特許 7144368 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-20

(45)【発行日】2022-09-29

(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 8/0247 20160101AFI20220921BHJP

   H01M 8/02 20160101ALI20220921BHJP

   H01M 8/0202 20160101ALI20220921BHJP

   H01M 8/0228 20160101ALI20220921BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20220921BHJP

   C25B 13/02 20060101ALI20220921BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20220921BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0247

H01M8/02

H01M8/0202

H01M8/0228

C25B9/00 A

C25B13/02 302

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019125752

(22)【出願日】2019-07-05

(65)【公開番号】P2021012797

(43)【公開日】2021-02-04

【審査請求日】2021-01-18

(73)【特許権者】

【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】谷村 良二

(72)【発明者】

【氏名】森川 哲也

(72)【発明者】

【氏名】堀田 信行

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／１２３１４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／１１８８６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０８１７７０（ＪＰ，Ａ）

(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、
前記単セルに対して前記第１の方向の一方の側に配置された第１の導電部材と、
前記第１の導電部材の表面に接触する第１の接触部と、前記空気極と前記燃料極との一方である第１の電極に接触する第２の接触部と、前記第１の接触部と前記第２の接触部とをつなぐ連接部と、を備える第２の導電部材と、
前記第２の導電部材の前記第１の接触部と前記第２の接触部との間に配置されたスペーサーと、を備える電気化学反応単位が複数並べて配置された電気化学反応セルスタックにおいて、
少なくとも１つの前記電気化学反応単位である特定反応単位は、さらに、
前記第１の方向に平行な少なくとも１つの断面である特定断面における前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向としたときに、
少なくとも一部が前記スペーサーに対して前記第２の方向における前記第２の導電部材の前記連接部の側とは反対側に位置し、前記第１の導電部材に接合された第１の接合部材を備え、
前記第１の接合部材は、
前記第２の方向に延伸している第１の部分と、
前記第１の部分に接続された第２の部分と、を備え、
前記特定断面において、前記第２の部分は、前記第１の方向のベクトル成分を有する方向に延伸し、
前記第１の接合部材の前記第２の部分は、前記第２の方向に位置ずれしようとする前記スペーサーに接触して前記スペーサーの位置ずれを抑制する位置に配置されている、
ことを特徴とする、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において、
前記第１の接合部材における前記第１の方向の前記一方とは反対の方向の端の位置は、前記スペーサーにおける前記第１の方向の前記一方とは反対の方向の端の位置よりも前記第１の導電部材の側である、
ことを特徴とす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において、
前記第１の接合部材の前記第２の部分は、前記第１の部分の内、前記第２の方向の前記スペーサーに近い側の端部に接続されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定反応単位の前記第２の導電部材は、前記第２の導電部材の前記連接部と前記スペーサーとの間に空間が形成されるように構成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

【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セルスタックにおいて、
前記特定反応単位は、さらに、
前記特定断面に垂直な方向を第３の方向としたときに、
少なくとも一部が前記スペーサーに対して前記第３の方向の側に位置し、前記第１の導電部材に接合された第２の接合部材を備える、
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、燃料電池発電単位（以下、「発電単位」という。）が所定の方向（以下、「第１の方向」という。）に複数並べて配置された燃料電池スタックの形態で利用される。発電単位は、燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という。）を備える。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含む。

【0003】

発電単位は、また、単セルに対して第１の方向の一方の側に配置されたインターコネクタと、燃料極側集電体と、スペーサーとを備える。燃料極側集電体は、インターコネクタの表面に接触するインターコネクタ接触部と、燃料極に接触する電極接触部と、インターコネクタ接触部と電極接触部とをつなぐ連接部とを備え、燃料極とインターコネクタとを電気的に接続する。スペーサーは、燃料極側集電体のインターコネクタ接触部と電極接触部との間に配置される。燃料極側集電体のインターコネクタ接触部と電極接触部との間にスペーサーが配置されることにより、燃料極側集電体が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位の変形に追随し、燃料極側集電体を介した燃料極とインターコネクタとの電気的接続が良好に維持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１７４２８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上述した従来の燃料電池スタックでは、燃料電池スタックの各部（例えば、燃料極、インターコネクタ）の熱膨張差などの要因から、燃料極側集電体がスペーサーを挟み込む力が確保できなくなり、スペーサーの第１の方向に垂直な方向（より厳密には、スペーサーに対して燃料極側集電体の連接部の側とは反対側の方向）の位置ずれが生じることがある。従って、上述した従来の燃料電池スタックでは、スペーサーの第１の方向に垂直な方向の位置ずれが生じることにより燃料室内のガスの流れが悪化し、ひいては燃料電池スタックの発電性能が低下するおそれがある。

【0006】

なお、このような課題は、インターコネクタの表面に接触するインターコネクタ接触部と、空気極に接触する電極接触部と、当該インターコネクタ接触部と当該電極接触部とをつなぐ連接部とを備える空気極側集電体を備え、空気極側集電体のインターコネクタ接触部と電極接触部との間にスペーサーが配置された燃料電池スタックにおいても、当該スペーサーの第１の方向に垂直な方向の位置ずれに起因して同様に発生する。また、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。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。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。

【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、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セルスタックは、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、前記単セルに対して前記第１の方向の一方の側に配置された第１の導電部材と、前記第１の導電部材の表面に接触する第１の接触部と、前記空気極と前記燃料極との一方である第１の電極に接触する第２の接触部と、前記第１の接触部と前記第２の接触部とをつなぐ連接部と、を備える第２の導電部材と、前記第２の導電部材の前記第１の接触部と前記第２の接触部との間に配置されたスペーサーと、を備える電気化学反応単位が複数並べて配置された電気化学反応セルスタックにおいて、少なくとも１つの前記電気化学反応単位である特定反応単位は、さらに、前記第１の方向に平行な少なくとも１つの断面である特定断面における前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向としたときに、少なくとも一部が前記スペーサーに対して前記第２の方向における前記第２の導電部材の前記連接部の側とは反対側に位置し、前記第１の導電部材に接合された第１の接合部材を備える。

【0010】

上記電気化学反応セルスタックにおいて前記第１の接合部材を備えない構成では、上記電気化学反応セルスタックの各部（例えば、前記第１の電極、前記第１の導電部材）の熱膨張差などの要因から、前記第２の導電部材が前記スペーサーを挟み込む力が確保できなくなり、前記スペーサーの前記第２の方向の位置ずれが生じることがある。従って、この構成では、前記スペーサーの前記第２の方向の位置ずれが生じることにより、前記第１の電極が面する空間内のガスの流れが悪化し、ひいては上記電気化学反応セルスタックの性能が低下するおそれがある。

【0011】

これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、上述の通り、各前記電気化学反応単位の前記第２の導電部材は、少なくとも一部が前記スペーサーに対して前記第２の方向における前記第２の導電部材の前記連接部の側とは反対側に配置され、前記第１の導電部材に接合された第１の接合部材を備える。そのため、前記第１の接合部材の存在により、前記スペーサーの前記第２の方向の位置ずれが抑制される。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、前記スペーサーの前記第２の方向の位置ずれにより前記第１の電極が面する空間内のガスの流れが悪化することに起因する上記電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。

【0012】

（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の接合部材における前記第１の方向の前記一方とは反対の方向の端の位置は、前記スペーサーにおける前記第１の方向の前記一方とは反対の方向の端の位置よりも前記第１の導電部材の側である構成としてもよい。

【0013】

前記第１の接合部材が前記単セルに接触する（つまり、前記単セルから離隔していない）構成においては、前記第１の接合部材の存在により、前記第１の電極が面する空間内と前記単セル内との間のガスの流通が阻害され易く、これによりガスの拡散性が損なわれ易い。そのため、この構成では、前記単セルの各部に供給されるガスの量が不均一となり易い。例えば、前記第１の電極が面する空間から前記第１の電極へのガスの流通が阻害されることにより、ガスが前記第１の電極の前記第２の方向の中央部にまで至らないことがあり、前記単セルの各部に供給されるガスの量が不均一となることがある。そのため、この構成では、前記単セルの各部に供給されるガスの量が不均一となることにより、上記電気化学反応セルスタックの性能が低下するおそれがある。

【0014】

これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、上述の通り、前記第１の接合部材における前記第１の方向の前記一方とは反対の方向の端の位置は、前記スペーサーにおける前記第１の方向の前記一方とは反対の方向の端の位置よりも前記第１の導電部材の側である。従って、前記第１の接合部材は前記単セルから離隔している。そのため、本電気化学反応セルスタックでは、前記第１の接合部材が前記単セルに接触している構成と比べて、前記第１の電極が面する空間内と前記単セル内との間のガスの流通が阻害されることが抑制され、ひいては前記単セルの各部に供給されるガスの量が不均一となることが抑制される。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、前記単セルの各部に供給されるガスの量が不均一となることに起因する上記電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。

【0015】

（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の接合部材は、前記第２の方向に延伸している第１の部分と、前記第１の部分に接続された第２の部分と、を備え、前記特定断面において、前記第２の部分は、前記第１の方向のベクトル成分を有する方向に延伸している構成としてもよい。

【0016】

前記第１の接合部材の前記第２の部分が前記第２の方向に延伸している部分を有する構成では、前記第１の接合部材の存在により、前記第１の電極が面する空間内と前記単セル内との間のガスの流通が特に阻害され易い。

【0017】

これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、上述の通り、前記特定断面において、前記第１の接合部材の第２の部分は、前記第１の方向のベクトル成分を有する方向に延伸している。そのため、前記第１の接合部材の前記第２の部分は、前記第２の方向に延伸している部分を有していない。そのため、本電気化学反応セルスタックでは、前記第１の接合部材の前記第２の部分が前記第２の方向に延伸している部分を有する構成と比べて、前記第１の電極が面する空間内と前記単セル内との間のガスの流通が阻害されることが抑制され、ひいては前記単セルの各部に供給されるガスの量が不均一となることが抑制される。そのため、本電気化学反応セルスタックによれば、前記単セルの各部に供給されるガスの量が不均一となることに起因する上記電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。

【0018】

（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の接合部材の前記第２の部分は、前記第１の部分の内、前記第２の方向の前記スペーサーに近い側の端部に接続される構成としてもよい。このような構成の前記第１の接合部材は、前記第２の方向に位置ずれしようとする前記スペーサーによる荷重を受けたときに、移動したり変形（例えば、前記第２の部分が曲がる、または折れる）したりしないように強固に耐えることができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、前記スペーサーの位置ずれをより効果的に抑制することができる。

【0019】

（５）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定反応単位の前記第２の導電部材は、前記第２の導電部材の前記連接部と前記スペーサーとの間に空間が形成されるように構成されている構成としてもよい。

【0020】

上記電気化学反応セルスタックの各部（例えば、前記第１の電極、前記第１の導電部材）の熱膨張差等により前記第１の電極と前記第１の導電部材との間が広がると、前記第１の電極と前記第２の導電部材の前記電極接触部とが引き剥がされることがある。この結果、前記第１の電極と、前記第２の導電部材の前記電極接触部との接触面積が小さくなり、これにより上記電気化学反応セルスタックの性能が低下することがある。

【0021】

これに対し、本電気化学反応セルスタックでは、上述の通り、各前記電気化学反応単位の前記第２の導電部材は、前記第２の導電部材の前記連接部と前記スペーサーとの間に空間が形成されるように構成される。そのため、各前記電気化学反応単位の前記第２の導電部材の前記電極接触部の内、前記連接部の側の部分と、前記第１の接触部の内、前記連接部の側の部分とは、いずれも前記第１の電極に接触していない。そのため、前記第２の導電部材は、前記第１の電極と前記第１の導電部材との間が広がったときにある程度は自由に伸びることが可能である。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、前記第１の電極と前記第１の導電部材との間が広がることにより前記第１の電極と前記第２の導電部材の前記電極接触部との接触面積が小さくなることを抑制することができ、ひいては上記電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。

【0022】

（６）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定反応単位は、さらに、前記特定断面に垂直な方向を第３の方向としたときに、少なくとも一部が前記スペーサーに対して前記第３の方向の側に位置し、前記第１の導電部材に接合された第２の接合部材を備える構成としてもよい。そのため、本電気化学反応セルスタックでは、前記スペーサーの前記第３の方向の位置ずれを抑制することもできる。

【0023】

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を備える電気化学反応システム（燃料電池システムまたは電解セルシステム）、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】

【0024】

【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】図４のＶＩ－ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。

【図7】図４のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。

【図8】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である。

【図9】単セル１１０の一部分（図５のＸ２部）のＹＺ断面構成を拡大して示す説明図である。

【図10】比較例における単セル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である。

【図11】変形例における単セル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である。

【図12】変形例における単セル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である。

【図13】変形例における単セル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である。

【図14】変形例における単セル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である。

【図15】変形例におけるスペーサー１４９の突出部１４９Ａを示す説明図である。

【図16】変形例における単セル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である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

Ａ．実施形態：
Ａ－１．装置構成：
（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」といい、Ｚ軸負方向を「下方向」というものとするが、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（Ｚ軸方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。燃料電池スタックは、特許請求の範囲における電気化学反応セルスタックに相当する。

【0026】

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。

【0027】

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」という。

【0028】

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。

【0029】

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供給マニホールド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。

【0030】

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供給マニホールド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。

【0031】

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、酸化剤ガス供給マニホールド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、酸化剤ガス供給マニホールド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、燃料ガス供給マニホールド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、燃料ガス供給マニホールド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。

【0032】

（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、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。

【0033】

（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。また、図６は、図４および図５のＶＩ－ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図であり、図７は、図４および図５のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。

【0034】

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、スペーサー１４９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が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。

【0035】

インターコネクタ１５０は、略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）。インターコネクタ１５０は、特許請求の範囲における第１の導電部材に相当する。

【0036】

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。すなわち、空気極１１４および燃料極１１６は、電解質層１１２を挟んで上下方向に互いに対向している。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。

【0037】

電解質層１１２は、上下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。ここでいう上下方向視は、「上下方向に平行な方向から見たとき」を意味する（以下における「上下方向視」も同様）。電解質層１１２は、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、上下方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な（電解質層１１２より気孔率が高い）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）、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、上下方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な（電解質層１１２より気孔率が高い）層である。燃料極１１６の厚さは、例えば２００μｍ～１０００μｍである。燃料極１１６における燃料極側集電体１４４の付近の部分の平均気孔率は、例えば２５～６０ｖｏｌ％であり、当該部分の平均気孔径は、例えば０．５μｍ～４μｍである。このような構成である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。なお、燃料極１１６は、特許請求の範囲における第１の電極に相当する。

【0038】

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ろう材（例えばＡｇろう）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。

【0039】

図６に示すように、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、酸化剤ガス供給マニホールド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。

【0040】

図７に示すように、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、燃料ガス供給マニホールド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。

【0041】

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。なお、本実施形態では、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する平板形の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素が空気極側集電体１３４として機能する。また、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極１１４と空気極側集電体１３４との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。

【0042】

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、インターコネクタ接触部１４６と、電極接触部１４５と、電極接触部１４５のＸ軸正方向側とインターコネクタ接触部１４６のＸ軸正方向側とをつなぐ連接部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。電極接触部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いる。インターコネクタ接触部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。すなわち、インターコネクタ接触部１４６は、図４および図５に示すように、発電単位１０２に備えられた一対のインターコネクタ１５０の内、単セル１１０に対して下方（上下方向の一方）の側に配置されているインターコネクタ１５０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接触部１４６は、下側のエンドプレート１０６に接触している。なお、発電単位１０２に備えられた一対のインターコネクタ１５０の内、下側のインターコネクタ１５０は、特許請求の範囲における第１の導電部材に相当する。燃料極側集電体１４４は、特許請求の範囲における第２の導電部材に相当する。インターコネクタ接触部１４６は、特許請求の範囲における第１の接触部に相当する。電極接触部１４５は、特許請求の範囲における第２の接触部に相当する。本実施形態では、Ｘ軸方向は、特許請求の範囲における第２の方向に相当する。

【0043】

本実施形態では、燃料極側集電体１４４は、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る金属箔（例えば、厚さが１０～８００μｍ）により形成されている。図７における部分拡大図に示すように、燃料極側集電体１４４は、略矩形の金属箔に切り込みを入れ、複数の矩形部分を曲げ起こすように加工することにより製造される。

【0044】

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、本実施形態では、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接触部１４６と電極接触部１４５と連接部１４７と、後述の第１のインターコネクタ接合部１４８と、後述の第２のインターコネクタ接合部１５１とは一体の部材により構成されている。

【0045】

電極接触部１４５とインターコネクタ接触部１４６との間には、例えばマイカ等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。なお、スペーサー１４９の板厚は、例えば０．５～３ｍｍである。

【0046】

Ａ－２．燃料電池スタック１００の動作：
図２、図４および図６に示すように、酸化剤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）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供給マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド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、図５および図７に示すように、燃料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）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供給マニホールド１７１に供給され、燃料ガス供給マニホールド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。

【0047】

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。

【0048】

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、図４および図６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、図５および図７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。

【0049】

Ａ－３．燃料極側集電体１４４の周辺の詳細構成：
Ａ－３―１．第１のインターコネクタ接合部１４８の詳細構成：

【0050】

図８は、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である。本実施形態では、各発電単位１０２は、インターコネクタ１５０に接合された第１のインターコネクタ接合部１４８を備えている。本実施形態では、第１のインターコネクタ接合部１４８は、燃料極側集電体１４４を構成する、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る金属箔の一部により形成されている。第１のインターコネクタ接合部１４８は、燃料極側集電体１４４と同様に、略矩形の金属箔に切り込みを入れ、複数の矩形部分を曲げ起こすように加工することにより製造される。第１のインターコネクタ接合部１４８は、特許請求の範囲における第１の接合部材に相当する。

【0051】

本実施形態では、各発電単位１０２の第１のインターコネクタ接合部１４８は、Ｘ軸方向に延伸している第１のＸ延伸部１４８Ａと、第１のＸ延伸部１４８Ａの内、Ｘ軸正方向側に接続され、上下方向に延伸している第１の上下延伸部１４８Ｂとを備えている。言い換えると、第１の上下延伸部１４８Ｂは、第１のＸ延伸部１４８Ａの内、Ｘ軸方向のスペーサー１４９に近い側の端部に接続されている。当該第１のＸ延伸部１４８Ａは、例えばスポット溶接により、インターコネクタ１５０に接合されている。なお、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１のＸ延伸部１４８Ａは、特許請求の範囲における第１の部分に相当する。第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂは、特許請求の範囲における第２の部分に相当する。

【0052】

第１のインターコネクタ接合部１４８の一部は、スペーサー１４９に対して、Ｘ軸方向における当該燃料極側集電体１４４の連接部１４７の側とは反対側に配置されている。より詳細には、第１のインターコネクタ接合部１４８の一部である第１の上下延伸部１４８Ｂは、スペーサー１４９に対して、Ｘ軸方向における当該燃料極側集電体１４４の連接部１４７の側とは反対側に配置されている。

【0053】

図８に示されたＸＺ断面において、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂは、上下方向に延伸している。従って、同断面（図８に示されたＸＺ断面）において、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂは、上下方向のベクトル成分を有する方向に延伸している。そのため、当該第１の上下延伸部１４８Ｂは、Ｘ軸方向に延伸している部分を有していない。なお、本実施形態では、図８に示されたＸＺ断面は、特許請求の範囲における特定断面に相当する。

【0054】

本実施形態では、第１のインターコネクタ接合部１４８の上方の端Ｅ１の位置は、スペーサー１４９における上方の端Ｅ２の位置よりもインターコネクタ１５０の側である。そのため、第１のインターコネクタ接合部１４８は、単セル１１０から離隔している。

【0055】

また、本実施形態では、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４は、燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９との間に空間１８０が形成されるように構成されている。

【0056】

Ａ－３―２．第２のインターコネクタ接合部１５１の詳細構成：
図９は、単セル１１０の一部分（図５のＸ２部）のＸＺ断面構成を拡大して示す説明図である。本実施形態では、各発電単位１０２は、インターコネクタ１５０に接合された第２のインターコネクタ接合部１５１を備えている。第２のインターコネクタ接合部１５１は、スペーサー１４９に対してＹ軸方向の一方（Ｙ軸正方向）の側と他方（Ｙ軸負方向）の側とのそれぞれに配置されている。本実施形態では、第２のインターコネクタ接合部１５１は、燃料極側集電体１４４を構成する、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る金属箔の一部により形成されている。第２のインターコネクタ接合部１５１は、燃料極側集電体１４４と同様に、略矩形の金属箔に切り込みを入れ、複数の矩形部分を曲げ起こすように加工することにより製造される。第２のインターコネクタ接合部１５１は、特許請求の範囲における第２の接合部材に相当する。本実施形態では、Ｙ軸方向は、特許請求の範囲における第３の方向に相当する。

【0057】

本実施形態では、図９に示されたＹＺ断面において、各発電単位１０２におけるスペーサー１４９に対してＹ軸正方向の側の配置された第２のインターコネクタ接合部１５１は、Ｙ軸方向に延伸しているＹ延伸部１５１Ａと、Ｙ延伸部１５１ＡのＹ軸負方向側の端部に接続され、上下方向に延伸している第２の上下延伸部１５１Ｂとを備えている。言い換えると、第２の上下延伸部１５１Ｂは、Ｙ延伸部１５１Ａの内、Ｙ軸方向のスペーサー１４９に近い側の端部に接続されている。当該Ｙ延伸部１５１Ａは、例えばスポット溶接により、インターコネクタ１５０に接合されている。

【0058】

各発電単位１０２の第２のインターコネクタ接合部１５１の一部は、スペーサー１４９に対してＹ軸正方向側に配置されている。より詳細には、第１のインターコネクタ接合部１４８の一部である第２の上下延伸部１５１Ｂは、スペーサー１４９に対してＹ軸正方向側に配置されている。

【0059】

本実施形態では、図９に示されたＹＺ断面において、各発電単位１０２におけるスペーサー１４９に対してＹ軸負方向の側の配置された第２のインターコネクタ接合部１５１は、Ｙ軸方向に延伸しているＹ延伸部１５１Ａと、Ｙ延伸部１５１ＡのＹ軸正方向側の端部に接続され、上下方向に延伸している第２の上下延伸部１５１Ｂとを備えている。言い換えると、第２の上下延伸部１５１Ｂは、Ｙ延伸部１５１Ａの内、Ｙ軸方向のスペーサー１４９に近い側の端部に接続されている。当該Ｙ延伸部１５１Ａは、例えばスポット溶接により、インターコネクタ１５０に接合されている。

【0060】

各発電単位１０２の第２のインターコネクタ接合部１５１の一部は、スペーサー１４９に対してＹ軸正方向側に配置されている。より詳細には、第１のインターコネクタ接合部１４８の一部である第２の上下延伸部１５１Ｂは、スペーサー１４９に対してＹ軸正方向側に配置されている。

【0061】

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は、複数並べて配置された発電単位１０２を備えている。各発電単位１０２は、単セル１１０と、インターコネクタ１５０と、燃料極側集電体１４４と、スペーサー１４９とを備えている。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（Ｚ軸方向）に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを含む。インターコネクタ１５０は、単セル１１０に対して下方（上下方向の一方）の側に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ１５０の表面に接触するインターコネクタ接触部１４６と、燃料極１１６に接触する電極接触部１４５と、インターコネクタ接触部１４６と電極接触部１４５とをつなぐ連接部１４７とを備えている。スペーサー１４９は、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接触部１４６と電極接触部１４５との間に配置されている。各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４は、一部がスペーサー１４９に対してＸ軸方向（図８に示されたＸＺ断面における上下方向に垂直な方向）における燃料極側集電体１４４の連接部１４７の側とは反対側に配置され、インターコネクタ１５０に接合された第１のインターコネクタ接合部１４８を備えている。

【0062】

燃料電池スタック１００において第１のインターコネクタ接合部１４８を備えない構成では、燃料電池スタック１００の各部（例えば、燃料極１１６、インターコネクタ１５０）の熱膨張差などの要因から、燃料極側集電体１４４がスペーサー１４９を挟み込む力が確保できなくなり、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれが生じることがある。従って、この構成では、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれが生じることにより燃料室１７６（燃料極１１６が面する空間）内のガス（燃料ガスＦＧ）の流れが悪化し、ひいては燃料電池スタック１００の発電性能が低下するおそれがある。

【0063】

これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述の通り、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４は、一部がスペーサー１４９に対してＸ軸方向における燃料極側集電体１４４の連接部１４７の側とは反対側に配置され、インターコネクタ１５０に接合された第１のインターコネクタ接合部１４８を備えている。そのため、第１のインターコネクタ接合部１４８の存在により、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれが抑制される。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれにより燃料室１７６内のガスの流れが悪化することに起因する燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。

【0064】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、第１のインターコネクタ接合部１４８の上方（上下方向の上記一方とは反対の方向）の端Ｅ１の位置は、スペーサー１４９における上方（上下方向の上記一方とは反対の方向）の端Ｅ２の位置よりもインターコネクタ１５０の側である。そのため、第１のインターコネクタ接合部１４８は、単セル１１０から離隔している。

【0065】

第１のインターコネクタ接合部１４８が単セル１１０に接触する（つまり、単セル１１０から離隔していない）構成においては、第１のインターコネクタ接合部１４８の存在により、燃料室１７６内と単セル１１０内との間のガスの流通が阻害され易く、これによりガスの拡散性が損なわれ易い。そのため、この構成では、単セル１１０の各部に供給されるガスの量が不均一となり易い。例えば、燃料室１７６から燃料極１１６へのガスの流通が阻害されることにより、ガスが燃料極１１６のＸ軸方向の中央部にまで至らないことがあり、単セル１１０の各部に供給されるガスの量が不均一となることがある。そのため、この構成では、単セル１１０の各部に供給されるガスの量が不均一となることにより、燃料電池スタック１００の発電性能が低下するおそれがある。

【0066】

これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述の通り、第１のインターコネクタ接合部１４８における上下方向の端Ｅ１の位置は、スペーサー１４９の上方の端Ｅ２の位置よりもインターコネクタ１５０の側である。従って、第１のインターコネクタ接合部１４８は単セル１１０から離隔している。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００では、第１のインターコネクタ接合部１４８が単セル１１０に接触している構成と比べて、燃料室１７６内と単セル１１０内との間のガスの流通が阻害されることが抑制され、ひいては単セル１１０の各部に供給されるガスの量が不均一となることが抑制される。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、単セル１１０の各部に供給されるガスの量が不均一となることに起因する燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。

【0067】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、第１のインターコネクタ接合部１４８は、Ｘ軸方向に延伸している第１のＸ延伸部１４８Ａと、第１のＸ延伸部１４８Ａに接続された第１の上下延伸部１４８Ｂとを備えている。図８に示されたＸＺ断面において、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂは、上下方向（Ｚ軸方向）のベクトル成分を有する方向に延伸している。そのため、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂは、Ｘ軸方向に延伸している部分を有していない。

【0068】

例えば図１０に示す比較例のように、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８ＢがＸ軸方向に延伸している部分（第１の上下延伸部１４８Ｂの上端部分）を有する構成では、第１のインターコネクタ接合部１４８の存在により、燃料室１７６（燃料極１１６が面する空間）内と単セル１１０内との間のガスの流通が特に阻害され易い。

【0069】

これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述の通り、図８に示されたＸＺ断面において、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂは、上下方向のベクトル成分を有する方向に延伸している。そのため、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂは、Ｘ軸方向に延伸している部分を有していない。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００では、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８ＢがＸ軸方向に延伸している部分を有する構成と比べて、燃料室１７６内と単セル１１０内との間のガスの流通が阻害されることが抑制され、ひいては単セル１１０の各部に供給されるガスの量が不均一となることが抑制される。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、単セル１１０の各部に供給されるガスの量が不均一となることに起因する燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。

【0070】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂは、第１のＸ延伸部１４８Ａの内、Ｘ軸方向のスペーサー１４９に近い側の端部に接続されている。このような構成の第１のインターコネクタ接合部１４８は、Ｘ軸方向に位置ずれしようとするスペーサー１４９による荷重を受けたときに、移動したり変形（例えば、第１の上下延伸部１４８Ｂが曲がる、または折れる）したりしないように強固に耐えることができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、スペーサー１４９の位置ずれをより効果的に抑制することができる。

【0071】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４は、燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９との間に空間１８０が形成されるように構成されている。

【0072】

燃料電池スタック１００の各部（例えば、燃料極１１６、インターコネクタ１５０）の熱膨張差等により燃料極１１６とインターコネクタ１５０との間が広がると、燃料極１１６と燃料極側集電体１４４の電極接触部１４５とが引き剥がされることがある。この結果、燃料極１１６と、燃料極側集電体１４４の電極接触部１４５との接触面積が小さくなり、これにより燃料電池スタック１００の発電性能が低下することがある。

【0073】

これに対し、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述の通り、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４は、燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９との間に空間１８０が形成されるように構成されている。そのため、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４の電極接触部１４５の内、連接部１４７の側の部分と、インターコネクタ接触部１４６の内、連接部１４７の側の部分とは、いずれも燃料極１１６に接触していない。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との間が広がったときにある程度は自由に伸びることが可能である。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、燃料極１１６とインターコネクタ１５０との間が広がることにより燃料極１１６と燃料極側集電体１４４の電極接触部１４５との接触面積が小さくなることを抑制することができ、ひいては燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。

【0074】

また、本実施形態の燃料電池スタック１００では、各発電単位１０２の燃料極側集電体１４４は、一部がスペーサー１４９に対してＹ軸方向（図８に示されたＸＺ断面に垂直な方向）の側に配置され、インターコネクタ１５０に接合された第２のインターコネクタ接合部１５１を備えている。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００では、スペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれを抑制することもできる。

【0075】

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。

【0076】

上記実施形態（または変形例、以下同様）において、電極接触部１４５は、接合材を介して、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いる構成であってもよい。また、上記実施形態において、インターコネクタ接触部１４６は、接合材を介して、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構成であってもよい。

【0077】

また、上記実施形態では、第１のインターコネクタ接合部１４８および第２のインターコネクタ接合部１５１は、燃料極側集電体１４４を構成する部材（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る金属箔）の一部により形成された構成であるが、第１のインターコネクタ接合部１４８および／または第２のインターコネクタ接合部１５１は、燃料極側集電体１４４を構成する部材とは別体の部材により構成されていてもよく、燃料極側集電体１４４を構成する部材の材質とは異なる材質である部材により構成されていてもよい。

【0078】

また、上記実施形態の燃料電池スタック１００は、第１のインターコネクタ接合部１４８における上方の端Ｅ１の位置が、スペーサー１４９の上方の端Ｅ２の位置よりもインターコネクタ１５０の側である構成とされているが、図１１に示すように、第１のインターコネクタ接合部１４８における上方の端Ｅ１の位置が、スペーサー１４９の上方の端Ｅ２の位置と同一である構成が採用されてもよい。また、図１２に示すように、第１のインターコネクタ接合部１４８における上方の端Ｅ１の位置が、スペーサー１４９の上方の端Ｅ２の位置よりもインターコネクタ１５０の側とは反対側である構成が採用されてもよい。これらの構成においても、第１のインターコネクタ接合部１４８が単セル１１０から離隔していれば、第１のインターコネクタ接合部１４８が単セル１１０に接触する構成と比べて、燃料室１７６内と単セル１１０内との間のガスの流通が阻害されることが抑制され、ひいては単セル１１０の各部に供給されるガスの量が不均一となることが抑制される。従って、これらの構成においても、単セル１１０の各部に供給されるガスの量が不均一となることに起因する燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。

【0079】

また、上記実施形態の燃料電池スタック１００は、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂが、第１のＸ延伸部１４８Ａの内、Ｘ軸方向のスペーサー１４９に近い側の端部に接続された構成であるが、当該第１の上下延伸部１４８Ｂが、第１のＸ延伸部１４８Ａの内、Ｘ軸方向のスペーサー１４９の中心と重なる位置に接続された構成であってもよく、Ｘ軸方向のスペーサー１４９から遠い側の端部に接続された構成であってもよい。

【0080】

また、上記実施形態の燃料電池スタック１００は、図８に示されたＸＺ断面において、第１のインターコネクタ接合部１４８の全体がスペーサー１４９に対してＸ軸方向における燃料極側集電体１４４の連接部１４７の側とは反対側に配置された構成であってもよい。この構成においても、第１のインターコネクタ接合部１４８の存在により、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれを抑制することができる。

【0081】

また、上記実施形態の燃料電池スタック１００は、図９に示されたＹＺ断面において、第２のインターコネクタ接合部１５１の全体がスペーサー１４９に対してＹ軸方向の側に配置された構成であってもよい。この構成においても、第２のインターコネクタ接合部１５１の存在により、スペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれを抑制することができる。

【0082】

また、上記実施形態の発電単位１０２は、第１のＸ延伸部１４８Ａと第１の上下延伸部１４８Ｂとを備え、一部または全体がスペーサー１４９に対してＸ軸方向における当該燃料極側集電体１４４の連接部１４７の側とは反対側に配置された第１のインターコネクタ接合部１４８を備える構成である。発電単位１０２は、第１のインターコネクタ接合部１４８を備える構成に限られず、第１のインターコネクタ接合部１４８とは異なる構成の部材であって、一部または全体がＸ軸方向における当該燃料極側集電体１４４の連接部１４７の側とは反対側に配置された他の構成である部材（以下、「第１のインターコネクタ接合部１４８に相当する部材」という。）を備えていてもよい。

【0083】

発電単位１０２が第１のインターコネクタ接合部１４８に相当する部材を備える例として、例えば、図１３に示すように、上記実施形態において、発電単位１０２は、Ｘ軸方向に延伸している第２のＸ延伸部１４８Ｃと、第２のＸ延伸部１４８ＣのＸ軸正方向側の端部に接続され、上下方向に延伸している第３の上下延伸部１４８Ｄと、第３の上下延伸部１４８Ｄの上方側の端部に接続され、Ｘ軸正方向に延伸している第３のＸ延伸部１４８Ｅを備える第３のインターコネクタ接合部１４８Ｆを備える構成が採用されてもよい。第２のＸ延伸部１４８Ｃは、インターコネクタ１５０に接合されている。第３の上下延伸部１４８Ｄの全体（一部であってもよい）は、Ｘ軸方向における当該燃料極側集電体１４４の連接部１４７の側とは反対側に配置されている。この構成においても、第３のインターコネクタ接合部１４８Ｆの存在により、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれが抑制される。従って、この構成においても、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれにより燃料室１７６内のガスの流れが悪化することに起因する燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。なお、この構成では、第３のインターコネクタ接合部１４８Ｆが、特許請求の範囲における第１の接合部材に相当する。

【0084】

発電単位１０２が第１のインターコネクタ接合部１４８に相当する部材を備える例として、例えば、図１４に示すように、上記実施形態において、発電単位１０２は、インターコネクタ接触部１４６のＸ軸負方向側に接続され、上下方向に延伸している第４の上下延伸部１４８Ｇと、第４の上下延伸部１４８Ｇの上方の端部に接続され、Ｘ軸正方向に延伸する第４のＸ延伸部１４８Ｈとを備える第４のインターコネクタ接合部１４８Ｉを備える構成が採用されてもよい。燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接触部１４６は、インターコネクタ１５０に接合されている。第４の上下延伸部１４８Ｇは、スペーサー１４９に対してＸ軸方向における燃料極側集電体１４４の連接部１４７の側とは反対側に配置されている。この構成においても、一部（全体であってもよい）がスペーサー１４９に対してＸ軸方向における燃料極側集電体１４４の連接部１４７の側とは反対側に配置され、インターコネクタ１５０に接合された燃料極側集電体１４４と一体に形成された第４のインターコネクタ接合部１４８Ｉの存在により、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれが抑制される。従って、この構成においても、スペーサー１４９のＸ軸方向の位置ずれにより燃料室１７６内のガスの流れが悪化することに起因する燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。なお、この構成では、第４のインターコネクタ接合部１４８Ｉが、特許請求の範囲における第１の接合部材に相当する。

【0085】

同様に、発電単位１０２は、第２のインターコネクタ接合部１５１を備える構成に限られず、第２のインターコネクタ接合部１５１とは異なる構成の部材であって、一部または全体がスペーサー１４９に対してＹ軸方向の側に配置され、インターコネクタ１５０に接合された他の構成である部材（以下、「第２のインターコネクタ接合部１５１に相当する部材」という。）を備える構成であってもよい。この構成では、第２のインターコネクタ接合部１５１に相当する部材が、特許請求の範囲における第２の接合部材に相当する。

【0086】

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００に含まれるすべての発電単位１０２において、インターコネクタ接触部１４６と、電極接触部１４５と、連接部１４７と、第１のインターコネクタ接合部１４８（図１３の変形例では第３のインターコネクタ接合部１４８Ｆ、図１４の変形例では第４のインターコネクタ接合部１４８Ｉ。以下同様）と、第２のインターコネクタ接合部１５１とを備える構成であるが、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において、インターコネクタ接触部１４６と、電極接触部１４５と、連接部１４７と、第１のインターコネクタ接合部１４８および／または第２のインターコネクタ接合部１５１とを備える構成であれば、当該発電単位１０２の電極接触部１４５とインターコネクタ接触部１４６との間に配置されたスペーサー１４９の位置ずれを抑制することができる。

【0087】

また、上記実施形態では、燃料極側集電体１４４は、燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９との間に空間１８０が形成される構成であるが、燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９との間に空間１８０が形成されないように燃料極側集電体１４４の連接部１４７とスペーサー１４９とが接触する構成であってもよい。

【0088】

上記実施形態において、発電単位１０２は、スペーサー１４９に対してＹ軸正方向の側に配置された第２のインターコネクタ接合部１５１と、スペーサー１４９に対してＹ軸負方向の側に配置された第２のインターコネクタ接合部１５１とのいずれかのみを備える構成であってもよい。この構成においても、第２のインターコネクタ接合部１５１の存在により、スペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれを抑制することができる。

【0089】

また、上記実施形態の燃料電池スタック１００は、発電単位１０２は第２のインターコネクタ接合部１５１に備え、これによりスペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれを抑制する構成であるが、上記実施形態の燃料電池スタック１００において、図１５に示すように、発電単位１０２は第２のインターコネクタ接合部１５１を備えず、スペーサー１４９は上下方向視で燃料極側集電体１４４の外側まで突出する部分であってＸ軸方向視（上下方向に垂直な方向視）で燃料極側集電体１４４に重なる部分である突出部１４９Ａを有する構成が採用されてもよい。なお、ここでいうＸ軸方向視は、「Ｘ軸方向に平行な方向から見たとき」を意味する（以下における「Ｘ軸方向視」も同様）。この構成では、スペーサー１４９の突出部１４９Ａの存在により、スペーサー１４９のＹ軸方向の位置ずれが抑制される。

【0090】

上記実施形態において、図８に示されたＸＺ断面において、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂは、上下方向（Ｚ軸方向）以外の方向に延伸している構成であってもよい。例えば、図１６に示すように、同断面（図８に示されたＸＺ断面）において、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂは、上下方向以外の方向であって、上下方向のベクトル成分を有する方向に延伸している構成であってもよい。また、同断面（図８に示されたＸＺ断面）において、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８Ｂは、上下方向に延伸している部分と、上下方向以外の方向であって、上下方向のベクトル成分を有する方向に延伸している部分とで構成されてもよい。これらの構成においても、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８ＢがＸ軸方向に延伸している部分を有していないことにより、第１のインターコネクタ接合部１４８の第１の上下延伸部１４８ＢがＸ軸方向に延伸している部分を有する構成と比べて、燃料室１７６内と単セル１１０内との間のガスの流通が阻害されることが抑制され、ひいては単セル１１０の各部に供給されるガスの量が不均一となることが抑制される。そのため、これらの構成においても、単セル１１０の各部に供給されるガスの量が不均一となることに起因する燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。

【0091】

また、上記実施形態において、発電単位１０２は、上下方向に平行な断面であって、図８に示されたＸＺ断面とは異なる他の断面（以下、単に「他の断面」という。）においても、インターコネクタ接触部１４６と、電極接触部１４５と、連接部１４７と、第１のインターコネクタ接合部１４８および／または第２のインターコネクタ接合部１５１とを備える構成が採用されてもよい。この構成においては、他の断面の第１のインターコネクタ接合部１４８の存在により、他の断面における上下方向に垂直な方向におけるスペーサー１４９の位置ずれを抑制することができ、他の断面の第２のインターコネクタ接合部１５１の存在により、他の断面に垂直な方向におけるスペーサー１４９の位置ずれを抑制することができる。

【0092】

上記実施形態の燃料電池スタック１００において、空気極側集電体１３４が、単セル１１０に対して上方（上下方向の一方）の側に配置されたインターコネクタ１５０（以下、当該インターコネクタ１５０を特に指すときには「上側のインターコネクタ１５０」という。）の表面に接触するインターコネクタ接触部と、空気極１１４に接触する電極接触部と、当該インターコネクタ接触部と当該電極接触部とをつなぐ連接部と、一部または全体がＸ軸方向における当該連接部の側とは反対側に配置された第１のインターコネクタ接合部（以下、「空気極側の第１のインターコネクタ接合部」という。）とを備え、当該インターコネクタ接触部と当該電極接触部との間にスペーサー（スペーサー１４９と同様の材料および形状である部材。以下、「空気極側スペーサー」という。）が配置されている構成が採用されてもよい。この構成においても、上記実施形態の場合と同様の理由から、空気極側スペーサーのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置ずれが問題となるが、空気極側の第１のインターコネクタ接合部の存在により、空気極側スペーサーのＸ軸方向の位置ずれを抑制することができる。なお、この構成では、空気極側の第１のインターコネクタ接合部は、特許請求の範囲における第１の接合部材に相当する。また、このような構成に換えて、または加えて、上記実施形態の燃料電池スタック１００において、発電単位１０２は、空気極側スペーサーに対してＹ軸方向の側に配置された第２のインターコネクタ接合部であって、一部または全体が空気極側スペーサーに対してＹ軸方向の側に位置する第２のインターコネクタ接合部（以下、「空気極側の第２のインターコネクタ接合部」という。）を備える構成が採用されてもよい。この構成においても、上記実施形態の場合と同様の理由から、空気極側の第２のインターコネクタ接合部の存在により、空気極側スペーサーのＹ軸方向の位置ずれを抑制することができる。空気極側の第２のインターコネクタ接合部は、特許請求の範囲における第２の接合部材に相当する。なお、この構成では、本実施形態では、発電単位１０２に備えられた一対のインターコネクタ１５０の内、上側のインターコネクタ１５０が、特許請求の範囲における第１の導電部材に相当する。

【0093】

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ればよい。

【符号の説明】

【0094】

２２：ボルト ２２Ａ：ボルト ２２Ｂ：ボルト ２２Ｄ：ボルト ２２Ｅ：ボルト ２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 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 １２４：接合部 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 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：電極接触部 １４６：インターコネクタ接触部 １４７：連接部 １４８：第１のインターコネクタ接合部 １４８Ａ：第１のＸ延伸部 １４８Ｂ：第１の上下延伸部 １４８Ｃ：第２のＸ延伸部 １４８Ｄ：第３の上下延伸部 １４８Ｅ：第３のＸ延伸部 １４８Ｆ：第３のインターコネクタ接合部 １４８Ｇ：第４の上下延伸部 １４８Ｈ：第４のＸ延伸部 １４８Ｉ：第４のインターコネクタ接合部 １４９：スペーサー １４９Ａ：突出部 １５０：インターコネクタ １５１：第２のインターコネクタ接合部 １５１Ａ：Ｙ延伸部 １５１Ｂ：第２の上下延伸部 １６１：酸化剤ガス供給マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス供給マニホールド 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】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】