特許 7366090 複合体の製造方法

(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】2023-10-12

(45)【発行日】2023-10-20

(54)【発明の名称】複合体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/88 20060101AFI20231013BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20231013BHJP

   H01M 8/1213 20160101ALI20231013BHJP

   H01M 8/124 20160101ALI20231013BHJP

   C25B 1/042 20210101ALI20231013BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20231013BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20231013BHJP

【ＦＩ】

H01M4/88 T

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

H01M8/1213

H01M8/124

C25B1/042

C25B9/00 A

C25B9/23

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021137666

(22)【出願日】2021-08-26

(65)【公開番号】P2023031899

(43)【公開日】2023-03-09

【審査請求日】2022-09-29

(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】西脇 英樹

(72)【発明者】

【氏名】脇田 学

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０７４１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８４２８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ４／８６－ ４／９８

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８－ ８／２４９５

Ｂ４１Ｍ １／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体電解質層と、前記固体電解質層を挟んで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を、少なくとも含む複合体の製造方法において、
少なくとも一部に平坦状の表面を有する下地部材を準備する工程と、
前記下地部材を、前記下地部材の前記平坦状の表面における所定の印刷領域の周縁部の位置が前記印刷領域の中央部の位置より高い変形姿勢にする工程と、
前記変形姿勢の前記下地部材における前記印刷領域に対して、スクリーン印刷を行うことにより、前記下地部材の前記印刷領域に前記複合体の一部を構成する所定の印刷パターンを形成する工程と、
前記印刷パターンが形成された前記下地部材を、変形前の姿勢に復帰させた状態で焼成する工程と、
を含む、ことを特徴とする複合体の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の複合体の製造方法において、
前記下地部材を、平坦状の配置面上に配置し、かつ、前記下地部材と、前記配置面との間にスペーサを挟むことにより、前記変形姿勢にする、ことを特徴とする複合体の製造方法。

【請求項3】

請求項２に記載の複合体の製造方法において、
鉛直方向視で、前記スペーサの少なくとも一部は、前記下地部材のうち前記印刷領域の前記周縁部に重なっており、
前記スペーサの水平方向の幅は４ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、前記スペーサの鉛直方向の厚さは０．０５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下である、ことを特徴とする複合体の製造方法。

【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複合体の製造方法において、
前記変形姿勢の前記下地部材の外周側に、前記スクリーン印刷の際に用いられるスクリーン印刷板に面接触する受け面を有する補助部材を配置した状態で、前記下地部材における前記印刷領域に対して前記スクリーン印刷を行う、ことを特徴とする複合体の製造方法。

【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複合体の製造方法において、
前記印刷パターンが形成された前記下地部材の焼成後、前記下地部材が変形前の姿勢に復帰した状態の前記印刷パターンの前記中央部と前記周縁部との高低差は±５μｍ以内である、ことを特徴とする複合体の製造方法。

【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、複合体の製造方法に関する。

【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、固体電解質層を備える燃料電池（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】

ＳＯＦＣの製造方法には、例えば電解質層に対して、スクリーン印刷を行うことにより、空気極や燃料極（以下、「電極層」という）となる印刷パターンを形成する工程が含まれる。この工程において、印刷パターンの周縁部が盛り上がる、いわゆるサドル現象が発生することがある。サドル現象が生じた印刷パターンを焼成すると、周縁部に中央部よりも盛り上がった凸部を有する電極層が形成される。このような凸部を有する電極層を備える単セルを複数用いて燃料電池スタックを構成すると、電極層の凸部が他の部材（例えば集電部材）に押圧されることにより過度に応力が集中し、その結果、例えば単セル等が損傷するおそれがある。

【0004】

そこで、従来から、スクリーン印刷により印刷パターンを形成して焼成した後に、印刷パターンの表面をレーザ加工によって研削して上記凸部を除去する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】

【0005】

【文献】特開２０１５－８４２８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

レーザ加工により凸部を切削する従来の技術では、例えば、レーザ加工に要する時間分だけＳＯＦＣの製造時間が長期化したり、レーザ加工時に発生する研削屑の付着等による単セルの品質低下を招いたりするなどの問題を生じるおそれがある、そのため、この従来の技術の代替技術、あるいは、この従来の技術と併用して使用される技術の開発など、更なる改良の余地があった。

【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。また、このような問題は、電極層となる印刷パターンを形成する場合に限らず、電気化学反応単セルを、少なくとも含む複合体の構成要素となる印刷パターンを形成する場合にも共通の課題である。

【0008】

本明細書では、上述した課題の少なくとも一部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】

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。

【0010】

（１）本明細書に開示される複合体の製造方法は、固体電解質層と、前記固体電解質層を挟んで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を、少なくとも含む複合体の製造方法において、少なくとも一部に平坦状の表面を有する下地部材を準備する工程と、前記下地部材を、前記下地部材の前記平坦状の表面における所定の印刷領域の周縁部の位置が前記印刷領域の中央部の位置より高い変形姿勢にする工程と、前記変形姿勢の前記下地部材における前記印刷領域に対して、スクリーン印刷を行うことにより、前記下地部材の前記印刷領域に前記複合体の一部を構成する所定の印刷パターンを形成する工程と、を含む。

【0011】

本複合体の製造方法では、下地部材が、該下地部材における印刷領域の周縁部の位置が印刷領域の中央部の位置より高い変形姿勢にされる。そして、その変形姿勢の下地部材における印刷領域に対してスクリーン印刷が行われ、所定の印刷パターンが下地部材における印刷領域に形成される。その結果、印刷パターンの周縁部に、いわゆるサドル現象が発生し得る。しかし、印刷パターンが形成された下地部材が変形姿勢から変形前の姿勢に復帰すると、それに伴って、印刷パターンの周縁部の高さが低くなる。したがって、本複合体の製造方法によれば、サドル現象に起因する印刷パターンの周縁部の盛り上がりの影響が抑制された複合体を製造することができる。

【0012】

（２）上記複合体の製造方法において、前記下地部材を、平坦状の配置面上に配置し、かつ、前記下地部材と、前記配置面との間にスペーサを挟むことにより、前記変形姿勢にする構成としてもよい。本複合体の製造方法によれば、スペーサを用いるという比較的に簡単な方法により、下地部材を変形姿勢にすることができる。

【0013】

（３）上記複合体の製造方法において、鉛直方向視で、前記スペーサの少なくとも一部は、前記下地部材のうち前記印刷領域の前記周縁部に重なっており、前記スペーサの水平方向の幅は４ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、前記スペーサの鉛直方向の厚さは０．０５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下である構成としてもよい。本複合体の製造方法によれば、変形姿勢の下地部材における印刷領域を比較的に緩やかな曲面にすることができる。このため、変形姿勢の下地部材に与える負荷が低減され、例えば下地部材の損傷等を抑制することができる。

【0014】

（４）上記複合体の製造方法において、前記変形姿勢の前記下地部材の外周側に、前記スクリーン印刷の際に用いられるスクリーン印刷板に面接触する受け面を有する補助部材を配置した状態で、前記下地部材における前記印刷領域に対して前記スクリーン印刷を行う構成としてもよい。本複合体の製造方法では、スクリーン印刷において、変形姿勢の前記下地部材の外周側に配置された補助部材の受け面が、スクリーン印刷板に面接触するため、スクリーン印刷板からの押圧力が該受け面に分散される。これにより、本複合体の製造方法によれば、スクリーン印刷板からの押圧力が変形姿勢の下地部材に集中して損傷することを抑制することができる。

【0015】

（５）上記複合体の製造方法において、前記印刷パターンが形成された前記下地部材を焼成する工程を含み、その焼成後、前記下地部材が変形前の姿勢に復帰した状態の前記印刷パターンの前記中央部と前記周縁部との高低差は±５μｍ以内であるとしてもよい。本複合体の製造方法によれば、焼成後、下地部材が変形前の姿勢に復帰した状態の印刷パターンの中央部と周縁部との高低差が±５μｍ以内でない場合に比べて、サドル現象に起因する印刷パターンの周縁部の盛り上がりの影響が、より効果的に抑制される。

【0016】

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】

【0017】

【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】本実施形態におけるスクリーン印刷で使用される支持部材２００とスペーサ３００と補助部材４００とを示す説明図

【図7】ハーフセル１１０Ｐに印刷パターン１１４Ｐを形成するための工程を示す説明図

【図8】補助部材４００の有無によるハーフセル１１０Ｐへの負荷の大きさの違いを説明するための模式図

【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】

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

（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。

【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。

【0027】

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。

【0028】

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）。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

Ａ－３．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。

【0043】

（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。

【0044】

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。

【0045】

（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。以下、この積層体を「ハーフセル１１０Ｐ」という。ハーフセル１１０Ｐは、特許請求の範囲における「下地部材」の一例であり、上記「電解質層１１２と燃料極１１６との積層体の形成」および「中間層１８０の形成」は、特許請求の範囲における「下地部材を準備する工程」の一例である。

【0046】

（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、ハーフセル１１０Ｐにおける中間層１８０の表面に、スクリーン印刷によって塗布して印刷パターン１１４Ｐを形成する。

【0047】

以下、印刷パターン１１４Ｐをハーフセル１１０Ｐに形成するための工程について詳しく説明する。図６は、本実施形態におけるスクリーン印刷で使用される支持部材２００とスペーサ３００と補助部材４００とを示す説明図である。図６（Ｂ）には、支持部材２００の上面構成が示されており、図６（Ａ）には、図６（Ｂ）におけるＡ－Ａの位置における支持部材２００のＸＺ断面構成が示されている。

【0048】

まず、図６に示すように、支持部材２００は、周壁部２１０と配置部２２０とを備えている。配置部２２０は、矩形平板状の部分であり、平坦状の配置面２２２を有している。周壁部２１０は、配置部２２０の周囲を囲むように配置された矩形枠状の部分である。周壁部２１０の上端部は、配置部２２０の配置面２２２よりも上方に突出している。なお、本実施形態では、配置部２２０の外周面が周壁部２１０の内周面２１２に接触するように配置されている。

【0049】

配置部２２０の配置面２２２上には、スペーサ３００が配置されている。スペーサ３００の上下方向視での形状は、矩形の枠状である（図６（Ｂ）参照）。スペーサ３００の外形のサイズは、支持部材２００の周壁部２１０内に収容可能なサイズである。スペーサ３００の上下方向の厚さＤ１は、スペーサ３００の水平方向の幅Ｄ２よりも小さい。すなわち、スペーサ３００は、上下方向に薄い扁平状である（図６（Ａ）参照）。本実施形態では、スペーサ３００の外周面が支持部材２００の周壁部２１０の内周面２１２に接触するように配置されている。なお、スペーサ３００は、上下方向視で、配置面２２２における周縁部寄りの位置に配置されていることが好ましい。また、上下方向視で、スペーサ３００の幅Ｄ２は、配置面２２２の中心から配置面２２２の周縁部までの最短距離の１／２以下であることが好ましく、最短距離の１／４以下であることが好ましく、最短距離の１／８以下であることが好ましい。

【0050】

配置部２２０の周壁部２１０の上面２１４には、補助部材４００が配置されている。補助部材４００の上下方向視での形状は、矩形の枠状である（図６（Ｂ）参照）。補助部材４００の内周側のサイズは、周壁部２１０の上面２１４の内周縁のサイズ以上であり、かつ、周壁部２１０の上面２１４の外周縁のサイズ以下である。補助部材４００の上下方向の厚さＤ３は、補助部材４００の水平方向の幅Ｄ４よりも小さい。すなわち、補助部材４００は、上下方向に薄い扁平状である（図６（Ａ）参照）。

【0051】

図７は、ハーフセル１１０Ｐに印刷パターン１１４Ｐを形成するための工程を示す説明図である。図７（Ａ）には、支持部材２００に支持されたハーフセル１１０Ｐとスクリーン印刷板２３０とスキージ２４０とが示されている。スクリーン印刷板２３０は、版枠２３２と、スクリーンメッシュ２３４とを有している。版枠２３２は、開口部を有する枠状体であり、その開口部を塞ぐようにスクリーンメッシュ２３４が張られている。

【0052】

まず、図７（Ａ）に示すように、ハーフセル１１０Ｐを、支持部材２００の配置面２２２上に配置する。ここで、上述したように、支持部材２００の配置面２２２上にスペーサ３００が配置されているため、ハーフセル１１０Ｐの周縁部と配置面２２２との間にスペーサ３００が介在することになる。その結果、ハーフセル１１０Ｐは、変形姿勢になる。変形姿勢は、ハーフセル１１０Ｐの上面における印刷領域Ｅの周縁部の位置Ｈ２が印刷領域Ｅの中央部の位置Ｈ１よりも高くなるように変形した姿勢である。印刷領域Ｅは、スクリーン印刷によって空気極用ペーストが印刷される領域（印刷パターン１１４Ｐの形成領域）である。本実施形態では、ハーフセル１１０Ｐの中央部は配置面２２２に接触し、ハーフセル１１０Ｐの周縁部はスペーサ３００によって上方に押し上げられるように湾曲しており、その結果、ハーフセル１１０Ｐが上記変形姿勢になっている。変形姿勢のハーフセル１１０Ｐの周縁部は、ハーフセル１１０Ｐの中央部側に向かって下方に傾斜している。

【0053】

本実施形態では、上下方向視で、スペーサ３００の少なくとも一部は、ハーフセル１１０Ｐの印刷領域Ｅの周縁部に重なっている。スペーサ３００の水平方向の幅Ｄ２は、４ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、スペーサ３００の上下方向の厚さＤ１は０．０５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下である。

【0054】

本実施形態では、支持部材２００における配置面２２２に対する周壁部２１０の突出長さ（支持部材２００の凹所の深さ）は、ハーフセル１１０Ｐの厚さよりも短い。このため、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐの周縁部の位置Ｈ２は、支持部材２００の周壁部２１０の上面よりも上側になる。補助部材４００は、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐの周縁部と周壁部２１０の上面との高さのギャップを埋めるために用いられる。

【0055】

補助部材４００は、上下方向視で、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐの周囲に配置されている。補助部材４００の上面である受け面４１０の高さは、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐの周縁部の位置Ｈ２と略同じである。スクリーン印刷の際には、補助部材４００の受け面４１０が、スクリーン印刷板２３０（版枠２３２）に面接触する。上下方向視で、補助部材４００の全体がスクリーン印刷板２３０の版枠２３２に重なるように、スクリーン印刷板２３０を補助部材４００の上面の上に配置し、スキージ２４０により空気極用ペーストを、スクリーン印刷板２３０のスクリーンメッシュ２３４に充填する。これにより、空気極用ペーストが、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐの印刷領域Ｅに転写され、その結果、印刷領域Ｅに印刷パターン１１４Ｐが形成される。

【0056】

次に、印刷パターン１１４Ｐからスクリーン印刷板２３０を引き離す際に、サドル現象が発生する。サドル現象は、印刷パターン１１４Ｐからスクリーン印刷板２３０を引き離す際に、版枠２３２における開口部を形成する内周面に接触していた空気極用ペーストが伸張し、印刷パターン１１４Ｐの周縁部が盛り上がる現象である。図７（Ｂ）に示すように、サドル現象の発生により、印刷パターン１１４Ｐの周縁部に上方に突出する凸部１１５Ｐが形成され、その凸部１１５Ｐの位置Ｈ４が、印刷パターン１１４Ｐの中央部の位置Ｈ３よりも高くなる。また、凸部１１５Ｐと中央部との間には、下方に凹んだ凹み部１１７Ｐが形成されている。

【0057】

しかし、図７（Ｃ）に示すように、印刷パターン１１４Ｐが形成されたハーフセル１１０Ｐを、変形姿勢から、変形前の非変形姿勢（ハーフセル１１０Ｐが平坦状になっている姿勢）に復帰させると、それに伴って、印刷パターンの周縁部の凸部１１５Ｐの位置が低くなる。図７（Ｃ）では、印刷パターンの周縁部の凸部１１５Ｐの位置が印刷パターン１１４Ｐの中央部の位置Ｈ３と略同じになっている。次に、印刷パターン１１４Ｐが形成されたハーフセル１１０Ｐを、非変形姿勢の状態で乾燥させて所定の温度（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。この単セル１１０では、空気極１１４の周縁部が中央部に対して大きく盛り上がることが抑制されている。焼成後、ハーフセル１１０Ｐが変形前の姿勢に復帰した状態の空気極１１４の中央部と周縁部との高低差は±５μｍ以内であることが好ましい。

【0058】

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。

【0059】

Ａ－４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態では、ハーフセル１１０Ｐが、該ハーフセル１１０Ｐにおける印刷領域Ｅの周縁部の位置Ｈ２が印刷領域Ｅの中央部の位置Ｈ１より高い変形姿勢にされる（図７（Ａ）参照）。そして、その変形姿勢のハーフセル１１０Ｐにおける印刷領域Ｅに対してスクリーン印刷が行われ、所定の印刷パターン１１４Ｐがハーフセル１１０Ｐにおける印刷領域Ｅに形成される。その結果、印刷パターン１１４Ｐの周縁部に、いわゆるサドル現象が発生し得る（図７（Ｂ）参照）。しかし、印刷パターン１１４Ｐが形成されたハーフセル１１０Ｐが変形姿勢から変形前の姿勢に復帰すると、それに伴って、印刷パターン１１４Ｐの周縁部の高さが低くなる（図７（Ｃ）参照）。したがって、本実施形態の製造方法によれば、サドル現象に起因する印刷パターン１１４Ｐの周縁部の盛り上がりの影響が抑制された単セル１１０（燃料電池スタック１００）を製造することができる。

【0060】

また、本実施形態では、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐの印刷領域Ｅの周縁部は、印刷領域Ｅの中央部に向かって下方に傾斜している。このため、スクリーン印刷において、印刷領域Ｅの周縁部に塗布されるペーストの量は、印刷領域Ｅの中央部に塗布されるペーストの量に比べて少ない。このため、スクリーン印刷板２３０を引き上げる前においては、印刷パターン１１４Ｐの周縁部の厚さは、印刷パターン１１４Ｐの中央部の厚さよりも薄い。その結果、印刷パターン１１４Ｐからスクリーン印刷板２３０を引き上げる際に、サドル現象による印刷パターン１１４Ｐの周縁部の盛り上がりは生じるものの、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐが変形前の姿勢に復帰することで、印刷パターン１１４Ｐの中央部に対する周縁部の盛り上がりを抑制できる。

【0061】

本実施形態では、ハーフセル１１０Ｐを平坦状の配置面２２２上に配置し、かつ、ハーフセル１１０Ｐと配置面２２２との間にスペーサ３００を挟むことにより、ハーフセル１１０Ｐを変形姿勢にする（図７（Ａ）参照）。これにより、スペーサ３００を用いるという比較的に簡単な方法により、印刷パターン１１４Ｐを変形姿勢にすることができる。

【0062】

本実施形態では、上下方向視で、スペーサ３００の少なくとも一部は、ハーフセル１１０Ｐの印刷領域Ｅの周縁部に重なっている（図７（Ａ）（Ｂ）参照）。スペーサ３００の水平方向の幅Ｄ２は４ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であり、スペーサ３００の厚さＤ１は０．０５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下である。これにより、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐにおける印刷領域Ｅを比較的に緩やかな曲面にすることができる。このため、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐに与える負荷が低減され、例えばハーフセル１１０Ｐの損傷等を抑制することができる。特に、ハーフセル１１０Ｐの各層の厚さ関係が次の条件を満たす場合に、より効果的である。
電解質層１１２（焼成体）の厚さは、５μｍ以上、１０μｍ以下である。
燃料極１１６の機能層（焼成体）の厚さは、１０μｍ以上、２０μｍ以下である。
燃料極１１６の基板層（焼成体）の厚さは、３００μｍ以上、８００μｍ以下である。
中間層１８０の（焼成体）の厚さは、１μｍ以上、９μｍ以下である。

【0063】

本実施形態では、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐの外周側に、スクリーン印刷の際に用いられるスクリーン印刷板２３０に面接触する受け面４１０を有する補助部材４００を配置した状態で、ハーフセル１１０Ｐにおける印刷領域Ｅに対してスクリーン印刷を行う（図７（Ａ）参照）。ここで、図８は、補助部材４００の有無によるハーフセル１１０Ｐへの負荷の大きさの違いを説明するための模式図である。なお、図８では、スクリーンメッシュ２３４は省略されている。

【0064】

図８（Ａ）には、補助部材４００を用いない場合におけるハーフセル１１０Ｐへの負荷状態が示されている。この状態では、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐだけがスクリーン印刷板２３０（版枠２３２）に接触する。このため、スキージ２４０に押し付けられたスクリーン印刷板２３０からの押圧力Ｆがハーフセル１１０Ｐの周縁部に集中し、ハーフセル１１０Ｐが損傷するおそれがある。一方、図８（Ｂ）には、補助部材４００を用いた場合におけるハーフセル１１０Ｐへの負荷状態が示されている。この状態では、変形姿勢のハーフセル１１０Ｐに加えて、補助部材４００がスクリーン印刷板２３０に面接触する。このため、スクリーン印刷板２３０からの押圧力Ｆが分散され、ハーフセル１１０Ｐの周縁部に付与される力ｆが低減される。これにより、スクリーン印刷板２３０からの押圧力Ｆが変形姿勢のハーフセル１１０Ｐに集中して損傷することを抑制することができる。また、スクリーン印刷板２３０からハーフセル１１０Ｐ上に充填された空気極用ペーストに付与される力も低減されるため、空気極用ペーストへの過度な力の付与に起因して、ハーフセル１１０Ｐの周縁部が大きく盛り上がることを抑制することができる。

【0065】

本実施形態では、焼成後、ハーフセル１１０Ｐが変形前の姿勢に復帰した状態の印刷パターン１１４Ｐ（空気極１１４）の中央部と周縁部との高低差は±５μｍ以内であることが好ましい。これにより、変形前の姿勢に復帰した状態の印刷パターン１１４Ｐの中央部と周縁部との高低差が±５μｍ以内でない場合に比べて、サドル現象に起因する印刷パターンの周縁部の盛り上がりの影響が、より効果的に抑制される。

【0066】

Ａ－５．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～Ｓ１２は、上述した印刷パターン１１４Ｐをハーフセル１１０Ｐに形成するための工程において、スペーサ３００の使用の有無とスペーサ３００のサイズと補助部材４００の使用の有無との少なくとも約１つが互いに異なる。それぞれの条件で製造された単セル１１０について、空気極１１４におけるサドル高さを測定した。サドル高さは、「空気極１１４の周縁部における単セル１１０の厚さ」から「空気極１１４の中央部における単セル１１０の厚さ」を減算した値である。サドル高さの値が大きいほど、空気極１１４における中央部に対する周縁部の盛り上がりが大きいことを意味する。単セル１１０における各部位の厚さは、レーザ変位計を備えた公知の厚さ計測器を用いて、０．１ｍｍ間隔で測定した。

【0067】

具体的には、サンプルＳ１では、スペーサ３００が使用されておらず、ハーフセル１１０Ｐが非変形姿勢で支持部材２００の配置面２２２に配置されている。この結果、サンプルＳ１のサドル高さは、２２μｍであり、最も大きい値であった。

【0068】

サンプルＳ２～Ｓ６では、幅Ｄ２が２ｍｍ以上、１２ｍｍ以下、厚さＤ１が０．０３ｍｍ以上、０．１５ｍｍ以下のスペーサ３００が使用され、かつ、サンプルＳ６を除いて補助部材４００が使用された。その結果、サンプルＳ２～Ｓ６のサドル高さは、－９μｍ以上、１４μｍ以下であり、サンプルＳ１に比べて低減した。これらの結果から、スペーサ３００を使用することにより、サドル高さを低減できることが分かる。なお、サンプルＳ４において、サドル高さは、サンプルＳ１に比べて低減したものの、空気極１１４の周縁部における表面の傾斜が急峻となり、サンプルＳ７～Ｓ１２と比べたときの空気極側集電体１３４との接続性の低下が確認された。

【0069】

サンプルＳ７～Ｓ１２では、幅Ｄ２が４ｍｍ以上、１０ｍｍ以下、厚さＤ１が０．０５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下のスペーサ３００が使用され、かつ、補助部材４００が使用された。その結果、サンプルＳ７～Ｓ１２のサドル高さは、－５μｍ以上、５μｍ以下であり、サンプルＳ１に比べて低減した。さらに、サンプルＳ７～Ｓ１１では、幅Ｄ２が４ｍｍ以上、６ｍｍ以下、厚さＤ１が０．０５ｍｍ以上、０．０８ｍｍ以下のスペーサ３００が使用され、かつ、補助部材４００が使用された。その結果、サンプルＳ７～Ｓ１１のサドル高さは、－１μｍ以上、５μｍ以下であり、サンプルＳ２～Ｓ６に比べてさらに低減した。

【0070】

また、サンプルＳ６，Ｓ１１は、補助部材４００の有無のみが異なる。これらのサンプルＳ６，Ｓ１１の評価結果から、補助部材４００を用いることで、サドル高さを、より効果的に低減できることが分かる。

【0071】

また、サンプルＳ８～Ｓ１１については、スペーサ３００および補助部材４００に関する製造条件が互いに同一であるにも関わらず、サドル高さが互いに異なっている。この理由は、サンプルＳ８～Ｓ１１について、スクリーン印刷に用いられる空気極用ペーストの粘度が互いに異なっていることにある。具体的には、サンプルＳ１～Ｓ８、Ｓ１２については、空気極用ペーストの粘度は互いに同一であり、サンプルＳ９については、空気極用ペーストの粘度が、サンプルＳ１～Ｓ８、Ｓ１２に比べて、高めであり、サンプルＳ１０，Ｓ１１については、空気極用ペーストの粘度が、サンプルＳ１～Ｓ８、Ｓ１２に比べて、低めである。空気極用ペーストの粘度が高いほど、サドル高さは低くなる傾向にある。ただし、本評価結果によれば、空気極用ペーストの粘度が変わったとしても、スペーサ３００の寸法を、本発明の範囲に設定することでサドル高さを十分抑えることができることが分かる。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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の製造方法においても、サドル現象に起因する印刷パターンの周縁部の盛り上がりの影響が抑制された複合体を製造することができる。

【0079】

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。例えば、上記実施形態では、「複合体」は、単セル１１０であったが、単セル１１０に加えて集電体要素１３５やインターコネクタ１５０を含んだものでもよい。

【0080】

上記実施形態では、「下地部材」はハーフセル１１０Ｐであり、「複合体の一部」は空気極１１４であった。しかし、「下地部材」は、電気化学反応単セルを少なくとも含む複合体の構成要素であって、かつ、平板に限らず、少なくとも一部に平坦状の表面を有する構成要素であればよい。「複合体の一部」は、下地部材にスクリーン印刷される部分であればよい。例えば、「下地部材」は電解質層１１２と燃料極１１６との積層体であり、「複合体の一部」は中間層１８０でもよい。また、「下地部材」は単セル１１０であり、「複合体の一部」は空気極側集電体１３４や、単セル１１０と空気極側集電体１３４とを接合する接合部などでもよい。また、「下地部材」は導電性の支持体であり、「複合体の一部」は電解質層でもよい。また、「複合体の一部」は、複合体の構成要素でなくてもよく、例えば、キャリアフィルム等でもよい。また、下地部材は、焼成後のものに限らず、焼成（例えば二次焼成）前のものでもよい。

【0081】

上記実施形態において、支持部材２００は、周壁部２１０を有してない構成でもよい。スペーサ３００は、扁平形状に限られず、断面矩形状でもよい。また、上記実施形態では、スペーサ３００は、ハーフセル１１０Ｐの全周にわたって配置された枠状であったが、円形の枠状でもよいし、ハーフセル１１０Ｐの周方向において部分的に配置されるもの（例えば複数のパーツから構成されたもの）や、上方に開口した凹所を有する有底の部材などでもよい。また、スペーサ３００の外周面が支持部材２００の周壁部２１０の内周面２１２から離間するように配置されてもよい。要するに、スペーサは、平坦状の配置面に配置された下地部材を上述の変形姿勢にする構成を有していればよい。また、スペーサ３００を用いずに、支持部材２００の配置面２２２に凹所が形成されており、この凹所にハーフセル１１０Ｐを配置することにより、ハーフセル１１０Ｐを変形姿勢にするようにしてもよい。

【0082】

上記実施形態において、補助部材４００は、扁平形状に限られず、断面矩形状でもよい。また、上記実施形態において、ハーフセル１１０Ｐが変形姿勢になれば、上下方向視で、スペーサ３００はハーフセル１１０Ｐの印刷領域Ｅの周縁部よりも外側に配置されていてもよい。

【符号の説明】

【0083】

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 １１０Ｐ：ハーフセル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１４Ｐ：印刷パターン １１５Ｐ：凸部 １１６：燃料極 １１７Ｐ：凹み部 １２０：セパレータ 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 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 ２００：支持部材 ２１０：周壁部 ２１２：内周面 ２１４：上面 ２２０：配置部 ２２２：配置面 ２３０：スクリーン印刷板 ２３２：版枠 ２３４：スクリーンメッシュ ２４０：スキージ ３００：スペーサ ４００：補助部材 ４１０：受け面 Ｅ：印刷領域 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＯＧ：酸化剤ガス ＯＯＧ：酸化剤オフガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】