特開 2022-188971 電気化学反応単セルおよび電気化学反応セルスタック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022188971

(43)【公開日】2022-12-22

(54)【発明の名称】電気化学反応単セルおよび電気化学反応セルスタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/1213 20160101AFI20221215BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20221215BHJP

【ＦＩ】

H01M8/1213

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021097284

(22)【出願日】2021-06-10

(71)【出願人】

【識別番号】519322392

【氏名又は名称】森村ＳＯＦＣテクノロジー株式会社

(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】竹内 瑞絵

(72)【発明者】

【氏名】石田 暁

(72)【発明者】

【氏名】小野 達也

(72)【発明者】

【氏名】柿沼 保夫

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA06

5H126BB06

5H126DD05

5H126EE11

5H126JJ03

(57)【要約】

【課題】電解質層と、それに隣接する層（例えば空気極や中間層）との界面において特定箇所に応力が集中することを抑制すること。
【解決手段】電気化学反応単セルは、電解質層と、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、を備える。電気化学反応単セルにおいて、第１の方向に沿った少なくとも１つの断面である特定断面で見たときに、電解質層のうち、空気極側の界面において、互いに隣り合う２つの粒界点の間に位置する粒子の表面は、隣り合う２つの粒界点を結ぶ仮想直線に対して当該仮想直線と直交する方向に±０．２μｍ以下の範囲内に位置する。
【選択図】図６

【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、を備える電気化学反応単セルにおいて、
前記第１の方向に沿った少なくとも１つの断面である特定断面で見たときに、前記電解質層のうち、前記空気極側の界面において、互いに隣り合う２つの粒界点の間に位置する粒子の表面は、前記隣り合う２つの粒界点を結ぶ仮想直線に対して当該仮想直線と直交する方向に±０．２μｍ以下の範囲内に位置する、
ことを特徴とする電気化学反応単セル。

【請求項2】

請求項１に記載の電気化学反応単セルにおいて、
前記特定断面で見たときに、前記電解質層のうち、前記燃料極側の界面の少なくとも一部において、互いに隣り合う２つの粒界点の間に位置する粒子の表面は、前記隣り合う２つの粒界点を結ぶ仮想直線に対して当該仮想直線と直交する方向に±０．２μｍ以下の範囲外に位置する、
ことを特徴とする電気化学反応単セル。

【請求項3】

複数の電気化学反応単セルを備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単セルの少なくとも１つは、請求項１または請求項２に記載の電気化学反応単セルである、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

【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、電気化学反応単セルに関する。

【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」という）が知られている。ＳＯＦＣの最小構成単位である燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という）は、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第１の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。

【0003】

電解質層は、複数の電解質粒子と、それらの複数の電解質粒子の間に存在する粒界とを有している。従来、電解質層のうち、第１の方向に沿った断面における粒界の数に基づき、電解質層の高い曲げ強度と高いイオン伝導性とを両立させようとした技術が知られている（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２０１７－１９９６０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

単セルでは、電解質層と、それに空気極側において隣接する層（例えば空気極や中間層）との熱膨張差に起因して電解質層に応力が生じ、その結果、例えば電解質層と隣接する層との剥離や電解質層の損傷（例えばクラックの発生および進展）などが生じることがある。従来、電解質層への応力集中の抑制と、電解質層における粒界との関係について検討されていなかった。

【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」という。）の構成単位である電解単セルにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼ぶ。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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。

【0008】

（１）本明細書に開示される電気化学反応単セルは、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、を備える電気化学反応単セルにおいて、前記第１の方向に沿った少なくとも１つの断面である特定断面で見たときに、前記電解質層のうち、前記空気極側の界面において、互いに隣り合う２つの粒界点の間に位置する粒子の表面は、前記隣り合う２つの粒界点を結ぶ仮想直線に対して当該仮想直線と直交する方向に±０．２μｍ以下の範囲内に位置する。本電気化学反応単セルによれば、２つの粒界点同士の間に位置する粒子の表面の凹凸が所定の範囲を超える構成に比べて、電解質層と、それに隣接する層（例えば空気極や中間層）との界面において特定箇所に応力が集中することを抑制することができる。

【0009】

（２）上記電気化学反応単セルにおいて、前記特定断面で見たときに、前記電解質層のうち、前記燃料極側の界面の少なくとも一部において、互いに隣り合う２つの粒界点の間に位置する粒子の表面は、前記隣り合う２つの粒界点を結ぶ仮想直線に対して当該仮想直線と直交する方向に±０．２μｍ以下の範囲外に位置する構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、電解質層の空気極側の界面では応力集中を抑制しつつ、燃料極側の界面では電解質層と燃料極との接触面積の増大により、燃料極から電解質層への燃料ガスの拡散性の向上を図ることができる。特に、電解質層と燃料極とが共通の成分（例えば、共通の酸素イオン伝導性酸化物）を含む場合には、電解質層と燃料極との間の熱膨張差を小さくすることができるため、電解質層の燃料極側の界面における粒子の凹凸を大きくしたとしても、電解質層と燃料極との界面の特定箇所に応力が集中することを抑制することができる。

【0010】

（３）複数の電気化学反応単セルを備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記複数の電気化学反応単セルの少なくとも１つは、（１）または（２）の電気化学反応単セルである構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、電解質層と、それに隣接する層との界面において特定箇所に応力が集中することを抑制することができる。

【0011】

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、電気化学反応単セル（燃料電池単セルまたは電解単セル）、電気化学反応単セルを有する電気化学反応単位を複数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】

【0012】

【図1】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

【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

【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

【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

【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

【図6】図４における単セル１１０のＸ１部分の断面構成を示す説明図

【図7】図６における単セル１１０のＸ２部分の断面構成を示す説明図

【図8】図６における単セル１１０のＸ３部分の断面構成を示す説明図

【図9】性能評価結果を示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。なお、上下方向は、特許請求の範囲における第１の方向の一例である。

【0014】

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）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。

【0015】

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軸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。

【0016】

各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿通されており、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。

【0017】

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軸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が挿通された連通孔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が挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガス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。

【0018】

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軸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が挿通された連通孔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が挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガス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。

【0019】

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。

【0020】

（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、Ｚ軸方向視で略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。

【0021】

（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。

【0022】

図４および図５に示すように、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軸方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。

【0023】

インターコネクタ１５０は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状の導電性部材であり、Ｃｒを含む材料、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）。

【0024】

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２に対して上側に配置された空気極（カソード)１１４と、電解質層１１２に対して下側に配置された燃料極（アノード)１１６と、電解質層１１２と空気極１１４との間に配置された中間層１８０とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６によって単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、空気極１１４、中間層１８０）を支持する燃料極支持形の単セルである。

【0025】

電解質層１１２は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な（気孔率が低い）層である。電解質層１１２は、固体酸化物（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）、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア））を含んでいる。このように、本実施形態の単セル１１０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。

【0026】

空気極１１４は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、気孔率が電解質層１１２の気孔率よりも高い多孔質な層である。空気極１１４は、ＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト型酸化物（例えば、ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物（ＬＳＣＦ）、ランタンストロンチウム鉄酸化物（ＬＳＦ）、ランタンストロンチウムコバルト酸化物（ＬＳＣ）、ランタンストロンチウムマンガン酸化物（ＬＳＭ）、ランタンニッケル鉄酸化物（ＬＮＦ）等）を含有している。

【0027】

燃料極１１６は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、気孔率が電解質層１１２の気孔率よりも高い多孔質な層である。なお図示しないが、本実施形態では、燃料極１１６は、燃料極１１６における下方側の表面を構成する基板層と、基板層と電解質層１１２との間に位置する機能層とを備える。燃料極１１６の機能層は、主として、電解質層１１２から供給される酸素イオンと燃料ガスＦＧに含まれる水素等とを反応させて、電子と水蒸気とを生成する機能を発揮する層であり、電子伝導性物質であるＮｉと、酸素イオン伝導性酸化物（例えば、ＹＳＺ）とを含んでいる。また、燃料極１１６の基板層は、主として、機能層と電解質層１１２と空気極１１４とを支持する機能を発揮する層であり、電子伝導性物質であるＮｉと、酸素イオン伝導性酸化物（例えば、ＹＳＺ）とを含んでいる。

【0028】

中間層（反応防止層）１８０は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状部材である。中間層１８０は、例えば、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）、ＬＤＣ（ランタンドープセリア）、ＹＤＣ（イットリウムドープセリア）等のイオン伝導性を有する固体酸化物により形成されている。

【0029】

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、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、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部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、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。

【0030】

空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔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。

【0031】

燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔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。

【0032】

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ており、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している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において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を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）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（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。

【0033】

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、複数の略四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、Ｃｒを含む材料、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している。ただし、上述したように、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を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電体１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。空気極１１４と空気極側集電体１３４との間に、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。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構成されてもよい。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

Ａ－３．電解質層１１２の界面の詳細構成：
次に、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する単セル１１０における電解質層１１２の界面の詳細構成について説明する。図６は、図４における単セル１１０のＸ１部分の断面構成を示す説明図である。図６には、単セル１１０のうち、互いに上下方向に隣接して配置された中間層１８０と電解質層１１２と燃料極１１６とを含む部分について、上下方向に沿ったＸＺ断面構成が示されている。図６は、例えば、Ｘ１部分について、上下方向に沿った断面が写ったＦＩＢ－ＳＥＭ（加速電圧 １．０ｋＶ）におけるＳＥＭ画像（例えば５０００倍）を模式的に示したものである。

【0038】

図６には、電解質層１１２のうち、中間層１８０（空気極１１４）側の第１の界面Ｍ１（電解質層１１２と中間層１８０との界面）付近の構成と、電解質層１１２のうち、燃料極１１６側の第２の界面Ｍ２（電解質層１１２と燃料極１１６との界面）付近の構成とが示されている。なお、図６に示された単セル１１０のＸＺ断面は、特許請求の範囲における特定断面の一例である。以下、電解質層１１２のうち、第１の界面Ｍ１付近の構成と、第２の界面Ｍ２付近の構成とに分けて説明する。

【0039】

（第１の界面Ｍ１付近の構成）
図７は、図６における単セル１１０のＸ２部分の断面構成を示す説明図である。図７には、電解質層１１２のうち、第１の界面Ｍ１付近の構成が示されている。なお、図７では、後述する仮想直線Ｌ等を見やすくするため、各層の断面ハッチングが省略されている。

【0040】

図７に示すように、単セル１１０のＸＺ断面で見たときに、電解質層１１２を構成する粒子Ｒのうち、第１の界面Ｍ１を構成する粒子Ｒ（以下、「第１の粒子Ｒ１」という）は、次の第１の表面条件を満たしている。
第１の表面条件：互いに隣り合う２つの粒界点Ｐの間に位置する第１の粒子Ｒ１の表面は、該隣り合う２つの粒界点Ｐを結ぶ仮想直線Ｌに対して上下方向に±所定距離以下の範囲内に位置する。

【0041】

具体的には、全ての第１の粒子Ｒ１の表面の輪郭線（第１の界面Ｍ１を構成する輪郭線）は、仮想直線Ｌに対して上下方向に±所定距離以下の範囲内に位置する。ここで、粒界点Ｐは、互いに隣り合う第１の粒子Ｒ１同士の間に存在する粒界と第１の界面Ｍ１との交点である。仮想直線Ｌは、互いに隣り合う２つの粒界点Ｐ同士を結ぶ線である。上限仮想直線ＬＵは、仮想直線Ｌに平行であり、かつ、仮想直線Ｌに対して上方向（Ｚ軸正側方向）に所定距離だけ離間した直線である。下限仮想直線ＬＤは、仮想直線Ｌに平行であり、かつ、仮想直線Ｌに対して下方向（Ｚ軸負側方向）に所定距離だけ離間した直線である。所定距離は、０．２μｍ以下でもよいし、０．１５μｍ以下でもよいし、０．１μｍ以下でもよい。

【0042】

図７の例では、第１の界面Ｍ１を構成する全ての第１の粒子Ｒ１について、上記第１の表面条件が満たされている。例えば、２つの粒界点Ｐ１，Ｐ２の間に位置する第１の粒子Ｒ１の表面の輪郭線は、仮想直線Ｌ１に対して±所定距離以下の範囲内に位置している。２つの粒界点Ｐ２，Ｐ３の間に位置する第１の粒子Ｒ１の表面の輪郭線は、仮想直線Ｌ２に対して±所定距離以下の範囲内に位置している。２つの粒界点Ｐ３，Ｐ４の間に位置する第１の粒子Ｒ１の表面の輪郭線は、仮想直線Ｌ３に対して±所定距離以下の範囲内に位置している。２つの粒界点Ｐ４，Ｐ５の間に位置する第１の粒子Ｒ１の表面の輪郭線は、仮想直線Ｌ４に対して±所定距離以下の範囲内に位置している。

【0043】

（第２の界面Ｍ２付近の構成）
図８は、図６における単セル１１０のＸ３部分の断面構成を示す説明図である。図８には、電解質層１１２のうち、第２の界面Ｍ２付近の構成が示されている。なお、図８では、後述する仮想直線Ｎ等を見やすくするため、各層の断面ハッチングが省略されている。

【0044】

図８に示すように、単セル１１０のＸＺ断面で見たときに、電解質層１１２を構成する粒子Ｒのうち、第２の界面Ｍ２を構成する粒子Ｒ（以下、「第２の粒子Ｒ２」という）は、次の第２の表面条件を満たしている。
第２の表面条件：互いに隣り合う２つの粒界点Ｑの間に位置する第２の粒子Ｒ２の表面は、該隣り合う２つの粒界点Ｑを結ぶ仮想直線Ｎに対して上下方向に±所定距離以下の範囲外に位置する。なお、所定距離は、上記第１の表面条件における所定距離と同じである。

【0045】

具体的には、少なくとも一部の第２の粒子Ｒ２の表面の輪郭線（第２の界面Ｍ２を構成する輪郭線）は、仮想直線Ｎに対して上下方向に±所定距離以下の範囲外に位置する。ここで、粒界点Ｑは、互いに隣り合う第２の粒子Ｒ２同士の間に存在する粒界と第２の界面Ｍ２との交点である。仮想直線Ｎは、互いに隣り合う２つの粒界点Ｑ同士を結ぶ線である。上限仮想直線ＮＵは、仮想直線Ｎに平行であり、かつ、仮想直線Ｎに対して上方向（Ｚ軸正側方向）に所定距離だけ離間した直線である。下限仮想直線ＮＤは、仮想直線Ｎに平行であり、かつ、仮想直線Ｎに対して下方向（Ｚ軸負側方向）に所定距離だけ離間した直線である。

【0046】

図８の例では、第２の界面Ｍ２を構成する一部の第２の粒子Ｒ２について、上記第２の表面条件が満たされている。例えば、２つの粒界点Ｑ１，Ｑ２の間に位置する第２の粒子Ｒ２の表面の輪郭線は、仮想直線Ｎ１に対して±所定距離以下の範囲外に位置している。２つの粒界点Ｑ２，Ｑ３の間に位置する第２の粒子Ｒ２の表面の輪郭線は、仮想直線Ｎ２に対して±所定距離以下の範囲外に位置している。２つの粒界点Ｑ３，Ｑ４の間に位置する第２の粒子Ｒ２の表面の輪郭線は、仮想直線Ｎ３に対して±所定距離以下の範囲内に位置している。２つの粒界点Ｑ４，Ｑ５の間に位置する第２の粒子Ｒ２の表面の輪郭線は、仮想直線Ｌ４に対して±所定距離以下の範囲外に位置している。

【0047】

電解質層１１２の厚みは、３μｍ以上、２０μｍ以下であることが好ましい。電解質層１１２の厚みを３μｍ以上とすることによって電解質層１１２の十分な強度を確保でき、電解質層１１２の厚みを２０μｍ以下とすることによって単セル１１０の優れた初期性能が得られる。

【0048】

Ａ－４．燃料電池スタック１００の製造方法：
本実施形態の燃料電池スタック１００の製造方法は、例えば以下の通りである。

【0049】

（電解質層１１２と燃料極１１６との積層体の形成）
ＹＳＺ粉末に対して、ブチラール樹脂と、可塑剤であるフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）と、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合して、スラリーを調製する。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さ（例えば約６μｍ）の電解質層用グリーンシートを得る。また、ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との混合粉末に対して、造孔材である有機ビーズと、ブチラール樹脂と、可塑剤であるＤＯＰと、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合して、スラリーを調製する。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さ（例えば約４００μｍ）の燃料極基板層用グリーンシートを得る。また、ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との混合粉末に対して、ブチラール樹脂と、可塑剤であるＤＯＰと、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合して、スラリーを調製する。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さ（例えば約１１μｍ）の燃料極機能層用グリーンシートを得る。各グリーンシートを貼り付けて圧着することにより、燃料極基板層用グリーンシートと燃料極機能層用グリーンシートと電解質層用グリーンシートとがこの順で積層された成形体を得る。

【0050】

ここで、後述するように、燃料極基板層用グリーンシートと燃料極機能層用グリーンシートと電解質層用グリーンシートとを圧着する際の圧力（以下、「圧着圧力」という）と、温度（以下、「圧着温度」という）と、圧力を付与した時間（以下「圧着時間」という）との少なくとも１つを調整することにより、上記第１の表面条件および第２の表面条件を満たす単セル１１０を作製することが可能になる。また、燃料極基板層用グリーンシートと燃料極機能層用グリーンシートと電解質層用グリーンシートとを圧着する際、金属体（図示しない）の平面を、電解質層用グリーンシート側から押し付ける。これにより、上述したように、電解質層１１２のうち、第１の界面Ｍ１側の表面が平坦状となり、第１の表面条件を満たし、第２の界面Ｍ２側の表面が第２の表面条件を満たすようになる。

【0051】

次に、上記成形体を、所定の温度（例えば約２８０℃）で脱脂した後、所定の温度（例えば約１３５０℃）で所定の時間（例えば約１時間）焼成を行う。これにより、電解質層１１２と燃料極１１６との積層体を得る。

【0052】

（中間層１８０の形成）
ＧＤＣ粉末に、有機バインダとしてのポリビニルアルコールと、有機溶媒としてのブチルカルビトールとを加えて混合し、粘度を調整して中間層用ペーストを調製する。得られた中間層用ペーストを、上述した積層体における電解質層１１２の表面に、例えばスクリーン印刷によって塗布し、所定の温度（例えば１２００℃）で焼成を行う。これにより、中間層１８０が形成され、中間層１８０と電解質層１１２と燃料極１１６との積層体を得る。

【0053】

（空気極１１４の形成）
ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ）の粉末と硫酸塩（例えばＳｒＳＯ_４）の粉末との混合粉末を準備し、該混合粉末に対し、有機バインダとしてのポリビニルアルコールと、有機溶媒としてのブチルカルビトールとを加えて混合し、粘度を調整することにより、空気極用ペーストを調製する。得られた空気極用ペーストを、上述した中間層１８０と電解質層１１２と燃料極１１６との積層体における中間層１８０の表面に、例えばスクリーン印刷によって塗布して乾燥させ、空気極用ペーストが塗布された積層体を所定の温度（例えば約１１００℃）で焼成する。これにより、空気極１１４が形成され、燃料極１１６と電解質層１１２と中間層１８０と空気極１１４とを備える単セル１１０が作製される。

【0054】

上述した方法に従い複数の単セル１１０を作製した後、組み立て工程（例えば、各単セル１１０にセパレータ１２０等の他の部材を取り付ける工程、複数の単セル１１０を積層する工程、ボルト２２により締結する工程等）を行う。以上により、燃料電池スタック１００の製造が完了する。

【0055】

Ａ－５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを備える。さらに、空気極１１４と燃料極１１６との間には中間層１８０が形成されている。

【0056】

ここで、本発明者は、鋭意研究を重ねることにより、単セル１１０では、電解質層１１２のうち、空気極１１４側の第１の界面Ｍ１を構成する第１の粒子Ｒ１が、第１の表面条件を満たす場合、電解質層１１２と中間層１８０との界面において特定箇所に応力が集中することを抑制できる、ことを新たに見出した。この第１の表面条件は、互いに隣り合う２つの粒界点Ｐの間に位置する第１の粒子Ｒ１の表面が、該隣り合う２つの粒界点Ｐを結ぶ仮想直線Ｌに対して上下方向に±所定距離以下の範囲内に位置することである。すなわち、第１の界面Ｍ１を構成する第１の粒子Ｒ１が第１の表面条件を満たすことは、第１の界面Ｍ１を構成する第１の粒子Ｒ１の表面形状が比較的に緩やかな凹凸を構成することを意味する。その結果、第１の界面Ｍ１において特定箇所に応力が集中することが抑制されると考えられる。

【0057】

さらに、後述するように、本実施形態では、第１の界面Ｍ１を構成する第１の粒子Ｒ１が第１の表面条件を満たすことにより、単セル１１０の電気化学反応特性（例えば単セルの初期電圧）を向上させることができる。これは、本実施形態によれば、電解質層１１２と中間層１８０との接合性が高くなることで、電解質層１１２と中間層１８０との間のイオン伝導性が向上し、その結果、単セル１１０の電気化学反応特性が向上すると考えられる。

【0058】

本実施形態では、電解質層１１２のうち、燃料極１１６側の第２の界面Ｍ２を構成する第２の粒子Ｒ２は、第２の表面条件を満たしている。この第２の表面条件は、互いに隣り合う２つの粒界点Ｑの間に位置する第２の粒子Ｒ２の表面は、該隣り合う２つの粒界点Ｑを結ぶ仮想直線Ｎに対して上下方向に±所定距離以下の範囲外に位置することである。すなわち、第２の界面Ｍ２を構成する第２の粒子Ｒ２の少なくとも一部は、第１の表面条件を満たさない。これにより、空気極１１４側の第１の界面Ｍ１では応力集中を抑制しつつ、燃料極側の第２の界面Ｍ２では電解質層１１２と燃料極１１６との接触面積の増大により、燃料極１１６から電解質層１１２への燃料ガスＦＧの拡散性の向上を図ることができる。

【0059】

Ａ－６．性能評価：
複数の単セル１１０のサンプルを用いて行った性能評価について、以下説明する。図９は、性能評価結果を示す説明図である。図９に示すように、各サンプルＳ１～Ｓ４は、単セル１１０の製造過程において、燃料極基板層用グリーンシートと燃料極機能層用グリーンシートと電解質層用グリーンシートとを圧着する際の圧着条件のうち、圧着圧力と圧着温度と圧着時間との少なくとも１つが互いに異なる。

【0060】

具体的には、サンプルＳ１では、圧着圧力が４６ＭＰａであり、圧着温度が６５℃であり、圧着時間が１５秒である。サンプルＳ２では、サンプルＳ１に対して、圧着圧力が２０ＭＰａである点で異なるが、圧着温度および圧着時間は同じである。サンプルＳ３では、サンプルＳ１に対して、圧着温度が３０℃である点で異なるが、圧着圧力および圧着時間は同じである。サンプルＳ４では、サンプルＳ１に対して、圧着時間が３０秒である点で異なるが、圧着圧力および圧着温度は同じである。なお、サンプルＳ１～Ｓ４の電解質層１１２の厚みは、１０μｍである。

【0061】

このように圧着条件が互いに異なるサンプルＳ１～Ｓ４のそれぞれの断面について、ＦＩＢ－ＳＥＭ（加速電圧 １．０ｋＶ）により例えば５０００倍の倍率で断面観察することにより、電解質層１１２を構成する第１の粒子Ｒ１について第１の表面条件および第２の表面条件のそれぞれを満たすか否かを確認する。その断面観察の結果、図６に示すように、サンプルＳ１，Ｓ４では、第１の表面条件が満たされ、サンプルＳ２，Ｓ３では、第１の表面条件が満たされなかった。また、サンプルＳ１～Ｓ３では、第２の表面条件が満たされ、サンプルＳ４では、第２の表面条件が満たされなかった。

【0062】

次に、サンプルＳ１～Ｓ４のそれぞれについて、熱サイクル試験を行った。熱サイクル試験では、ボタンセルとして作製したサンプルＳ１～Ｓ４に対して、１．５時間で昇温（室温～７００℃）し、その後、７００℃を３時間維持し、１３時間で降温（７００℃～室温）することを１サイクルとして、１０サイクルだけ行った。熱サイクル試験の前後で、約７００（℃）で空気極１１４に酸化剤ガスＯＧを供給し、燃料極１１６に燃料ガスＦＧを供給し、電流密度が０．５５（Ａ／ｃｍ^２）のときのボタンセルの出力電圧を測定した。そして、各サンプルについて、熱サイクル試験の前後での出力電圧の低下量がサンプルＳ１以下である場合「○」とし、サンプルＳ１よりも大きい場合「×」とした。

【0063】

その結果、第１の表面条件を満たすサンプルＳ１，Ｓ４では、合格（〇）と評価された。一方、第１の表面条件を満たさないサンプルＳ２，Ｓ３では、不合格（×）と評価された。サンプルＳ２，Ｓ３において、熱サイクル試験の前後での出力電圧が大きく低下した要因は、電解質層１１２と中間層１８０との界面における特定箇所への応力集中により電解質層１１２等にクラックや割れが生じたことであると推定される。

【0064】

また、サンプルＳ１～Ｓ４のそれぞれについて、初期特性評価を行った。初期特性評価では、各サンプルを用いた燃料電池スタック１００について、約７００（℃）で空気極１１４に酸化剤ガスＯＧを供給し、燃料極１１６に燃料ガスＦＧを供給し、電流密度が０．５５（Ａ／ｃｍ^２）のときの単セル１１０の出力電圧を測定し、その測定値を、初期電圧（定格発電運転前の出力電圧）とした。そして、各サンプルについて、初期電圧が判定電圧（例えば９４０（ｍＶ））より大きい場合「○」とし、判定電圧以下である場合「×」とした。

【0065】

その結果、第２の表面条件を満たすサンプルＳ１～Ｓ３では、初期電圧が判定電圧よりも大きくなり、合格（〇）と評価された。一方、第２の表面条件を満たさないサンプルＳ４では、初期電圧が判定電圧よりも小さくなり、不合格（×）と評価された。サンプルＳ４では、電解質層１１２と燃料極１１６との接触面積が他のサンプルよりも小さいため、電解質層１１２の燃料極１１６側の界面における反応場が減少して初期電圧評価が低くなったと推定される。なお、総合評価では、第１の表面条件および第２の表面条件の両方を満たすサンプルＳ１では「○」とされ、第１の表面条件および第２の表面条件のいずれか一方を満たさないサンプルＳ２～Ｓ４では「×」とされた。

【0066】

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。

【0067】

上記実施形態における単セル１１０または燃料電池スタック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、単セル１１０が中間層１８０を含んでいるが、単セル１１０が中間層１８０を含んでいなくてもよい。このように中間層１８０を備えない構成では、本発明を適用することにより、電解質層１１２と空気極１１４との界面において特定箇所に応力が集中することを抑制することができる。

【0068】

上記実施形態において、電解質層１１２のうち、燃料極１１６側の第２の界面Ｍ２を構成する第２の粒子Ｒ２の全てが、第２の表面条件を満たさなくてもよい。

【0069】

上記実施形態では、燃料極１１６が基板層と機能層との２層構成であるとしているが、燃料極１１６が単層構成であってもよいし、３層以上の構成であってもよい。また、燃料極１１６と電解質層１１２との間に中間層が形成されていてもよい。また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる単セル１１０の個数は、あくまで一例であり、単セル１１０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。

【0070】

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。

【0071】

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

【0072】

また、上記実施形態において、必ずしも燃料電池スタック１００に含まれるすべての単セル１１０について、第１の界面Ｍ１を構成する第１の粒子Ｒ１が第１の表面条件を満たす必要は無く、燃料電池スタック１００に含まれる少なくとも１つの単セル１１０について、第１の粒子Ｒ１が第１の表面条件を満たす構成が実現されていれば、電解質層１１２と空気極１１４との界面において特定箇所に応力が集中することを抑制することができる。また、上記実施形態では、単セル１１０の上下方向に沿った任意の断面において、第１の粒子Ｒ１が第１の表面条件を満たす構成であったが、これに限らず、単セル１１０の上下方向に沿った少なくとも１つの断面において、第１の粒子Ｒ１が第１の表面条件を満たす構成であれば本発明の効果を得ることができる。

【0073】

また、上記実施形態では、平板形の単セル１１０を対象としているが、本明細書に開示される技術は、平板形以外の他の単セルにも同様に適用可能である。

【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、本明細書に開示される技術は、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電解セル（ＳＯＥＣ）の構成単位である電解単セルや、複数の電解単セル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２０１６－８１８１３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、単セル１１０を電解単セル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単セル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第１の表面条件が満たされた構成を採用すれば、同様の効果を奏する。

【0075】

上記実施形態における燃料電池スタック１００の製造方法は、あくまで一例であり、種々変形可能である。

【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 １０４，１０６：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 １２１，１３１，１４１：孔 １２４：接合部 １３０：空気極側フレーム 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 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 １８０：中間層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】