとしてもよいし、燃料ガスＦＧとして純水素を利用してもよい。

【0072】

本明細書において、部材（または部材のある部分、以下同様）Ａを挟んで部材Ｂと部材Ｃとが互いに対向するとは、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとが隣接する形態に限定されず、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとの間に他の構成要素が介在する形態を含む。例えば、電解質層１１２と空気極１１４との間に他の層が設けられた構成であっても、空気極１１４と燃料極１１６とは電解質層１１２を挟んで互いに対向すると言える。

【0073】

また、上記実施形態（または変形例、以下同様）では、燃料電池スタック１００に含まれるすべての発電単位１０２について、セパレータ１２０が、面方向に略平行な第１の平坦部１２６および第２の平坦部１２７と、配列方向における位置が第１の平坦部１２６および第２の平坦部１２７とは異なる部分を含み、第１の平坦部１２６と第２の平坦部１２７とを連結する連結部１２８とを備える構成であるとしているが、燃料電池スタック１００に含まれる少なくとも１つの発電単位１０２について、そのような構成となっていれば、当該発電単位１０２におけるガラスシール部１２５や電解質層１１２にクラックが発生することを抑制することができる。

【0074】

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（ＳＯＥＣ）の最小単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１４−２０７１２０号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極１１４がプラス（陽極）で燃料極１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔１０８を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室１７６で水素ガスが発生し、連通孔１０８を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様に、セパレータ１２０が、面方向に略平行な第１の平坦部１２６および第２の平坦部１２７と、配列方向における位置が第１の平坦部１２６および第２の平坦部１２７とは異なる部分を含み、第１の平坦部１２６と第２の平坦部１２７とを連結する連結部１２８とを備える構成を採用すれば、ガラスシール部１２５や電解質層１１２にクラックが発生することを抑制することができる。

【0075】

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本願発明は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池（または電解セル）にも適用可能である。

【符号の説明】

【0076】

２２：ボルト ２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 １００：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０４：エンドプレート １０６：エンドプレート １０８：連通孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０：セパレータ １２１：孔 １２２：貫通孔周囲部 １２４：接合部 １２５：ガラスシール部 １２６：第１の平坦部 １２７：第２の平坦部 １２８：連結部 １３０：空気極側フレーム １３１：孔 １３２：酸化剤ガス供給連通孔 １３３：酸化剤ガス排出連通孔 １３４：空気極側集電体 １３５：集電体要素 １４０：燃料極側フレーム １４１：孔 １４２：燃料ガス供給連通孔 １４３：燃料ガス排出連通孔 １４４：燃料極側集電体 １４５：電極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４７：連接部 １４９：スペーサー １５０：インターコネクタ １６１：酸化剤ガス導入マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス導入マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】