(57)【要約】【課題】単室型においても、スタック化したときのセル段数を抑え、小型でありながら、高出力化が可能な固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造を提供する。【解決手段】本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、  同じ軸方向に延びる少なくとも１つの第１の貫通孔、及び少なくとも１つの第２の貫通孔が形成され、第１及び第２の貫通孔が両端部において開口するガス透過性の少なくとも１つの支持体と、各第１の貫通孔の内壁面に、燃料極、電解質、及び空気極の順に積層された第１の単セルと、第２の貫通孔の内壁面に、空気極、電解質、及び燃料極の順に積層された第２の単セルと、を備え、燃料極、空気極、及び電解質がガス透過性を有し、各単セルにおいては、燃料極と空気極とが接触しないように積層されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ軸方向に延びる少なくとも１つの第１の貫通孔、及び少なくとも１つの第２の貫通孔が形成され、前記第１及び第２の貫通孔が両端部において開口するガス透過性の少なくとも１つの支持体と、
前記各第１の貫通孔の内壁面に、燃料極、電解質、及び空気極の順に積層された第１の単セルと、
前記第２の貫通孔の内壁面に、空気極、電解質、及び燃料極の順に積層された第２の単セルと、を備え、
前記燃料極、空気極、及び電解質がガス透過性を有し、
前記各単セルにおいては、前記燃料極と空気極とが接触しないように積層されており、
燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスで発電する、単室型固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記第１及び第２の貫通孔は隣接して配置され、
前記第１の貫通孔の内壁面と前記燃料極との間を軸方向に延びる第１集電部、前記第２の貫通孔の内壁面と前記空気極との間を軸方向に延びる第２集電部、及び第１集電部と第２集電部とを前記支持体の一方の端部で連結する第１連結部、によって構成される第１インターコネクター、及び
前記第１の貫通孔の前記空気極上を軸方向に延びる第３集電部、前記第２の貫通孔の前記燃料極上を軸方向に延びる第４集電部、及び前記第３集電部と第４電部とを前記支持体の他方の端部で連結する第２連結部、によって構成される第２インターコネクター、
の少なくとも一方によって、前記第１及び第２の単セルが電気的に接続される、請求項１に記載の単室型固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
第１単セルの前記燃料極は、前記第１貫通孔の内壁面から延び前記支持体の一端部の端面に形成され、
前記第１単セルの前記空気極は、前記第１貫通孔の内壁面から延び前記支持体の他端部の端面に形成され、
第２単セルの前記燃料極は、前記第２貫通孔の内壁面から延び前記支持体の他端部の端面に形成され、
前記第２単セルの前記空気極は、前記第２貫通孔の内壁面から延び前記支持体の一端部の端面に形成されている、請求項１または２に記載の単室型固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記支持体の一方の端部に、前記貫通孔を塞ぐ閉鎖部材が設けられている、請求項１から３のいずれかに記載の単室型固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の複数の固体酸化物形燃料電池と、
前記複数の固体酸化物形燃料電池は、前記一端部と他端部とが互いに向き合うように、前記軸方向に並んで配置され、
隣接する前記燃料電池を電気的に接続する第３インターコネクターをさらに備えている、単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造。
【請求項６】
前記複数の固体酸化物形燃料電池のうち、端部に配置されている固体酸化物形燃料電池には、前記貫通孔を塞ぐ、閉鎖部材が配置されている、請求項５に記載の単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単室型固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、固体酸化物形燃料電池 のセルデザインとして、平板型、円筒型などが提案されている。平板型セルは、板状の電解質の表面及び裏面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、こうして形成されたセルはセパレーターを介して複数個積層された状態で使用される。セパレーターは各セルに供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する役割を果たしている。また、各セルとセパレーターとの間にはガスシールが施されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一方、円筒型セルは、円筒形の電解質の外周面及び内周面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、円筒縦縞型、円筒横縞型などが提案されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開平５−３０４５号公報（第１頁、第６図）
【特許文献２】特開平５−９４８３０号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、平板型及び円筒型の固体酸化物形燃料電池においては、複数のセルをスタックすることで、高い出力を得ることができるが、このように従来一般に知られる平板型及び円筒型の固体酸化物形燃料電池では単セルとセパレータとが別個の部材となり、これらの組立工程が必要になるばかりでなく、燃料ガス供給管や空気供給管なども配設する必要があることから多数の部材が必要になり、コストアップと大型化（コンパクトにできない）につながるという問題があった。また、単室型固体酸化物形燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスで発電できるため、平板型で必要なガスシールが必要なく、スタック構造が簡素化する利点がある。しかし、燃料ガスと酸化剤ガスを分離した、いわゆる二室型よりも燃料ガスが希釈した状況で発電するため、低出力となる問題があり、スタック化したときのセル段数が二室型よりも更に多くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、単室型においても、スタック化したときのセル段数を抑え、小型でありながら、高出力化が可能な固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、同じ軸方向に延びる少なくとも１つの第１の貫通孔、及び少なくとも１つの第２の貫通孔が形成され、前記第１及び第２の貫通孔が両端部において開口するガス透過性の少なくとも１つの支持体と、前記各第１の貫通孔の内壁面に、燃料極、電解質、及び空気極の順に積層された第１の単セルと、前記第２の貫通孔の内壁面に、空気極、電解質、及び燃料極の順に積層された第２の単セルと、を備え、前記燃料極、空気極、及び電解質がガス透過性を有し、前記各単セルにおいては、前記燃料極と空気極とが接触しないように積層されており、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスで発電する。
【０００７】
この構成によれば、支持体に複数の貫通孔を形成し、これら貫通孔の内壁面に燃料極、電解質、及び空気極からなる単セルをそれぞれ形成している。このように、電解質の中に複数の貫通孔を形成し、その中に単セルを形成しているため、貫通孔の数を増やすことで固体酸化物形燃料電池の高出力化が可能となる。また、貫通孔を小さくすることで電池の小型化を図ることができる。なお、各セル及び支持体は、ガス透過性を有するため、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスを供給すると、セルを透過しつつ燃料極及び空気極にガスが供給される。その結果、発電が行われる。
【０００８】
また、第１の貫通孔に供給された混合ガスは、まず、空気極と反応した後、電解質を通過して、燃料極に達する。したがって、混合ガスは、燃料極に流入するとき、燃料ガスがリッチな状態になる。これにより、単室型の固体酸化物形燃料電池でありながら、空気ガスを空気極へ効率良く送ることができ、出力を向上させることができる。また、燃料極及び空気極の配置が上述とは反対の第2の貫通孔の場合も、混合ガスは、空気極に流入するとき、空気ガスがリッチな状態になる。この場合も同様に、出力を向上させることができる。
【０００９】
本発明においては、電解質と貫通孔の構造は種々のものを選択することができる。貫通孔の断面形状は特には限定されず、円形、楕円、多角形状など種々の形状が可能である。また、貫通孔は必ずしも直線状に延びていなくてもよく、ガスが流通できればよい。さらに、各貫通孔の断面を多角形状に形成し、全体としてハニカム構造にすることもできる。これにより、電池の剛性が向上し、耐衝撃性能が向上する。
【００１０】
上記固体酸化物形燃料電池においては、電池内の第１及び第２の単セルを次のように接続することができる。すなわち、第１及び第２の貫通孔を隣接して配置する。そして、２つのインターコネクターの少なくとも一方を用いて、単セルを電気的に接続する。第１のインターコネクターは、第１の貫通孔の内壁面と前記燃料極との間を軸方向に延びる第１集電部、第２の貫通孔の内壁面と前記空気極との間を軸方向に延びる第２集電部、及び第１集電部と第２集電部とを前記支持体の一方の端部で連結する第１連結部、によって構成することができる。第２インターコネクターは、第１の貫通孔の前記空気極上を軸方向に延びる第３集電部、前記第２の貫通孔の前記燃料極上を軸方向に延びる第４集電部、及び第３集電部と第４電部とを前記支持体の他方の端部で連結する第２連結部、によって構成することができる。
【００１１】
以上のようなインターコネクターは、各貫通孔の軸方向に沿って延びているため、各電極との接触面積が大きくなり、集電効率が大きく向上する。軸方向の長さは、長ければ長いほどよいが、一部であってもよい。また、貫通孔の内壁面の周方向の一部または全面に集電部を設けることができる。
【００１２】
上記電池では、各電極を次のように形成することができる。すなわち、第１単セルの燃料極を、第１貫通孔の内壁面から延び支持体の一端部の端面に形成し、第１単セルの空気極を、第１貫通孔の内壁面から延び支持体の他端部の端面に形成する。そして、第２単セルの燃料極を、第２貫通孔の内壁面から延び前記支持体の他端部の端面に形成し、第２単セルの空気極は、第２貫通孔の内壁面から延び支持体の一端部の端面に形成する。この構成によれば、各電極が支持体の端部に露出しているため、この部分を電気的に接続すれば、支持体内で各セルを接続することができる。したがって、複数の単セルを簡単に接続することができる。
【００１３】
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池のスタック構造は、上述した複数の固体酸化物形燃料電池と、複数の固体酸化物形燃料電池は、前記一端部と他端部とが互いに向き合うように、前記軸方向に並んで配置され、前記一端部と他端部とにおいて、隣接する前記固体酸化物形燃料電池の燃料極と空気極とが電気的に接続する第３インターコネクターをさらに備えている。
【００１４】
この構成によれば、上述した固体酸化物形燃料電池の効果を得ることができる。さらに、複数の固体酸化物形燃料電池が接続されているため、高出力を得ることができる。
【００１５】
また、複数の固体酸化物形燃料電池のうち、端部に配置されている固体酸化物形燃料電池に、貫通孔を塞ぐ閉鎖部材を配置することができる。このような閉鎖部材を設けると、貫通孔に流入したガスが閉鎖部材によって押し戻され、ガス透過性を有する支持体の隔壁を通過するようにガスが流れる。したがって、各電極とガスとが接触しやすくなり高出力化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、単室型においても、スタックのセル段数を抑え、小型でありながら、固体酸化物形燃料電池の高出力化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施形態）
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池は、直方体状に形成された多孔質材料からなる支持体１を備えており、この支持体１には前端部１１と後端部１２とを貫通する４つの貫通孔が形成されている。４つの貫通孔は、断面が矩形状に形成され、格子状に整列している。ここでは、図１の紙面の左上、右上、右下、及び左下の貫通孔をそれぞれ、第１，第２，第３及び第４貫通孔１０１〜１０４と称することとする。そして、４つの貫通孔には、それぞれ単セルが形成されており、第１，第２，第３及び第４貫通孔１０１〜１０４に形成されたセルをそれぞれ第１，第２，第３及び第４セル２０１〜２０４と称することとする。また、これらのセルは、インターコネクターによって接続されており、第１及び第２セル２０１，２０２を接続するインターコネクターを第１インーコネクター３０１、第２及び第３セル２０２，２０３を接続するインターコネクターを第２インターコネクター３０２、第３及び第４セル２０３，２０４を接続するインターコネクターを第３インターコネクター３０３と称することとする。
【００１９】
図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。図２及び図３に示すように、第１及び第３セル２０１，２０３は同一の構成であり、第２及び第４セル２０２，２０４は同一の構成である。したがって、ここでは第１及び第２セル２０１，２０２について説明する。第１セル２０１が設けられた貫通孔１０１の内壁面には、燃料極２、電解質３、及び空気極４がこの順で塗布されている。一方、第２セル２０２が設けられた貫通孔１０３の内壁面には空気極４，電解質３、及び燃料極２が塗布されている。図２に示すように、支持体１の前端部１１における第１貫通孔１０１の開口周縁には、この貫通孔１０１の内壁面から延びる燃料極２が塗布されている。また、支持体１の後端部１２における第１貫通孔１０１の開口周縁には、電解質３上から延びる空気極４が塗布されている。一方、支持体１の前端部１１における第２貫通孔１０２の開口周縁には、この貫通孔１０２の内壁面から延びる空気極４が塗布されている。また、支持体１の後端部１２における第２貫通孔１０２の開口周縁には、電解質３上から延びる燃料極２が塗布されている。
【００２０】
次に、インターコネクターについて説明する。３つのインターコネクターのうち、第１及び第３インターコネクター３０１，３０３は同一の構成である。図２に示すように、第１及び第３インターコネクター３０１，３０３は、セルの最内層よりも内側、つまり貫通孔１０１，１０２の内壁面とセル２０１，２０２との間に形成されている。一方、第２インターコネクター３０２は、図３に示すように、セルの最外層上に形成されている。まず、第１インターコネクター３０１から説明する。図２に示すように、このインターコネクター３０１は、第１貫通孔１０１の内壁面に軸方向に沿って形成された集電部ａと、第２貫通孔１０２の内壁面に沿って形成された集電部ｂと、これら集電部ａ，ｂの端部同士を連結する連結部ｃとで構成されている。連結部ｃは、支持体１の前端部１１に形成されており、第１及び第２貫通孔１０１，１０２間の隔壁を跨ぐように配置されている。この第１インターコネクター３０１によって第１セル２０１の燃料極２と第２セル２０２の空気極４とが電気的に接続される。
【００２１】
一方、図３に示すように、第２インターコネクター３０２は、第２貫通孔１０２の燃料極２上に軸方向に沿って形成された集電部ｄと、第３貫通孔１０３の空気極４上の軸方向に沿って形成された集電部ｅと、これら集電部ｄ，ｅの端部同士を連結する連結部ｆとで構成されている。連結部ｆは、支持体１の後端部１２に形成されており、第２及び第３貫通孔１０２，１０３間の隔壁を跨ぐように配置されている。この第２インターコネクター３０２によって第２セル２０２の燃料極２と第３セル２０３の空気極４とが電気的に接続される。第３インターコネクター３０３は、第１インターコネクター３０１と同様の構成であり、第３セル２０３の燃料極２と、第４セル２０４の空気極４とを電気的に接続する。したがって、３つのインターコネクター３０１〜３０３によって、４つのセル２０１〜２０４が直列に接続される。
【００２２】
続いて、上記燃料電池を構成する材料について説明する。支持体１は、絶縁性で且つガス透過性を有する多孔質材料で形成されている。このような材料としては、耐熱性の観点から、セラミックス材料であることが好ましい。例えば、アルミナ系材料、シリカ系材料、ジルコニア系材料を用いることができる。また、金属材料の表面に、上記セラミックス材料を、溶射法などで塗布し絶縁性を付与すれば、ＳＵＳのような金属材料も使用することができる。
【００２３】
電解質３の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えば、サマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。また、電解質３はガス透過性のある多孔質状に形成される。
【００２４】
燃料極２及び空気極４は、セラミックス粉末材料により形成することができる。このとき用いられる粉末の平均粒径は、好ましくは１０ｎｍ〜１００μｍであり、さらに好ましくは５０ｎｍ〜５０μｍであり、特に好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍである。なお、平均粒径は、例えば、ＪＩＳＺ８９０１にしたがって計測することができる。
【００２５】
燃料極２は、例えば、金属触媒と酸化物イオン導電体からなるセラミックス粉末材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属（白金、ルテニウム、パラジウム等）等の還元性雰囲気中で安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極を形成することが好ましい。なお、酸化物イオン導電体からなるセラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾またはセラミックス材料へのニッケル修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、１種類を単独で、或いは２種類以上を混合して使用することができる。また、燃料極２は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。
【００２６】
空気極４を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型構造等を有するＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ又はＭｎ等からなる金属酸化物を用いることができる。具体的には（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）Ｏ３などの酸化物が挙げられ、好ましくは、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ３である。上述したセラミックス材料は、１種を単独で、或いは２種以上を混合して使用することができる。
【００２７】
上記燃料極２、電解質３、お及び空気極４は、例えば、ウエットコ−ティング法によって形成することができる。ウエットコ−ティング法としては、スプレー法、ディスペンサーコート法、ディップコート法等が例示できる。その際、これら燃料極２、電解質３及び空気極４は、ペースト状にする必要があり、上述した材料を主成分として、さらにバインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。より詳細には、上記主成分とバインダー樹脂との混合において、上記主成分が５０〜９５重量％となるように、バインダー樹脂等を加えることが好ましい。
【００２８】
インターコネクター３０１〜３０３は、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，ステンレス系材料等の導電性金属材料，又はＬａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ３，（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ３などのランタン・クロマイト系等の導電性金属酸化物材料によって形成することができ、これらのうちの１種を単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。
【００２９】
次に、上記のように構成された固体酸化物形燃料電池の製造方法の一例について説明する。ここでは、ディップコート法によって電極を形成する方法について説明する。
【００３０】
まず、支持体１の製造方法について説明すると、上述した絶縁性の支持体用材料の粉末とバインダーを混練し、直方体の断面に四角形状の４つの貫通孔１０１〜１０４が形成されるように押し出し成形を行う。そして、この成形体を所定の温度で焼結し、支持体１を得る。
【００３１】
続いて、インターコネクターペーストを収容した容器を準備し、支持体１においてインターコネクターを形成しない領域にマスキングをした後、絶縁性の支持体１を容器に浸漬し、インターコネクターペーストを支持体１の表面に塗布する。その後、所定時間、所定温度で乾燥・焼結してインターコネクター３０１，３０３を形成する。
【００３２】
次に、空気極ペーストを収容した容器を準備し、支持体１において空気極４を形成しない領域にマスキングをした後、支持体１を容器に浸漬し、空気極ペーストを支持体１の表面に塗布する。その後、所定時間、所定温度で乾燥・焼結して空気極４を形成する。同様にして、燃料極２、電解質３、及び最外層の空気極４を形成する。すなわち、これらを形成しない領域にマスキングした後、支持体１を容器に浸漬し、各ペーストを支持体１に塗布する。そして、所定時間、所定温度で乾燥・焼結して燃料極２、電解質３、及び空気極４を形成する。最後に、同様の手法で第２インターコネクターを形成すれば、燃料電池が完成する。
【００３３】
上記のように構成された燃料電池は、次のように発電が行われる。まず、図２及び図３に示すように、水素、又はメタン、エタンなどの炭化水素からなる燃料ガスと、空気などの酸化剤ガスとの混合ガスＧを、支持体の後端部から各貫通孔１０１〜１０４に供給する。これにより、第１、第３貫通孔１０１，１０３に供給された混合ガスＧは、燃料極２に接触しつつ、電解質３、空気極４及び隔壁を通過して隣接する貫通孔へ進入する。また、第２、第４貫通孔１０２，１０４に供給された混合ガスは空気極３に接触しつつ、電解質３、燃料極２及び隔壁を通過して隣接する貫通孔へ進入する。以上の過程において、燃料極２及び空気極４がそれぞれ、混合ガスＧ中の燃料ガス及び酸化剤ガスと選択的に反応するめ、燃料極２と空気極４との間で、電解質３を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、支持体１に複数の貫通孔１０１〜１０４を形成し、これら貫通孔１０１〜１０４の内壁面に燃料極２、電解質３、及び空気極４からなるセル２０１〜２０４をそれぞれ形成している。そのため、１つの支持体１に対して複数のセル２０１〜２０４を形成することができ、高出力化が可能になる。また、貫通孔を小さくすることで電池の小型化を図ることができる。さらに、上記インターコネクター３０１〜３０３は、各貫通孔１０１〜１０４の軸方向に沿って延びているため、燃料極２及び空気極４との接触面積が大きくなり、集電効率が大きく向上する。
【００３５】
ところで、上記のように構成された電池を複数準備すれば、スタック化が可能になる。上述した燃料電池は、貫通孔を跨ぐようにセルと一体化したインターコネクターを用いていたが、インターコネクターを支持体の端部に配置して、各セルを電気的に接続することもできる。以下、燃料電池のスタック構造について、説明する。
（第２実施形態）
【００３６】
以下、本発明の第２実施形態について図４〜図９を参照しつつ説明する。図４は本実施形態に係る燃料電池のスタック構造を示す斜視図であり、図５は図４のＣ−Ｃ線断面図、図６は図４のＤ−Ｄ線断面図である。図４〜図６に示すように、このスタック構造では、３つの燃料電池Ｕ１〜Ｕ３を接続している。各燃料電池Ｕ１〜Ｕ３の構成は、第１実施形態で示したものとほぼ同じである。よって、同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
このスタック構造では、各燃料電池Ｕ１〜Ｕ３の前端部１１を上に向け、前端部１１と後端部１２とが対向するように軸方向に並べている。各燃料電池Ｕ１〜Ｕ３の間には、それぞれ板状の接続部材７が介挿されている。
【００３８】
図７は接続部材７の分解斜視図であり、図８は図７のＥ−Ｅ線断面図である。図７及び図８に示すように、接続部材７は、絶縁性の第１及び第２基板７１、７２とインターコネクター７３とで構成されている。より詳細に説明すると、接続部材７は、平面視矩形状に形成され、燃料電池の貫通孔１０１〜１０４と対応する４つの第１〜第４貫通孔７０１〜７０４が形成されている。そして、上側に配置された第１基板７１と下側に配置された第２基板７２の間には、インターコネクター７３の一部である導電層７３３が配置されている。第１基板７１の第４貫通孔７０４の内壁面及び開口周縁には、導電層７３３と接続される第１導電部７３１が形成されている。この第１導電部７３１は、燃料電池の第４貫通孔１０４の開口周縁に延びる空気極４と接触している。また、第２基板７２の第１貫通孔１０１の内壁面及び開口周縁には、導電層７３３と接続される筒状の第２導電部７３２が形成され、第２基板７３２から下方へ延びている。したがって、第１導電部７３１、導電層７３３、及び第２導電部７３２は電気的に接続され、インターコネクター７３を構成している。図５及び図６に示すように、この接続部材７によって、隣接する燃料電池において、上側の燃料電池の第４セル２０４の空気極４と下側の燃料電池の第１セル２０１の燃料極４とが電気的に接続される。また、各燃料電池Ｕ１〜Ｕ３においては、４つの単セルが電気的に接続されているため、上記構成により、１２個の単セルが直列に接続されている。
【００３９】
また、このスタック構造の上端部には、板状の閉鎖部材５が設けられており、上端の燃料電池Ｕ１の貫通孔１０１〜１０４を閉じている。この閉鎖部材５は、絶縁性の材料で形成されている。以上のような構成により、３つの燃料電池Ｕ１〜Ｕ３の貫通孔は、２つの接続部材７を介して連通しており、下端の燃料電池Ｕ３から供給されたガスＧは、上端の燃料電池Ｕ１の内部まで届くようになっている。なお、上記各接続部材の基板７１，７３、及び閉鎖部材５を形成する材料は、耐熱性の観点から、セラミックス材料であることが好ましい。例えば、アルミナ系材料、シリカ系材料、ジルコニア系材料を用いることができる。また、金属材料の表面に、上記セラミックス材料を、溶射法などで塗布し絶縁性を付与すれば、ＳＵＳのような金属材料も使用することができる。
【００４０】
上記のように構成された燃料電池のスタック構造は、次のように発電が行われる。まず、図５及び図６に示すように、水素、又はメタン、エタンなどの炭化水素からなる燃料ガスと、空気などの酸化剤ガスとの混合ガスＧを、スタック構造の後端部（下側）から各貫通孔１０１〜１０４に供給する。これにより、混合ガスは、各燃料電池Ｕ１〜Ｕ３の内部に進入する。そして、上端の燃料電池Ｕ１には閉鎖部材５が設けられているため、混合ガスＧはそこで押し戻されつつ、ガスの供給圧力によって、支持体１の隔壁に向かって流れ、最終的に支持体の外部へ排出される。このように、混合ガスＧは、貫通孔及び隔壁を通過することで、燃料極２及び空気極４に接触する。そのため、各電極２，４が混合ガスＧ中の燃料ガス及び酸化剤ガスと選択的に反応するめ、燃料極２と空気極４との間で、電解質３を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、複数の固体酸化物形燃料電池が接続されているため、高出力を得ることができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、支持体は直方体であったが、形状は適宜変更可能であり、円筒型のほか、五角形、六角形などの断面多角形状でもよい。さらに、上記各実施形態では、支持体１に４つの断面矩形状の貫通孔を形成しているが、これに限定されるものではなく、貫通孔の数、形状は特には限定されない。例えば、断面形状が三角形、四角形、五角形、六角形などの貫通孔を一種類、または複数種混在させたものとすることができる。或いは、貫通孔を多角形状に形成するとともに、全体としてハニカム構造とすれば、電池の剛性が向上し、耐衝撃性能が向上する。
【００４３】
また、第１実施形態における第１〜第３インターコネクター３０１〜３０３は、必ずしもこれらのすべてを使用するのではなく、少なくとも１つを用い、単セルの数や接続方法によって種類及び数を使い分ければよい。また、第１実施形態では、貫通孔１０１〜１０４の内壁面の一部にインターコネクター３０１〜３０３を形成しているが、内壁面の全周または大部分にインターコネクターを形成することもできる。第２実施形態におけるインターコネクター７２，７３，８２も同様である。また、第１実施形態において閉鎖部材を用いることもできる。
【００４４】
なお、両実施形態を通して、支持体１の第１，第３貫通孔１０１、１０３が本発明の第１貫通孔、第２，第４貫通孔１０２、１０３が本発明の第２貫通孔に相当する。また、第１実施形態における第１、第３インターコネクター３０１，３０３が本発明に係る第１インターコネクターに相当し、第２インターコネクター３０２が本発明に係る第２インターコネクターに相当する。そして、第２実施形態において隣接する燃料電池間を接続するインターコネクター７３は、本発明の第３インターコネクターに相当する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】第２実施形態に係る燃料電池のスタック構造を示す斜視図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線断面図
【図６】図４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】接続部材の分解斜視図である。
【図８】図７のＥ−Ｅ線断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  支持体
２  燃料極
３  電解質
４  空気極
１０１〜１０４  貫通孔
２０１〜２０４  単セル
３０１〜３０４  インターコネクター
５  閉鎖部材
７３  インターコネクター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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