特許 6487600 燃料電池セル

(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】6487600

(24)【登録日】2019年3月1日

(45)【発行日】2019年3月20日

(54)【発明の名称】燃料電池セル

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/86 20060101AFI20190311BHJP

   H01M 8/0247 20160101ALI20190311BHJP

   H01M 8/1213 20160101ALI20190311BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20190311BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/86 U

   H01M8/0247

   H01M8/1213

   !H01M8/12 101

   !H01M8/12 102C

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-228873(P2018-228873)

(22)【出願日】2018年12月6日

【審査請求日】2018年12月6日

(31)【優先権主張番号】特願2017-238729(P2017-238729)

(32)【優先日】2017年12月13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】前川 友理

(72)【発明者】

【氏名】藤崎 真司

(72)【発明者】

【氏名】龍 崇

(72)【発明者】

【氏名】大森 誠

【審査官】 守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０９９３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５２７６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４３７５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ４／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持基板と
前記支持基板上に配置される発電素子部と、
を備え、
前記発電素子部は、前記支持基板側から順に、内側電極、電解質、及び外側電極を有し、
前記外側電極は、外側電極活性部と、外周縁部の少なくとも一部を除いて前記外側電極活性部を覆うように配置される外側電極集電部と、を有し、
前記外側電極活性部は、露出した前記外周縁部において、前記電解質に向かって延びるガス供給用凹部を有する、
燃料電池セル。

【請求項2】

前記ガス供給用凹部は、前記外側電極活性部上に形成された切込みである、
請求項1に記載の燃料電池セル。

【請求項3】

前記ガス供給用凹部は、前記外側電極活性部と前記外側電極集電部との境界部に配置される、
請求項1又は２に記載の燃料電池セル。

【請求項4】

前記ガス供給用凹部は、前記外側電極活性部と前記外側電極集電部との境界部に沿って前記支持基板の幅方向に延びる、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池セル。

【請求項5】

前記ガス供給用凹部は、前記外側電極活性部と前記外側電極集電部との境界部に沿って前記支持基板の長手方向に延びる、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池セル。

【請求項6】

前記外側電極集電部は、前記外側電極活性部よりも厚い、
請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池セル。

【請求項7】

前記外側電極活性部は、複数の前記ガス供給用凹部を有し、
前記各ガス供給用凹部は、互いに間隔をあけて配列する、
請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池セル。

【請求項8】

前記各ガス供給用凹部は、前記支持基板の幅方向に沿って配列する、
請求項７に記載の燃料電池セル。

【請求項9】

前記各ガス供給用凹部は、前記支持基板の長手方向に沿って配列する、
請求項７に記載の燃料電池セル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池セルに関するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料電池セルは、支持基板、及び発電素子部を有している（例えば特許文献１参照）。発電素子部は、支持基板上に支持されている。発電素子部は、燃料極、電解質、及び空気極を有している。空気極は、空気極活性層と、空気極集電層とを有している。空気極集電層は、空気極活性層を覆うように配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−６４９６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような構成の燃料電池セルでは、空気極集電層は、電流経路の断面積を大きくするために、空気極活性層よりも厚く形成されていることが好ましい。しかし、空気極集電層を厚くすると、空気極活性層への空気の供給量が不足するおそれがある。

【0005】

本発明の課題は、外側電極活性部へのガスの供給量を確保することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、支持基板上に配置される発電素子部と、を備えている。発電素子部は、支持基板側から順に、内側電極、電解質、及び外側電極を有する。外側電極は、外側電極活性部と、外側電極集電部とを有する。外側電極集電部は、外側電極活性部の外周縁部の少なくとも一部を除いて外側電極活性部を覆うように配置される。外側電極活性部は、露出した外周縁部において、電解質に向かって延びるガス供給用凹部を有する。

【0007】

この構成によれば、ガス供給用凹部から外側電極活性部内にガスを十分に供給することができる。この結果、外側電極集電部に覆われた外側電極活性部へのガスの供給量を確保することができる。

【0008】

好ましくは、ガス供給用凹部は、外側電極活性部上に形成された切込みである。

【0009】

好ましくは、ガス供給用凹部は、外側電極活性部と外側電極集電部との境界部に配置される。この構成によれば、外側電極活性部の外側電極集電部に覆われた部分へのガスの供給量をより確実に確保することができる。

【0010】

好ましくは、ガス供給用凹部は、外側電極活性部と外側電極集電部との境界部に沿って支持基板の幅方向に延びる。

【0011】

好ましくは、ガス供給用凹部は、外側電極活性部と前記外側電極集電部との境界部に沿って支持基板の長手方向に延びる。

【0012】

好ましくは、外側電極集電部は、外側電極活性部よりも厚い。

【0013】

好ましくは、外側電極活性部は、複数のガス供給用凹部を有する。各ガス供給用凹部は、互いに間隔をあけて配列する。

【0014】

好ましくは、各ガス供給用凹部は、支持基板の幅方向に沿って配列する。

【0015】

好ましくは、各ガス供給用凹部は、支持基板の長手方向に沿って配列する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、外側電極活性部へのガスの供給量を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】セルスタック装置の斜視図。

【図2】セルスタック装置の断面図。

【図3】燃料マニホールドの斜視図。

【図4】燃料電池セルの斜視図。

【図5】燃料電池セルの断面図。

【図6】燃料電池セルの平面図。

【図7】燃料電池セルの拡大断面図。

【図8】燃料電池セルの断面図。

【図9】燃料電池セルの断面図。

【図10】変形例に係る燃料電池セルの平面図。

【図11】変形例に係る燃料電池セルの平面図。

【図12】変形例に係る燃料電池セルの平面図。

【図13】変形例に係る燃料電池セルの平面図。

【図14】変形例に係る燃料電池セルの平面図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係る燃料電池セルを用いた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、以下の説明において、特に断りのない限り、長手方向は支持基板の長手方向を意味し、幅方向は支持基板の幅方向を意味する。

【0019】

図１及び図２に示すように、セルスタック装置１００は、燃料マニホールド２００と、複数の燃料電池セル３０１と、を備えている。

【0020】

［燃料マニホールド］
図３に示すように、燃料マニホールド２００は、燃料ガスを各燃料電池セル３０１に分配するように構成されている。燃料マニホールド２００は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド２００の内部空間には、導入管２０１を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド２００は、互いに間隔をあけて並ぶ複数の貫通孔２０２を有している。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の天板２０３に形成されている。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の内部空間と外部とを連通する。

【0021】

［燃料電池セル］
図２に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００から延びている。詳細には、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００の天板２０３から上方（ｘ軸方向）に延びている。すなわち、各燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）は、上方に延びている。

【0022】

各燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）の長さは、１００〜３００ｍｍ程度とすることができる。また、各燃料電池セル３０１は、燃料電池セル３０１の厚さ方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。この燃料電池セル３０１同士の間隔は、１〜５ｍｍ程度とすることができる。

【0023】

図４及び図５に示すように、燃料電池セル３０１は、複数の発電素子部１０と、支持基板２０と、複数のインターコネクタ３１と、を備えている。

【0024】

［支持基板］
支持基板２０は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びる複数のガス流路２１を内部に有している。各ガス流路２１は、互いに実質的に平行に延びている。支持基板２０は、第１主面２２ａと、第２主面２２ｂと、複数の凹部２３と、桟部２４とを有している。第２主面２２ｂは、第１主面２２ａと反対側の面である。第２主面２２ｂ、および第２主面２２ｂ上の構成は、第１主面２２ａ、及び第１主面２２ａ上の構成と実質的に同じであるため、その詳細な説明を省略する。

【0025】

各凹部２３は、第１主面２２ａに形成されている。各凹部２３は、支持基板２０の長手方向（ｘ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、各凹部２３は、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）の両端部には形成されていない。

【0026】

桟部２４は、一対の凹部２３の間に配置される。このため、支持基板２０の長手方向において、凹部２３と桟部２４とが交互に配置される。

【0027】

支持基板２０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２０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２０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２０の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。

【0028】

［発電素子部］
各発電素子部１０は、支持基板２０の第１主面２２ａ上に支持されている。各発電素子部１０は、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。各発電素子部１０は、支持基板２０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３０１は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。

【0029】

長手方向に隣り合う発電素子部１０は、インターコネクタ３１によって互いに電気的に接続されている。なお、特に限定されるものではないが、第１主面２２ａ上に支持される発電素子部１０の数は、５〜１５個程度である。

【0030】

図５に示すように、各発電素子部１０は、燃料極４（内側電極の一例）、電解質５、及び空気極６（外側電極の一例）を有している。支持基板２０側から、燃料極４，電解質５，空気極６の順で支持基板２０上に支持されている。また、各発電素子部１０は、反応防止膜７をさらに有している。反応防止膜７は、電解質５と空気極６との間に配置されている。

【0031】

［燃料極］
燃料極４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４は、燃料極集電部４１と燃料極活性部４２とを有する。各燃料極４は、支持基板２０上に配置されている。各燃料極４は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。

【0032】

［燃料極集電部］
燃料極集電部４１は、凹部２３内に収容されている。詳細には、燃料極集電部４１は、凹部２３内に充填されており、凹部２３と同様の外形を有する。各燃料極集電部４１は、第３主面４１１を有している。

【0033】

燃料極集電部４１の第３主面４１１は、支持基板２０の第１主面２２ａと実質的に同一面上にある。すなわち、支持基板２０の第１主面２２ａと、各燃料極集電部４１の第３主面４１１とによって、一つの面が構成されている。なお、第３主面４１１は、第１主面２２ａと完全に同一面上になくてもよい。例えば、第１主面２２ａと第３主面４１１との間に、２０μｍ以下程度の段差があってもよい。第３主面４１１は平坦面を構成している。第３主面４１１上には、燃料極活性部４２、又はインターコネクタ３１を収容するような凹部は形成されていない。

【0034】

燃料極集電部４１は、電子伝導性を有する。燃料極集電部４１は、燃料極活性部４２よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部４１は、酸化物イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。

【0035】

燃料極集電部４１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４１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４１の厚さ、及び凹部２３の深さは、５０〜５００μｍ程度である。

【0036】

［燃料極活性部］
燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１の第３主面４１１上に配置されている。このため、燃料極活性部４２は、凹部２３から突出している。すなわち、燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１に埋設されていない。燃料極活性部４２の端縁は、第３主面４１１上において、燃料極集電部４１の端縁よりも内側に形成されている。詳細には、燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも平面視（ｚ軸方向視）の面積が小さい。そして、燃料極活性部４２は、第３主面４１１内に収まっている。

【0037】

燃料極活性部４２は、酸化物イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも酸化物イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部４２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸化物イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部４１における、気孔部分を除いた全体積に対する酸化物イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。

【0038】

燃料極活性部４２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４２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４２の厚さは、５〜３０μｍである。

【0039】

［電解質］
電解質５は、燃料極４上に配置される。詳細には、電解質５は、燃料極活性部４２を覆うように配置される。また、電解質５は、支持基板２０上に配置されている。すなわち、電解質５は、桟部２４上に配置されている。電解質５は、燃料極集電部４１の外周縁部上にも配置されている。

【0040】

電解質５は、あるインターコネクタ３１から他のインターコネクタ３１まで支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に延びている。支持基板２０の長手方向において、電解質５とインターコネクタ３１とが交互に配置されている。また、電解質５は、支持基板２０を覆うように配置されている。

【0041】

電解質５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５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５は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。

【0042】

［反応防止膜］
反応防止膜７は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜７は、電解質５と空気極活性部６１との間に配置されている。反応防止膜７は、電解質５内のＹＳＺと空気極活性部６１内のＳｒとが反応して電解質５と空気極活性部６１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７は、電解質５と空気極集電部６２との間にも配置されている。反応防止膜７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７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。なお、反応防止膜７は、電解質５と空気極集電部６２との間にも配置されるように長手方向（ｘ軸方向）に延びていてもよい。

【0043】

［空気極］
空気極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。空気極６は、電解質５を基準に、燃料極４と反対側に配置されている。空気極６は、空気極活性部６１（外側電極活性部の一例）と空気極集電部６２（外側電極集電部の一例）とを有している。

【0044】

［空気極活性部］
空気極活性部６１は、反応防止膜７上に配置されている。空気極活性部６１は、酸化物イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部６１は、空気極集電部６２よりも酸化物イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部６１おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸化物イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部６２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸化物イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。

【0045】

図６に示すように、空気極活性部６１は、外周縁部６１１の少なくとも一部を除いて空気極集電部６２によって覆われている。すなわち、空気極活性部６１は、外周縁部６１１の少なくとも一部が露出している。本実施形態では、空気極活性部６１の外周縁部６１１のうち、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）の両端部、及び支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）の一方の端部が露出している。なお、長手方向又は幅方向において、空気極活性部６１の露出した部分の長さｄは、例えば、０．０２〜２ｍｍ程度である。

【0046】

図６及び図７に示すように、空気極活性部６１は、露出した外周縁部６１１において、複数の空気供給用凹部６１２（ガス供給用凹部の一例）を有している。各空気供給用凹部６１２は、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。

【0047】

空気供給用凹部６１２は、空気極活性部６１と空気極集電部６２との境界部に配置されている。また、空気供給用凹部６１２は、空気極活性部６１と空気極集電部６２との境界部に沿って、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。

【0048】

空気供給用凹部６１２は、電解質５に向かって延びている。本実施形態では、空気供給用凹部６１２は、反応防止膜７に到達していないが、反応防止膜７に到達していてもよい。空気供給用凹部６１２は、空気極活性部を２つに分断しないように形成されている。空気供給用凹部６１２は、切込みとして形成されている。

【0049】

空気供給用凹部６１２の深さは、例えば、０．０１０〜０．１ｍｍ程度とすることができる。空気供給用凹部６１２の深さは、例えば、空気極活性部６１の厚さの１０〜１００％程度である。また、空気供給用凹部６１２の幅方向（ｙ軸方向）の長さは、１０〜１００ｍｍ程度とすることができる。また、平面視（ｚ軸方向視）における空気供給用凹部６１２の開口面積は、０．１〜１０ｍｍ^２程度とすることができる。なお、空気供給用凹部６１２の深さは、空気供給用凹部６１２の任意の点における切断面において画像ソフトなどを用いて測定することができる。また、空気供給用凹部６１２の幅方向の長さ、及び開口面積は、平面視において、画像ソフトなどを用いて測定することができる。

【0050】

空気極活性部６１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、空気極活性部６１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。空気極活性部６１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。空気極活性部６１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

【0051】

［空気極集電部］
空気極集電部６２は、空気極活性部６１上に配置されている。空気極集電部６２は、空気極活性部６１の外周縁部の一部を除いて空気極活性部６１を覆っている。空気極集電部６２は、空気極活性部６１から、隣の発電素子部１０に向かって延びている。詳細には、空気極活性部６１は、隣の発電素子部１０の燃料極集電部４１上に配置されるインターコネクタ３１まで延びている。

【0052】

空気極集電部６２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。空気極集電部６２は、空気極活性部６１よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部６２は、酸化物イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。

【0053】

空気極集電部６２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、空気極集電部６２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、空気極集電部６２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。その他にも、空気極集電部６２は、Ｌａ（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ）Ｏ_３等で構成することができる。空気極集電部６２は、空気極活性部６１上において、空気極活性部６１よりも厚い。例えば、空気極活性部６１上における空気極集電部６２の厚さは、空気極活性部６１の厚さの１００〜２５００％程度である。具体的には、空気極集電部６２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。

【0054】

［インターコネクタ］
図５に示すように、インターコネクタ３１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において隣り合う発電素子部１０を電気的に接続するように構成されている。詳細には、インターコネクタ３１は、一方の発電素子部１０の燃料極集電部４１と、他方の発電素子部１０の空気極集電部６２とを電気的に接続している。

【0055】

インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１の第３主面４１１上に配置されている。すなわち、インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１に埋設されていない。インターコネクタ３１は、第３主面４１１上において、燃料極活性部４２と間隔をあけて配置されている。

【0056】

インターコネクタ３１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３１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３１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３１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

【0057】

［表裏間接続部材］
図４及び図８に示すように、表裏間接続部材８は、第１主面２２ａ上の発電素子部１０と、第２主面２２ｂ上の発電素子部１０とを電気的に直列に接続している。詳細には、表裏間接続部材８は、ガス排出側に配置された第１及び第２主面２２ａ、２２ｂ上の各発電素子部１０を互いに電気的に接続している。なお、ガス排出側に配置された第２主面２２ｂ上の発電素子部１０は、空気極集電部６２を有しておらず、空気極集電部６２の代わりに表裏間接続部材８を有している。そして、表裏間接続部材８は、第２主面２２ｂ上の発電素子部１０の空気極活性部６１と、第１主面２２ａ上の発電素子部１０の燃料極集電部４１上に配置されたインターコネクタ３１とを電気的に接続する。

【0058】

表裏間接続部材８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）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）、或いは、Ｌａ（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ）Ｏ_３等で構成することができる。

【0059】

［集電部材］
以上のように構成された燃料電池セル３０１は、隣り合う燃料電池セル３０１と、集電部材３０２によって電気的に接続されている。図２に示すように、集電部材３０２は、一対の燃料電池セル３０１間に配置されている。そして、集電部材３０２は、厚さ方向（ｚ軸方向）において隣り合う燃料電池セル３０１同士を電気的に接続するよう、導電性を有している。

【0060】

詳細には、集電部材３０２は、燃料電池セル３０１のガス供給側において、隣り合う燃料電池セル３０１同士を接続している。図９に示すように、集電部材３０２は、ガス供給端部側に配置された空気極集電部６２上に配置されている。

【0061】

集電部材３０２は、ブロック状である。例えば、集電部材３０２は、直方体状又は円柱状である。集電部材３０２は、例えば、酸化物セラミックスの焼成体で構成されている。このような酸化物セラミックスとしては、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３、又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４、又は（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｏ_４等が挙げられる。この集電部材３０２は、例えば、可撓性を有していない。

【0062】

集電部材３０２は、第１接合材１０１によって、各燃料電池セル３０１に接合されている。すなわち、第１接合材１０１は、各集電部材３０２と各燃料電池セル３０１とを接合している。第１接合材１０１は、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３等よりなる群から選ばれる少なくとも１種である。

【0063】

図１及び図２に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００に支持されている。詳細には、各燃料電池セル３０１は、第２接合材１０２によって、燃料マニホールド２００の天板２０３に固定されている。各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００の貫通孔２０２に挿入されている。燃料電池セル３０１は、貫通孔２０２に挿入された状態で、第２接合材１０２によって燃料マニホールド２００に固定されている。

【0064】

第２接合材１０２は、例えば、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２接合材１０２の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第２接合材１０２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。

【0065】

［発電方法］
以上のように構成されたセルスタック装置１００は、次のようにして発電する。燃料マニホールド２００を介して各燃料電池セル３０１のガス流路２１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板２０の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝す。

【0066】

以上のように、燃料ガス、及び酸素を含むガスを供給された各発電素子部１０において、電解質５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。このセルスタック装置１００を外部の負荷に接続すると、空気極６において下記（１）式に示す電気化学反応が起こり、燃料極４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）

【0067】

［製造方法］
次に、燃料電池セル３０１の製造方法の一例について説明する。

【0068】

まず、上述した支持基板材料を押出成形することによって、ガス流路２１を有する支持基板２０の成形体を形成する。そして、支持基板２０の成形体の第１及び第２主面２２ａ、２２ｂに、燃料極集電部４１の成形体を収容するための凹部２３を形成する。

【0069】

次に、上述した燃料極集電部材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、支持基板２０の凹部内に燃料極集電部４１の成形体を形成する。

【0070】

次に、上述した燃料極活性部材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、燃料極集電部４１上に燃料極活性部４２の成形体を形成する。

【0071】

次に、上述したインターコネクタ材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、燃料極集電部４１上にインターコネクタ３１の成形体を形成する。

【0072】

次に、上述した電解質材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、燃料極４と支持基板２０の成形体上に電解質５の成形体を形成する。

【0073】

次に、電解質５の成形体上に反応防止層材料をディップ成形することによって、反応防止膜７の成形体を形成する。

【0074】

次に、支持基板２０、燃料極４、インターコネクタ３１、電解質５、及び反応防止膜７それぞれの成形体を共焼成（１３００〜１６００℃、２〜２０時間）する。

【0075】

次に、空気極活性部材料をペースト化して反応防止膜７上にスクリーン印刷することによって、空気極活性部６１の成形体を形成する。

【0076】

次に、空気極集電部材料をペースト化して空気極活性部６１の成形体上にスクリーン印刷することによって、空気極集電部６２の成形体を形成する。

【0077】

次に、空気極活性部６１及び空気極集電部６２の成形体を焼成（９００〜１１００℃、１〜２０時間）する。そして、空気極活性部６１の露出した外周縁部に、空気供給用凹部６１２を形成する。例えば、刃先の厚さ５μｍほどの刃を用いて、空気極活性部６１の露出した外周縁部６１１に切れ込みを入れることによって空気供給用凹部６１２を形成することができる。

【0078】

［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。

【0079】

変形例１
上記実施形態では、各空気極活性部６１は、複数の空気供給用凹部６１２を有しているが、１つの空気供給用凹部６１２のみを有していてもよい。

【0080】

変形例２
上記実施形態では、空気供給用凹部６１２が長手方向の一方の端部に形成されているが、空気供給用凹部６１２が形成される位置はこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、空気供給用凹部６１２は、幅方向の少なくとも一方の端部に形成されていてもよい。また、空気供給用凹部６１２は、長手方向の一方の端部、及び幅方向の両端部の全てに形成されていてもよい。

【0081】

変形例３
上記実施形態では、空気供給用凹部６１２は、空気極活性部６１と空気極集電部６２との境界部に形成されているが、空気供給用凹部６１２の形成される位置はこれに限定されない。例えば、空気供給用凹部６１２は、上記境界部から離れた位置に形成されていてもよい。

【0082】

変形例４
上記実施形態では、空気極活性部６１の外周縁部６１１のうち、幅方向（ｙ軸方向）の両端部と長手方向（ｘ軸方向）の一方の端部が露出しているが、露出される外周縁部６１１はこれに限定されない。例えば、図１１に示すように、長手方向の一方の端部のみが露出していてもよいし、図１２に示すように、幅方向の両端部のみが露出していてもよい。

【0083】

変形例５
上記実施形態では、空気供給用凹部６１２を切込みであるとして説明したが、空気供給用凹部６１２は切込みに限定されない。例えば、空気供給用凹部６１２は、ドリルなどによって形成された穴であってもよい。

【0084】

変形例６
上記実施形態では、内側電極を燃料極４とし、外側電極を空気極６としたが、内側電極を空気極６とし、外側電極を燃料極４としてもよい。

【0085】

変形例７
上記実施形態では、支持基板２０の凹部２３内に燃料極集電部４１が収容されているが、燃料電池セル３０１の構成はこれに限定されない。例えば、支持基板２０は凹部２３を有していなくてもよい。この場合、燃料極集電部４１は、支持基板２０の第１主面２２ａ上に配置される。

【0086】

変形例８
上記実施形態では、空気極活性部６１は、空気極集電部６２よりも酸化物イオン伝導性を有する物質の含有率が大きいが、空気極６の構成はこれに限定されない。例えば、空気極活性部６１と空気極集電部６２とは、酸化物イオン伝導性を有する物質の含有率が同じであってもよい。例えば、空気極活性部６１及び空気極集電部６２は、酸化物イオン伝導性を有する材料のみから構成されていてもよい。

【0087】

変形例９
上記実施形態では、各空気供給用凹部６１２は、幅方向（ｙ軸方向）に沿って配列されているが、これに限定されない。例えば、図１３に示すように、各空気供給用凹部６１２は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って配列されていてもよい。各空気供給用凹部６１２は、互いに間隔をあけて配置されている。また、図１４に示すように、各空気供給用凹部６１２は、支持基板２０の幅方向に配列されるとともに、長手方向にも配列されていてもよい。

【符号の説明】

【0088】

４ 燃料極
５ 電解質
６ 空気極
６１ 空気極活性部
６１１ 外周縁部
６１２ 空気供給用凹部
６２ 空気極集電部
１０ 発電素子部
２０ 支持基板

【要約】

【課題】外側電極活性部へのガスの供給量を確保する。
【解決手段】燃料電池セル３０１は、支持基板２０と、支持基板２０上に配置される発電素子部１０と、を備えている。発電素子部１０は、支持基板２０側から順に、内側電極４、電解質５、及び外側電極６を有する。外側電極６は、外側電極活性部６１と、外側電極集電部６２とを有する。外側電極集電部６２は、外側電極活性部６１の外周縁部６１１の少なくとも一部を除いて外側電極活性部６１を覆うように配置される。外側電極活性部６１は、露出した外周縁部６１１において、電解質５に向かって延びるガス供給用凹部６１２を有する。
【選択図】図７

【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】