特許 7552687 電気化学セル装置

(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】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】電気化学セル装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0247 20160101AFI20240910BHJP

   H01M 8/0232 20160101ALI20240910BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20240910BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0247

H01M8/0232

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022515207

(86)(22)【出願日】2021-01-19

(86)【国際出願番号】 JP2021001578

(87)【国際公開番号】W WO2021210231

(87)【国際公開日】2021-10-21

【審査請求日】2023-07-21

(31)【優先権主張番号】P 2020072919

(32)【優先日】2020-04-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】沼田 昂真

(72)【発明者】

【氏名】真嶋 正利

(72)【発明者】

【氏名】小川 光靖

(72)【発明者】

【氏名】水原 奈保

(72)【発明者】

【氏名】野田 陽平

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１３０９０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－００７３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１５９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６０９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０６９５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１７２４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／１２

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｃ２５Ｂ １１／００

Ｃ２５Ｂ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面と、前記第１主面の反対面である第２主面とを有するセルと、
前記第１主面と対向している第３主面を有する第１集電体と、
前記第２主面と対向している第４主面を有する第２集電体とを備え、
前記セルは、前記第２主面から前記第１主面に向かって凸に反っており、
前記第３主面は、前記第１主面の中央部と対向している位置に凹部を含み、
前記第４主面は、前記第２主面の中央部と対向している位置に凸部を含み、
前記第１集電体及び前記第２集電体の各々は、三次元網目構造の骨格を有する金属多孔体からなる少なくとも１枚の金属多孔体シートにより構成されており、
前記第１主面の中央部は、前記第２主面が平坦な基準面と対向するように前記セルを前記基準面上に配置した際に前記基準面からの距離が最も大きくなる前記第１主面の部分を含んでおり、
前記第２主面の中央部は、前記第２主面が前記基準面と対向するように前記セルを前記基準面上に配置した際に前記基準面からの距離が最も大きくなる前記第２主面の部分を含んでいる、電気化学セル装置。

【請求項2】

前記第１集電体を構成している前記少なくとも１枚の金属多孔体シートは、第１金属多孔体シート及び第２金属多孔体シートであり、
前記第１金属多孔体シート及び前記第２金属多孔体シートは、前記第１集電体の厚さ方向に直交している面内において並べて配置されており、
前記第２金属多孔体シートには、前記凹部に対応する位置において、前記第２金属多孔体シートを厚さ方向に貫通する第１貫通穴が形成されており、
前記第１金属多孔体シートは、前記第１貫通穴内に配置されており、
前記第２金属多孔体シートの厚さは、前記第１金属多孔体シートの厚さよりも大きく、
前記凹部は、前記第１貫通穴の内周面及び前記第１金属多孔体シートの主面により画されている、請求項１に記載の電気化学セル装置。

【請求項3】

前記第２金属多孔体シートの厚さから前記第１金属多孔体シートの厚さを減じた値は、前記セルの反り量に等しい、請求項２に記載の電気化学セル装置。

【請求項4】

前記第１集電体を構成している前記少なくとも１枚の金属多孔体シートは、第１金属多孔体シート及び第２金属多孔体シートであり、
前記第１金属多孔体シート及び前記第２金属多孔体シートは、前記第１集電体の厚さ方向において、前記第２金属多孔体シートが前記第３主面側に位置するように重ねて配置されており、
前記第２金属多孔体シートには、前記凹部に対応する位置において、前記第２金属多孔体シートを厚さ方向に貫通する第１貫通穴が形成されている、請求項１に記載の電気化学セル装置。

【請求項5】

前記第２集電体を構成している前記少なくとも１枚の金属多孔体シートは、第３金属多孔体シート及び第４金属多孔体シートであり、
前記第３金属多孔体シート及び前記第４金属多孔体シートは、前記第２集電体の厚さ方向に直交している面内において並べて配置されており、
前記第４金属多孔体シートには、前記凸部に対応する位置において、前記第４金属多孔体シートを厚さ方向に貫通する第２貫通穴が形成されており、
前記第３金属多孔体シートは、前記第２貫通穴内に配置されており、
前記第３金属多孔体シートの厚さは、前記第４金属多孔体シートの厚さよりも大きい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気化学セル装置。

【請求項6】

前記第３金属多孔体シートの厚さから前記第４金属多孔体シートの厚さを減じた値は、前記セルの反り量に等しい、請求項５に記載の電気化学セル装置。

【請求項7】

前記第２集電体を構成している前記少なくとも１枚の金属多孔体シートは、第３金属多孔体シート及び第４金属多孔体シートであり、
前記第３金属多孔体シート及び前記第４金属多孔体シートは、前記第２集電体の厚さ方向において、前記第４金属多孔体シートが前記第４主面側に位置するように重ねて配置されており、
前記第４金属多孔体シートは、前記凸部を構成している、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気化学セル装置。

【請求項8】

前記第１集電体は、カソード側集電体であり、
前記第２集電体は、アノード側集電体である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電気化学セル装置。

【請求項9】

前記第１集電体を構成している前記少なくとも１枚の金属多孔体シートの各々の前記骨格は、ニッケル及びコバルトを含有しており、
前記第１集電体を構成している前記少なくとも１枚の金属多孔体シートの各々の目付量は、９００ｇ／ｍ^２以下である、請求項８に記載の電気化学セル装置。

【請求項10】

前記第２集電体を構成している前記少なくとも１枚の金属多孔体シートの各々の前記骨格は、ニッケルを含有しており、
前記第２集電体を構成している前記少なくとも１枚の金属多孔体シートの各々の目付量は、１０００ｇ／ｍ^２以下である、請求項８又は請求項９に記載の電気化学セル装置。

【請求項11】

前記セルの反り量を平面視における前記セルの最大幅で除した値は、１／１０００以上である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電気化学セル装置。

【請求項12】

固体酸化物形燃料電池である、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電気化学セル装置。

【請求項13】

固体酸化物形電解セルである、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電気化学セル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電気化学セル装置に関する。本出願は、２０２０年４月１５日に出願した日本特許出願である特願２０２０－０７２９１９号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（国際公開第２０１９／２４４４８０号）には燃料電池が記載されている。特許文献１に記載の燃料電池は、固体電解質層と、アノード及びカソードと、アノード側集電体及びカソード側集電体とを有している。

【0003】

アノード及びカソードは、固体電解質層を挟み込んでいる（以下においては、アノード及びカソードに挟み込まれた固体電解質層を「セル」という）。アノード側集電体及びカソード側集電体は、セルを挟み込んでいる。アノード側集電体及びカソード側集電体は、三次元網目構造の骨格を有する金属多孔体からなる金属多孔体シートにより構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１９／２４４４８０号

【発明の概要】

【0005】

本開示の電気化学セル装置は、第１主面と、第１主面の反対面である第２主面とを有するセルと、第１主面と対向している第３主面を有する第１集電体と、第２主面と対向している第４主面を有する第２集電体とを備える。セルは、第２主面から第１主面に向かって凸に反っている。第３主面は、第１主面の中央部と対向している位置に凹部を含む。第４主面は、第２主面の中央部と対向している位置に凸部を含む。第１集電体及び第２集電体の各々は、三次元網目構造の骨格を有する金属多孔体からなる少なくとも１枚の金属多孔体シートにより構成されている。第１主面の中央部は、第２主面が平坦な基準面と対向するようにセルを基準面上に配置した際に基準面からの距離が最も大きくなる第１主面の部分を含んでいる。第２主面の中央部は、第２主面が基準面と対向するようにセルを基準面上に配置した際に基準面からの距離が最も大きくなる第２主面の部分を含んでいる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1A】図１Ａは、電気化学セル装置１００の断面図である。

【図1B】図１Ｂは、セル１０の拡大断面図である。

【図2】図２は、図２は、セル１０の平面図である。

【図3】図３は、図３は、セル１０の反り形状を示す模式的な断面図である。

【図4】図４は、図４は、集電体２０の平面図である。

【図5】図５は、図５は、図４のＶ－Ｖにおける断面図である。

【図6】図６は、図６は、集電体３０の平面図である。

【図7】図７は、図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩにおける断面図である。

【図8】図８は、図８は、電気化学セル装置２００の集電体２０の平面図である。

【図9】図９は、図９は、図８のＩＸ－ＩＸにおける断面図である。

【図10】図１０は、図１０は、電気化学セル装置２００の集電体３０の平面図である。

【図11】図１１は、図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩにおける断面図である。

【図12】図１２は、図１２は、電気化学セル装置３００の集電体２０の断面図である。

【図13】図１３は、図１３は、電気化学セル装置３００の集電体３０の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

[本開示が解決しようとする課題]
特許文献１に記載の燃料電池においては、セルが反っていることがある。セルが反っている場合、セルとアノード側集電体との間及びセルとカソード側集電体との間に隙間ができる（セルと集電体との接触性が悪化する）。

【0008】

本開示は、セルと集電体との間の隙間を減少させることが可能な電気化学セル装置を提供するものである。
[本開示の効果]
本開示の電気化学セル装置によると、セルと集電体との間の隙間を減少させることが可能となる。

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
まず、本開示の実施態様を列記して説明する。

【0010】

（１）一実施形態に係る電気化学セル装置は、第１主面と、第１主面の反対面である第２主面とを有するセルと、第１主面と対向している第３主面を有する第１集電体と、第２主面と対向している第４主面を有する第２集電体とを備える。セルは、第２主面から第１主面に向かって凸に反っている。第３主面は、第１主面の中央部と対向している位置に凹部を含む。第４主面は、第２主面の中央部と対向している位置に凸部を含む。第１集電体及び第２集電体の各々は、三次元網目構造の骨格を有する金属多孔体からなる少なくとも１枚の金属多孔体シートにより構成されている。第１主面の中央部は、第２主面が平坦な基準面と対向するようにセルを基準面上に配置した際に基準面からの距離が最も大きくなる第１主面の部分を含んでいる。第２主面の中央部は、第２主面が基準面と対向するようにセルを基準面上に配置した際に基準面からの距離が最も大きくなる第２主面の部分を含んでいる。

【0011】

上記（１）の電気化学セル装置によると、セルと集電体との間の隙間を減少させることが可能となる。

【0012】

（２）上記（１）の電気化学セル装置において、第１集電体を構成している少なくとも１枚の金属多孔体シートは、第１金属多孔体シート及び第２金属多孔体シートであってもよい。第１金属多孔体シート及び第２金属多孔体シートは、第１集電体の厚さ方向に直交している面内において並べて配置されていてもよい。第２金属多孔体シートには、凹部に対応する位置において第２金属多孔体シートを厚さ方向に貫通する第１貫通穴が形成されていてもよい。第１金属多孔体シートは、第１貫通穴内に配置されていてもよい。第２金属多孔体シートの厚さは、第１金属多孔体シートの厚さよりも大きくてもよい。凹部は、第１貫通穴の内周面及び第１金属多孔体シートの主面により画されていてもよい。

【0013】

上記（２）の電気化学セル装置によると、セルと集電体との間の隙間を減少させることが可能となる。

【0014】

（３）上記（２）の電気化学セル装置において、第２金属多孔体シートの厚さから第１金属多孔体シートの厚さを減じた値はセルの反り量に等しくてもよい。

【0015】

上記（３）の電気化学セル装置によると、セルと集電体との間の隙間をさらに減少させることが可能となる。

【0016】

（４）上記（１）の電気化学セル装置において、第１集電体を構成している少なくとも１枚の金属多孔体シートは、第１金属多孔体シート及び第２金属多孔体シートであってもよい。第１金属多孔体シート及び第２金属多孔体シートは、第１集電体の厚さ方向において、第２金属多孔体シートが第３主面側に位置するように重ねて配置されていてもよい。第２金属多孔体シートには、凹部に対応する位置において第２金属多孔体シートを厚さ方向に貫通する第１貫通穴が形成されていてもよい。

【0017】

（５）上記（１）から上記（４）の電気化学セル装置において、第２集電体を構成している少なくとも１枚の金属多孔体シートは、第３金属多孔体シート及び第４金属多孔体シートであってもよい。第３金属多孔体シート及び第４金属多孔体シートは、第２集電体の厚さ方向に直交している面内において並べて配置されていてもよい。第４金属多孔体シートには、凸部に対応する位置において第４金属多孔体シートを厚さ方向に貫通する第２貫通穴が形成されていてもよい。第３金属多孔体シートは、第２貫通穴内に配置されていてもよい。第３金属多孔体シートの厚さは、第４金属多孔体シートの厚さよりも大きくてもよい。

【0018】

上記（５）の電気化学セル装置によると、セルと集電体との間の隙間を減少させることが可能となる。

【0019】

（６）上記（１）から上記（４）の電気化学セル装置において、第３金属多孔体シートの厚さから第４金属多孔体シートの厚さを減じた値はセルの反り量に等しくてもよい。

【0020】

上記（６）の電気化学セル装置によると、セルと集電体との間の隙間をさらに減少させることが可能となる。

【0021】

（７）上記（１）から上記（４）の電気化学セル装置において、第２集電体を構成している少なくとも１枚の金属多孔体シートは、第３金属多孔体シート及び第４金属多孔体シートであってもよい。第３金属多孔体シート及び第４金属多孔体シートは、第２集電体の厚さ方向において、第４金属多孔体シートが第４主面側に位置するように重ねて配置されていてもよい。第４金属多孔体シートは、凸部を構成していてもよい。

【0022】

上記（７）の電気化学セル装置によると、セルと集電体との間の隙間を減少させることが可能となる。

【0023】

（８）上記（１）から上記（７）の電気化学セル装置において、第１集電体はカソード側集電体であってもよく、第２集電体はアノード側集電体であってもよい。

【0024】

上記（８）の電気化学セル装置によると、セルと集電体との間の隙間を減少させることが可能となる。

【0025】

（９）上記（８）の電気化学セル装置において、第１集電体を構成している少なくとも１枚の金属多孔体シートの各々の骨格は、ニッケル及びコバルトを含有していてもよい。第１集電体を構成している少なくとも１枚の金属多孔体シートの各々の目付量は、９００ｇ／ｍ^２以下であってもよい。

【0026】

上記（９）の電気化学セル装置によると、セルと集電体との間の隙間を減少させることが可能となる。

【0027】

（１０）上記（８）の電気化学セル装置において、第２集電体を構成している少なくとも１枚の金属多孔体シートの各々の骨格は、ニッケルを含有していてもよい。第２集電体を構成している少なくとも１枚の金属多孔体シートの各々の目付量は、１０００ｇ／ｍ^２以下であってもよい。

【0028】

（１１）上記（１）から上記（１０）の電気化学セル装置において、セルの反り量を平面視におけるセルの最大幅で除した値は、１／１０００以上であってもよい。

【0029】

上記（１１）の電気化学セル装置によると、セルの反りが大きい場合であっても、セルと集電体との間の隙間を減少させることが可能となる。

【0030】

（１２）上記（１）から上記（１１）の電気化学セル装置は、固体酸化物形燃料電池であってもよい。

【0031】

上記（１２）の電気化学セル装置によると、セルと集電体との間の接触性が改善される結果、固体酸化物形燃料電池における出力電圧を高めることができる。

【0032】

（１３）上記（１）から上記（１１）の電気化学セル装置は、固体酸化物形電解セルであってもよい。

【0033】

上記（１３）の電気化学セル装置によると、セルと集電体との間の接触性が改善される結果、固体酸化物形電解セルにおける電解電圧を下げることができる。

【0034】

［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示の実施形態を、図面を参照しながら説明する。ここでは、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

【0035】

（第１実施形態）
以下に、第１実施形態に係る電気化学セル装置（以下「電気化学セル装置１００」とする）の構成を説明する。

【0036】

電気化学セル装置１００は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。電気化学セル装置１００は、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ）であってもよいが、以下においては、ＳＯＦＣを電気化学セル装置１００の例として説明する。

【0037】

図１Ａは、電気化学セル装置１００の断面図である。図１Ａには、電気化学セル装置１００に含まれる単セルの構造が示されている。電気化学セル装置１００は、単セル構造を複数積層することにより構成されている。また、図１Ａにおいては、後述するセル１０の反り並びに凹部２０ｃ及び凸部３０ｃの図示が省略されている。図１Ｂは、セル１０の拡大断面図である。図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、電気化学セル装置１００は、セル１０と、集電体２０及び集電体３０と、インターコネクタ４０及びインターコネクタ５０とを有している。

【0038】

セル１０は、主面１０ａと、主面１０ｂとを有している。主面１０ｂは、主面１０ａの反対面である。セル１０は、固体電解質層１１と、カソード１２と、アノード１３と、中間層１４とを有している。

【0039】

固体電解質層１１は、固体電解質により形成されている層である。例えば、固体電解質層１１は、イットリウム（Ｙ）がドープされたジルコニウム（Ｚｒ）の酸化物（ＹＳＺ）により形成されている。カソード１２は、例えば、ＬＳＣ（ランタン（Ｌａ）ストロンチウム（Ｓｒ）コバルト（Ｃｏ）の酸化物）により形成されている。アノード１３は、例えば、ＹＳＺとニッケルの酸化物（Ｎｉ_２Ｏ）との混合体により形成されている。中間層１４は、例えば、ガドリウム（Ｇｄ）がドープされたセリウム（Ｃｅ）の酸化物（ＧＤＣ）により形成されている。

【0040】

カソード１２は、セル１０の主面１０ａを構成している。アノード１３は、セル１０の主面１０ｂを構成している。固体電解質層１１は、カソード１２とアノード１３との間に配置されている。固体電解質層１１とカソード１２との間には、中間層１４が配置されている。固体電解質層１１とアノード１３とは、互いに接している。

【0041】

図２は、セル１０の平面図である。図２に示されるように、セル１０は、平面視において、円形になっている。但し、セル１０の平面形状は、これに限られない。セル１０は、平面視において、矩形になっていてもよい。

【0042】

図３は、セル１０の反り形状を示す模式的な断面図である。図３に示されるように、セル１０は、反っている。例えば、セル１０は、主面１０ｂ側から主面１０ａ側に向かって凸に反っている。セル１０の反り量（以下「反り量ＷＡ」とする）は、例えば、１００μｍ以上である。反り量ＷＡは、１０００μｍ以上であってもよい。

【0043】

反り量ＷＡは、以下の方法により測定される。第１に、セル１０が、平坦な基準面上に配置される。第２に、キーエンス社製のＬＫ－Ｇ３５により基準面から最も離れた主面１０ａ上の位置（以下「頂点Ｐ」とする）と基準面との間の距離（以下「距離Ｌ」とする）が測定される。頂点Ｐは、平面視におけるセル１０の中央部（主面１０ａの中央部）に位置している。第３に、距離Ｌからセル１０の厚さ（以下「厚さＴ」とする）を減じる。これにより、反り量ＷＡが測定される。

【0044】

平面視におけるセル１０の最大幅を、幅Ｗ_ｍａｘ（図２参照）とする。反り量ＷＡを幅Ｗ_ｍａｘで除した値は、例えば、１／１０００以上である。反り量ＷＡを幅Ｗ_ｍａｘで除した値は、１／１００以上であってもよい。幅Ｗ_ｍａｘは、セル１０の平面形状が円形である場合には、当該円形の直径に等しい。セルの平面形状が矩形である場合、幅Ｗ_ｍａｘは、当該矩形の対角線の長さに等しい。

【0045】

図１Ａに示されるように、集電体２０は主面１０ａ上に配置されており、集電体３０は主面１０ｂ上に配置されている。このことを別の観点から言えば、セル１０は、集電体２０と集電体３０とにより挟み込まれている。集電体２０はカソード側集電体であり、集電体３０はアノード側集電体である。

【0046】

集電体２０は、主面２０ａと、主面２０ｂとを有している。主面２０ａは、主面１０ａと対向している。主面２０ｂは、主面２０ａの反対面である。図４は、集電体２０の平面図である。図５は、図４のＶ－Ｖにおける断面図である。主面２０ａは、図４及び図５に示されるように、凹部２０ｃを有している。主面２０ａは、凹部２０ｃにおいて、主面２０ｂ側に窪んでいる。凹部２０ｃは、主面１０ａの中央部と対向する位置に配置されている。

【0047】

集電体２０は、金属多孔体シート２１と、金属多孔体シート２２とにより構成されている。金属多孔体シート２１及び金属多孔体シート２２は、三次元網目構造の骨格を有する金属多孔体により形成されている。

【0048】

金属多孔体シート２１及び金属多孔体シート２２を構成している金属多孔体の骨格は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）及びコバルトを含有している。金属多孔体シート２１及び金属多孔体シート２２の目付量は、好ましくは、９００ｇ／ｍ^２以下である。金属多孔体シート２１（金属多孔体シート２２）の目付量は、金属多孔体シート２１（金属多孔体シート２２）の重量を金属多孔体シート２１（金属多孔体シート２２）の主面の面積で除した値である。

【0049】

集電体２０は、平面視において円形になっている。金属多孔体シート２１は、平面視において円形になっている。金属多孔体シート２２は、平面視において環状になっている。すなわち、金属多孔体シート２２には、金属多孔体シート２２を厚さ方向に貫通している貫通穴２２ａが形成されている。貫通穴２２ａは、凹部２０ｃに対応する位置に形成されている。

【0050】

金属多孔体シート２２の厚さ（以下「厚さＴ２」とする）は、金属多孔体シート２１の厚さ（以下「厚さＴ１」とする）よりも大きい。金属多孔体シート２１及び金属多孔体シート２２は、集電体２０の厚さ方向に直交する面内において、並べて配置（重ねられずに配置）されている。金属多孔体シート２１は、貫通穴２２ａ内に配置されている。そのため、金属多孔体シート２１と貫通穴２２ａとにより、凹部２０ｃが構成されていることになる。

【0051】

集電体３０は、主面３０ａと、主面３０ｂとを有している。主面３０ａは、主面１０ｂと対向している。主面３０ｂは、主面３０ａの反対面である。図６は、集電体３０の平面図である。図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩにおける断面図である。図６及び図７に示されるように、主面３０ａは、凸部３０ｃを有している。主面３０ａは、凸部３０ｃにおいて主面３０ｂとは反対側に突出している。凸部３０ｃは、主面１０ｂの中央部と対向する位置に配置されている。

【0052】

集電体３０は、金属多孔体シート３１と、金属多孔体シート３２とにより構成されている。金属多孔体シート３１及び金属多孔体シート３２は、三次元網目構造の骨格を有する金属多孔体により形成されている。

【0053】

金属多孔体シート３１及び金属多孔体シート３２を構成している金属多孔体の骨格は、例えば、ニッケルを含有している。金属多孔体シート３１及び金属多孔体シート３２の目付量は、好ましくは、１０００ｇ／ｍ^２以下である。金属多孔体シート３１（金属多孔体シート３２）の目付量は、金属多孔体シート３１（金属多孔体シート３２）の重量を金属多孔体シート３１（金属多孔体シート３２）の主面の面積で除した値である。

【0054】

集電体３０は、平面視において円形になっている。金属多孔体シート３１は、平面視において円形になっている。金属多孔体シート３２は、平面視において環状になっている。すなわち、金属多孔体シート３２には、金属多孔体シート３２を厚さ方向に貫通している貫通穴３２ａが形成されている。貫通穴３２ａは、凸部３０ｃに対応する位置に形成されている。

【0055】

金属多孔体シート３１の厚さ（以下「厚さＴ３」とする）は、金属多孔体シート３２の厚さ（以下「厚さＴ４」とする）よりも大きい。金属多孔体シート３１及び金属多孔体シート３２は、集電体３０の厚さ方向に直交する面内において、並べて配置（重ねられずに配置）されている。金属多孔体シート３１は、貫通穴３２ａ内に配置されている。そのため、金属多孔体シート３１により、凸部３０ｃが構成されていることになる。

【0056】

厚さＴ２から厚さＴ１を減じた値は、反り量ＷＡに等しいことが好ましい。厚さＴ３から厚さＴ４を減じた値は、反り量ＷＡに等しいことが好ましい。なお、厚さＴ２から厚さＴ１を減じた値が反り量ＷＡの０．９５倍以上１．０５倍以下の範囲内にある場合は「厚さＴ２から厚さＴ１を減じた値が反り量ＷＡに等しい」に含まれ、厚さＴ３から厚さＴ４を減じた値が反り量ＷＡの０．９５倍以上１．０５倍以下の範囲内にある場合は「厚さＴ３から厚さＴ４を減じた値が反り量ＷＡに等しい」に含まれるものとする。

【0057】

金属多孔体シート２２は、同心状に複数枚の金属多孔体シートに分割されてもよい。この場合、外側に配置されている金属多孔体シートほど厚くなっている。金属多孔体シート３２は、同心状に複数枚の金属多孔体シートに分割されてもよい。この場合、外側に配置されている金属多孔体シートほど薄くなっている。

【0058】

図１Ａに示されるように、インターコネクタ４０は主面２０ｂ上に配置されており、インターコネクタ５０は主面３０ｂ上に配置されている。このことを別の観点から言えば、セル１０、集電体２０及び集電体３０は、インターコネクタ４０及びインターコネクタ５０により、挟み込まれている。インターコネクタ４０の集電体２０側の主面には溝４１が形成されており、インターコネクタ５０の集電体３０側の主面には溝５１が形成されている。インターコネクタ４０及びインターコネクタ５０は、導電性材料により形成されている。

【0059】

以下に、電気化学セル装置１００の効果を説明する。
電気化学セル装置１００においては、セル１０が主面１０ｂから主面１０ａに向かって凸に沿っているため、主面２０ａ及び主面３０ａが平坦である場合、主面１０ａと主面２０ａとの間及び主面１０ｂと主面３０ａとの間に隙間が生じてしまう。その結果、セル１０と集電体２０との間の接触電気抵抗値及びセル１０と集電体３０との間の接触電気抵抗値が上昇し、電気化学セル装置１００からの出力電圧が低下してしまう。

【0060】

しかしながら、電気化学セル装置１００においては、主面２０ａが凹部２０ｃを有しているとともに、主面３０ａが凸部３０ｃを有しているため、主面２０ａが主面１０ａの形状に沿いやすくなるとともに、主面３０ａが主面１０ｂの形状に沿いやすくなる結果、主面１０ａと主面２０ａとの間及び主面１０ｂと主面３０ａとの間の隙間が減少する。

【0061】

したがって、電気化学セル装置１００によると、セル１０と集電体２０との間の接触電気抵抗値及びセル１０と集電体３０との間の接触電気抵抗値が減少し、電気化学セル装置１００からの出力電圧を改善することができる。

【0062】

なお、電気化学セル装置１００がＳＯＥＣである場合、セル１０と集電体２０との間の接触電気抵抗値及びセル１０と集電体３０との間の接触電気抵抗値が減少する結果、電気化学セル装置１００における電解電圧を下げることができる。

【0063】

金属多孔体シート２１及び金属多孔体シート２２の金属多孔体の骨格がニッケル及びコバルトを含有しているとともに、金属多孔体シート２１及び金属多孔体シート２２の金属多孔体の目付量が９００ｇ／ｍ^２以下である場合、金属多孔体シート２１及び金属多孔体シート２２の変形能を確保することができるため、主面２０ａが主面１０ａの形状にさらに沿いやすくなる。

【0064】

金属多孔体シート３１及び金属多孔体シート３２の金属多孔体の骨格がニッケルを含有しているとともに、金属多孔体シート３１及び金属多孔体シート３２の金属多孔体の目付量が９００ｇ／ｍ^２以下である場合、金属多孔体シート３１及び金属多孔体シート３２の変形能を確保することができるため、主面３０ａが主面１０ｂの形状にさらに沿いやすくなる。

【0065】

（発電試験）
以下に、電気化学セル装置１００の効果を確認するために行った発電試験を説明する。

【0066】

＜サンプル＞
発電試験には、サンプル１～サンプル６の電気化学セルが供された。サンプル１～サンプル６において、セル１０、集電体２０及び集電体３０の形状は、表１に示されるとおりとした。なお、表１には示されていないが、サンプル１～サンプル６の全てにおいて、セル１０の厚さ及び直径は、それぞれ０．４ｍｍ及び１００ｍｍとされた。

【0067】

【表1】

【0068】

表１に示されるように、サンプル１及びサンプル５において、反り量ＷＡは１００μｍとされた。サンプル２において、反り量ＷＡは３００μｍとされた。サンプル３及びサンプル６において、反り量ＷＡは１０００μｍとされた。サンプル４において、反り量ＷＡは２０００μｍとされた。

【0069】

サンプル１には、集電体２０として厚さが４００μｍの金属多孔体シート２１及び厚さが５００μｍの金属多孔体シート２２が用いられ、集電体３０として厚さが５００μｍの金属多孔体シート３１及び厚さが４００μｍの金属多孔体シート３２が用いられた。

【0070】

サンプル２には、集電体２０として厚さが２００μｍの金属多孔体シート２１及び厚さが５００μｍの金属多孔体シート２２が用いられ、集電体３０として厚さが５００μｍの金属多孔体シート３１及び厚さが２００μｍの金属多孔体シート３２が用いられた。

【0071】

サンプル３には、集電体２０として厚さが１００μｍの金属多孔体シート２１及び厚さが１１００μｍの金属多孔体シート２２が用いられ、集電体３０として厚さが１１００μｍの金属多孔体シート３１及び厚さが１００μｍの金属多孔体シート３２が用いられた。

【0072】

サンプル４には、集電体２０として厚さが１００μｍの金属多孔体シート２１及び厚さが２１００μｍの金属多孔体シート２２が用いられ、集電体３０として厚さが２１００μｍの金属多孔体シート３１及び厚さが１００μｍの金属多孔体シート３２が用いられた。

【0073】

サンプル５には、集電体２０として厚さが５００μｍの１枚の金属多孔体シートが用いられ、集電体３０として厚さが５００μｍの１枚の金属多孔体シートが用いられた。

【0074】

サンプル６には、集電体２０として厚さが１１００μｍの１枚の金属多孔体シートが用いられ、集電体３０として厚さが１１００μｍの１枚の金属多孔体シートが用いられた。

【0075】

＜試験結果＞
表２には、７５０℃においてアノード－カソード間に０．５Ａ／ｃｍ^２の電流が流れている際のアノード－カソード間の出力電圧の初期値が示されている。

【0076】

【表2】

【0077】

表２に示されるように、サンプル１の出力電圧は、サンプル５の出力電圧よりも大きくなっていた。サンプル３の出力電圧は、サンプル６の出力電圧よりも大きくなっていた。

【0078】

この比較から、集電体２０の主面２０ａが凹部２０ｃを有するとともに、集電体３０の主面３０ａが凸部３０ｃを有することにより、セル１０と集電体２０との間の隙間及びセル１０と集電体３０との間の隙間が減少し、電気化学セル装置１００からの出力電圧が増加することが実験的にも明らかにされた。

【0079】

反り量ＷＡが大きくなるほど、セル１０と集電体２０との間及びセル１０と集電体３０との間に隙間ができやすくなる一方で、電気化学反応に寄与するセル１０の表面積が増加する。

【0080】

サンプル６の出力電圧は、サンプル５の出力電圧よりも小さかった。これは、サンプル６における反り量ＷＡがサンプル５における反り量ＷＡよりも大きいため、セル１０と集電体２０との間の隙間及びセル１０と集電体３０との間の隙間が増加し、セル１０と集電体２０との間の接触電気抵抗及びセル１０と集電体３０との間の接触電気抵抗が増加したためであると考えられる。

【0081】

他方で、サンプル１～サンプル４においては、反り量ＷＡが大きくなるほど、出力電圧が増加していた。サンプル１～サンプル４の全てにおいて、厚さＴ２から厚さＴ１を減じた値及び厚さＴ３から厚さＴ４を減じた値が、反り量ＷＡと一致していた。

【0082】

このことから、厚さＴ２から厚さＴ１を減じた値及び厚さＴ３から厚さＴ４を減じた値を反り量ＷＡに一致させながら反り量ＷＡを増加させることにより、セル１０と集電体２０との間の隙間及びセル１０と集電体３０との間の隙間を減少させつつ電気化学反応に寄与するセル１０の表面積が増加させること、換言すれば、電気化学セル装置１００からの出力電圧をさらに増加させることが可能であることが、実験的に明らかにされた。

【0083】

（第２実施形態）
以下に、第２実施形態に係る電気化学セル装置（以下「電気化学セル装置２００」とする）の構成を説明する。ここでは、電気化学セル装置１００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0084】

電気化学セル装置２００は、セル１０と、集電体２０及び集電体３０と、インターコネクタ４０及びインターコネクタ５０とを有している。セル１０は、主面１０ｂから主面１０ａに向かって凸に反っている。主面２０ａは凹部２０ｃを有しており、主面３０ａは凸部３０ｃを有している。これらの点に関して、電気化学セル装置２００の構成は、電気化学セル装置１００の構成と共通している。

【0085】

図８は、電気化学セル装置２００の集電体２０の平面図である。図９は、図８のＩＸ－ＩＸにおける断面図である。図８及び図９に示されるように、電気化学セル装置２００において、集電体２０は、金属多孔体シート２３と金属多孔体シート２４とを有している。金属多孔体シート２３は、例えば平面視において円形である。金属多孔体シート２４は、例えば平面視において環状である。

【0086】

金属多孔体シート２４には、金属多孔体シート２４を厚さ方向に貫通する貫通穴２４ａが形成されている。貫通穴２４ａは、凹部２０ｃに対応する位置に配置されている。金属多孔体シート２３及び金属多孔体シート２４は、集電体２０の厚さ方向において重ねて配置されている。金属多孔体シート２４は、主面２０ａ側に配置されている。その結果、貫通穴２４ａ及び金属多孔体シート２３により凹部２０ｃが構成されている。

【0087】

図１０は、電気化学セル装置２００の集電体３０の平面図である。図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩにおける断面図である。集電体３０は、図１０及び図１１に示されるように、金属多孔体シート３３と、金属多孔体シート３４とを有している。金属多孔体シート３３及び金属多孔体シート３４は、例えば、平面視において円形である。金属多孔体シート３３の直径は、金属多孔体シート３４の直径よりも大きい。

【0088】

金属多孔体シート３３及び金属多孔体シート３４は、集電体３０の厚さ方向に重ねられている。金属多孔体シート３４は、凸部３０ｃの位置に対応するように主面３０ａ側に配置されている。その結果、金属多孔体シート３４により、凸部３０ｃが構成されている。

【0089】

以下に、電気化学セル装置２００の効果を説明する。
電気化学セル装置２００も、電気化学セル装置１００と同様に、主面２０ａが凹部２０ｃを有しているとともに主面３０ａが凸部３０ｃを有しているため、主面２０ａが主面１０ａの形状に沿いやすくなるとともに主面３０ａが主面１０ｂの形状に沿いやすくなり、主面１０ａと主面２０ａとの間及び主面１０ｂと主面３０ａとの間の隙間が減少する。その結果、電気化学セル装置２００によると、セル１０と集電体２０との間の接触電気抵抗値及びセル１０と集電体３０との間の接触電気抵抗値が減少し、電気化学セル装置１００からの出力電圧を改善することができる。

【0090】

（第３実施形態）
以下に、第３実施形態に係る電気化学セル装置（以下「電気化学セル装置３００」とする）の構成を説明する。ここでは、電気化学セル装置１００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0091】

電気化学セル装置３００は、セル１０と、集電体２０及び集電体３０と、インターコネクタ４０及びインターコネクタ５０とを有している。セル１０は、主面１０ｂから主面１０ａに向かって凸に反っている。主面２０ａは凹部２０ｃを有しており、主面３０ａは凸部３０ｃを有している。これらの点に関して、電気化学セル装置３００の構成は、電気化学セル装置１００の構成と共通している。

【0092】

図１２は、電気化学セル装置３００の集電体２０の断面図である。図１３は、電気化学セル装置３００の集電体３０の断面図である。図１２及び図１３に示されるように、集電体２０及び集電体３０は、それぞれ、１枚の金属多孔体シート（金属多孔体シート２５及び金属多孔体シート３５）により構成されている。

【0093】

なお、集電体２０（金属多孔体シート２５）の凹部２０ｃ及び集電体３０（金属多孔体シート３５）の凸部３０ｃは、例えば、プレス加工により形成することができる。

【0094】

以下に、電気化学セル装置３００の効果を説明する。
電気化学セル装置３００も、電気化学セル装置１００と同様に、主面２０ａが凹部２０ｃを有しているとともに主面３０ａが凸部３０ｃを有しているため、主面２０ａが主面１０ａの形状に沿いやすくなるとともに主面３０ａが主面１０ｂの形状に沿いやすくなり、主面１０ａと主面２０ａとの間及び主面１０ｂと主面３０ａとの間の隙間が減少する。その結果、電気化学セル装置３００によると、セル１０と集電体２０との間の接触電気抵抗値及びセル１０と集電体３０との間の接触電気抵抗値が減少し、電気化学セル装置１００からの出力電圧を改善することができる。

【0095】

今回開示された実施形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0096】

１０ セル、１０ａ，１０ｂ 主面、１１ 固体電解質層、１２ カソード、１３ アノード、１４ 中間層、２０ 集電体、２０ａ，２０ｂ 主面、２０ｃ 凹部、２１ 金属多孔体シート、２２ 金属多孔体シート、２２ａ 貫通穴、２３ 金属多孔体シート、２４ 金属多孔体シート、２４ａ 貫通穴、２５ 金属多孔体シート、３０ 集電体、３０ａ 主面、３０ｂ 主面、３０ｃ 凸部、３１ 金属多孔体シート、３２ 金属多孔体シート、３２ａ 貫通穴、３３，３４，３５ 金属多孔体シート、４０ インターコネクタ、４１ 溝、５０ インターコネクタ、５１ 溝、１００，２００，３００ 電気化学セル装置、Ｌ 距離、Ｐ 頂点、Ｔ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ 厚さ、ＷＡ 反り量、Ｗ_ｍａｘ 幅。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】