(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、発電効率及び耐久性の向上を図るとともに、製造コストの削減を容易に可能にする。【解決手段】燃料電池１０は、第１セパレータ２８ａ及び第２セパレータ２８ｂに挟持される電解質・電極接合体１４を備える。第１及び第２セパレータ２８ａ、２８ｂは、電解質・電極接合体１４が積層される部分を平坦面に構成する。電解質・電極接合体１４は、アノード電極２０に、第１セパレータ２８ａに接触し且つ前記アノード電極２０と前記第１セパレータ２８ａとの間に燃料ガス通路４４ａ、４４ｂを形成するための複数のアノード側突起部２２を設ける。電解質・電極接合体１４は、カソード電極２４に、第２セパレータ２８ｂに接触し且つ前記カソード電極２４と前記第２セパレータ２８ｂとの間に酸化剤ガス通路７６ａ、７６ｂを形成するための複数のカソード側突起部２６を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体が、セパレータ間に積層される燃料電池であって、
前記セパレータは、前記電解質・電極接合体が積層される部分を平坦面に構成するとともに、
前記電解質・電極接合体は、少なくとも前記アノード電極又は前記カソード電極のいずれかに、前記セパレータに接触し且つ前記アノード電極又は前記カソード電極と前記セパレータとの間に反応ガス通路を形成するための複数の突起部を設けることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、複数の前記突起部は、前記アノード電極に設けられ、前記セパレータに接触し且つ前記アノード電極と前記セパレータとの間に前記反応ガス通路である燃料ガス通路を形成するための複数の第１突起部と、
前記カソード電極に設けられ、前記セパレータに接触し且つ前記カソード電極と前記セパレータとの間に前記反応ガス通路である酸化剤ガス通路を形成するための複数の第２突起部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池において、前記第１突起部と前記第２突起部とは、前記セパレータの積層方向に沿って同一の位相に配列される数が、同一の位相以外に配列される数よりも多数に設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、複数の前記突起部は、互いに隣接する３つの前記突起部が仮想正三角形の各頂点に配置されることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記電解質・電極接合体は、少なくとも前記アノード電極又は前記カソード電極のいずれかに、前記セパレータに接触し且つ前記アノード電極又は前記カソード電極の外周縁部に沿って外縁周回用凸部を設けることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池において、前記外縁周回用凸部は、前記アノード電極に設けられ、前記セパレータに接触し且つ前記アノード電極の外周縁部に沿う第１外縁周回用凸部と、
前記カソード電極に設けられ、前記セパレータに接触し且つ前記カソード電極の外周縁部に沿う第２外縁周回用凸部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項５又は６記載の燃料電池において、前記外縁周回用凸部は、前記突起部と同一の材質で構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項６記載の燃料電池において、前記第１外縁周回用凸部は、前記第１突起部と同一の材質で構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項６又は８記載の燃料電池において、前記第２外縁周回用凸部は、前記第２突起部と同一の材質で構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項５又は６記載の燃料電池において、前記外縁周回用凸部は、前記突起部と異なる材質で構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項６記載の燃料電池において、前記第１外縁周回用凸部は、前記第１突起部と異なる材質で構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１２】
請求項６又は１１記載の燃料電池において、前記第２外縁周回用凸部は、前記第２突起部と異なる材質で構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１３】
請求項５又は６記載の燃料電池において、前記外縁周回用凸部は、前記電解質と同一の材質で構成されるとともに、
前記外縁周回用凸部は、前記電解質と一体であることを特徴とする燃料電池。
【請求項１４】
請求項６記載の燃料電池において、前記第１外縁周回用凸部は、前記電解質と同一の材質で構成されるとともに、
前記第１外縁周回用凸部は、前記電解質と一体であることを特徴とする燃料電池。
【請求項１５】
請求項６記載の燃料電池において、前記第２外縁周回用凸部は、前記電解質と同一の材質で構成されるとともに、
前記第２外縁周回用凸部は、前記電解質と一体であることを特徴とする燃料電池。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記電解質・電極接合体は、少なくとも前記アノード電極又は前記カソード電極のいずれかに、前記突起部材と同一の材質又は前記電解質と同一の材質で構成される補強リブを設けることを特徴とする燃料電池。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記燃料電池は、平板型固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体が、セパレータ間に積層される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質に酸化物イオン伝導体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、ＭＥＡとセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、電解質・電極接合体を構成するアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス（例えば、水素ガス）及び酸化剤ガス（例えば、空気）を供給するとともに、集電効率の向上を図る必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている燃料電池は、図２３に示すように、燃料電池プレート１ａとガスセパレータプレート２ａとが積層されている。燃料電池プレート１ａ及びガスセパレータプレート２ａは、円形状を有しており、前記燃料電池プレート１ａは、電解質層３ａの両面にカソード層４ａ及びアノード層５ａが形成されている。ガスセパレータプレート２ａは、電極接触領域６ａの厚さを貫通して導電経路７ａが設けられている。導電経路７ａは、導電性材料として、銀又は銀系材料からなっている。
【０００５】
また、特許文献２に開示されている固体電解質型燃料電池は、図２４に示すように、発電セル１ｂと、燃料極層に燃料ガスを、空気極層に酸素を含む酸化剤ガスを、それぞれ供給する一対の金属セパレータ２ｂとを備えている。発電セル１ｂの燃料極層と一方の金属セパレータ２ｂとの間には、燃料極集電体３ｂが介装されるとともに、前記発電セル１ｂの空気極層と他方の金属セパレータ２ｂとの間には、空気極集電体４ｂが介装されている。金属セパレータ２ｂは、銀又は銀合金のいずれか一方によりメッキされている。また、空気極集電体４ｂは、銀又は銀合金からなる多孔体、あるいは、銀又は銀以外の金属の多孔体を銀又は銀合金により被覆した多孔体で構成されている。
【０００６】
さらに、特許文献３に開示されている燃料電池では、図２５に示すように、多孔質体からなる燃料極１ｃと前記燃料極１ｃの表面あるいは裏面のいずれか一方の面に成膜された電解質膜２ｃと、前記電解質膜２ｃに成膜された空気極膜３ｃと、隣接する他の燃料電池の空気極膜３ｃに空気を供給するために燃料極１ｃの他方の面に形成された格子状の溝からなる空気流路４ｃと、前記空気流路４ｃが形成された面に成膜されたインターコネクタ膜５ｃとを備えるとともに、前記燃料極１ｃには、複数の燃料ガス流路６ｃが形成されている。
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５２２２８５号公報
【特許文献２】特開２００２−２３７３１２号公報
【特許文献３】特開２００６−２５３０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１では、電極接触領域６ａに銀又は銀材料からなる導電経路７ａが設けられるため、コストが高騰するという問題がある。しかも、導電経路７ａは、電極接触領域６ａの厚さを貫通して設けられるとともに、前記導電経路７ａが導電性コーティング層により覆われている。このため、ガスセパレータプレート２ａの製造コストは、相当に高騰するという問題がある。
【０００９】
また、上記の特許文献２では、金属セパレータ２ｂが銀又は銀合金でメッキされるため、前記金属セパレータ２ｂの製造コストが高騰するという問題がある。しかも、空気極集電体４ｂは、銀又は銀合金を含む多孔体で構成されており、部品数が多くなるとともに、コストが高騰するという問題がある。
【００１０】
さらに、上記の特許文献３では、燃料極１ｃに空気流路４ｃ、インターコネクタ膜５ｃ及び燃料ガス流路６ｃを設けるため、構造及び製造工程が複雑化するという問題がある。しかも、燃料極１ｃは、内部に燃料ガス流路６ｃが設けられるため、相当に肉厚となり、燃料電池全体の薄肉化を図ることができないという問題がある。
【００１１】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、発電効率及び耐久性の向上を図るとともに、製造コストの削減が容易に可能な燃料電池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】
【００１２】
本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体が、セパレータ間に積層される燃料電池に関するものである。
【００１３】
セパレータは、電解質・電極接合体が積層される部分を平坦面に構成するとともに、前記電解質・電極接合体は、少なくともアノード電極又はカソード電極のいずれかに、前記セパレータに接触し且つ前記アノード電極又は前記カソード電極と前記セパレータとの間に反応ガス通路を形成するための複数の突起部を設けている。
【００１４】
また、複数の突起部は、アノード電極に設けられ、セパレータに接触し且つ前記アノード電極と前記セパレータとの間に反応ガス通路である燃料ガス通路を形成するための複数の第１突起部と、カソード電極に設けられ、前記セパレータに接触し且つ前記カソード電極と前記セパレータとの間に反応ガス通路である酸化剤ガス通路を形成するための複数の第２突起部とを備えることが好ましい。
【００１５】
従って、電解質・電極接合体の両面に複数の第１及び第２突起部が設けられるため、それぞれ複数の第１突起部と第２突起部とを介して良好な集電効果を得ることができる。しかも、セパレータの両面は、平坦面で構成されるため、前記セパレータの両面にプレスやエッチング等で突起部を形成する必要がない。これにより、金型や専用の加工装置が不要になり、燃料電池の製造コストを良好に抑制することが可能になる。
【００１６】
さらに、第１突起部と第２突起部とは、セパレータの積層方向に沿って同一の位相に配列される数が、同一の位相以外に配列される数よりも多数に設定されることが好ましい。このため、第１突起部と第２突起部との間で、積層方向の荷重を確実に伝達することができ、セパレータと突起部との密着性が向上し、集電性が有効に向上する。しかも、電解質・電極接合体に作用する偏った荷重を緩和するとともに、ガス拡散性の向上が容易に図られ、燃料電池の発電効率及び耐久性が向上する。
【００１７】
さらにまた、複数の突起部は、互いに隣接する３つの前記突起部が仮想正三角形の各頂点に配置されることが好ましい。従って、複数の突起部が、例えば、格子状に配置される構成に比べ、互いに隣接する３つの突起部は、トラス構造に設定されるため、多数の突起部を効率的に配置することが可能になる。これにより、簡単な構成で、電解質・電極接合体の変形に対する強度を向上させることができ、品質の向上が図られる。
【００１８】
しかも、電解質・電極接合体とセパレータとの接触面積が増加するため、発電効率が良好に向上する。その上、突起部同士が近接して設けられるため、反応ガスの吹き抜けを抑制することが可能になり、発電効率を向上させることができる。
【００１９】
また、電解質・電極接合体は、少なくともアノード電極又はカソード電極のいずれかに、セパレータに接触し且つ前記アノード電極又は前記カソード電極の外周縁部に沿って外縁周回用凸部を設けることが好ましい。このため、簡単な構成で、セパレータと外縁周回用凸部とが密着して集電性の向上が図られるとともに、電解質・電極接合体に作用する偏った荷重を緩和することが可能になり、燃料電池の発電効率及び耐久性の向上が容易に図られる。
【００２０】
その上、反応ガス通路を流れる反応ガスは、外部に吹き抜けることを確実に阻止される。これにより、反応ガスを発電反応に有効に利用することができ、燃料利用率の向上が可能になる。
【００２１】
しかも、電解質・電極接合体の外方からアノード電極又はカソード電極に、未使用の他の反応ガスや排ガスが回り込むことを阻止することができる。従って、アノード電極の酸化やカソード電極の還元による燃料電池の発電効率の低下を抑制するとともに、前記燃料電池の耐久性の向上が容易に図られる。
【００２２】
さらに、外縁周回用凸部は、アノード電極に設けられ、セパレータに接触し且つ前記アノード電極の外周縁部に沿う第１外縁周回用凸部と、カソード電極に設けられ、前記セパレータに接触し且つ前記カソード電極の外周縁部に沿う第２外縁周回用凸部とを備えることが好ましい。
【００２３】
これにより、第１外縁周回用凸部と第２外縁周回用凸部との間で、積層方向の荷重を確実に伝達することができ、セパレータと外縁周回用凸部との密着性が向上し、集電性が有効に向上する。しかも、電解質・電極接合体に作用する偏った荷重を緩和することが可能になり、燃料電池の発電効率及び耐久性の向上が容易に図られる。
【００２４】
しかも、燃料ガス通路を流れる燃料ガス及び酸化剤ガス通路を流れる酸化剤ガスは、外部に吹き抜けること確実に阻止される。このため、燃料ガス及び酸化剤ガスは、発電反応に有効に利用されることができ、燃料利用率が良好に向上する。
【００２５】
その上、電解質・電極接合体の外方から、未使用の酸化剤ガスや排ガスが、アノード電極に回り込むことを阻止すること、及び未使用の燃料ガスや排ガスが、カソード電極に回り込むことを阻止することが可能になる。従って、アノード電極の酸化やカソード電極の還元による燃料電池の発電効率の低下を抑制するとともに、前記燃料電池の耐久性の向上が容易に図られる。
【００２６】
さらにまた、外縁周回用凸部は、突起部と同一の材質で構成されることが好ましい。これにより、外縁周回用凸部と突起部とを同時に形成することができ、製造工程が簡素化されて製造コストの低減が可能になる。
【００２７】
また、第１外縁周回用凸部は、第１突起部と同一の材質で構成されることが好ましい。このため、第１外縁周回用凸部と第１突起部とを同時に形成することができ、製造工程が簡素化されて製造コストの低減が可能になる。
【００２８】
さらに、第２外縁周回用凸部は、第２突起部と同一の材質で構成されることが好ましい。従って、第２外縁周回用凸部と第２突起部とを同時に形成することができ、製造工程が簡素化されて製造コストの低減が可能になる。
【００２９】
さらにまた、外縁周回用凸部は、突起部と異なる材質で構成されることが好ましい。これにより、外縁周回用凸部には、シール性に特化した材料を選択する一方、突起部には、集電性に特化した材料を選択することができ、燃料電池の発電効率の向上を図ることが可能になる。
【００３０】
また、第１外縁周回用凸部は、第１突起部と異なる材質で構成されることが好ましい。このため、第１外縁周回用凸部には、シール性に特化した材料を選択する一方、第１突起部には、集電性に特化した材料を選択することができ、燃料電池の発電効率の向上を図ることが可能になる。
【００３１】
さらに、第２外縁周回用凸部は、第２突起部と異なる材質で構成されることが好ましい。従って、第２外縁周回用凸部には、シール性に特化した材料を選択する一方、第２突起部には、集電性に特化した材料を選択することができ、燃料電池の発電効率の向上を図ることが可能になる。
【００３２】
さらにまた、外縁周回用凸部は、電解質と同一の材質で構成されるとともに、前記外縁周回用凸部は、前記電解質と一体であることが好ましい。これにより、外縁周回用凸部に、緻密体であって比較的シール機能を有する電解質を利用することができ、製造工程が簡素化されて製造コストが低減されるとともに、燃料電池の発電効率の向上を図ることが可能になる。
【００３３】
また、第１外縁周回用凸部は、電解質と同一の材質で構成されるとともに、前記第１外縁周回用凸部は、前記電解質と一体であることが好ましい。このため、第１外縁周回用凸部に、緻密体であって比較的シール機能を有する電解質を利用することができ、製造工程が簡素化されて製造コストが低減されるとともに、燃料電池の発電効率の向上を図ることが可能になる。
【００３４】
さらに、第２外縁周回用凸部は、電解質と同一の材質で構成されるとともに、前記第２外縁周回用凸部は、前記電解質と一体であることが好ましい。従って、第２外縁周回用凸部に、緻密体であって比較的シール機能を有する電解質を利用することができ、製造工程が簡素化されて製造コストが低減されるとともに、燃料電池の発電効率の向上を図ることが可能になる。
【００３５】
さらにまた、電解質・電極接合体は、少なくともアノード電極又はカソード電極のいずれかに、突起部材と同一の材質又は電解質と同一の材質で構成される補強リブを設けることが好ましい。これにより、電解質・電極接合体の強度を確実に保持することができる。
【００３６】
また、燃料電池は、平板型固体酸化物形燃料電池であることが好ましい。このため、平板型且つ高温型の燃料電池である平板型固体酸化物形燃料電池に好適に採用することが可能になる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、セパレータは、電解質・電極接合体が積層される部分が平坦面で構成されるため、前記セパレータの両面にプレスやエッチング等で突起部を形成する必要がない。これにより、金型や専用の加工装置が不要になり、燃料電池の製造コストを良好に抑制することが可能になる。
【００３８】
さらに、電解質・電極接合体に突起部を設けることにより、セパレータと前記突起部との密着性が向上して集電性が有効に向上する。しかも、電解質・電極接合体に作用する偏った荷重を緩和するとともに、ガス拡散性の向上が容易に図られる。従って、燃料電池の発電効率及び耐久性が良好に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０が、矢印Ａ方向に積層された燃料電池スタック１２の概略斜視説明図である。燃料電池スタック１２は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。
【００４０】
燃料電池１０は、平板型固体酸化物形燃料電池である。この燃料電池１０は、図２〜図４に示すように、電解質・電極接合体１４を備える。電解質・電極接合体１４は、電解質（電解質板）１６を有し、この電解質１６の一方の面には、中間層（封孔層）１８ａを介装してアノード電極２０が設けられ、前記アノード電極２０には、複数のアノード側突起部（集電緩衝層）２２が設けられる。
【００４１】
電解質１６の他方の面には、中間層（反応防止層）１８ｂを介装してカソード電極２４が設けられ、前記カソード電極２４には、複数のカソード側突起部（集電緩衝層）２６が形成される。
【００４２】
電解質１６は、例えば、安定化ジルコニア、特に、イットリア安定化ジルコニア系（ＹＳＺ）の他、サマリウム・ドープ・セリア系（ＳＤＣ）、スカンジア安定化ジルコニア系（ＳｃＳＺ）、ランタンガレート系（ＬＳＧＭ、ＬＳＧＭＣ）、ガドリニウム・ドープ・セリア系（ＧＤＣ）又はイットリア・ドープ・セリア系（ＹＤＣ）等の酸化物イオン伝導体で構成される。
【００４３】
アノード電極２０は、例えば、ニッケル−イットリア安定化ジルコニア系サーメット（Ｎｉ−ＹＳＺ）、ニッケル−サマリウム・ドープ・セリア系サーメット（Ｎｉ−ＳＤＣ）又はニッケル−スカンジア安定化ジルコニア系サーメット（Ｎｉ−ＳｃＳＺ）等で構成される。
【００４４】
カソード電極２４は、例えば、ランタン・ストロンチウム・コバルト・鉄系（ＬＳＣＦ）、ランタン・ストロンチウム・マンガナイト系（ＬＳＭ）、ランタン・ストロンチウム・コバルタイト系（ＬＳＣ）、バリウム・ストロンチウム・コバルタイト系（ＢＳＣ）、バリウム・ストロンチウム・コバルト・鉄系（ＢＳＣＦ）又はサマリウム・ストロンチウム・コバルタイト系（ＳＳＣ）等で構成される。
【００４５】
中間層１８ａは、アノード電極２０と同一の材料で構成されるとともに、気孔率及び気孔径が前記アノード電極２０より小さく設定されている。中間層１８ｂは、例えば、ガドリニウム・ドープ・セリア系（ＧＤＣ）、サマリウム・ドープ・セリア系（ＳＤＣ）又はイットリア・ドープ・セリア系（ＹＤＣ）等で構成される。
【００４６】
アノード側突起部２２は、例えば、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、ニッケル−イットリア安定化ジルコニア系サーメット（Ｎｉ−ＹＳＺ）、ニッケル−サマリウム・ドープ・セリア系サーメット（Ｎｉ−ＳＤＣ）又はニッケル−スカンジア安定化ジルコニア系サーメット（Ｎｉ−ＳｃＳＺ）等で構成される。
【００４７】
カソード側突起部２６は、例えば、ランタン・ストロンチウム・コバルト・鉄系（ＬＳＣＦ）、ランタン・ストロンチウム・マンガナイト系（ＬＳＭ）、ランタン・ストロンチウム・コバルタイト系（ＬＳＣ）、ランタン・コバルタイト系（ＬＣ）、バリウム・ストロンチウム・コバルタイト系（ＢＳＣ）、バリウム・ストロンチウム・コバルト・鉄系（ＢＳＣＦ）又はサマリウム・ストロンチウム・コバルタイト系（ＳＳＣ）等で構成される。
【００４８】
図５に示すように、複数のアノード側突起部２２は、互いに隣接する３つの前記アノード側突起部２２が仮想三角形Ｔの各頂点に配置される。同様に、カソード側突起部２６は、互いに隣接する３つの前記カソード側突起部２６が仮想正三角形Ｔの各頂点に配置される。
【００４９】
複数のアノード側突起部２２と複数のカソード側突起部２６とは、第１及び第２セパレータ２８ａ、２８ｂの積層方向に沿って同一の位相に配列される数が、同一の位相以外に配列される数よりも多数に設定される。
【００５０】
電解質・電極接合体１４は、円板状に形成されるとともに、少なくとも外周端面部には、酸化剤ガス及び燃料ガスの進入や排出を阻止するためにバリアー層（図示せず）が設けられている。
【００５１】
図２及び図３に示すように、燃料電池１０は、第１セパレータ２８ａ及び第２セパレータ２８ｂ間に複数、例えば、２個の電解質・電極接合体１４が挟持される。第１セパレータ２８ａ及び第２セパレータ２８ｂは、同一形状のセパレータ構造体を互いに１８０°反転させることにより構成される。
【００５２】
第１セパレータ２８ａは、例えば、ステンレス等の板金で構成される第１プレート３０ａ及び第２プレート３２ａを有する。第１プレート３０ａ及び第２プレート３２ａは、互いに拡散接合、レーザ溶接又はろう付け等により接合される。
【００５３】
第１プレート３０ａは、略平板状に形成されるとともに、積層方向（矢印Ａ方向）に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３４が形成される燃料ガス供給部３６を有する。この燃料ガス供給部３６から外方に延在する２つの第１橋架部３８ａ、３８ｂを介して第１挟持部４０ａ、４０ｂが一体に設けられる。
【００５４】
第１挟持部４０ａ、４０ｂは、電解質・電極接合体１４と略同一寸法に設定されるとともに、前記電解質・電極接合体１４を構成するアノード側突起部２２に接する面（積層される部分）が、それぞれ平坦面に構成される。アノード側突起部２２と第１挟持部４０ａ、４０ｂとの間には、アノード電極２０の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路４４ａ、４４ｂが形成されるとともに、前記アノード側突起部２２は、集電機能を有する。第１挟持部４０ａ、４０ｂの略中央部には、アノード電極２０の略中央部に向かって燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔４６ａ、４６ｂが形成される。
【００５５】
第２プレート３２ａは、燃料ガス供給連通孔３４が形成される燃料ガス供給部４８を有する。この燃料ガス供給部４８から外方に延在する２つの第１橋架部５０ａ、５０ｂを介して第１挟持部５２ａ、５２ｂが一体に設けられる。第２プレート３２ａの外周を周回して第１プレート３０ａ側に突出する周回凸部５４が設けられ、この周回凸部５４に前記第１プレート３０ａが接合される。
【００５６】
燃料ガス供給部４８、第１橋架部５０ａ、５０ｂ及び第１挟持部５２ａ、５２ｂの第１プレート３０ａに向かう面には、前記第１プレート３０ａに接して積層方向の荷重に対する潰れ防止機能を有する複数の突起部５６が形成される。
【００５７】
第１橋架部３８ａ、５０ａ間及び第１橋架部３８ｂ、５０ｂ間には、燃料ガス供給連通孔３４に連通する燃料ガス供給通路５８ａ、５８ｂが形成される。燃料ガス供給通路５８ａ、５８ｂは、第１挟持部４０ａ、５２ａ間及び第１挟持部４０ｂ、５２ｂ間に形成される燃料ガス充填室６０ａ、６０ｂを介して、燃料ガス供給孔４６ａ、４６ｂに連通する。
【００５８】
第２セパレータ２８ｂは、第１セパレータ２８ａと同一形状に構成されており、第１プレート３０ａ及び第２プレート３２ａに対応する第１プレート３０ｂ及び第２プレート３２ｂを有する。第１プレート３０ｂ及び第２プレート３２ｂは、積層方向に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔６２が形成される酸化剤ガス供給部６４、６６を有する。
【００５９】
第１プレート３０ｂ及び第２プレート３２ｂは、酸化剤ガス供給部６４、６６から外方に突出する２つの第２橋架部６８ａ、６８ｂ及び７０ａ、７０ｂを介して第２挟持部７２ａ、７２ｂ及び７４ａ、７４ｂが一体に設けられる。
【００６０】
第２挟持部７２ａ、７２ｂは、電解質・電極接合体１４と略同一寸法に設定されるとともに、前記電解質・電極接合体１４を構成するカソード電極２４に接する面（積層される部分）が、それぞれ平坦面に構成される。カソード側突起部２６と第２挟持部７２ａ、７２ｂとの間には、カソード電極２４の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路７６ａ、７６ｂが形成されるとともに、前記カソード側突起部２６は、集電機能を有する。第２挟持部７２ａ、７２ｂの略中央部には、カソード電極２４の略中央部に向かって酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給孔７８ａ、７８ｂが形成される。
【００６１】
第２プレート３２ｂ内には、第１プレート３０ｂが接合されることにより酸化剤ガス供給連通孔６２に連通する酸化剤ガス供給通路８０ａ、８０ｂが、第２橋架部６８ａ、７０ａ間及び第２橋架部６８ｂ、７０ｂ間に対応して形成される。第２挟持部７４ａ、７４ｂ内には、酸化剤ガス供給連通孔６２と酸化剤ガス供給通路８０ａ、８０ｂを介して連通する酸化剤ガス充填室８２ａ、８２ｂが形成される。
【００６２】
図４に示すように、各燃料電池１０間には、燃料ガス供給連通孔３４をシールするための第１絶縁シール８４と、酸化剤ガス供給連通孔６２をシールするための第２絶縁シール８６とが設けられる。第１絶縁シール８４及び第２絶縁シール８６は、シール性が高く、硬質で潰れ難い、例えば、マイカ材のような地殻成分系素材、硝子系素材やセラミック系素材、粘土とプラスチックの複合素材等が使用される。電解質・電極接合体１４の外周部外方には、排ガス通路８８が設けられる。
【００６３】
図１に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池１０の積層方向一端に第１エンドプレート９０ａが配置されるとともに、積層方向他端に第２エンドプレート９０ｂが配置される。第１エンドプレート９０ａ及び第２エンドプレート９０ｂ間は、複数のボルト９２及びナット９４によって互いに積層方向に締め付け荷重が付与される。
【００６４】
このように構成される燃料電池スタック１２において、電解質・電極接合体１４を作成する工程を、図６に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００６５】
先ず、電解質１６の一方の面に中間層１８ａ及びアノード電極２０を設けるとともに、前記電解質１６の他方の面に中間層１８ｂを設け、シート成形、圧着成形又はスクリーン印刷等によって積層体が成形される（ステップＳ１）。
【００６６】
次に、積層体に焼結処理（約１２００℃〜１４００℃）が施され、アノード電極２０、中間層１８ａ、電解質１６及び中間層１８ｂが一体化される（ステップＳ２）。そして、ステップＳ３に進んで、焼結された積層体の中間層１８ｂ側には、カソード電極２４が、例えば、スクリーン印刷により形成される。さらに、約８００℃〜１１００℃で焼き付け処理が施されることにより、カソード電極２４が一体化される（ステップＳ４）。
【００６７】
ステップＳ５に進んで、アノード電極２０には、複数のアノード側突起部２２が、例えば、スクリーン印刷により形成される。このアノード側突起部２２には、乾燥処理（約６０℃〜１２０℃）が施される（ステップＳ６）。
【００６８】
一方、カソード電極２４に、複数のカソード側突起部２６が、例えば、スクリーン印刷により形成された後（ステップＳ７）、前記カソード側突起部２６には、乾燥処理（約６０℃〜１２０℃）が施される（ステップＳ８）。なお、ステップＳ７及びステップＳ８は、ステップＳ５及びステップＳ６の前に行うこともできる。
【００６９】
アノード側突起部２２及びカソード側突起部２６は、乾燥処理が施された状態で、燃料電池１０に組み付けられるとともに、複数の燃料電池１０が積層されて燃料電池スタック１２が得られる。この燃料電池スタック１２は、後述するように運転されることにより、各燃料電池１０が高温状態となる。従って、運転温度によりアノード側突起部２２及びカソード側突起部２６が焼き付けられる。
【００７０】
次いで、燃料電池スタック１２の動作について、以下に説明する。
【００７１】
先ず、図１に示すように、燃料電池スタック１２の燃料ガス供給連通孔３４に燃料ガスが供給されるとともに、前記燃料電池スタック１２の酸化剤ガス供給連通孔６２に酸化剤ガスである酸素含有ガス（以下、空気ともいう）が供給される。
【００７２】
燃料ガスは、図３及び図４に示すように、積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら各燃料電池１０を構成する第１セパレータ２８ａに形成された燃料ガス供給通路５８ａ、５８ｂに導入される。この燃料ガスは、第１橋架部３８ａ、５０ａ間及び第１橋架部３８ｂ、５０ｂ間を燃料ガス供給通路５８ａ、５８ｂに沿って移動し、一旦、燃料ガス充填室６０ａ、６０ｂに充填される。
【００７３】
さらに、燃料ガスは、燃料ガス供給孔４６ａ、４６ｂから燃料ガス通路４４ａ、４４ｂに導入される。その際、燃料ガス供給孔４６ａ、４６ｂは、各電解質・電極接合体１４のアノード電極２０の略中央位置に設定されている。このため、燃料ガスは、アノード電極２０の略中心から燃料ガス通路４４ａ、４４ｂに沿って前記アノード電極２０の外周部に向かって移動する。
【００７４】
一方、酸化剤ガス供給連通孔６２に供給された空気は、第２橋架部６８ａ、７０ａ間及び第２橋架部６８ｂ、７０ｂ間に形成された酸化剤ガス供給通路８０ａ、８０ｂに沿って移動し、一旦、酸化剤ガス充填室８２ａ、８２ｂに充填される。さらに、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給孔７８ａ、７８ｂから酸化剤ガス通路７６ａ、７６ｂに導入される。
【００７５】
酸化剤ガス供給孔７８ａ、７８ｂは、各電解質・電極接合体１４のカソード電極２４の略中央位置に設定されている。このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス通路７６ａ、７６ｂに沿ってカソード電極２４の略中央位置から外周部に向かって移動する。
【００７６】
これにより、電解質・電極接合体１４では、アノード電極２０の電極面の中心側から周端部側に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極２４の電極面の中心側から周端部側に向かって空気が供給される。その際、酸化物イオンが電解質１６を通ってアノード電極２０に移動し、化学反応により発電が行われる。
【００７７】
燃料ガス通路４４ａ、４４ｂを移動した使用済みの燃料ガス、及び酸化剤ガス通路７６ａ、７６ｂを移動した使用済みの空気は、各電解質・電極接合体１４の外周部から排ガス通路８８に導出され、この排ガス通路８８で混合されて比較的高温の排ガスとして排出される。
【００７８】
この場合、第１の実施形態では、第１セパレータ２８ａは、電解質・電極接合体１４が積層される部分、すなわち、第１挟持部４０ａ、４０ｂの外面が平坦面で構成されている。同様に、第２セパレータ２８ｂは、電解質・電極接合体１４が積層される部分、すなわち、第２挟持部７２ａ、７２ｂの外面が平坦面で構成されている。
【００７９】
このため、第１セパレータ２８ａ及び／又は第２セパレータ２８ｂの外面にプレスやエッチング等で突起部を形成する必要がなく、金型や専用の加工装置が不要になって燃料電池１０の製造コストを良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００８０】
さらに、電解質・電極接合体１４の一方の面に、必要に応じてアノード側突起部２２が設けられるとともに、前記電解質・電極接合体１４の他方の面に、必要に応じてカソード側突起部２６が設けられている。従って、第１セパレータ２８ａとアノード側突起部２２との密着性、及び／又は第２セパレータ２８ｂとカソード側突起部２６との密着性が、それぞれ向上し、集電性が有効に向上するという利点がある。
【００８１】
しかも、電解質・電極接合体１４に作用する偏った荷重を緩和するとともに、ガス拡散性の向上が容易に図られる。これにより、燃料電池１０の発電効率及び耐久性が良好に向上するという効果がある。
【００８２】
さらにまた、アノード電極２０には、第１セパレータ２８ａに接触し且つ前記アノード電極２０と前記第１セパレータ２８ａとの間に燃料ガス通路４４ａ、４４ｂを形成するための複数のアノード側突起部２２が設けられている。一方、カソード電極２４には、第２セパレータ２８ｂに接触し且つ前記カソード電極２４と前記第２セパレータ２８ｂとの間に酸化剤ガス通路７６ａ、７６ｂを形成するための複数のカソード側突起部２６が設けられている。
【００８３】
従って、電解質・電極接合体１４の両面に複数のアノード側突起部２２及びカソード側突起部２６が設けられるため、それぞれ複数の前記アノード側突起部２２と前記カソード側突起部２６とを介して良好な集電効果を得ることができる。
【００８４】
しかも、第１挟持部４０ａ、４０ｂの外面及び第２挟持部７２ａ、７２ｂの外面は、平坦面に構成されている。このため、第１セパレータ２８ａ及び第２セパレータ２８ｂの両面には、プレスやエッチング等で突起部を形成する必要がなく、金型や専用の加工装置が不要になって燃料電池１０の製造コストを良好に抑制することが可能になる。
【００８５】
また、複数のアノード側突起部２２と複数のカソード側突起部２６とは、第１及び第２セパレータ２８ａ、２８ｂの積層方向に沿って同一の位相に配列される数が、同一の位相以外に配列される数よりも多数に設定されている。これにより、第１セパレータ２８ａとアノード側突起部２２との密着性、及び第２セパレータ２８ｂとカソード側突起部２６との密着性が、それぞれ向上し、集電性が有効に向上する。しかも、電解質・電極接合体１４に作用する偏った荷重を緩和するとともに、ガス拡散性の向上が容易に図られる。
【００８６】
さらに、複数のアノード側突起部２２は、互いに隣接する３つの前記アノード側突起部２２が仮想正三角形Ｔの各頂点に配置されている。一方、複数のカソード側突起部２６は、互いに隣接する３つの前記カソード側突起部２６が仮想正三角形Ｔの各頂点に配置されている。
【００８７】
従って、複数の突起部が、例えば、格子状に配置される構成に比べ、互いに隣接する３つのアノード側突起部２２及び３つのカソード側突起部２６は、それぞれトラス構造に設定される。このため、多数の突起部を効率的に配置することが可能になる。これにより、簡単な構成で、電解質・電極接合体１４の変形に対する強度を向上させることができ、品質の向上が図られる。
【００８８】
しかも、電解質・電極接合体１４と第１及び第２セパレータ２８ａ、２８ｂとの接触面積が増加するため、発電効率が良好に向上する。その上、アノード側突起部２２同士及びカソード側突起部２６同士が、近接して設けられるため、燃料ガス及び空気の吹き抜けを抑制することが可能になり、発電効率を向上させることができる。
【００８９】
さらにまた、燃料電池１０は、平板型固体酸化物形燃料電池である。従って、平板型且つ高温型の燃料電池１０である平板型固体酸化物形燃料電池に好適に採用することが可能になる。
【００９０】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１００が矢印Ａ方向に積層された燃料電池スタック１０２の概略分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００９１】
図７〜図９に示すように、燃料電池１００は、電解質・電極接合体１０４を備える。電解質・電極接合体１０４は、アノード電極２０に第１セパレータ２８ａに接触し、且つ前記アノード電極２０の外周縁部に沿ってアノード側外縁周回用凸部１０６を設ける。
【００９２】
電解質・電極接合体１０４は、カソード電極２４に第２セパレータ２８ｂに接触し、且つ前記カソード電極２４の外周縁部に沿ってカソード側外縁周回用凸部１０８を設ける。なお、アノード側外縁周回用凸部１０６とカソード側外縁周回用凸部１０８とは、少なくともいずれか一方のみを有していてもよい。
【００９３】
このように構成される電解質・電極接合体１０４は、図１０に示すフローチャートに沿って作成される。
【００９４】
第２の実施形態では、第１の実施形態のステップＳ１〜ステップＳ４と同様に、ステップＳ１１〜ステップＳ１４が行われた後、ステップＳ１５において、アノード電極２０に複数のアノード側突起部２２及びアノード側外縁周回用凸部１０６が、例えば、スクリーン印刷により同時に形成される。そして、ステップＳ１６に進んで、アノード側突起部２２及びアノード側外縁周回用凸部１０６に乾燥処理が施される。
【００９５】
一方、カソード電極２４では、複数のカソード側突起部２６及びカソード側外縁周回用凸部１０８が、例えば、スクリーン印刷により同時に形成された後（ステップＳ１７）、ステップＳ１８に進んで、前記カソード側突起部２６及び前記カソード側外縁周回用凸部１０８に乾燥処理が施される。
【００９６】
このように構成される電解質・電極接合体１０４は、アノード電極２０に、第１セパレータ２８ａに接触し且つ前記アノード電極２０の外周縁部に沿ってアノード側外縁周回用凸部１０６が設けられている。このため、簡単な構成で、第１セパレータ２８ａとアノード側外縁周回用凸部１０６とが密着し、集電性の向上が図られるとともに、電解質・電極接合体１０４に作用する偏った荷重を緩和することが可能になり、燃料電池１００の発電効率及び耐久性の向上が容易に図られる。
【００９７】
しかも、電解質・電極接合体１０４の外方から、未使用の酸化剤ガスや排ガスが、アノード電極２０に回り込むことを阻止することが可能になる。従って、アノード電極２０の酸化による燃料電池１００の発電効率の低下を抑制するとともに、前記燃料電池１００の耐久性の向上が容易に図られる。
【００９８】
その上、燃料ガス通路４４ａ、４４ｂを流れる燃料ガスは、外部に吹き抜けることを確実に阻止される。これにより、燃料ガスは、発電反応に有効に利用されることができ、燃料利用率が良好に向上する。
【００９９】
一方、電解質・電極接合体１０４は、カソード電極２４に、第２セパレータ２８ｂに接触し且つ前記カソード電極２４の外周縁部に沿ってカソード側外縁周回用凸部１０８を設けている。このため、簡単な構成で、第２セパレータ２８ｂとカソード側外縁周回用凸部１０８とが密着し、集電性の向上が図られるとともに、電解質・電極接合体１０４に作用する偏った荷重を緩和することが可能になり、燃料電池１００の発電効率及び耐久性の向上が容易に図られる。
【０１００】
しかも、電解質・電極接合体１０４の外方から、未使用の燃料ガスや排ガスが、カソード電極２４に回り込むことを阻止することが可能になる。従って、カソード電極２４の還元による燃料電池１００の発電効率の低下を抑制するとともに、前記燃料電池１００の耐久性の向上が容易に図られる。その上、酸化剤ガス通路７６ａ、７６ｂを流れる酸化剤ガスは、外部に吹き抜けることを確実に阻止される。このため、酸化剤ガスは発電反応に有効に利用されることができる。
【０１０１】
さらに、電解質・電極接合体１０４の両面には、アノード側外縁周回用凸部１０６とカソード側外縁周回用凸部１０８とが設けられるため、前記アノード側外縁周回用凸部１０６と前記カソード側外縁周回用凸部１０８との間で、積層方向の荷重を確実に伝達することができる。これにより、集電性が有効に向上するとともに、電解質・電極接合体１０４に作用する偏った荷重を緩和することが可能になる。
【０１０２】
また、アノード側外縁周回用凸部１０６は、アノード側突起部２２と同一の材料で構成されている。従って、アノード側外縁周回用凸部１０６とアノード側突起部２２とを同時に形成することができ、製造工程が簡素化されて製造コストの低減が可能になる。同様に、カソード側外縁周回用凸部１０８は、カソード側突起部２６と同一の材料で構成されている。このため、カソード側外縁周回用凸部１０８とカソード側突起部２６とを同時に形成することができ、製造工程が簡素化されて製造コストの低減が可能になる。
【０１０３】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１２０が、矢印Ａ方向に積層された燃料電池スタック１２２の概略分解斜視説明図である。
【０１０４】
燃料電池１２０は、電解質・電極接合体１２４を備える。この電解質・電極接合体１２４には、アノード電極２０にアノード側突起部２２とは異なる材質、例えば、電解質１６と同一の材質で且つ一体に構成されるとともに、前記アノード電極２０の外周縁部を覆うアノード側外縁周回用凸部１２６が設けられる。このアノード側外縁周回用凸部１２６は、電解質・電極接合体１２４が断面コ字状に形成されることにより、一体に設けられる（図１２参照）。この電解質・電極接合体１２４は、実質的に、図６に示すフローチャートに沿って作成される。
【０１０５】
この第３の実施形態では、アノード側外縁周回用凸部１２６は、アノード側突起部２２と異なる材料で構成されている。従って、アノード側外縁周回用凸部１２６には、シール性に特化した材料を選択する一方、アノード側突起部２２には、集電性に特化した材料を選択することができ、燃料電池１２０の発電効率の向上を図ることが可能になる。
【０１０６】
特に、第３の実施形態では、アノード側外縁周回用凸部１２６は、電解質１６と同一材料で且つ前記電解質１６と一体に構成されている。これにより、アノード側外縁周回用凸部１２６は、緻密体であって比較的シール機能を有する電解質１６を利用することができ、製造工程が簡素化されて製造コストが低減されるとともに、燃料電池１２０の発電効率の向上を図ることが可能になる。
【０１０７】
なお、アノード側外縁周回用凸部１２６は、例えば、地殻成分系素材、硝子系素材、粘土とプラスチックの複合素材で構成してもよい。また、第３の実施形態では、アノード側外縁周回用凸部１２６について説明したが、例えば、カソード電極２４に複数のカソード側突起部２６と異なる材質で形成されるカソード側外縁周回用凸部（図示せず）を設けてもよい。このため、カソード側外縁周回用凸部には、シール性に特化した材料を選択する一方、カソード側突起部２６には集電性に特化した材料を選択することができ、燃料電池１２０の発電効率の向上を図ることが可能になる。
【０１０８】
さらに、カソード側外縁周回用凸部は、電解質１６と同一の材質で且つ一体に構成してもよい。これにより、カソード側外縁周回用凸部に緻密体であって比較的シール機能を有する電解質１６を利用することができ、製造工程が簡素化されて製造コストが低減されるとともに、燃料電池１２０の発電効率の向上を図ることが可能になる。
【０１０９】
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１３０が、矢印Ａ方向に積層された燃料電池スタック１３２の概略分解斜視説明図である。
【０１１０】
燃料電池１３０は、電解質・電極接合体１３４を備える。この電解質・電極接合体１３４は、図１３及び図１４に示すように、アノード側突起部２２を周回するアノード側外縁周回用凸部１３６と、カソード側突起部２６を周回するカソード側外縁周回用凸部１３８とを有する。
【０１１１】
アノード側外縁周回用凸部１３６は、アノード側突起部２２とは、異なる材質で形成されるとともに、カソード側外縁周回用凸部１３８は、カソード側突起部２６とは異なる材質で形成される。第４の実施形態では、アノード側外縁周回用凸部１３６及びカソード側外縁周回用凸部１３８は、電解質１６と同一材料で、且つ一体に設けられている。
【０１１２】
このように構成される第４の実施形態では、アノード側外縁周回用凸部１３６及びカソード側外縁周回用凸部１３８には、シール性に特化した材料、例えば、緻密体であって比較的シール機能を有する電解質１６を利用することができる。従って、製造工程が簡素化されて、製造コストが低減されるとともに、燃料電池１３０の発電効率の向上を図ることが可能になる。
【０１１３】
図１５は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池１４０が、矢印Ａ方向に積層された燃料電池スタック１４２の概略分解斜視説明図である。
【０１１４】
燃料電池１４０は、電解質・電極接合体１４４を備える。この電解質・電極接合体１４４は、図１５〜図１７に示すように、アノード電極２０に、アノード側外縁周回用凸部１４６と、前記アノード側外縁周回用凸部１４６の内側に且つリング状を有する補強リブ１４８とを設ける。アノード側外縁周回用凸部１４６及び補強リブ１４８は、アノード側突起部２２とは異なる材質で、例えば、電解質１６と同一の材質で、且つ該電解質１６と一体に設けられる。
【０１１５】
このように構成される第５の実施形態では、電解質１６と一体にアノード側外縁周回用凸部１４６と補強リブ１４８とが同心状に一体に形成されている。このため、特に、電解質・電極接合体１４４の強度を確実に保持することができる他、上記の第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１６】
なお、第５の実施形態では、単一のリング状補強リブ１４８が、アノード側外縁周回用凸部１４６と同心状に形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、図１８に示す電解質・電極接合体１５０には、アノード側外縁周回用凸部１４６から中心に向かって複数の補強リブ１５２が直線的に設けられている。
【０１１７】
また、図１９に示す電解質・電極接合体１６０には、アノード側外縁周回用凸部１４６の内方に且つ該アノード側外縁周回用凸部１４６と同心状に二重の補強リブ１６２ａ、１６２ｂが設けられている。これらの電解質・電極接合体１５０、１６０は、上記の電解質・電極接合体１４４と同様の効果が得られる。
【０１１８】
また、上記の第５の実施形態では、アノード電極２０に電解質１６と一体のアノード側外縁周回用凸部１４６及び補強リブ１４８が設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、アノード電極２０側には、複数のアノード側突起部２２のみを設け、カソード電極２４には、複数のカソード側突起部２６と、電解質１６と一体のカソード側外縁周回用凸部及び補強リブとを設けてもよい。
【０１１９】
さらに、アノード電極２０側に複数のアノード側突起部２２、アノード側外縁周回用凸部１４６及び補強リブ１４８を設ける一方、カソード電極２４に複数のカソード側突起部２６、カソード側外縁周回用凸部及び補強リブを設けてもよい。
【０１２０】
図２０は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池１７０が、矢印Ａ方向に積層された燃料電池スタック１７１の概略分解斜視説明図である。
【０１２１】
図２０及び図２１に示すように、燃料電池１７０は、各セパレータ１７２間に４個の電解質・電極接合体１７４が、このセパレータ１７２の中心部である燃料ガス供給連通孔３４を中心に同心円上に配列される。
【０１２２】
電解質・電極接合体１７４は、図２２に示すように、アノード電極２０に複数のアノード側突起部２２と、前記アノード電極２０の外周縁部に沿って周回するアノード側外縁周回用凸部１７６とを備える。アノード側突起部２２及びアノード側外縁周回用凸部１７６は、同一の材質で構成され、例えば、アノード電極２０と同一の材質に設定される。
【０１２３】
セパレータ１７２は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成される１枚の金属プレートやカーボンプレート等で構成される。セパレータ１７２は、中央部に燃料ガス供給連通孔３４を形成する燃料ガス供給部３６を有する。この燃料ガス供給部３６から外方に等角度間隔（９０゜間隔）ずつ離間して放射状に延在する４本の第１橋架部３８を介して比較的大径な挟持部４０が一体的に設けられる。燃料ガス供給部３６と各挟持部４０との中心間距離は、同一距離に設定される。
【０１２４】
各挟持部４０は、電解質・電極接合体１７４と略同一寸法の円板形状に設定されており、互いに分離して構成される。挟持部４０には、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔４６が、例えば、前記挟持部４０の中心又は中心に対して酸化剤ガスの流れ方向上流側に偏心した位置に設定される。
【０１２５】
各挟持部４０のアノード側突起部２２に接触する面は、平坦面に構成されるとともに、前記アノード側突起部２２と前記平坦面との間には、アノード電極２０の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路４４が形成される。
【０１２６】
各挟持部４０のカソード側突起部２６に接触する面は、平坦面に構成されるとともに、前記カソード側突起部２６と前記平坦面との間には、カソード電極２４の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路７６が形成される。
【０１２７】
セパレータ１７２のカソード電極２４に対向する面には、通路部材１７８が、例えば、ろう付け、拡散接合やレーザ溶接等により固着される。通路部材１７８は、平板状に構成されるとともに、中央部に燃料ガス供給連通孔３４を形成する燃料ガス供給部４８を備える。燃料ガス供給部４８には、補強用のボス部１８０が所定数だけ設けられる。
【０１２８】
燃料ガス供給部４８から放射状に４本の第２橋架部１８２が延在するとともに、各第２橋架部１８２は、セパレータ１７２の第１橋架部３８から挟持部４０の面に燃料ガス供給孔４６を覆って固着される（図２２参照）。
【０１２９】
燃料ガス供給部４８から第２橋架部１８２には、燃料ガス供給連通孔３４から燃料ガス供給孔４６に連通する燃料ガス供給通路８０が形成される。燃料ガス供給通路８０は、例えば、エッチング又は、プレスにより形成される。
【０１３０】
酸化剤ガス通路７６は、電解質・電極接合体１７４の内側周端部と挟持部４０の内側周端部との間から矢印Ｂ方向に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給連通孔１８４に連通する。この酸化剤ガス供給連通孔１８４は、各挟持部４０の内方と第１橋架部３８との間に位置して積層方向（矢印Ａ方向）に延在している。
【０１３１】
各セパレータ１７２間には、燃料ガス供給連通孔３４をシールするための絶縁シール１８６が設けられる。絶縁シール１８６は、例えば、マイカ材やセラミック材等、地殻成分系素材、硝子系素材、粘土とプラスチックの複合素材で形成されている。絶縁シール１８６は、燃料ガス供給連通孔３４を電解質・電極接合体１７４に対してシールする機能を有する。燃料電池１７０には、挟持部４０の外方に位置して排ガス通路１８８が形成される。
【０１３２】
このように構成される燃料電池１７０では、燃料ガス供給連通孔３４に燃料ガスが供給されるとともに、各酸化剤ガス供給連通孔１８４に酸素含有ガスである空気が供給される。
【０１３３】
図２２に示すように、燃料ガスは、燃料電池スタック１７１の燃料ガス供給連通孔３４に沿って積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら、各燃料電池１７０に設けられる燃料ガス供給通路８０に沿ってセパレータ１７２の面方向に移動する。
【０１３４】
燃料ガスは、燃料ガス供給通路８０から挟持部４０に形成された燃料ガス供給孔４６を通って燃料ガス通路４４に導入される。このため、燃料ガスは、燃料ガス供給孔４６からアノード電極２０の略中心に供給された後、燃料ガス通路４４に沿って前記アノード電極２０の外周部に向かって移動する。
【０１３５】
一方、酸化剤ガス供給連通孔１８４に供給された空気は、電解質・電極接合体１７４の内側周端部と挟持部４０の内側周端部との間から矢印Ｂ方向に流入し、酸化剤ガス通路７６に送られる。酸化剤ガス通路７６では、電解質・電極接合体１７４のカソード電極２４の内側周端部（セパレータ１７２の中央部）側から外側周端部（セパレータ１７２の外側周端部側）に向かって空気が流動する。
【０１３６】
従って、電解質・電極接合体１７４では、アノード電極２０の電極面の中心側から周端部側に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極２４の電極面の一方向（矢印Ｂ方向）に向かって空気が供給される。その際、酸化物イオンが電解質１６を通ってアノード電極２０に移動し、化学反応により発電が行われる。
【０１３７】
なお、各電解質・電極接合体１７４の外周部に排出される主に発電反応後の空気を含む排ガスは、オフガスとして排ガス通路１８８を介して燃料電池スタック１７１から排出される。
【０１３８】
この場合、第６の実施形態では、電解質・電極接合体１７４を構成するアノード電極２０には、複数のアノード側突起部２２とリング状のアノード側外縁周回用凸部１７６とが同一の材質で且つ一体に設けられている。これにより、簡単な構成で、セパレータ１７２とアノード側外縁周回用凸部１７６とが密着して集電性の向上が図られるとともに、電解質・電極接合体１７４に作用する偏った荷重を緩和することが可能になり、燃料電池１７０の発電効率及び耐久性の向上が容易に図られる。
【０１３９】
しかも、電解質・電極接合体１７４の外方からアノード電極２０に未使用の酸化剤ガスや排ガスが回り込むことを阻止することができる。このため、アノード電極２０の酸化による燃料電池１７０の発電効率の低下を抑制するとともに、前記燃料電池１７０の耐久性の向上が容易に図られる。
【０１４０】
しかも、燃料ガス通路４４を流れる燃料ガスは、外部に吹き抜けることを確実に阻止される。従って、燃料ガスは、発電反応に有効に利用されることができ、燃料利用率が有効に向上する。
【０１４１】
さらにまた、アノード側外縁周回用凸部１７６と複数のアノード側突起部２２とが同一の材質で構成されるため、これらを同時に形成することができ、製造工程が簡素化されて製造コストの低減が可能になる。
【０１４２】
なお、第６の実施形態では、アノード側外縁周回用凸部１７６をアノード側突起部２２と同一の材質により構成しているが、これに限定されるものではなく、前記アノード側外縁周回用凸部１７６を電解質１６と同一の材質で構成してもよい。
【０１４３】
さらに、アノード電極２０には、電解質１６と同一の材質で且つ一体に補強リブ（図１７〜図１９参照）を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池が積層された燃料電池スタックの概略斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の概略分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。
【図４】前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＶ−ＩＶ線断面説明図である。
【図５】前記燃料電池を構成する電解質・電極接合体の正面説明図である。
【図６】前記電解質・電極接合体の作成方法を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池が積層された燃料電池スタックの概略分解斜視説明図である。
【図８】前記燃料電池が積層された燃料電池スタックの断面説明図である。
【図９】前記燃料電池を構成する電解質・電極接合体の正面説明図である。
【図１０】前記電解質・電極接合体の作成方法を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池が積層された燃料電池スタックの概略分解斜視説明図である。
【図１２】前記燃料電池が積層された燃料電池スタックの断面説明図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池が積層された燃料電池スタックの概略分解斜視説明図である。
【図１４】前記燃料電池が積層された燃料電池スタックの断面説明図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池が積層された燃料電池スタックの概略分解斜視説明図である。
【図１６】前記燃料電池が積層された燃料電池スタックの断面説明図である。
【図１７】前記燃料電池を構成する電解質・電極接合体の正面説明図である。
【図１８】別の燃料電池を構成する電解質・電極接合体の正面説明図である。
【図１９】さらに別の燃料電池を構成する電解質・電極接合体の正面説明図である。
【図２０】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池が積層された燃料電池スタックの概略分解斜視説明図である。
【図２１】前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。
【図２２】前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。
【図２３】特許文献１の燃料電池の分解斜視説明図である。
【図２４】特許文献２の燃料電池の分解斜視説明図である。
【図２５】特許文献３の燃料電池の断面説明図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０、１００、１２０、１３０、１４０、１７０…燃料電池
１２、１０２、１２２、１３２、１４２、１７２…燃料電池スタック
１４、１０４、１２４、１３４、１４４、１５０、１６０、１７４…電解質・電極接合体
１６…電解質                          ２０…アノード電極
２２…アノード側突起部                ２４…カソード電極
２６…カソード側突起部                ２８ａ、２８ｂ…セパレータ
３４…燃料ガス供給連通孔              ３６…燃料ガス供給部
３８、３８ａ、３８ｂ、５０ａ、５０ｂ、６８ａ、６８ｂ、７０ａ、７０ｂ、１８２…橋架部
４０、４０ａ、４０ｂ、５２ａ、５２ｂ、７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ…挟持部
４４、４４ａ、４４ｂ…燃料ガス通路    ４６、４６ａ、４６ｂ…燃料ガス供給孔
４８…燃料ガス供給部                  ５８ａ、５８ｂ、８０…燃料ガス供給通路
６２、１８４…酸化剤ガス供給連通孔    ６４、６６…酸化剤ガス供給部
７６ａ、７６ｂ…酸化剤ガス通路        ７８ａ、７８ｂ…酸化剤ガス供給孔
８０ａ、８０ｂ…酸化剤ガス供給通路
１０６、１２６、１３６、１４６、１７６…アノード側外縁周回用凸部
１０８、１３８…カソード側外縁周回用凸部
１４８、１５２、１６２ａ、１６２ｂ…補強リブ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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