特許 7316258 電気化学反応単位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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-19

(45)【発行日】2023-07-27

(54)【発明の名称】電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/028 20160101AFI20230720BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20230720BHJP

   C25B 9/17 20210101ALI20230720BHJP

   C25B 15/00 20060101ALI20230720BHJP

   H01M 8/0208 20160101ALI20230720BHJP

   H01M 8/0276 20160101ALI20230720BHJP

   H01M 8/0286 20160101ALI20230720BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20230720BHJP

【ＦＩ】

H01M8/028

C25B1/04

C25B9/17

C25B15/00 302Z

H01M8/0208

H01M8/0276

H01M8/0286

H01M8/12 102A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020159609

(22)【出願日】2020-09-24

(65)【公開番号】P2022053032

(43)【公開日】2022-04-05

【審査請求日】2021-11-26

(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】弁理士法人アルファ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小野 達也

(72)【発明者】

【氏名】石田 暁

【審査官】高木 康晴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０３２５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１５５１１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０３２５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１５１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３８９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５３７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００５１９２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／１２

Ｃ２５Ｂ １／０４

Ｃ２５Ｂ ９／１７

Ｃ２５Ｂ １５／００

(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電気化学反応単セルと、
前記第１の方向において、前記電気化学反応単セルの前記燃料極側に配置され、かつ、少なくともクロムを含む金属製の導電性部材と、
前記燃料極と前記導電性部材とに面する燃料室のうち、前記第１の方向視において、前記電解質層と、前記空気極と、前記燃料極とが互いに重なる部分である重複部分の外側に位置する外側空間に配置された周辺部材であって、ハロゲンとアルカリ金属との少なくとも一方を含む周辺部材と、
を備える電気化学反応単位において、
前記第１の方向において、前記周辺部材と前記導電性部材との間に配置された第１の部材を備え、
前記第１の部材は、前記第１の部材の表面のうちの前記周辺部材に対向する側の表面における、前記周辺部材に接する接触部分の少なくとも一部分が、アルミナから形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。

【請求項2】

請求項１に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の部材には、前記第１の方向視において、前記重複部分を包含する貫通孔が形成されており、
前記第１の部材は、前記貫通孔を取り囲む貫通孔周囲部が、前記導電性部材の周縁部に接合されることにより、前記燃料室と、隣接する他の前記電気化学反応単セルの前記空気極に面する空気室とを区画する、
ことを特徴とする電気化学反応単位。

【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単位において、
前記第１の方向視において、前記第１の部材における前記接触部分の前記一部分は、前記導電性部材と前記周辺部材とが重なる部分を包含している、
ことを特徴とする電気化学反応単位。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記導電性部材と前記第１の部材とが接する位置に、前記導電性部材と前記第１の部材とを溶接により接合する溶接部が形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。

【請求項5】

前記第１の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位である、
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、電気化学反応単位および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の構成単位である燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という）は、固体酸化物を含む電解質層と、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燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という）を有している。

【0003】

発電単位には、単セル周辺の空間を埋めて発電効率を向上させる等の目的で、周辺部材（例えば、フェルト部材）が充填されることがある。このようなフェルト部材は、例えば、燃料極と、Ｃｒ（クロム）を含有する金属により形成された導電性部材（例えば、フェライト系ステンレスにより形成されたインターコネクタ）とに面する燃料室における、ガスの主たる流れ方向に直交する方向の両端の位置であって、インターコネクタの表面に接するように配置される。また、フェルト部材として、アルミナ－シリカ（二酸化ケイ素）系のフェルト材料が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１８／１５５１１２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

導電性部材を形成する金属に含まれるＣｒが空気中の酸素と反応すると、導電性部材の表面に、Ｃｒ酸化物（例えば、Ｃｒ_２Ｏ_３（クロミア））を含む酸化被膜層が形成される。Ｃｒ酸化物を含む酸化被膜層は緻密性が高いため、導電性部材に含まれる汚染物質（例えば、Ｐ（リン））の放出または拡散を抑制する。例えば、燃料室に供給されるガス中に、上記汚染物質が含まれていると、該汚染物質が燃料極における三相界面に付着して反応場が減少する現象（「燃料極の被毒」と呼ばれる。）が発生し、単セルの性能が低下するおそれがある。

【0006】

一方、周辺部材は、アルカリ金属やハロゲンを含んでいる場合がある。ここで、アルカリ金属に由来するアルカリ金属イオンは、周辺部材と導電性部材との界面において、上記汚染物質の酸化を促進させ、Ｃｒ酸化物を含む酸化被膜層の異常化を引き起こす傾向がある。また、ハロゲンに由来するハロゲン化物イオンは、周辺部材と導電性部材との界面において、Ｃｒ酸化物を含む酸化被膜層を腐食させ、Ｃｒ酸化物を含む酸化被膜層の異常化を引き起こす傾向がある。これにより、上記酸化された汚染物質が、周辺部材を介して、また、導電性部材に含まれる上記汚染物質が、上記腐食された酸化被膜層と周辺部材とを介して、燃料室へ放出または拡散される傾向がある。このため、上記汚染物質による燃料極の被毒に起因する単セルの性能低下を抑制することが困難である、という課題がある。

【0007】

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を複数備える電解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、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。

【0008】

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】

【0009】

（１）本明細書に開示される電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、前記第１の方向において、前記電気化学反応単セルの前記燃料極側に配置され、かつ、少なくともクロムを含む金属製の導電性部材と、前記燃料極と前記導電性部材とに面する燃料室のうち、前記第１の方向視において、前記電解質層と、前記空気極と、前記燃料極とが互いに重なる部分である重複部分の外側に位置する外側空間に配置された周辺部材であって、ハロゲンとアルカリ金属との少なくとも一方を含む周辺部材と、を備える電気化学反応単位において、前記第１の方向において、前記周辺部材と前記導電性部材との間に配置された第１の部材を備え、前記第１の部材は、前記第１の部材の表面のうちの前記周辺部材に対向する側の表面における、前記周辺部材に接する接触部分の少なくとも一部分が、アルミナから形成されている。本電気化学反応単位では、第１の方向において、周辺部材と導電性部材との間に配置された第１の部材を備える。第１の部材は、第１の部材の表面のうちの周辺部材に対向する側の表面における、周辺部材に接する接触部分の少なくとも一部分が、緻密性の高いアルミナから形成されている。このため、アルミナから形成されている当該一部分において、周辺部材の内部におけるアルカリ金属イオンやハロゲン化物イオンが、導電性部材におけるＣｒ酸化物を含む酸化被膜層に到達することを抑制することができる。従って、本電気化学反応単位によれば、導電性部材におけるＣｒ酸化物を含む酸化被膜層の異常化を抑制することができ、汚染物質による燃料極の被毒により電気化学反応単セル（ひいては、電気化学反応単位）の性能が低下することを抑制することができる。

【0010】

（２）上記電気化学反応単位において、前記第１の部材には、前記第１の方向視において、前記重複部分を包含する貫通孔が形成されており、前記第１の部材は、前記貫通孔を取り囲む貫通孔周囲部が、前記導電性部材の周縁部に接合されることにより、前記燃料室と、隣接する他の前記電気化学反応単セルの前記空気極に面する空気室とを区画する構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第１の部材を、燃料室と、隣接する他の電気化学反応単セルにおける空気室とを区画する部材としても機能させることができる。

【0011】

（３）上記電気化学反応単位において、前記第１の方向視において、前記第１の部材における前記接触部分の前記一部分は、前記導電性部材と前記周辺部材とが重なる部分を包含している構成としてもよい。換言すれば、本電気化学反応単位では、第１の部材の表面における、導電性部材と周辺部材とが重なる部分の全面が、アルミナから形成されている。従って、本電気化学反応単位によれば、汚染物質による燃料極の被毒により電気化学反応単セル（ひいては、電気化学反応単位）の性能が低下することを効果的に抑制することができる。

【0012】

（４）上記電気化学反応単位において、前記導電性部材と前記第１の部材とが接する位置に、前記導電性部材と前記第１の部材とを溶接により接合する溶接部が形成されている構成としてもよい。このため、本電気化学反応単位によれば、第１の部材が、導電性部材に比較的強固に接合されるため、導電性部材に対する固定位置からの位置ズレを抑制することができる。

【0013】

（５）本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、前記第１の方向に並べて配列された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、上記電気化学反応単位である。本電気化学反応セルスタックによれば、導電性部材におけるＣｒ酸化物を含む酸化被膜層の異常化を抑制することができ、汚染物質による燃料極の被毒により電気化学反応単セル（ひいては、電気化学反応単位）の性能が低下することを抑制することができる。

【0014】

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

【図面の簡単な説明】

【0015】

【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ＸＺ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】燃料極側集電部材１４８の作製方法の一例を示す説明図

【図7】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

【図8】第１，第２変形例における燃料電池スタック１００Ａ，１００Ｂの構成を概略的に示す説明図

【図9】第３変形例における燃料電池スタック１００Ｃの構成を概略的に示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0016】

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（および後述する図７）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（および後述する図７）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。

【0017】

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、単に「発電単位」という。）１０２と、一対のターミナルプレート７０，８０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。上記配列方向（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。

【0018】

一対のターミナルプレート７０，８０のうちの一方（以下、「上側ターミナルプレート７０」という。）は、７つの発電単位１０２から構成される集合体（以下、「発電ブロック１０３」という。）の上側に配置されており、一対のエンドプレート１０４，１０６のうちの一方（以下、「上側エンドプレート１０４」という。）は、上側ターミナルプレート７０の上側に配置されている。また、一対のターミナルプレート７０，８０のうちの他方（以下、「下側ターミナルプレート８０」という。）は、発電ブロック１０３の下側に配置されており、一対のエンドプレート１０４，１０６のうちの他方（以下、「下側エンドプレート１０６」という。）は、下側ターミナルプレート８０の下側に配置されている。なお、上側ターミナルプレート７０と上側エンドプレート１０４との間、および、下側ターミナルプレート８０と下側エンドプレート１０６との間には、絶縁シート９２が介在している。絶縁シート９２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ている。

【0019】

燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、ターミナルプレート７０，８０、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、上側エンドプレート１０４から下側エンドプレート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。

【0020】

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とによる上下方向の圧縮力によって、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と上側エンドプレート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と下側エンドプレート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と下側エンドプレート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ている。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

（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軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一対のエンドプレート１０４，１０６の中央付近には、それぞれ、Ｚ軸方向に貫通する孔３２，３４が形成されている。Ｚ軸方向視で、一対のエンドプレート１０４，１０６のそれぞれに形成された孔３２，３４の内周線は、後述する各単セル１１０を内包している。そのため、各ボルト２２およびナット２４によるＺ軸方向の圧縮力は、主として各発電単位１０２の周縁部（後述する各単セル１１０より外周側の部分）に作用する。

【0025】

（ターミナルプレート７０，８０の構成）
一対のターミナルプレート７０，８０は、Ｚ軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレスにより形成されている。上側ターミナルプレート７０の中央付近には、Ｚ軸方向に貫通する孔７１が形成されている。Ｚ軸方向視で、上側ターミナルプレート７０に形成された孔７１の内周線は、後述する各単セル１１０を内包している。なお、本実施形態では、Ｚ軸方向視で、上側ターミナルプレート７０に形成された孔７１の内周線は、上側エンドプレート１０４に形成された孔３２の内周線と略一致している。上側ターミナルプレート７０は、Ｚ軸方向視で、上側エンドプレート１０４の外周線から外側に突出した突出部７８を備えており、該突出部７８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する。また、下側ターミナルプレート８０は、Ｚ軸方向視で、下側エンドプレート１０６の外周線から外側に突出した突出部８８を備えており、該突出部８８は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。

【0026】

（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。図４の上部には、発電単位１０２の一部分のＸＺ断面構成が拡大して示されており、図５の上部には、発電単位１０２の一部分のＹＺ断面構成が拡大して示されている。

【0027】

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、単セル用セパレータ１２０と、空気極側フレーム部材１３０と、燃料極側フレーム部材１４０と、燃料極側集電部材１４８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１９０および一対のＩＣ用セパレータ１８０とを備えている。単セル用セパレータ１２０、空気極側フレーム部材１３０、燃料極側フレーム部材１４０、ＩＣ用セパレータ１８０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。

【0028】

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２のＺ軸方向の一方側（上側）に配置された空気極１１４と、電解質層１１２のＺ軸方向の他方側（下側）に配置された燃料極１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で単セル１１０を構成する他の層（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。

【0029】

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、固体酸化物（例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア））を含むように構成されている。すなわち、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、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））を含むように構成されている。燃料極１１６は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。

【0030】

単セル用セパレータ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、金属により形成されている。単セル用セパレータ１２０における孔１２１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、電解質層１１２における空気極１１４の側（上側）の表面の周縁部に対向している。単セル用セパレータ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。単セル用セパレータ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（クロスリーク）が抑制される。

【0031】

インターコネクタ１９０は、略矩形の平板形状の平板部１５０と、平板部１５０から空気極１１４側に突出した複数の略柱状の空気極側集電部１３４とを有する導電性の部材であり、少なくともクロム（Ｃｒ）を含む金属（例えば、フェライト系ステンレス）により形成されている。このため、インターコネクタ１９０（具体的には、平板部１５０）の上面Ｓ１５０には、Ｃｒ酸化物を含む酸化被膜層（図示せず）が形成される。本実施形態では、インターコネクタ１９０の表面（空気室１６６に面する表面）に、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性の被覆層１９４が形成されている。以下では、被覆層１９４に覆われたインターコネクタ１９０を、単にインターコネクタ１９０という。インターコネクタ１９０（より詳細には、インターコネクタ１９０の各空気極側集電部１３４）は、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性接合材１９６を介して、単セル１１０の空気極１１４に接合されている。インターコネクタ１９０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１９０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１９０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１９０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００において最も下側に位置する発電単位１０２の下側のインターコネクタ１９０は、導電性接合材１９６を介して下側ターミナルプレート８０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００において最も上側に位置する発電単位１０２の上側のインターコネクタ１９０は、ＩＣ用セパレータ１８０を介して上側ターミナルプレート７０に電気的に接続されている。なお、平板部１５０は、特許請求の範囲における導電性部材に相当する。

【0032】

ＩＣ用セパレータ１８０は、中央付近にＺ軸方向に貫通する略矩形の孔１８１が形成されたフレーム状の部材であり、基部１８２と、被膜層１８４とから構成されている。基部１８２は、例えば、ステンレス等の金属により形成されている。被膜層１８４は、基部１８２の表面を覆う部材であり、アルミナにより形成されている。また、孔１８１は、Ｚ軸方向視において、領域ＯＡを包含する貫通孔である。なお、領域ＯＡは、Ｚ軸方向視において、電解質層１１２と、空気極１１４と、燃料極１１６とが互いに重なる領域である。ＩＣ用セパレータ１８０における孔１８１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、インターコネクタ１９０（平板部１５０）の周縁部における上面Ｓ１５０に、例えばレーザ溶接により接合されている。ある発電単位１０２に含まれる一対のＩＣ用セパレータ１８０のうち、上側のＩＣ用セパレータ１８０は、該発電単位１０２の空気室１６６と、該発電単位１０２に対して上側に隣り合う他の発電単位１０２の燃料室１７６（または外部空間）とを区画する。また、ある発電単位１０２に含まれる一対のＩＣ用セパレータ１８０のうち、下側のＩＣ用セパレータ１８０は、該発電単位１０２の燃料室１７６と、該発電単位１０２に対して下側に隣り合う他の発電単位１０２の空気室１６６とを区画する。このように、ＩＣ用セパレータ１８０により、発電単位１０２の周縁部における発電単位１０２間のガスのリークが抑制される。なお、ＩＣ用セパレータ１８０は、特許請求の範囲における第１の部材に相当し、領域ＯＡは、特許請求の範囲における重複部分に相当する。

【0033】

上述の通り、本実施形態では、ＩＣ用セパレータ１８０とインターコネクタ１９０（平板部１５０）とは、レーザ溶接により接合されている。より具体的には、ＩＣ用セパレータ１８０と平板部１５０とが接する位置には、ＩＣ用セパレータ１８０と平板部１５０とを接合する溶接部３００が形成されている。溶接部３００の一部分は、溶接部材（ＩＣ用セパレータ１８０）の下面Ｓｂ１８０に露出しており、溶接部３００の一部分は、被溶接部材（平板部１５０）内まで進入している。また、本実施形態では、溶接部３００は、Ｚ軸方向視において、ＩＣ用セパレータ１８０の貫通孔周囲部およびインターコネクタ１９０の周縁部に連続的に形成されている。このため、燃料電池スタック１００における密閉性を向上させることができる。

【0034】

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は、単セル用セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側（上側）の表面の周縁部と、上側のＩＣ用セパレータ１８０における空気室１６６に対向する側（下側）の表面の周縁部とに接触しており、両者の間のガスシール性（すなわち、空気室１６６のガスシール性）を確保するシール部材として機能する。また、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ＩＣ用セパレータ１８０間（すなわち、一対のインターコネクタ１９０間）が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム部材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。

【0035】

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、金属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は、単セル用セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側（下側）の表面の周縁部と、下側のＩＣ用セパレータ１８０における燃料室１７６に対向する側（上側）の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム部材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。

【0036】

燃料極側集電部材１４８は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電部材１４８は、導電性部１４４と弾性部１４９とを有する。導電性部１４４は、燃料極１１６とインターコネクタ１９０とを電気的に接続する部分であり、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。導電性部１４４は、燃料極１１６の下側の表面に接触した電極対向部１４５と、インターコネクタ１９０の上側の表面に接触したインターコネクタ対向部１４６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とを有している。また、弾性部１４９は、燃料極側集電部材１４８の弾性を確保するための部分であり、例えば、マイカ等により形成されている。導電性部１４４のうちのインターコネクタ対向部１４６は、Ｚ軸方向においてインターコネクタ１９０と弾性部１４９との間に配置され、導電性部１４４のうちの電極対向部１４５は、Ｚ軸方向において燃料極１１６と弾性部１４９との間に配置されている。これにより、燃料極側集電部材１４８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、燃料極側集電部材１４８を介した燃料極１１６とインターコネクタ１９０との電気的接続が良好に維持される。

【0037】

図６は、燃料極側集電部材１４８の作製方法の一例を示す説明図である。燃料極側集電部材１４８は、例えば、図６に示すように、平板状の材料（例えば、厚さ１０～２００μｍのニッケル箔）に切り込みＳＬを入れ、該材料の上に複数の孔が形成されたシート状の弾性部１４９を配置した状態で、複数の矩形部分を曲げ起こして弾性部１４９を挟むように加工することにより作製される。曲げ起こされた各矩形部分が電極対向部１４５となり、曲げ起こされた部分以外の穴ＯＰが開いた状態の平板部分がインターコネクタ対向部１４６となり、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ部分が連接部１４７となる。なお、図６では、燃料極側集電部材１４８の製造方法を示すため、一部の矩形部分について、曲げ起こし加工が完了する前の状態を示している。

【0038】

また、本実施形態の発電単位１０２は、さらに、フェルト部材４１を備える。図４および図７に示すように、フェルト部材４１は、燃料室１７６において、空間Ｓに配置されている。なお、空間Ｓは、領域ＯＡの外側に位置する空間である。より具体的には、フェルト部材４１は、燃料室１７６において、燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（Ｙ軸方向）に直交する方向（Ｘ軸方向）の両端の位置（Ｚ軸方向において単セル１１０の空気極１１４と重ならない位置）に充填されている。フェルト部材４１の存在により、燃料室１７６に供給された燃料ガスＦＧが、発電にあまり寄与しない領域を通過して燃料室１７６から排出されることを抑制することができ、発電効率を向上させることができる。なお、フェルト部材４１は、特許請求の範囲における周辺部材に相当し、空間Ｓは、特許請求の範囲における外側空間に相当する。

【0039】

フェルト部材４１は、アルミナ－シリカ（二酸化ケイ素）系のフェルト材料により構成されている。すなわち、フェルト部材４１は、セラミックスであるアルミナと、シリカ成分とを含んでいる。フェルト部材４１がアルミナを含むことにより、フェルト部材４１の耐熱性や柔軟性を向上させることができる。なお、本実施形態で使用されるフェルト部材４１は、Ａｌ_２Ｏ_３の結晶構造を有すると共に、ＳｉＯ_２の結晶構造も有している。このようなフェルト部材４１は、Ａｌ_２Ｏ_３の結晶構造を有する市販のアルミナ－シリカ系のフェルト原材料を、例えば１０００℃以上、１３００℃以下で８～１２時間の熱処理を行い、その後に成形することにより作製することができる。本実施形態のフェルト部材４１は、更に、ハロゲン元素を含む化合物およびアルカリ金属元素を含む化合物を含んでいる。

【0040】

なお、上述したように、燃料電池スタック１００は、複数の発電単位１０２を備えており、各発電単位１０２は、単セル１１０と燃料極側集電部材１４８と一対のインターコネクタ１９０とを有している。また、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１９０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。そのため、本実施形態の燃料電池スタック１００は、複数の単セル１１０と、複数の単セル１１０について設けられた複数の燃料極側集電部材１４８と、複数の単セル１１０について設けられた複数のインターコネクタ１９０とを備えると言える。

【0041】

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および図５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。

【0042】

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は導電性接合材１９６を介してインターコネクタ１９０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電部材１４８を介してインターコネクタ１９０に電気的に接続されている。すなわち、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。また、燃料電池スタック１００において、最も上側に位置する発電単位１０２の上側のインターコネクタ１９０は上側ターミナルプレート７０に電気的に接続されており、最も下側に位置する発電単位１０２の下側のインターコネクタ１９０は下側ターミナルプレート８０に電気的に接続されている。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一対のターミナルプレート７０，８０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。

【0043】

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。

【0044】

なお、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２では、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（図２に示すように、Ｘ軸正方向側からＸ軸負方向側に向かう方向）と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（図３に示すように、Ｙ軸正方向側からＹ軸負方向側に向かう方向）とが交差している。すなわち、本実施形態の発電単位１０２（燃料電池スタック１００）は、クロスフロータイプのＳＯＦＣである。

【0045】

Ａ－３．ＩＣ用セパレータ１８０付近の詳細構成：
図４の拡大図を用いて、ＩＣ用セパレータ１８０付近の詳細構成について説明する。ＩＣ用セパレータ１８０は、Ｚ軸方向において、フェルト部材４１と、平板部１５０との間に配置されている。本実施形態において、フェルト部材４１の下面Ｓ４１は、その全面において、ＩＣ用セパレータ１８０の上面Ｓｕ１８０に接しており、平板部１５０の上面Ｓ１５０（より詳しくは、Ｃｒ酸化物を含む酸化被膜層）に接していない。上述の通り、ＩＣ用セパレータ１８０は、アルミナにより形成された被膜層１８４を備えている。すなわち、ＩＣ用セパレータ１８０の上面Ｓｕ１８０は、Ｚ軸方向視におけるＩＣ用セパレータ１８０とフェルト部材４１との重なり部分である部分ＣＰ１を含む全面が、アルミナから形成されている。このため、フェルト部材４１の下面Ｓ４１は、その全面において、ＩＣ用セパレータ１８０のアルミナ層（被膜層１８４）に接している。より具体的には、Ｚ軸方向視において、ＩＣ用セパレータ１８０における部分ＣＰ１は、部分ＯＬ（Ｚ軸方向視におけるフェルト部材４１と平板部１５０との重なり部分）を包含している。本実施形態では、Ｚ軸方向視において、部分ＣＰ１の外縁は、部分ＯＬの外縁を取り囲んでいる。このように、本実施形態では、Ｚ軸方向において、フェルト部材４１と平板部１５０との間には、アルミナ層（被膜層１８４）が介在している。なお、ＩＣ用セパレータ１８０の上面Ｓｕ１８０は、特許請求の範囲における「第１の部材の表面のうちの周辺部材に対向する側の表面」に相当し、部分ＣＰ１は、特許請求の範囲における接触部分に相当し、部分ＯＬは、特許請求の範囲における「導電性部材と周辺部材とが重なる部分」に相当する。

【0046】

また、本実施形態では、平板部１５０の上面Ｓ１５０は、部分ＣＰ２において、ＩＣ用セパレータ１８０の下面Ｓｂ１８０に接している。このため、平板部１５０の上面Ｓ１５０は、Ｚ軸方向視におけるＩＣ用セパレータ１８０と平板部１５０との重なり部分である部分ＣＰ２において、ＩＣ用セパレータ１８０のアルミナ層（被膜層１８４）に接している。

【0047】

Ａ－４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の発電単位１０２は、電解質層１１２と、単セル１１０と、Ｚ軸方向において、単セル１１０の燃料極１１６側に配置され、かつ、クロムを含む金属製の平板部１５０と、フェルト部材４１とを備える。フェルト部材４１は、燃料極１１６と平板部１５０とに面する燃料室１７６のうち、Ｚ軸方向視において、領域ＯＡの外側に位置する空間Ｓに配置されている。また、フェルト部材４１は、ハロゲンとアルカリ金属とを含んでいる。本実施形態では、更に、Ｚ軸方向において、フェルト部材４１と平板部１５０との間にＩＣ用セパレータ１８０が配置されている。ＩＣ用セパレータ１８０は、上面Ｓｕ１８０が、アルミナから形成されている。本実施形態の発電単位１０２では、Ｚ軸方向において、フェルト部材４１と平板部１５０との間に配置されたＩＣ用セパレータ１８０を備える。ＩＣ用セパレータ１８０は、上面Ｓｕ１８０が、緻密性の高いアルミナから形成されている。このため、アルミナから形成されている上面Ｓｕ１８０において、フェルト部材４１の内部におけるアルカリ金属イオンやハロゲン化物イオンが、平板部１５０におけるＣｒ酸化物を含む酸化被膜層に到達することを抑制することができる。従って、本実施形態の発電単位１０２によれば、平板部１５０におけるＣｒ酸化物を含む酸化被膜層の異常化を抑制することができ、汚染物質による燃料極１１６の被毒により単セル１１０（ひいては、発電単位１０２）の性能が低下することを抑制することができる。

【0048】

本実施形態の上記発電単位１０２では、ＩＣ用セパレータ１８０には、Ｚ軸方向視において、領域ＯＡを包含する孔１８１が形成されている。また、ＩＣ用セパレータ１８０は、孔１８１を取り囲む貫通孔周囲部が、平板部１５０の周縁部に接合されることにより、燃料室１７６と、隣接する他の単セル１１０の空気極１１４に面する空気室１６６とを区画している。本実施形態の発電単位１０２によれば、ＩＣ用セパレータ１８０を、燃料室１７６と、隣接する他の単セル１１０における空気室１６６とを区画する部材としても機能させることができる。

【0049】

本実施形態の上記発電単位１０２では、Ｚ軸方向視において、ＩＣ用セパレータ１８０における接触部分である部分ＣＰ１は、平板部１５０とフェルト部材４１とが重なる部分ＯＬを包含している。換言すれば、本実施形態の発電単位１０２では、ＩＣ用セパレータ１８０の上面Ｓｕ１８０における、平板部１５０とフェルト部材４１とが重なる部分ＯＬの全面が、アルミナから形成されている。従って、本実施形態の発電単位１０２によれば、汚染物質による燃料極１１６の被毒により単セル１１０（ひいては、発電単位１０２）の性能が低下することを効果的に抑制することができる。

【0050】

本実施形態の上記発電単位１０２では、平板部１５０とＩＣ用セパレータ１８０とが接する位置に、平板部１５０とＩＣ用セパレータ１８０とを溶接により接合する溶接部３００が形成されている。このため、本実施形態の発電単位１０２によれば、ＩＣ用セパレータ１８０が、平板部１５０に比較的強固に接合されるため、平板部１５０に対する固定位置からの位置ズレを抑制することができる。

【0051】

本実施形態の燃料電池スタック１００は、上記発電単位１０２で構成されている。本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、平板部１５０におけるＣｒ酸化物を含む酸化被膜層の異常化を抑制することができ、汚染物質による燃料極１１６の被毒により単セル１１０（ひいては、発電単位１０２）の性能が低下することを抑制することができる。

【0052】

Ｂ．変形例：
Ｂ－１．第１変形例：
図８（Ａ）は、第１変形例における燃料電池スタック１００Ａの構成を概略的に示す説明図である。図８（Ａ）には、図４の拡大図と同一の位置における第１変形例の燃料電池スタック１００ＡのＸＺ断面構成が示されている。以下では、第１変形例の燃料電池スタック１００Ａの構成のうち、上述した実施形態の燃料電池スタック１００と同一の構成については、その説明を適宜省略する。

【0053】

第１変形例の燃料電池スタック１００Ａは、フェルト部材４１に代えて、フェルト部材４１Ａを備えている点で、上記実施形態の燃料電池スタック１００と異なっている。フェルト部材４１Ａは、特許請求の範囲における周辺部材に相当する。

【0054】

第１変形例の燃料電池スタック１００Ａでは、フェルト部材４１Ａの下面Ｓ４１Ａは、Ｚ軸方向視におけるＩＣ用セパレータ１８０とフェルト部材４１との重なり部分である部分ＣＰ１において、ＩＣ用セパレータ１８０の上面Ｓｕ１８０に接しており、平板部１５０の上面Ｓ１５０（より詳しくは、Ｃｒ酸化物を含む酸化被膜層）に接していない。また、Ｚ軸方向視におけるフェルト部材４１Ａと平板部１５０との重なり部分である部分ＯＬの一部（部分ＣＰ１を除く部分）において、フェルト部材４１Ａの下面Ｓ４１Ａは、平板部１５０の上面Ｓ１５０に接している。すなわち、フェルト部材４１Ａの下面Ｓ４１Ａは、部分ＣＰ１において、ＩＣ用セパレータ１８０のアルミナ層（被膜層１８４）に接している。また、平板部１５０の上面Ｓ１５０は、Ｚ軸方向視におけるＩＣ用セパレータ１８０と平板部１５０との重なり部分である部分ＣＰ２において、ＩＣ用セパレータ１８０のアルミナ層（被膜層１８４）に接している。

【0055】

Ｂ－２．第２変形例：
図８（Ｂ）は、第２変形例における１００Ｂの構成を概略的に示す説明図である。図８（Ｂ）には、図４の拡大図と同一の位置における第２変形例の燃料電池スタック１００ＢのＸＺ断面構成が示されている。以下では、第２変形例の燃料電池スタック１００Ｂの構成のうち、上述した実施形態の燃料電池スタック１００と同一の構成については、その説明を適宜省略する。

【0056】

第２変形例の燃料電池スタック１００Ｂは、フェルト部材４１に代えて、フェルト部材４１Ｂを備え、更に、板状部材２００を備えている点で、上記実施形態の燃料電池スタック１００と異なっている。フェルト部材４１Ｂは、特許請求の範囲における周辺部材に相当し、板状部材２００は、特許請求の範囲における第１の部材に相当する。

【0057】

板状部材２００は、中央付近にＺ軸方向に貫通する略矩形の孔２０１が形成されたフレーム状の部材であり、基部２０２と、被膜層２０４とから構成されている。基部２０２は、例えば、金属により形成されている。被膜層２０４は、基部２０２の表面を覆う部材であり、アルミナにより形成されている。また、孔２０１は、Ｚ軸方向視において、電解質層１１２と、空気極１１４と、燃料極１１６とが互いに重なる領域を包含する貫通孔である。板状部材２００は、Ｚ軸方向視において、ＩＣ用セパレータ１８０の孔１８１に取り囲まれている。板状部材２００は、インターコネクタ１９０（平板部１５０）の上面Ｓ１５０に、例えば溶接により接合されている。

【0058】

第２変形例の燃料電池スタック１００Ｂでは、板状部材２００は、Ｚ軸方向において、フェルト部材４１Ｂと、平板部１５０との間に配置されている。本変形例において、フェルト部材４１Ｂの下面Ｓ４１Ｂは、その全面において、板状部材２００の上面Ｓｕ２００に接しており、平板部１５０の上面Ｓ１５０（より詳しくは、Ｃｒ酸化物を含む酸化被膜層）に接していない。上述の通り、板状部材２００は、アルミナにより形成された被膜層２０４を備えている。すなわち、板状部材２００の上面Ｓｕ２００は、Ｚ軸方向視における板状部材２００とフェルト部材４１Ｂとの重なり部分である部分ＣＰ１を含む全面が、アルミナから形成されている。このため、フェルト部材４１Ｂの下面Ｓ４１Ｂは、その全面において、板状部材２００のアルミナ層（被膜層２０４）に接している。より具体的には、Ｚ軸方向視において、板状部材２００における部分ＣＰ１は、部分ＯＬ（Ｚ軸方向視におけるフェルト部材４１Ｂと平板部１５０との重なり部分）と同等である。なお、板状部材２００の上面Ｓｕ２００は、特許請求の範囲における「第１の部材の表面のうちの周辺部材に対向する側の表面」に相当し、部分ＣＰ１は、特許請求の範囲における接触部分に相当し、部分ＯＬは、特許請求の範囲における「導電性部材と周辺部材とが重なる部分」に相当する。

【0059】

また、本変形例では、平板部１５０の上面Ｓ１５０は、部分ＣＰ２において、板状部材２００の下面Ｓｂ２００に接している。このため、平板部１５０の上面Ｓ１５０は、Ｚ軸方向視における板状部材２００と平板部１５０との重なり部分である部分ＣＰ２において、板状部材２００のアルミナ層（被膜層２０４）に接している。

【0060】

Ｂ－３．第３変形例：
図９は、第３変形例における燃料電池スタック１００Ｃの構成を概略的に示す説明図である。図９には、図４と同一の位置における第３変形例の燃料電池スタック１００ＣのＸＺ断面構成が示されている。以下では、第３変形例の燃料電池スタック１００Ｃの構成のうち、上述した実施形態の燃料電池スタック１００と同一の構成については、その説明を省略する。

【0061】

第３変形例の燃料電池スタック１００Ｃは、インターコネクタ１９０およびフェルト部材４１に代えて、インターコネクタ１９０Ｃおよびフェルト部材４１Ｃを備え、更に、板状部材２１０を備え、ＩＣ用セパレータ１８０を備えていない点で、上記実施形態の燃料電池スタック１００と異なっている。フェルト部材４１Ｃは、特許請求の範囲における周辺部材に相当し、板状部材２１０は、特許請求の範囲における第１の部材に相当する。

【0062】

インターコネクタ１９０Ｃは、略矩形の平板形状の平板部１５０Ｃと、平板部１５０Ｃから空気極１１４側に突出した複数の略柱状の空気極側集電部１３４とを有する導電性の部材であり、少なくともクロムを含む金属（例えば、フェライト系ステンレス）により形成されている。このため、インターコネクタ１９０Ｃ（具体的には、平板部１５０Ｃ）の上面Ｓ１５０Ｃには、Ｃｒ酸化物を含む酸化被膜層（図示せず）が形成される。インターコネクタ１９０Ｃ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。本変形例において、空気極側フレーム部材１３０は、単セル用セパレータ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１９０Ｃ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、本変形例において、燃料極側フレーム部材１４０は、単セル用セパレータ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１９０Ｃ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。

【0063】

板状部材２１０は、中央付近にＺ軸方向に貫通する略矩形の孔２１１が形成されたフレーム状の部材であり、基部２１２と、被膜層２１４とから構成されている。基部２１２は、例えば、金属により形成されている。被膜層２１４は、基部２１２の表面を覆う部材であり、アルミナにより形成されている。また、孔２１１は、Ｚ軸方向視において、電解質層１１２と、空気極１１４と、燃料極１１６とが互いに重なる領域を包含する貫通孔である。板状部材２１０は、燃料極側フレーム部材１４０の内縁に接するように配置されている。板状部材２１０は、インターコネクタ１９０Ｃ（平板部１５０Ｃ）の上面Ｓ１５０Ｃに、例えば溶接により接合されている。

【0064】

第３変形例の燃料電池スタック１００Ｃでは、板状部材２１０は、Ｚ軸方向において、フェルト部材４１Ｃと、平板部１５０Ｃとの間に配置されている。本変形例において、フェルト部材４１Ｃの下面Ｓ４１Ｃは、その全面において、板状部材２１０の上面Ｓｕ２１０に接しており、平板部１５０Ｃの上面Ｓ１５０Ｃ（より詳しくは、Ｃｒ酸化物を含む酸化被膜層）に接していない。上述の通り、板状部材２１０は、アルミナにより形成された被膜層２１４を備えている。すなわち、板状部材２１０の上面Ｓｕ２１０は、Ｚ軸方向視における板状部材２１０とフェルト部材４１Ｃとの重なり部分である部分ＣＰ１を含む全面が、アルミナから形成されている。このため、フェルト部材４１Ｃの下面Ｓ４１Ｃは、その全面において、板状部材２１０のアルミナ層（被膜層２１４）に接している。より具体的には、Ｚ軸方向視において、板状部材２１０における部分ＣＰ１は、部分ＯＬ（Ｚ軸方向視におけるフェルト部材４１Ｃと平板部１５０Ｃとの重なり部分）と同等である。なお、板状部材２１０の上面Ｓｕ２１０は、特許請求の範囲における「第１の部材の表面のうちの周辺部材に対向する側の表面」に相当し、部分ＣＰ１は、特許請求の範囲における接触部分に相当し、部分ＯＬは、特許請求の範囲における「導電性部材と周辺部材とが重なる部分」に相当する。

【0065】

また、本変形例では、平板部１５０Ｃの上面Ｓ１５０Ｃは、部分ＣＰ２において、板状部材２１０の下面Ｓｂ２１０に接している。このため、平板部１５０Ｃの上面Ｓ１５０Ｃは、Ｚ軸方向視における板状部材２１０と平板部１５０Ｃとの重なり部分である部分ＣＰ２において、板状部材２１０のアルミナ層（被膜層２１４）に接している。

【0066】

第１から第３変形例においても、フェルト部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの下面Ｓ４１Ａ，Ｓ４１Ｂ，Ｓ４１Ｃは、その少なくとも一部において、アルミナ層（被膜層１８４，２０４，２１４）に接している。このため、第１から第３変形例においても、平板部１５０におけるＣｒ酸化物を含む酸化被膜層の異常化を抑制することができ、汚染物質による燃料極１１６の被毒により単セル１１０（ひいては、発電単位１０２）の性能が低下することを抑制することができる。

【0067】

Ｂ－４．その他の変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態および変形例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。

【0068】

上記実施形態における燃料電池スタック１００の構成や燃料電池スタック１００を構成する各部分の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。上記実施形態では、ＩＣ用セパレータ１８０および板状部材２００，２１０は、その上面および下面の両方にアルミナ層（被膜層１８４，２０４，２１４）を有しているが、これに限定されず、上面のみにアルミナ層を有する構成としてもよい。また、アルミナ層は、当該上面のうち、フェルト部材４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃと接する少なくとも一部分に形成されていてもよい。

【0069】

上記実施形態では、フェルト部材４１が、ハロゲンおよびアルカリ金属を含んでいる構成を採用したが、これに限定されず、ハロゲンとアルカリ金属との少なくとも一方を含む構成とすることができる。

【0070】

上記実施形態では、第１の部材に相当するＩＣ用セパレータ１８０および板状部材２００，２１０が、基部１８２,２０２,２１２と、基部１８２,２０２,２１２の表面を覆うアルミナにより形成された被膜層１８４，２０４，２１４と、から構成されているが、第１の部材の全体がアルミナにより形成されていてもよい。

【0071】

また、上記実施形態では、一対のエンドプレート１０４，１０６に孔３２，３４が形成されているが、一対のエンドプレート１０４，１０６の少なくとも一方について該孔３２，３４が形成されていなくてもよい。

【0072】

また、上記実施形態では、インターコネクタ１９０，１９０Ｃは導電性の被覆層１９４を含んでいるが、インターコネクタ１９０，１９０Ｃが該被覆層１９４を含んでいなくてもよい。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（発電単位１０２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。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。

【0073】

また、上記実施形態では、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが交差するクロスフロータイプを例に挙げて説明しているが、本発明は、他のタイプ（上記２つの流れ方向が略同一方向であるコフロータイプや上記２つの流れ方向が略反対方向であるカウンターフロータイプ等）にも適用可能である。

【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燃料電池スタック１００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を複数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基本的な構成は、例えば特開２０１６－８１８１３号公報に記載されているように公知であるが、おおよそ以下の通りである。すなわち、電解セルスタックの構成は、上述した実施形態の燃料電池スタック１００の構成において、「発電単位」を「電解セル単位」と読み替え、「単セル」を「電解単セル」と読み替え、「酸化剤ガス供給マニホールド」を「空気排出マニホールド」と読み替え、「酸化剤ガス排出マニホールド」を「空気供給マニホールド」と読み替え、「燃料ガス供給マニホールド」を「水素排出マニホールド」と読み替え、「燃料ガス排出マニホールド」を「水蒸気供給マニホールド」と読み替え、「酸化剤ガス供給連通孔」を「空気排出連通孔」と読み替え、「酸化剤ガス排出連通孔」を「空気供給連通孔」と読み替え、「燃料ガス供給連通孔」を「水素排出連通孔」と読み替え、「燃料ガス排出連通孔」を「水蒸気供給連通孔」と読み替えた構成である。

【0075】

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（水素極）１１６がマイナス（陰極）となるように、一対のターミナルプレート７０，８０を介して電解セルスタックに電圧が印加される。また、ガス通路部材２７を介して水蒸気供給マニホールドに原料ガスとしての水蒸気が供給される。なお、供給される水蒸気に、水素ガスが含まれていてもよい。水蒸気供給マニホールドに供給された水蒸気は、水蒸気供給マニホールドから各電解セル単位の水蒸気供給連通孔を介して燃料室１７６に供給され、各電解単セルにおける水の電気分解反応に供される。各電解単セルにおける水の電気分解反応により燃料室１７６で発生した水素ガスは、余った水蒸気と共に水素排出連通孔を介して水素排出マニホールドに排出され、水素排出マニホールドからガス通路部材２７を経て電解セルスタックの外部に取り出される。

【0076】

また、電解セルスタックの運転の際には、電解セルスタックの温度の制御等のために、必要により空気が電解セルスタックの内部に供給される。この場合には、ガス通路部材２７を介して空気供給マニホールドに供給された空気が、空気供給マニホールドから各電解セル単位の空気供給連通孔を介して、空気室１６６に供給される。空気室１６６に供給された空気は、空気極１１４で生成される酸素とともに空気排出連通孔を介して空気排出マニホールドに排出され、空気排出マニホールドからガス通路部材２７を経て電解セルスタックの外部に排出される。

【0077】

このような構成の電解セルスタックにおいても、上記実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成を採用することにより、上記実施形態における燃料電池スタック１００の作用効果と同様の作用効果を奏する。

【0078】

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本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】

【0079】

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 ２８：本体部 ２９：分岐部 ３２：孔 ４１：フェルト部材 ４１Ａ：フェルト部材 ４１Ｂ：フェルト部材 ４１Ｃ：フェルト部材 ７０：上側ターミナルプレート ７１：孔 ７８：突出部 ８０：下側ターミナルプレート ８８：突出部 ９２：絶縁シート １００：燃料電池スタック １００Ａ：燃料電池スタック １００Ｂ：燃料電池スタック １００Ｃ：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０３：発電ブロック １０４：上側エンドプレート １０６：下側エンドプレート １０８：連通孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０：単セル用セパレータ １２１：孔 １２４：接合部 １３０：空気極側フレーム部材 １３１：孔 １３２：酸化剤ガス供給連通孔 １３３：酸化剤ガス排出連通孔 １３４：空気極側集電部 １４０：燃料極側フレーム部材 １４１：孔 １４２：燃料ガス供給連通孔 １４３：燃料ガス排出連通孔 １４４：導電性部 １４５：電極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４７：連接部 １４８：燃料極側集電部材 １４９：弾性部 １５０：平板部 １５０Ｃ：平板部 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 １８０：ＩＣ用セパレータ １８１：孔 １８２：基部 １８４：被膜層 １９０：インターコネクタ １９０Ｃ：インターコネクタ １９４：被覆層 １９６：導電性接合材 ２００：板状部材 ２０１：孔 ２０２：基部 ２０４：被膜層 ２１０：板状部材 ２１１：孔 ２１２：基部 ２１４：被膜層 ３００：溶接部 ＣＰ１：部分 ＣＰ２：部分 ＣＰ：部分 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＯＡ：領域 ＯＧ：酸化剤ガス ＯＬ：部分 ＯＯＧ：酸化剤オフガス ＯＰ：穴 Ｓ１５０：上面 Ｓ１５０Ｃ：上面 Ｓ４１：下面 Ｓ４１Ａ：下面 Ｓ４１Ｂ：下面 Ｓ４１Ｃ：下面 Ｓ：空間 ＳＬ：切り込み Ｓｂ１８０：下面 Ｓｕ１８０：上面 Ｓｕ２００：上面 Ｓｕ２１０：上面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】