(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、前記第１面とは反対側の面である第２面とを備え、前記第１面と平行な第１方向に延び、空気が流れる流路である複数の第１チャネルが形成され、前記第１チャネルの間に燃料が流れる流路である複数の第２チャネルが形成され、前記第１チャネルおよび第２チャネルの前記第１面側および第２面側が開放された支持体ブロックと、前記第１チャネルの内側面と前記第２チャネルの内側面にそれぞれ形成された空気極（ｃａｔｈｏｄ）および燃料極（ａｎｏｄｅ）と、前記空気極と電気的に連結され、前記第１面に形成された第１集電層と、前記燃料極と電気的に連結され、前記第２面に形成された第２集電層とを含む単電池と、
前記第１方向に垂直な前記単電池の両面に、前記第１チャネルおよび第２チャネルを閉鎖するように装着されている第１サイドプレートおよび第２サイドプレートと、
前記単電池の第１チャネルの前記第１面側の一部を密閉し、前記第１集電層と電気的に連結される第１集電体と、
前記単電池の第２チャネルの前記第２面側の一部を密閉し、前記第２集電層と電気的に連結される第２集電体とを含み、
前記複数の単電池は、隣接する単電池に形成された前記第１チャネルおよび第２チャネルがそれぞれ互いに連結され、空気または燃料が流れる流路を形成し、隣接する前記単電池の第１面は前記第１集電体を挟んで互いに接し、隣接する前記単電池の第２面は前記第２集電体を挟んで互いに接するようにスタックされることを特徴とする固体酸化物燃料電池。
【請求項２】
前記第１チャネルの第２面側の一部が開放されて空気の流れる第１通路が形成され、前記第２チャネルの第１面側の一部が開放されて燃料の流れる第２通路が形成されていることを特徴とする請求項１記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項３】
前記第１集電体は、前記第１チャネルに沿って空気がジグザグに流れ得るように、前記第１チャネルの第１面側の一部を密閉して第３通路を形成し、前記第２集電体は、前記第２チャネルに沿って燃料がジグザグに流れ得るように、前記第２チャネルの第２面側の一部を密閉して第４通路を形成していることを特徴とする請求項２記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項４】
隣接する前記単電池のうち、上層の単電池の下面と下層の単電池の上面とは鏡面対称であることを特徴とする請求項１記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項５】
前記支持体ブロックは、
電解質支持体ブロックまたは電解質層が一面に形成された多孔性電極支持体ブロック、または電極層、電解質層および反対の電極層が一面に形成された多孔性伝導性支持体ブロックであることを特徴とする請求項１記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項６】
前記第１集電体と前記第２集電体は、互いに反対方向に延びることを特徴とする請求項１記載の固体酸化物燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ、ＳＯＦＣ）に関するものであって、より詳細には、単位体積あたりの電極面積を増加させた高効率の固体酸化物燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料の酸化反応による自由エネルギーの変化を電気エネルギーに変換させる装置である。燃料電池としては、リン酸塩燃料電池、高分子電解質燃料電池、溶融炭酸燃料電池、固体酸化物燃料電池などが開発されている。
【０００３】
固体酸化物燃料電池は、６００〜１，０００℃の高温で電気エネルギーを生産するため、現在まで開発されている燃料電池の中でエネルギーの変換効率が最も高い。このため、固体酸化物燃料電池が実用化される場合、高いエネルギーの変換効率によって既存のエネルギー変換装置を代替することができる。また、固体酸化物燃料電池は、燃料として水素を使用する場合、二酸化炭素（ＣＯ２）の排出が抑制され、将来のエネルギーシステムのエネルギー源として使用されることが予想される。
【０００４】
一方、固体酸化物燃料電池は、高温作動によって燃料極（Ａｎｏｄｅ）の内部反応が可能なため、水素のほか、天然ガス、石炭ガスなどの多様な燃料を使用できるという利点がある。また、固体酸化物燃料電池は、溶融炭酸塩燃料電池とは異なって液体電解質を使用しないため、材料の腐食、電解質の損失および補充による問題がないという利点がある。さらに、固体酸化物燃料電池から排出される良質の廃熱を利用した複合発電が可能で、発電システム全体の効率を向上させることができる。
【０００５】
固体酸化物燃料電池は、酸素イオン伝導性（Ｉｏｎｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）電解質と、電解質の両面に位置する空気極（Ｃａｔｈｏｄｅ）および燃料極（Ａｎｏｄｅ）とを有する単位セルから構成されている。単位セルの各電極に空気や水素などの還元性燃料を供給すると、空気極で酸素の還元反応が生じて酸素イオンが生成され、電解質を介して燃料極に移動した酸素イオンは、再び燃料極に供給された水素などの還元性燃料と反応して水を生成することとなる。この時、燃料極では電子が生成され、空気極では電子が消耗する。燃料極と空気極とを互いに連結すると電気を得ることができる。
【０００６】
固体酸化物燃料電池は、円筒型（Ｔｕｂｕｌａｒ  ｔｙｐｅ）と平板型（Ｐｌａｎａｒ  ｔｙｐｅ）の２種類に大別されている。円筒型固体酸化物燃料電池は、韓国登録特許公報第１０−０２８６７７９号および登録特許公報第１０−０３４４９３６号など、多数の特許文献から探すことができる。
【０００７】
日本国公開特許公報第２００４−３１１５８号には、電解質支持体に並列に複数のチャネルを形成し、そのチャネルの内壁に空気極と燃料極を形成した燃料電池が開示されている。
【０００８】
日本国公開特許公報第２００４−３１１５８号に開示された燃料電池は、上層および下層の単電池の間にキャップ（ｃａｐ）が配置される。キャップは、単電池で反応が完了した排気ガスを排出させるためのものである。このキャップには、空気と燃料ガスとが混合されないように配置された多数の排出口と排気ガス流路が形成されている。流入した燃料は、燃料ガス流路、排出口、排気ガス流路を通過した後、外部に排出され、流入した空気は、空気流路、排出口、排気ガス流路を通過した後、外部に排出される。
【０００９】
しかし、キャップは、プレート形状であって、中心部に長方形状の排気ガス流路が形成されており、その排気ガス流路の燃料ガス流路または空気流路に対応する位置に多数の排出口が形成されたもので、実質的に加工が非常に難しい構造である。
【００１０】
また、キャップは、発電が起こる部分ではないため、隣接する単電池の間にキャップを配置することは、単位体積あたりの発電面積を低下させる問題がある。
【００１１】
さらに、日本国公開特許公報第２００４−３１１５８号に開示された燃料電池は、隣接する上層および下層の単電池の流路が互いに連結されていないため、流入した燃料は、各層の単電池のチャネルを通過する過程でのみ反応に参加した後、排出されることとなる。このため、燃料ガスが空気と反応する面積を広げて発電効率を高めるには、単電池の燃料ガス流路と空気流路の長さを増加させなければならない。結局、単電池の大きさが大きくなければならない。しかし、この場合、電子の移動経路が長くなって発電効率が低下し、発電容量を増加させにくい問題がある。同時に、電解質支持体にチャネルを長く形成することは加工上の困難があり、加工過程で不良が発生する可能性も増加する。また、加工が難しいキャップの大きさも大きくなければならない。
【００１２】
韓国登録特許公報第０８１５２０７号には、電解質支持体に並列に複数のチャネルを形成し、そのチャネルの内壁に空気極と燃料極を形成した燃料電池が開示されている。この燃料電池は、隣接する上層および下層の単電池に形成された空気流路と燃料流路とが互いに連結されるように、チャネルに通路が形成されている。この燃料電池は、構造的に、集電のための集電板が、サイドプレートの結合する両側面に設けられなければならないため、単電池あたり２つの集電板が必要になる。集電板としては、一般的に高価な金属素材が使用されるため、集電板の設置個数を減少させる必要がある。また、集電板が両側面に設けられるため、側面から遠いチャネルの内側面に形成された空気極と燃料極から集電板までの距離が遠く、電子の移動距離が長い問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、単位体積あたりの出力が大きい固体酸化物燃料電池を提供することである。本発明の他の目的は、発電効率が高い燃料電池を提供することである。本発明のさらに他の目的は、構造が非常に簡単で、製造が容易な固体酸化物燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、単電池と、単電池のスタックの両面に結合する第１および第２サイドプレートと、単電池の間に配置される第１および第２集電体とを含む固体酸化物燃料電池が提供される。
【００１５】
単電池は、第１面と、前記第１面に並ぶ第２面とを備え、前記第１面に並ぶ第１方向に延び、空気が流れる流路である複数の第１チャネルが形成され、前記第１チャネルの間に燃料が流れる流路である複数の第２チャネルが形成され、前記第１チャネルおよび第２チャネルは、前記第１面側および第２面側が開放された支持体ブロックと、前記第１チャネルの内側面と前記第２チャネルの内側面にそれぞれ形成された空気極（ｃａｔｈｏｄ）および燃料極（ａｎｏｄｅ）と、前記空気極と電気的に連結され、前記第１面に形成された第１集電層と、前記燃料極と電気的に連結され、前記第２面に形成された第２集電層とを含む。
【００１６】
前記複数の単電池は、上下に隣接する単電池に形成された前記第１チャネルおよび第２チャネルがそれぞれ互いに連結され、空気または燃料が流れる流路を形成するようにスタックされる。この時、隣接する前記単電池のうち、下層の単電池は１８０度回転した状態で上層の単電池と結合し、隣接する前記単電池の第１面は前記第１集電体を挟んで互いに接し、隣接する前記単電池の第２面は前記第２集電体を挟んで互いに接するようにスタックされる。
【００１７】
隣接する前記単電池のうち、上層の単電池の下面と下層の単電池の上面とが鏡面対称をなすことが好ましい。
【００１８】
第１サイドプレートと第２サイドプレートは、前記第１方向に垂直な前記単電池の両面に、前記第１チャネルおよび第２チャネルを閉鎖するように装着される。
【００１９】
第１集電体は、前記単電池の第１チャネルの前記第１面側の一部を密閉し、前記第１集電層と電気的に連結される。第２集電体は、前記単電池の第２チャネルの前記第２面側の一部を密閉し、前記第２集電層と電気的に連結される。
【００２０】
集電体は、前記第１チャネルおよび第２チャネルに沿って空気または燃料がジグザグに流れ得るように、前記第１チャネルおよび第２チャネルの一部を密閉することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかる固体酸化物燃料電池は次のような効果がある。
【００２２】
第一、隣接する上層および下層の単電池の間に設けられるカバーやキャップのような別の構造を必要としないため、単位体積あたりの出力を高めることができる。
【００２３】
第二、支持体ブロックに並列に隣接した空気流路と燃料流路を形成するため、電解質層の厚さを薄くすることができ、発電効率を高めることができる。
【００２４】
第三、隣接する上層および下層の単電池の流路が互いに連結されているため、単電池の形状を変更することなく、スタックの数を調整する方法により、流入した空気と燃料が排出されるまでの、反応する面積を調整することができる。このため、固体酸化物燃料電池の作動温度が低い場合には、スタックの数を増加させ、発電効率を同じ水準に維持することができる。
【００２５】
第四、本発明にかかる固体酸化物燃料電池は、支持体ブロックに空気および燃料流路を形成して自体の支持構造を有する単電池を製造し、これらの間に集電板を配置してスタックする方法で製造が可能なため、製造が非常に容易である。
【００２６】
第五、発電が行われる部分から集電板までの距離が短く、抵抗を低減することができる。したがって、発電効率を高めることができる。
【００２７】
第六、構造が簡単で、結合する上層の下面と下層の上面とが鏡面対称をなすため、スタック時に密閉することが容易である。
【００２８】
第七、隣接する上層および下層の単電池の間に集電板が配置されるため、単電池１個あたり１つの集電板が用いられる。したがって、従来の固体酸化物燃料電池に比べて、集電板の使用量が減少する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明にかかる固体酸化物燃料電池の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示された固体酸化物燃料電池の単電池が結合された状態を示す斜視図である。
【図３】図１に示された単電池の斜視図である。
【図４】図２に示された固体酸化物燃料電池の一部のＡ−Ａ方向断面図である。
【図５】図１に示された固体酸化物燃料電池における空気の流れを示す図である。
【図６】図１に示された固体酸化物燃料電池における燃料の流れを示す図である。
【図７】図３に示された単電池の製造方法を説明するための工程図である。
【図８】図３に示された単電池の製造方法を説明するための工程図である。
【図９】図３に示された単電池の製造方法を説明するための工程図である。
【図１０】図３に示された単電池の製造方法を説明するための工程図である。
【図１１】図３に示された単電池の製造方法を説明するための工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態にかかる固体酸化物燃料電池を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明にかかる固体酸化物燃料電池の一実施形態を示す分解斜視図であり、図２は、図１に示された固体酸化物燃料電池の単電池が結合された状態を示す斜視図であり、図３は、図１に示された単電池の斜視図であり、図４は、図２に示された固体酸化物燃料電池の一部のＡ−Ａ方向断面図である。
【００３２】
図１と図２を参照すれば、本発明にかかる第１実施形態の固体酸化物燃料電池は、複数の単電池１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄと、集電板１４０、１４１と、サイドプレート１５０、１５１とを備える。
【００３３】
図３と図４を参照すれば、単電池１００は、支持体ブロック１１０と、空気極１２０および燃料極１２１と、集電層１３０、１３１とを含む。
【００３４】
支持体ブロック１１０としては、電解質支持体ブロックまたは電解質層がコーティングされた多孔性電極支持体ブロックを用いることができる。電解質支持体ブロックは、イットリア安定化ジルコニア（Ｙｔｔｒｉａ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ、ＹＳＺ）、ＣｅＯ２系電解質、Ｂｉ２Ｏ３系電解質、ＬａＧａＯ３系電解質などのイオン伝導体で構成できる。
【００３５】
多孔性電極支持体ブロックとしては、ニッケルオキサイドとイットリア安定化ジルコニア（ＮｉＯ−ＹＳＺ）の混合体が一般的に使用されている。多孔性電極支持体ブロックを支持体として使用する場合には、多孔性電極支持体ブロックの表面に電解質層を形成する。多孔性電極支持体ブロックを使用すると、電解質層をより薄くすることができるという利点がある。
【００３６】
また、表面に電極層、電解質層、反対の電極層が形成された多孔性伝導性支持体ブロックを支持体として使用することもできる。多孔性伝導性支持体ブロックは、金属粉末や金属に還元される酸化物粉末に黒鉛、澱粉のような気孔前駆体（Ｐｏｒｅ  Ｆｏｒｍｅｒ）を適量添加し、バインダー、可塑剤、分散剤などと混合してスラリーを製造した後、そのスラリーをセラミックモールドに満たして成形した後乾燥し、乾燥した成形体を還元雰囲気で焼結して製造する。
【００３７】
図３と図４を参照すれば、支持体ブロック１１０は、図３を基準として上面に相当する第１面１１１と、図中の下面に相当する第２面１１２とを備える。支持体ブロック１１０には、その一端が開放されており、第１面１１１側の全部と第２面１１２側の一部が開放されている複数の第１チャネル１１３が形成されている。第１チャネル１１３の間には、第１チャネル１１３と反対方向の一端が開放されており、第１面１１１側の一部と第２面１１２側の全部が開放されている複数の第２チャネル１１４が形成されている。
【００３８】
第１チャネル１１３の第１面１１１側は完全に開放されているが、第２面１１２側は開放された一端側の一部のみが開放されて第１通路１１５を形成し、残りは閉鎖されている。逆に、第２チャネル１１４は、第２面１１２側は完全に開放されているが、第１面１１１側は開放された一端側の一部のみが開放されて第２通路１１６を形成する。
【００３９】
第１チャネル１１３と第２チャネル１１４との間には複数の壁体部（Ｗａｌｌ  ｐｏｒｔｉｏｎ）１１７が形成されている。壁体部１１７の厚さは、数十マイクロメートルに形成され得、チャネル１１３、１１４それぞれの深さは、壁体部１１７それぞれの幅に対して約３０倍以上に形成され得る。例えば、壁体部１１７の厚さが５０マイクロメートルの場合、深さが１，５００マイクロメートル程度のチャネル１１３、１１４まで形成することができる。壁体部１１７は、電解質としての役割を果たすため、壁体部１１７が薄いほどイオン伝導性が向上し、発電効率が増加し、作動温度も低下させることができる。
【００４０】
第１チャネル１１３の内面には空気極（ｃａｔｈｏｄ）１２０が形成される。空気極１２０は、ＬａＳｒＭｎＯ３で構成できる。空気極１２０は、電気化学蒸着（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、または空気極１２０をなす材料をバインダーなどと混合してペーストを製造した後、これをコーティングする方法など、多様な方法で形成することができる。
【００４１】
第２チャネル１１４の内面には燃料極（ａｎｏｄｅ）１２１が形成される。燃料極１２１は、Ｎｉ−ＹＳＺ（Ｃｅｒｍｅｔ）で構成できる。燃料極１２１も、電気化学蒸着、またはペーストコーティングなど、多様な方法によって形成することができる。
【００４２】
支持体ブロック１１０の第１面１１１と第２面１１２には、空気極１２０と燃料極１２１にそれぞれ電気的に連結された第１集電層１３０と第２集電層１３１が形成される。第１面１１１に形成された第１集電層１３０は、空気極１２０と電気的に連結され、燃料極１２１には連結されない。逆に、第２面１１２に形成された第２集電層１３１は、燃料極１２１にのみ連結される。本発明にかかる固体酸化物燃料電池は、集電層１３０、１３１が支持体ブロック１１０の両側面に形成されるのではなく、支持体ブロック１１０の上面と下面である第１面１１１と第２面１１２に形成される。
【００４３】
図１に示されるように、単電池１００は、順次にスタックされ、単電池のスタックを構成する。図１に示された単電池１００のうち、上から３番目の単電池１００ｃと最下層の単電池１００ｄを基準としてスタックする方法について説明する。
【００４４】
本発明において、単電池１００は、隣接する上層の単電池１００ｃの下面と下層の単電池１００ｄの上面とが鏡面対称となるように、下層の単電池１００ｄを１８０度回転させて接合する。下層の単電池１００ｄは回転したので、上面が第２面１１２となり、下面が第１面１１１となる。再び説明すれば、上層の単電池１００ｃの第２面１１２が下層の単電池１００ｄの第２面１１２と結合するように、下層の単電池１００ｄを１８０度回転させて上層の単電池１００ｃと下層の単電池１００ｄとを結合させる。
【００４５】
単電池１００がスタックされると、隣接する上層の単電池１００ｃのチャネル１１３、１１４と下層の単電池１００ｄのチャネル１１３、１１４とが互いに連結される。この時、上層の単電池１００ｃの下面と下層の単電池１００ｄの上面とが鏡面対称となるので、上層の単電池１００ｃの第１チャネル１１３の第１通路１１５が、下層の単電池１００ｃの第１チャネル１１３の第１通路１１５に連結され、上層の単電池１００ｃの第２チャネル１１４の全体が開放された下部が、下層の単電池１００ｄの第２チャネル１１４の全体が開放された上部に連結される。
【００４６】
図１には、４個の単電池がスタックされるものとして示されているが、スタックされる単電池の個数は適切に選択可能である。
【００４７】
図１を参照すれば、単電池１００の間には、第１集電板１４０と第２集電板１４１が配置される。第１集電板１４０は、隣接する単電池１００ｂ、１００ｃの第１面１１１の間に配置され、第２集電板１４１は、隣接する単電池１００ａと１００ｂまたは１００ｃと１００ｄの第２面１１２の間に配置される。第１集電板１４０は、第１面１１１に形成された第１集電層１３０と電気的に結合し、第２集電板１４１は、第２面１１２に形成された第２集電層１３１と電気的に結合する。
【００４８】
集電板１４０、１４１が支持体ブロック１１０の第１面１１１と第２面１１２に結合するため、燃料極１２１で生成された電子が第２集電板１４１に到逹するまで移動する距離が短く、第１集電板１４０から供給された電子が空気極１２０に到逹するまで移動する距離も短い。このため、内部損失が減少し、発電効率が増加する。
【００４９】
また、第１集電板１４０は、単電池１００ｂ、１００ｃの第１面１１１の間に配置されながら、全体が開放された第１チャネル１１３の第１面１１１側の一部を閉鎖して第３通路１１８を形成する（図５参照）。第２集電板１４１は、全体が開放された第２チャネル１１４の第２面１１２側の一部を閉鎖して第４通路１１９を形成する（図６参照）。この時、チャネル１１３、１１４を流れる空気と燃料がジグザグに流れるように、各チャネル１１３、１１４の上部と下部に形成された通路１１５と１１８または１１６と１１９が互いに反対方向に形成されるように、第１集電板１３０と第２集電板１３１を配置することが好ましい。
【００５０】
第１集電板１３０と第２集電板１３１は、互いに反対方向に延びる。したがって、第１集電板１３０と第２集電板１３１をそれぞれ導電性ペーストなどで連結し、容易に集電することができる。
【００５１】
本発明では、上層の単電池１００の第２面１１２が下層の単電池１００の第２面１１２と結合するように、下層の単電池１００を１８０度回転させて上層および下層の単電池１００を結合させ、集電板１４０、１４１を単電池１００の間に配置する。したがって、集電板１４０、１４１を単電池１００の側面に配置する従来の燃料電池に比べて、必要な集電板の個数が半分に減少する効果がある。
【００５２】
図１を参照すれば、単電池１００のスタックの両側面には、第１サイドプレート１５０と第２サイドプレート１５１がそれぞれ結合される。第１サイドプレート１５０と第２サイドプレート１５１は、単電池１００のチャネル１１３、１１４を閉鎖する。第１サイドプレート１５０と第２サイドプレート１５０は、最上層および最下層の単電池１００ａ、１００ｄのチャネル１１３、１１４は閉鎖しない。最上層および最下層の単電池１００ａ、１００ｄのチャネル１１３、１１４は、空気または燃料が流入し排出される流入口と排出口として使用されるからである。サイドプレート１５０、１５１は、支持体ブロック１１０より低い気孔度を有する同じ材質、またはガラスもしくはガラスセラミックス（Ｇｌａｓｓ−ｃｅｒａｍｉｃｓ）などで構成できる。支持体ブロックとサイドプレートは、高温高圧下で直接的に接合されるか、ガラスセラミックスなどの密封材によって密封され得る。
【００５３】
また、最上層および最下層の単電池１００ａ、１００ｄにはカバープレート１５２、１５３が装着される。カバープレート１５２、１５３は、サイドプレート１５０、１５１と同様に、支持体ブロック１１０より低い気孔度を有する同じ材質、またはガラスもしくはガラスセラミックス（Ｇｌａｓｓ−ｃｅｒａｍｉｃｓ）などで構成できる。
【００５４】
図５は、図１に示された固体酸化物燃料電池における空気の流れを示す断面図であり、図６は、図１に示された固体酸化物燃料電池における燃料の流れを示す断面図である。図５と図６では、電極と集電層は表示していない。図５と図６を参照すれば、本発明にかかる固体酸化物燃料電池の第１チャネル１１３には空気Ａが供給され、第２チャネル１１４には水素のような還元性燃料Ｆが供給される。空気Ａと燃料Ｆは、最下層の単電池１００ｄのチャネル１１３、１１４を介して流入した後、上層のチャネル１１２、１１４に沿ってそれぞれジグザグ状に流れる。
【００５５】
図５を参照すれば、空気Ａは、最下層の単電池１００ｄの第１チャネル１１３を介して流入した後、第１通路１１５、下から２番目の単電池１００ｃの第１チャネル１１３、第３通路１１８、下から３番目の単電池１００ｂの第１チャネル１１３、第１通路１１５を通過した後、最上層の単電池１００ａの第１チャネル１１３を通過した後、外部に排出される。
【００５６】
図６を参照すれば、燃料Ｆは、最下層の単電池１００ｄの第２チャネル１１４を介して流入した後、第４通路１１９、下から２番目の単電池１００ｃの第２チャネル１１４、第２通路１１６、下から３番目の単電池１００ｂの第２チャネル１１４、第４通路１１９を通過した後、最上層の単電池１００ａの第２チャネル１１４を通過した後、外部に排出される。
【００５７】
第１チャネル１１３の空気極１２０では、酸素の還元反応が生じて酸素イオンが生成される。酸素イオンは、壁体部１１７を介して第２チャネル１１４に移動する。移動した酸素イオンは、第２チャネル１１４に供給された水素と反応して水を生成する。この時、空気極１２０では、酸素分子が電子を受けてイオン化されながら電子が消耗し、燃料極１２１では、酸素イオンと水素とが反応して酸化されながら電子が生成される。空気極１２０と燃料極１２１とを互いに連結すると、電子の流れが成立して電気が発生する。
【００５８】
本発明にかかる固体酸化物燃料電池は、空気極１２０および燃料極１２１の面積、すなわち、単位体積あたりの電極面積が大きく増加し、高効率の発電を行うことができる。また、サイドプレート１５０、１５１とカバープレート１５２、１５３が、単電池１００の支持体ブロック１１０と熱膨脹系数の差がない同種素材で構成される場合、スタックが同種素材で接合され、耐久性および信頼性が向上する。このため、本発明にかかる固体酸化物燃料電池は、運転と停止が繰り返される場合にも、熱応力による破損が抑制される。単電池とスタックの構造が簡単で、大容量の発電システムを容易に小型化および軽量化して施設することができる。
【００５９】
以下では、前述した固体酸化物燃料電池の単電池の製造方法について、添付した図面を参照して詳細に説明する。図７ないし図１１は、図３に示された単電池の製造方法を説明するための工程図である。
【００６０】
まず、図７に示されるように、支持体ブロック１１０をスリットして第１チャネル１１３を加工する。
【００６１】
次に、空気極材料とバインダーとを混合したペーストを第１チャネル１１３の内面にコーティングした後、略最高温度１１００℃程度で２時間程度熱処理し、図８に示されるように、第１チャネル１１３の内面に空気極１２０を形成する。空気極材料としては、一般的に、ＬａＳｒＭｎＯ３＋ＹＳＺを一次コーティングした後、ＬａＳｒＭｎＯ３をコーティングする方法が利用される。
【００６２】
次に、図９に示されるように、第１チャネル１１３の間を反対方向でスリットして第２チャネル１１４を形成する。この方法により、簡単に、第１チャネル１１３と第２チャネル１１４との間に数十マイクロメートルの厚さの電解質層である壁体部１１７を形成することができる。
【００６３】
次に、燃料極材料とバインダーとを混合したペーストを第２チャネル１１４の内面にコーティングした後、熱処理し、図１０に示されるように、第２チャネル１１４の内面に燃料極１２１を形成する。
【００６４】
次に、図１１に示されるように、空気極１２０と第１面１１１に金属粉末をコーティングした後、熱処理し、第１集電層１３０を形成する。また、燃料極１２１と第２面１１２に金属粉末をコーティングした後、熱処理し、第２集電層１３１も形成する。金属粉末もペースト状に製造した後、コーティングすることができ、空気極１２０と第１面１１１にコーティングされる金属粉末としては、白金、銀、パラジウム、金などの貴金属を使用することができる。燃料極１２１と第２面１１２にも前記貴金属を使用することができるが、第２チャネル１１４は還元雰囲気であるため、燃料極１２１用の第２集電層１３１としてニッケルを使用することが一般的である。空気極１２０と燃料極１２１も伝導性を有するため、別の金属粉末を使用することなく、空気極１２０と燃料極１２１を第１面１１１と第２面１１２までコーティングして集電層として使用することもできる。
【００６５】
次に、完成した単電池を、図１に示されるように、互いに隣接する上層の単電池１００の下面と下層の単電池１００の上面とが鏡面対称となるように、下層の単電池１００を回転させてスタックする。この時、単電池１００の間には集電板１４０、１４１を配置する。
【００６６】
次に、単電池１００のスタックの側面に第１サイドプレート１５０と第２サイドプレート１５１を結合し、最上層および最下層の単電池１００ａ、１００ｄにカバープレート１５２、１５３を結合する。
【００６７】
次に、同じ極性の集電板１４０、１４１を導電性ペーストなどで互いに連結する。
【００６８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の範囲を逸脱しない限度内で様々な変形が可能であることは自明である。
【００６９】
例えば、集電体として集電板を使用するものとして説明したが、導電性のあるワイヤ、例えば、白金ワイヤを使用することもできる。この時、支持体ブロックと同じ材質、またはガラス、ガラスセラミックス（Ｇｌａｓｓ−ｃｅｒａｍｉｃｓ）などで構成されたプレートを配置し、空気や燃料がチャネルに沿ってジグザグに移動するように、チャネルの一部を密閉することもできる。
【符号の説明】
【００７０】
１００：単電池
１１０：支持体ブロック
１１１：第１面
１１２：第２面
１１３：第１チャネル
１１４：第２チャネル
１１５：第１通路
１１６：第２通路
１１７：壁体部
１１８：第３通路
１１９：第４通路
１２０：空気極
１２１：燃料極
１３０：第１集電層
１３１：第２集電層
１４０：第１集電板
１４１：第２集電板
１５０：第１サイドプレート
１５１：第２サイドプレート
１５２、１５３：カバープレート
【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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