特開 2023-161257 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】P2023161257

(43)【公開日】2023-11-07

(54)【発明の名称】電気化学反応セルスタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/1226 20160101AFI20231030BHJP

   H01M 8/1213 20160101ALI20231030BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20231030BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20231030BHJP

   C25B 9/63 20210101ALI20231030BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20231030BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20231030BHJP

【ＦＩ】

H01M8/1226

H01M8/1213

C25B1/04

C25B9/00 A

C25B9/63

C25B9/23

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022071516

(22)【出願日】2022-04-25

(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】弁理士法人アルファ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】島津 めぐみ

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 伸輔

【テーマコード（参考）】

4K021

5H126

【Ｆターム（参考）】

4K021AA01

4K021BA02

4K021DB04

4K021DB16

4K021DB31

4K021DB50

5H126AA02

5H126BB06

5H126EE11

5H126GG12

(57)【要約】

【課題】電気化学反応セルスタックを構成する電気化学反応単セルのセル本体部と金属支持体との密着性を向上させる。
【解決手段】電気化学反応セルスタックは、セル本体部と、セル本体部を支持する金属支持体と、金属支持体の表面に形成された酸化被膜と、を含む電気化学反応単セルを備える。酸化被膜は、金属支持体のうち、貫通孔を画定する表面である孔内表面に位置する孔内被膜部と、金属支持体のうち、セル本体部に対向する表面と孔内表面とがなす角部に位置する突起被膜部と、を有する。突起被膜部の膜厚は、孔内被膜部の膜厚よりも厚い。突起被膜部は、金属支持体の角部からセル本体部の内部まで突出している。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質層と燃料極と空気極とを備えるセル本体部と、
前記セル本体部を支持し、貫通孔が形成された金属支持体と、
前記金属支持体の表面の少なくとも一部に形成された酸化被膜と、を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記酸化被膜は、
前記金属支持体のうち、前記貫通孔を画定する表面である孔内表面に位置する孔内被膜部と、
前記金属支持体のうち、前記セル本体部に対向する表面と前記孔内表面とがなす角部に位置する突起被膜部であって、膜厚が前記孔内被膜部の膜厚よりも厚く、かつ、前記角部から前記セル本体部の内部まで突出している突起被膜部と、を有する、
電気化学反応セルスタック。

【請求項2】

請求項１に記載の電気化学反応セルスタックであって、
前記セル本体部のうち、前記突起被膜部に接する部分の少なくとも一部は、金属酸化物である、
電気化学反応セルスタック。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電気化学反応セルスタックであって、
前記セル本体部は、前記貫通孔内に位置すると共に前記孔内表面に接合する部分である孔内セル部を有する、
電気化学反応セルスタック。

【請求項4】

請求項３に記載の電気化学反応セルスタックであって、
前記突起被膜部は、前記貫通孔の内側に向かって突出している、
電気化学反応セルスタック。

【請求項5】

請求項１に記載の電気化学反応セルスタックであって、
前記突起被膜部を構成する金属酸化物は、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕのうちの１つ以上の元素を含む、
電気化学反応セルスタック。

【請求項6】

請求項１に記載の電気化学反応セルスタックであって、
前記突起被膜部を構成する金属酸化物は、Ｔｉ，Ａｌのうちの１つ以上の元素を含む、
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、電気化学反応セルスタックに関する。

【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、固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という。）が知られている。ＳＯＦＣは、一般に、複数の燃料電池単セル（以下、「単セル」という。）を備える燃料電池スタックの形態で利用される。単セルは、固体酸化物を含む電解質層と、燃料極および空気極とを備える。

【0003】

単セルの一形態として、金属支持型（メタルサポート型）の単セルが知られている（例えば、特許文献１参照）。金属支持型の単セルは、電解質層と燃料極と空気極とを備えるセル本体部と、セル本体部等を支持する金属支持体とを含む。一般に、金属支持型の単セルは、他のタイプ（例えば燃料極支持型）の単セルと比較して、熱衝撃による割れが生じにくく、また起動性が高い。

【0004】

金属支持型の単セルでは、金属支持体に、発電に供される反応ガスを通過させるために、貫通孔が形成されている。金属支持体の表面には、金属支持体の耐酸化性等を向上させるための酸化被膜が形成されている。

【0005】

金属支持体は、セル本体部に対向する表面と、上記貫通孔を画定する表面とがなす角部から突出する突起部を有する。当該突起部は、セル本体部の内部（燃料極の内部）まで突出している。当該突起部によるアンカー効果により、セル本体部と金属支持体との密着性が確保され、ひいてはセル本体部と金属支持体との剥離が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第６７５７４３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記従来の燃料電池スタックでは、金属支持体の上記突起部は主として金属により形成されている。そのため、金属支持体の上記突起部の変形により、当該突起部によるアンカー効果が低下することがあり、これにより金属支持体とセル本体部との剥離が生じるおそれがある。そのため、セル本体部と金属支持体との密着性を更に向上させることが望まれている。

【0008】

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セル単位を複数備える電解セルスタックにも共通の問題である。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セルスタック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び、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び、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。

【0009】

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】

【0010】

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。

【0011】

（１）本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、電解質層と燃料極と空気極とを備えるセル本体部と、前記セル本体部を支持し、貫通孔が形成された金属支持体と、前記金属支持体の表面の少なくとも一部に形成された酸化被膜と、を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記酸化被膜は、前記金属支持体のうち、前記貫通孔を画定する表面である孔内表面に位置する孔内被膜部と、前記金属支持体のうち、前記セル本体部に対向する表面と前記孔内表面とがなす角部に位置する突起被膜部であって、膜厚が前記孔内被膜部の膜厚よりも厚く、かつ、前記角部から前記セル本体部の内部まで突出している突起被膜部と、を有する。

【0012】

本電気化学反応セルスタックによれば、膜厚が孔内被膜部の膜厚よりも厚く、かつ、セル本体部の内部まで突出している突起被膜部によるアンカー効果により、セル本体部と金属支持体との密着性を向上させることができる（これにより、セル本体部と金属支持体との剥離を抑制することができる）。更に言えば、上述した従来技術のように金属支持体が突起部（角部から突出する突起部）を有する構成（以下、「比較構成」という。）と比較したときに、突起被膜部（金属酸化物）は金属支持体の当該突起部（金属）よりも変形しにくいため、突起被膜部の変形により（突起被膜部による）アンカー効果が低下することが生じにくい。また、比較構成（の金属支持体の突起部（金属））と比較したときに、電気化学反応セルスタックの運転による温度変化が生じた際等における突起被膜部の体積変化（膨張または収縮）が抑制される。そのため、突起被膜部によるアンカー効果（ひいては、セル本体部と金属支持体との密着性）は特に優れたものとなる。

【0013】

（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記セル本体部のうち、前記突起被膜部に接する部分の少なくとも一部は、金属酸化物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おいては、上述した従来技術のように金属支持体が上記突起部（角部から突出する突起部）を有する構成と比較すると、突起被膜部（金属酸化物）の熱膨張係数とセル本体部（のうち、突起被膜部と接する部分）（金属酸化物）の熱膨張係数との差は、金属支持体の上記突起部（金属）の熱膨張係数とセル本体部（金属酸化物）の熱膨張係数との差よりも小さい。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、上述したように突起被膜部のアンカー効果によりセル本体部と金属支持体との密着性が向上する効果を奏するものでありながら、電気化学反応セルスタックの運転による温度変化が生じた際等における金属支持体の上記突起部とセル本体部との間の体積変化（膨張または収縮）の差を低減することができる。そのため、突起被膜部によるアンカー効果（ひいては、セル本体部と金属支持体との密着性）を更に向上させることができる。

【0014】

（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記セル本体部は、前記貫通孔内に位置すると共に前記孔内表面に接合する部分である孔内セル部を有す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、突起被膜部によるアンカー効果（ひいては、セル本体部と金属支持体との密着性）を更に向上させることができる。

【0015】

（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記突起被膜部は、前記貫通孔の内側に向かって突出している構成としてもよい。

【0016】

突起被膜部は、酸化被膜であり、金属酸化物を含むため、電気抵抗が大きい。そのため、電流路であるセル本体部と金属支持体との間に突起被膜部が位置すると、セル本体部と金属支持体との間における導電性が低下し、ひいては電気化学反応セルスタックの性能が低下する。また、セル本体部と金属支持体との間に位置する突起被膜部の部分が大きいほど、セル本体部と金属支持体との間における導電性が低下し、ひいては電気化学反応セルスタックの性能が低下する。

【0017】

これに対し、本電気化学反応セルスタックにおいては、突起被膜部は、金属支持体の貫通孔の内側に向かって突出している。そのため、突起被膜部が金属支持体の角部から金属支持体の貫通孔の開口方向に突出している構成等と比較して、セル本体部と金属支持体との間に位置する突起被膜部の部分を大きくせずに、突起被膜部の膜厚を大きくすることができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、効率的に、セル本体部と金属支持体との間における導電性の低下（ひいては、電気化学反応セルスタックの性能の低下）を抑制しつつ、突起被膜部によるアンカー効果により、セル本体部と金属支持体との密着性を向上させる（ひいては、セル本体部と金属支持体との剥離を抑制する）ことができる。

【0018】

（５）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記突起被膜部を構成する金属酸化物は、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕのうちの１つ以上の元素を含む構成としてもよい。これらの元素（Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）は導電性が高い。そのため、このような構成を採用した本電気化学反応セルスタックによれば、突起被膜部における導電性が向上することにより、電気化学反応セルスタックの性能を特に向上させることができる。

【0019】

（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記突起被膜部を構成する金属酸化物は、Ｔｉ，Ａｌのうちの１つ以上の元素を含む構成としてもよい。これらの元素（Ｔｉ，Ａｌ）はレドックス（酸化還元）時の体積変化が小さい。そのため、このような構成を採用した本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応セルスタックの運転時（例えば、燃料電池スタックの高燃料利用率での運転時）や起動停止時に突起被膜部がレドックスされたとしても突起被膜部の体積変化（膨張または収縮）が抑制されるため、突起被膜部によるアンカー効果が特に優れたものとなり、ひいては、電気化学反応セルスタックの性能を特に向上させることができる。

【0020】

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）、電気化学反応セルスタック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】

【0021】

【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

【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】単セル１１０の一部分（図４のＸ１部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図

【図7】性能評価結果を示す説明図

【図8】変形例における燃料電池スタック１００Ａの断面構成を示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0022】

Ａ．実施形態：
Ａ－１．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。

【0023】

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）燃料電池発電単位（以下、「発電単位」という。）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。

【0024】

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、Ｚ軸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Ｚ軸方向に連通して、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Ｚ軸方向に延びる貫通孔１０８を構成している。以下の説明では、貫通孔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、貫通孔１０８と呼ぶ場合がある。

【0025】

各貫通孔１０８にはＺ軸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、ナット２４と各エンドプレート１０４，１０６（または後述するガス通路部材２７）との間には、絶縁シート２６が介在している。

【0026】

各ボルト２２の軸部の外周面と各貫通孔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、１つのボルト２２（ボルト２２Ａ）と当該ボルト２２Ａが挿通された貫通孔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（例えば空気）が導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２の空気室１６６に供給するガス流路である空気極側ガス供給マニホールド１６１として機能し、他の１つのボルト２２（ボルト２２Ｂ）と当該ボルト２２Ｂが挿通された貫通孔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空気極側ガス排出マニホールド１６２として機能する。また、図１および図３に示すように、他の１つのボルト２２（ボルト２２Ｄ）と当該ボルト２２Ｄが挿通された貫通孔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（例えば水素リッチなガス）が導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２の燃料室１７６に供給する燃料極側ガス供給マニホールド１７１として機能し、他の１つのボルト２２（ボルト２２Ｅ）と当該ボルト２２Ｅが挿通された貫通孔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極側ガス排出マニホールド１７２として機能する。

【0027】

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の本体部２８の孔は、各ガス通路部材２７の設置位置に設けられた各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２に連通している。

【0028】

（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軸方向に略直交する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、当該発電単位１０２と電気的に接続されている。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、当該発電単位１０２と電気的に接続されている。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。

【0029】

（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。

【0030】

図４および図５に示すように、発電単位１０２は、燃料電池単セル（以下、「単セル」という。）１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム部材１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム部材１４０と、燃料極側集電体１４４と、一対のインターコネクタ１５０と、金属支持体１８０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム部材１３０、燃料極側フレーム部材１４０、インターコネクタ１５０の周縁部には、上述したボルト２２が挿通される貫通孔１０８に対応する孔が形成されている。なお、単セル１１０は、特許請求の範囲におけるセル本体部の一例である。

【0031】

インターコネクタ１５０は、Ｚ軸方向に略直交する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。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）。

【0032】

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んでＺ軸方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを備える。

【0033】

電解質層１１２は、Ｚ軸方向に略直交する平板形状部材であり、緻密な層である。本実施形態では、電解質層１１２は、燃料極１１６における上側の表面と、金属支持体１８０における上側の表面Ｓ１の内、燃料極１１６に覆われていない領域とを連続的に覆うように形成されている。電解質層１１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）等の固体酸化物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。空気極１１４は、Ｚ軸方向に略直交する平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極１１４は、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））により形成されている。燃料極１１６は、Ｚ軸方向に略直交する平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極１１６は、例えば、Ｎｉと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子（例えば、ＹＳＺ）とからなるサーメットにより形成されている。金属酸化物である酸化物イオン導電性セラミックスとしては、ＹＳＺやスカンジア安定化ジルコニア等のジルコニア系酸化物やガドリニウムドープセリア等の希土類ドープセリアを用いることができる。

【0034】

金属支持体１８０は、Ｚ軸方向に略直交する平板形状の導電性部材であり、金属（例えばＣｒを含むステンレス）により形成されている。金属支持体１８０は、燃料極１１６（より詳細には、後述する燃料極１１６の基部１１７）に対して電解質層１１２とは反対側（下側）（Ｚ軸負方向側）に配置されている。金属支持体１８０は、単セル１１０を支持している。このように、本実施形態の単セル１１０と金属支持体１８０とからなる複合体は、金属支持体１８０によって単セル１１０の機械的強度を確保する、いわゆる金属支持型（メタルサポート型）の単セル構造物である。金属支持型の単セル構造物は、他のタイプ（例えば燃料極支持型）の単セル構造物と比較して、熱衝撃による割れが生じにくく、また起動性が高い。金属支持体１８０には、燃料ガスＦＧを通過させるための複数の貫通孔５０が形成されている（図６参照）。この複数の貫通孔５０は、金属支持体１８０の上面Ｓ１から下面Ｓ２までＺ軸方向に貫通している。各貫通孔５０は、Ｚ軸方向視で燃料極１１６と重なるように位置している。なお、貫通孔５０は、金属支持体１８０の材料である金属部材に、例えばレーザーまたはエッチングを施すことにより形成することができる。

【0035】

セパレータ１２０は、中央付近にＺ軸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、例えばステンレスにより形成されている。セパレータ１２０における孔１２１を取り囲む部分は、例えばロウ材を含む接合部１２４により、単セル１１０（電解質層１１２）の周縁部と接合されている。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。

【0036】

空気極側フレーム部材１３０は、中央付近にＺ軸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。空気極側フレーム部材１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム部材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。空気極側フレーム部材１３０には、空気極側ガス供給マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する空気極側ガス供給連通流路１３２と、空気室１６６と空気極側ガス排出マニホールド１６２とを連通する空気極側ガス排出連通流路１３３とが形成されている。

【0037】

燃料極側フレーム部材１４０は、中央付近にＺ軸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、例えばステンレスにより形成されている。燃料極側フレーム部材１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム部材１４０には、燃料極側ガス供給マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料極側ガス供給連通流路１４２と、燃料室１７６と燃料極側ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料極側ガス排出連通流路１４３とが形成されている。

【0038】

空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置された複数の略四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、例えば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とインターコネクタ１５０とを電気的に接続する。ただし、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、空気極１１４と上側のエンドプレート１０４とを電気的に接続する（図２および図３参照）。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いてもよい。

【0039】

燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置された複数の略四角柱状の集電体要素１４５から構成されており、例えばステンレスにより形成されている。燃料極側集電体１４４は、金属支持体１８０とインターコネクタ１５０とを電気的に接続する。ただし、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における燃料極側集電体１４４は、金属支持体１８０と下側のエンドプレート１０６とを電気的に接続する（図２および図３参照）。なお、燃料極側集電体１４４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いてもよい。

【0040】

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ＯＧは、空気極側ガス供給マニホールド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）から、当該ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して空気極側ガス供給マニホールド１６１に供給され、空気極側ガス供給マニホールド１６１から各発電単位１０２の空気極側ガス供給連通流路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ＦＧは、燃料極側ガス供給マニホールド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）から、当該ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料極側ガス供給マニホールド１７１に供給され、燃料極側ガス供給マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料極側ガス供給連通流路１４２を介して、燃料室１７６に供給される。

【0041】

各発電単位１０２において、空気室１６６に供給された酸化剤ガスＯＧが多孔質な空気極１１４内に進入し、かつ、燃料室１７６に供給された燃料ガスＦＧが金属支持体１８０に形成された複数の貫通孔５０を通って多孔質な燃料極１１６内に進入すると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素と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、金属支持体１８０および燃料極側集電体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。

【0042】

図２および図４に示すように、各発電単位１０２の空気室１６６から空気極側ガス排出連通流路１３３を介して空気極側ガス排出マニホールド１６２に排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、空気極側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を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）から燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、図３および図５に示すように、各発電単位１０２の燃料室１７６から燃料極側ガス排出連通流路１４３を介して燃料極側ガス排出マニホールド１７２に排出された燃料オフガスＦＯＧは、燃料極側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を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）から燃料電池スタック１００の外部に排出される。

【0043】

Ａ－３．発電単位１０２の詳細構成：
上述したように、発電単位１０２は、単セル１１０と、金属支持体１８０とを含む。発電単位１０２は、更に、金属支持体１８０の表面に形成された酸化被膜ＯＦを含む。

【0044】

図６は、発電単位１０２の一部分（図４のＸ１部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。

【0045】

（金属支持体１８０）
上述したように、金属支持体１８０には、燃料ガスＦＧを通過させるための複数の貫通孔５０が形成されている。

【0046】

本実施形態では、複数の貫通孔５０は、Ｚ軸方向視において金属支持体１８０と燃料極１１６とが重なる範囲の略全体にわたって配置されている。また、発電単位１０２のＸＹ断面における各貫通孔５０の形状は、円形である。各貫通孔５０の径は、金属支持体１８０の上面（対向面）Ｓ１における開口の位置から下面Ｓ２における開口の位置にわたって略一定である。また、複数の貫通孔５０の径は、互いに略同一である。

【0047】

燃料室１７６に供給された反応ガス（燃料ガスＦＧ）は、各貫通孔５０内を進行し、更に燃料極１１６の空隙内を進行して、反応場に供給される。

【0048】

（酸化被膜ＯＦとその周辺）
酸化被膜ＯＦは、後述の突起被膜部ＯＦＰと同様の金属酸化物等から形成される。このような酸化被膜ＯＦは、例えば、金属支持体１８０の材料である金属部材の表面に熱処理（例えば、大気中１０００℃で加熱）を施すことにより形成することができる。

【0049】

本実施形態では、酸化被膜ＯＦは、金属支持体１８０の表面の全体（Ｓ１、…、Ｓ３）に形成されている。酸化被膜ＯＦは、金属支持体１８０に対してＺ軸正方向側（表面Ｓ１）に位置する部分ＯＦＦと、金属支持体１８０に対してＺ軸負方向側（表面Ｓ２）に位置する部分（不図示）と、金属支持体１８０のうち、貫通孔５０を画定する表面（以下、「孔内表面」という。）Ｓ３に位置する部分ＯＦＨと、を有する。

【0050】

酸化被膜ＯＦは、膜厚が孔内被膜部ＯＦＨの膜厚よりも厚い突起部（以下、「突起被膜部」という。）ＯＦＰを有する。突起被膜部ＯＦＰは、金属支持体１８０のうち、単セル１１０に対向する表面Ｓ１０と孔内表面Ｓ３とがなす角部Ｃに位置している。なお、図では、金属支持体１８０のＺ軸方向に沿う断面において、金属支持体１８０の角部Ｃにおける当該表面Ｓ１０と孔内表面Ｓ３とがなす角度は９０°となっているが、その数値は特に限定されるものではなく、例えば７０°以上かつ１１０°以下であってもよい。また、金属支持体１８０の角部Ｃの表面が曲面であってもよい。本実施形態では、図６に示すように、金属支持体１８０の貫通孔５０間に挟まれた部分に現れる一対の角部Ｃ（当該部分のＸ軸方向の両端）のそれぞれに、突起被膜部ＯＦＰが形成されている。

【0051】

突起被膜部ＯＦＰの膜厚は、突起被膜部ＯＦＰのうち、金属支持体１８０から最も離れた点Ｐから突起被膜部ＯＦＰ内を通り金属支持体１８０に到達するまでの最短距離である。孔内被膜部ＯＦＨの膜厚は、孔内被膜部ＯＦＨのうち、膜厚（金属支持体１８０の表面Ｓ３に直交する方向（例えばＹ軸方向）の厚さ）が最小である部分の厚さである。また、孔内被膜部ＯＦＨの膜厚は、金属支持体１８０の貫通孔５０をその深さ方向（Ｚ軸方向）に２等分したときの孔内被膜部ＯＦＨ側の領域（Ｚ軸正方向側の領域）を、更に当該深さ方向（Ｚ軸方向）に１０等分する各直線が通る部分の（孔内被膜部ＯＦＨの）膜厚の平均値である、としてもよい。

【0052】

上記のような突起被膜部ＯＦＰは、例えば、金属支持体１８０の材料である金属部材の表面に均一な膜厚の酸化被膜（孔内被膜部ＯＦＨ等）を形成した後に、更に角部Ｃ付近にスクリーン印刷等を施すことにより形成することができる。また、金属支持体１８０の材料である金属部材の角部Ｃとなる部分にプレス加工等を施すことにより適切な形状（例えば、角度が９０°である、もしくは９０°未満である）の角部Ｃを形成し、その後に、大気中で熱処理（加熱）を施すことにより、酸化被膜（突起被膜部ＯＦＰ）を形成してもよい。

【0053】

突起被膜部ＯＦＰは、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕのうちの１つ以上の元素を含む金属酸化物、Ｔｉ，Ａｌのうちの１つ以上の元素を含む金属酸化物により形成されている。

【0054】

本実施形態では、図６に示すように、突起被膜部ＯＦＰは、突出方向の先端に向かうほど先細る形状をなしているが、突起被膜部ＯＦＰの形状は、特に限定されるものではなく、突出方向の先端に向かうほど先太る形状や、突出方向に直交する幅径が略一律である形状等であってもよい。また、突起被膜部ＯＦＰは、突出方向の先端に向かう途中で屈曲していてもよい。

【0055】

突起被膜部ＯＦＰは、金属支持体１８０のうち、単セル１１０に対向する表面Ｓ１０と孔内表面Ｓ３とがなす角部Ｃに位置している。なお、図では、金属支持体１８０のＺ軸方向に沿う断面において、金属支持体１８０の角部Ｃにおける当該表面Ｓ１０と孔内表面Ｓ３とがなす角度は９０°となっているが、その数値は特に限定されるものではなく、例えば７０°以上かつ１１０°以下であってもよい。

【0056】

突起被膜部ＯＦＰは、金属支持体１８０の角部Ｃから単セル１１０の内部（より詳細には、燃料極１１６の内部）まで突出している。突起被膜部ＯＦＰは、（Ｚ軸方向視において）金属支持体１８０の貫通孔５０の内側に向かって突出している。本実施形態では、図６に示すように、突起被膜部ＯＦＰは、Ｚ軸正方向のベクトル成分（およびＸ軸方向のベクトル成分）を有する方向に突出している。

【0057】

突起被膜部ＯＦＰが接する単セル１１０部分である燃料極１１６は、上述したように、金属酸化物（例えば、ＹＳＺ）を含んでいる。燃料極１１６（単セル１１０）は、金属支持体１８０に対してＺ軸正方向側に位置する基部１１７と、金属支持体１８０の貫通孔５０内に位置すると共に孔内表面Ｓ３に接合する部分（以下、「孔内セル部」という。）１１８と、を有する。

【0058】

Ａ－４．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（が備える各発電単位１０２）は、単セル（セル本体部）１１０と、金属支持体１８０と、酸化被膜ＯＦと、を備える。単セル１１０は、電解質層１１２と燃料極１１６と空気極１１４とを備える。金属支持体１８０は、単セル１１０を支持する金属部材である。金属支持体１８０には、貫通孔５０が形成されている。酸化被膜ＯＦは、金属支持体１８０の表面の少なくとも一部（本実施形態では全体）に形成されている。酸化被膜ＯＦは、金属支持体１８０のうち、貫通孔５０を画定する表面である孔内表面Ｓ３に位置する孔内被膜部ＯＦＨと、金属支持体１８０のうち、単セル１１０に対向する表面Ｓ１０と孔内表面Ｓ３とがなす角部Ｃに位置する突起被膜部ＯＦＰとを有する。突起被膜部ＯＦＰの膜厚は、孔内被膜部ＯＦＨの膜厚よりも厚い。突起被膜部ＯＦＰは、金属支持体１８０の角部Ｃから単セル１１０（が備える燃料極１１６）の内部まで突出している。

【0059】

本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、膜厚が孔内被膜部ＯＦＨの膜厚よりも厚く、かつ、単セル１１０の内部まで突出している突起被膜部ＯＦＰによるアンカー効果により、単セル１１０と金属支持体１８０との密着性を向上させることができる（これにより、単セル１１０と金属支持体１８０との剥離を抑制することができる）。更に言えば、上述した従来技術のように金属支持体１８０が突起部（角部Ｃから突出する突起部）を有する構成（以下、「比較構成」という。）と比較すると、突起被膜部ＯＦＰ（金属酸化物）は金属支持体１８０の当該突起部（金属）よりも変形しにくいため、突起被膜部ＯＦＰの変形により（突起被膜部ＯＦＰによる）アンカー効果が低下することが生じにくい。また、比較構成（の金属支持体１８０の突起部）と比較したときに、燃料電池スタック１００の運転による温度変化が生じた際等における突起被膜部ＯＦＰの体積変化（膨張または収縮）が抑制される。そのため、突起被膜部ＯＦＰによるアンカー効果（ひいては、単セル１１０と金属支持体１８０との密着性）は特に優れたものとなる。

【0060】

なお、突起被膜部ＯＦＰがその突出方向の先端に向かうほど先細る形状をなしている構成（図６参照）においては、突起被膜部ＯＦＰによるアンカー効果が更に優れたものとなる。

【0061】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、単セル１１０のうち、突起被膜部ＯＦＰに接する部分の少なくとも一部は、金属酸化物である。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００においては、上述した従来技術のように金属支持体１８０が上記突起部（角部Ｃから突出する突起部）を有する構成と比較すると、突起被膜部ＯＦＰ（金属酸化物）の熱膨張係数と単セル１１０（のうち、突起被膜部ＯＦＰと接する部分（燃料極１１６））（金属酸化物）の熱膨張係数との差は、金属支持体１８０の上記突起部（金属）の熱膨張係数と単セル１１０（金属酸化物）の熱膨張係数との差よりも小さい。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、上述したように突起被膜部ＯＦＰのアンカー効果により単セル１１０と金属支持体１８０との密着性が向上する効果を奏するものでありながら、燃料電池スタック１００の運転による温度変化が生じた際等における金属支持体１８０の上記突起部と単セル１１０との間の体積変化（膨張または収縮）の差を低減することができる。そのため、突起被膜部ＯＦＰによるアンカー効果（ひいては、単セル１１０と金属支持体１８０との密着性）を更に向上させることができる。

【0062】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、単セル１１０（燃料極１１６）は、金属支持体１８０の貫通孔５０内に位置すると共に孔内表面Ｓ３に接合する部分である孔内セル部１１８を有する。本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、突起被膜部ＯＦＰによるアンカー効果（ひいては、単セル１１０と金属支持体１８０との密着性）を更に向上させることができる。

【0063】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、突起被膜部ＯＦＰは、金属支持体１８０の貫通孔５０の内側に向かって突出している。

【0064】

突起被膜部ＯＦＰは、酸化被膜であり、金属酸化物を含むため、電気抵抗が大きい。そのため、電流路である単セル１１０（が備える燃料極１１６の基部１１７）と金属支持体１８０との間に突起被膜部ＯＦＰが位置すると、単セル１１０と金属支持体１８０との間における導電性が低下し、ひいては燃料電池スタック１００の発電性能が低下する。また、単セル１１０（が備える燃料極１１６の基部１１７）と金属支持体１８０との間に位置する突起被膜部ＯＦＰの部分が大きいほど、単セル１１０と金属支持体１８０との間における導電性が低下し、ひいては燃料電池スタック１００の発電性能が低下する。

【0065】

これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００においては、突起被膜部ＯＦＰは、金属支持体１８０の貫通孔５０の内側に向かって突出している。そのため、突起被膜部ＯＦＰが金属支持体１８０の角部Ｃから金属支持体１８０の貫通孔５０の開口方向（Ｚ軸方向）に突出している構成等と比較して、単セル１１０（が備える燃料極１１６の基部１１７）と金属支持体１８０との間に位置する突起被膜部ＯＦＰの部分を大きくせずに、突起被膜部ＯＦＰの膜厚を大きくすることができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、効率的に、単セル１１０と金属支持体１８０との間における導電性の低下（ひいては、燃料電池スタック１００の発電性能の低下）を抑制しつつ、突起被膜部ＯＦＰによるアンカー効果により、単セル１１０と金属支持体１８０との密着性を向上させる（ひいては、単セル１１０と金属支持体１８０との剥離を抑制する）ことができる。

【0066】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、突起被膜部ＯＦＰを構成する金属酸化物は、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕのうちの１つ以上の元素を含む構成を採用しうる。これらの元素（Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）は導電性が高い。そのため、このような構成を採用した本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、突起被膜部ＯＦＰにおける導電性が向上することにより、燃料電池スタック１００の発電性能を特に向上させることができる。

【0067】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、突起被膜部ＯＦＰを構成する金属酸化物は、Ｔｉ，Ａｌのうちの１つ以上の元素を含む構成を採用しうる。これらの元素（Ｔｉ，Ａｌ）はレドックス時の体積変化が小さい。そのため、このような構成を採用した本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、燃料電池スタック１００の運転時（例えば、高燃料利用率での運転時）や起動停止時に、突起被膜部ＯＦＰがレドックスされたとしても突起被膜部ＯＦＰの体積変化（膨張または収縮）が抑制されるため、突起被膜部ＯＦＰによるアンカー効果が特に優れたものとなり、ひいては、燃料電池スタック１００の発電性能を特に向上させることができる。

【0068】

Ａ－５．性能評価：
以下、複数のサンプル（単セル１１０と金属支持体１８０とからなる複合物）を用いて行った性能評価について説明する。図７は、性能評価結果を示す説明図である。

【0069】

（サンプルについて）
図７に示すように、３つのサンプル（ＳＡ１～ＳＡ３）は、基本的な構成は互いに共通している（上述の通り）が、金属支持体１８０の表面に形成された酸化被膜ＯＦの構成等が互いに異なっている。

【0070】

サンプルＳＡ１では、酸化被膜ＯＦは、突起被膜部（膜厚が孔内被膜部ＯＦＨの膜厚よりも厚い突起部）ＯＦＰを有する。一方、サンプルＳＡ２，ＳＡ３では、酸化被膜ＯＦの略全体（孔内被膜部ＯＦＨを含む）において膜厚が均一であり、すなわち、酸化被膜ＯＦが突起被膜部ＯＦＰを有していない。

【0071】

サンプルＳＡ１，ＳＡ２では、金属支持体１８０の角部Ｃにおける表面（単セル１１０に対向する表面）Ｓ１０と孔内表面Ｓ３とがなす角度は９０°であり、すなわち、金属支持体１８０は特許文献１（特許６７５７４３４号公報）のような突起部（角部Ｃから突出する突起部）を有していない。一方、サンプルＳＡ３では、金属支持体１８０は特許文献１（特許６７５７４３４号公報）のような突起部（角部Ｃから突出する突起部）を有している。金属支持体１８０の角部Ｃにおける表面（単セル１１０に対向する表面）Ｓ１０と孔内表面Ｓ３とがなす角度は４５°である。

【0072】

（評価方法）
各サンプル（ＳＡ１，…，ＳＡ３）のレドックス耐性（酸化還元に対する耐久性能）を測定した。具体的には、まず、初期評価として、各サンプル（ＳＡ１，…，ＳＡ３）について、温度：７００℃、雰囲気：水素３２０ｍｌ、露点温度３０℃の条件で、０．５５Ａ／ｃｍ^２の電流密度でＩＲ抵抗を測定した。ＩＲ抵抗が低いほど、単セル１１０と金属支持体１８０との密着性が高いことを意味する。次に、当該初期評価後の各サンプル（ＳＡ１，…，ＳＡ３）に対して、１．０Ｖの電圧と－０．１Ｖの電圧とを１０秒間隔で交互に印加することにより、電気化学的に酸化と還元とを繰り返した。この過程で、１．０Ｖの電圧と－０．１Ｖの電圧との印加を１セットとして、１セットの実施回数をカウントしつつ、単セル１１０のＩＲ抵抗を定期的に測定し、その測定結果が、初期評価時のＩＲ抵抗の３倍の値を超えた時点で試験終了し、試験終了時の実施回数を記録した。当該実施回数が多いほど、単セル１１０のレドックス耐性が高いことを意味する。単セル１１０のレドックス耐性は、単セル１１０と金属支持体１８０との密着性が低下することに応じて低下するものと推察される。

【0073】

本評価では、上記実施回数が所定の判定閾値（以下、単に「判定閾値」という。）以上であったサンプルを「合格（ｐａｓｓｅｄ）」と評価し、上記実施回数が判定閾値より低かったサンプルを「不合格（ｆａｉｌｅｄ）」と評価した。

【0074】

（評価結果）
図７に示すように、サンプルＳＡ１については、上記実施回数が判定閾値以上であったため、「合格（ｐａｓｓｅｄ）」と評価した。サンプルＳＡ２，ＳＡ３については、上記実施回数が判定閾値より低かったため、「不合格（ｆａｉｌｅｄ）」と評価した。なお、サンプルＳＡ３については、金属支持体１８０の金属からなる上記突起部に変形が見られた。

【0075】

上述したように、サンプルＳＡ１は「合格（ｐａｓｓｅｄ）」という評価結果であったのに対し、サンプルＳＡ２，ＳＡ３は「不合格（ｆａｉｌｅｄ）」という評価結果であった。ここで、サンプルＳＡ１では、酸化被膜ＯＦが突起被膜部ＯＦＰを有するのに対し、サンプルＳＡ２，ＳＡ３では、酸化被膜ＯＦが突起被膜部ＯＦＰを有していない。この結果から、酸化被膜ＯＦが突起被膜部ＯＦＰを有する構成においては、単セル１１０と金属支持体１８０との密着性が向上することにより、単セル１１０のレドックス耐性が向上することが確認された。

【0076】

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。

【0077】

上記実施形態における燃料電池スタック１００や単セル１１０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。

【0078】

上記実施形態では、突起被膜部ＯＦＰは、燃料極１１６の内部まで突出しているが、突起被膜部ＯＦＰは、単セル１１０のうち、燃料極１１６以外の部分（であって、金属酸化物により形成された部分）の内部まで突出していてもよい。

【0079】

上記実施形態では、突起被膜部ＯＦＰは、（Ｚ軸方向視において）金属支持体１８０の貫通孔５０の内側に向かって突出し、かつ、Ｚ軸正方向のベクトル成分（およびＸ軸方向のベクトル成分）を有する方向に突出しているが、突起被膜部ＯＦＰの突出方向は、これら以外であってもよい。すなわち、突起被膜部ＯＦＰは、（Ｚ軸方向視において）金属支持体１８０の貫通孔５０の内側に向かって突出していてもよく、Ｚ軸負方向のベクトル成分を有する方向に突出していてもよい。

【0080】

上記実施形態では、金属支持体１８０の貫通孔５０間に挟まれた部分に現れる一対の角部Ｃ（当該部分のＸ軸方向の両端）のそれぞれに、突起被膜部ＯＦＰが形成されているが、突起被膜部ＯＦＰの個数や配置は特に限定されるものではなく、種々変更可能である。

【0081】

上記実施形態では、金属支持体１８０の表面の全体に酸化被膜ＯＦが形成されているが、金属支持体１８０の表面の一部のみに酸化被膜ＯＦが形成されていてもよい。例えば、酸化被膜ＯＦが孔内被膜部ＯＦＨを備えていなくてもよい（換言すれば、孔内被膜部ＯＦＨの膜厚がゼロである）。

【0082】

上記実施形態では、各発電単位１０２が共通の構成であるが、一部の発電単位１０２が異なる構成であってもよい。例えば、上記実施形態では、各発電単位１０２において突起被膜部ＯＦＰを備えるが、一部の発電単位１０２において突起被膜部ＯＦＰを備えていなくてもよい。

【0083】

図８は、変形例における燃料電池スタック１００Ａの断面構成を示す説明図である。この変形例における燃料電池スタック１００Ａは、複数の単セル１１０Ａおよびシール部材（例えば、セラミックス、ガラス等）２００Ａからなるセル本体部１９０Ａと、金属支持体１８０Ａと、酸化被膜ＯＦＰＡとを備える。複数の単セル１１０Ａは、所定方向（Ｘ軸方向）に間隔を空けつつ並んでいる。単セル１１０Ａは、電解質層と燃料極と空気極とを備える。金属支持体１８０Ａは、セル本体部１９０Ａに対してＺ軸負方向側に位置している。金属支持体１８０Ａは、セル本体部１９０Ａを支持する金属部材であり、ガスマニホールドである。金属支持体１８０Ａには、貫通孔５０Ａが形成されている。貫通孔５０Ａに、複数の単セル１１０Ａ（のＺ軸負方向側の端部）が挿入されている。複数の単セル１１０Ａと金属支持体１８０Ａとの間、各単セル１１０Ａ間に、金属酸化物を含むシール部材２００Ａが配置され、これにより、これらは互いに固定されている。金属支持体１８０Ａには、燃料ガスを供給する供給管２１０Ａが接続されている。燃料ガスは、供給管２１０Ａおよび金属支持体１８０Ａ（の貫通孔５０Ａ）を介して各セル本体部１９０Ａに供給される。酸化被膜ＯＦＰＡは、金属支持体１８０Ａの表面に形成されている。酸化被膜ＯＦＰＡは、金属支持体１８０Ａのうち、セル本体部１９０Ａに対向する表面Ｓ１０Ａと孔内表面Ｓ３Ａとがなす角部ＣＡに位置している突起被膜部に相当する。この変形例では、酸化被膜ＯＦＰＡは、金属支持体１８０Ａのうち、貫通孔５０Ａを画定する表面（孔内表面）には形成されていない。すなわち、酸化被膜ＯＦＰＡは孔内被膜部を備えていない（換言すれば、酸化被膜ＯＦＰＡの膜厚はゼロである）。従って、この変形例においても、酸化被膜ＯＦＡ（突起被膜部）の膜厚は、孔内被膜部の膜厚よりも厚い。酸化被膜ＯＦＰＡ（突起被膜部）は、金属支持体１８０Ａの角部ＣＡからセル本体部１９０Ａの内部まで突出している。酸化被膜ＯＦＰＡ（突起被膜部）は、Ｚ軸正方向のベクトル成分（およびＸ軸方向のベクトル成分）を有する方向に突出している。この変形例においても、膜厚が孔内被膜部の膜厚よりも厚く、かつ、セル本体部１９０Ａ（シール部材２００Ａ）の内部まで突出している酸化被膜ＯＦＰＡ（突起被膜部）によるアンカー効果により、単セル１１０Ａと金属支持体１８０Ａとの密着性を向上させることができる（これにより、単セル１１０Ａと金属支持体１８０Ａとの剥離を抑制することができる）。

【0084】

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。また、上記実施形態における単セル１１０の製造方法は、あくまで一例であり、種々変形可能である。

【0085】

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固体酸化物形燃料電池（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および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、貫通孔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、貫通孔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においても、上記実施形態と同様の構成を採用することにより、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0086】

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、本明細書に開示される技術は、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】

【0087】

２２（２２Ａ～２２Ｅ）：ボルト ２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：（ガス通路部材の）本体部 ２９：（ガス通路部材の）分岐部 ５０：（金属支持体の）貫通孔 ５０Ａ：（金属支持体の）貫通孔 １００：燃料電池スタック １００Ａ：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０４，１０６：エンドプレート １０８：貫通孔 １１０：単セル（セル本体部） １１０Ａ：単セル １１２：電解質層 １１２Ａ：電解質層 １１４：空気極 １１４Ａ：空気極 １１６：燃料極 １１６Ａ：燃料極 １１７：（燃料極の）基部 １１８：（燃料極の）孔内セル部 １２０：セパレータ １２１：孔 １２４：接合部 １３０：空気極側フレーム部材 １３１：孔 １３２：空気極側ガス供給連通流路 １３３：空気極側ガス排出連通流路 １３４：空気極側集電体 １３５：集電体要素 １４０：燃料極側フレーム部材 １４１：孔 １４２：燃料極側ガス供給連通流路 １４３：燃料極側ガス排出連通流路 １４４：燃料極側集電体 １４５：集電体要素 １５０：インターコネクタ １６１：空気極側ガス供給マニホールド １６２：空気極側ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料極側ガス供給マニホールド １７２：燃料極側ガス排出マニホールド １７６：燃料室 １８０：金属支持体 １８０Ａ：金属支持体 １９０Ａ：セル本体部 ２００Ａ：シール部材 ２１０Ａ：供給管 Ｃ：（金属支持体の）角部 ＣＡ：（金属支持体の）角部 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＯＦ：酸化被膜 ＯＦＨ：孔内被膜部 ＯＦＰ：突起被膜部 ＯＧ：酸化剤ガス ＯＯＧ：酸化剤オフガス Ｐ：突起被膜部のうち、金属支持体から最も離れた点 Ｓ１０：（金属支持体の）表面 Ｓ１０Ａ：（金属支持体のうち、）セル本体部に対向する表面 Ｓ１：（金属支持体の）上面 Ｓ２：（金属支持体の）下面 Ｓ３：（金属支持体の）孔内表面 Ｓ３Ａ：（金属支持体の）孔内表面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】