(57)【要約】  セラミックス材料からなるセパレータを用いても、セパレータとセルの局所的な温度上昇を抑制することが可能な固体電解質形燃料電池を提供する。固体電解質形燃料電池の電池構造部は、各々が燃料極層（１１ａ、１１ｂ）、固体電解質層および空気極層（１３ａ、１３ｂ）からなる複数のセルを含む。セル間分離部は、複数のセルの間に配置され、セラミックスを含む材料から形成されている。ガス供給路構造部（２１ｂ）は、セルに燃料ガスを供給する燃料ガス供給路（２３ａ、２３ｂ）と、セルに空気を供給する空気供給路（２４）を有する。空気供給路（２４）が電池構造部の内部に配置されている。
2014050714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がアノード、固体電解質およびカソードからなる複数のセルを含む電池構造部と、
複数のセルの間に配置され、セラミックスを含む材料から形成されたセル間分離部と、
前記セルにアノードガスを供給するアノードガス供給路と、前記セルにカソードガスを供給するカソードガス供給路とを有するガス供給路構造部とを備え、
前記アノードガス供給路または前記カソードガス供給路の少なくともいずれか一方が前記電池構造部の内部に配置されている、固体電解質形燃料電池。
【請求項２】
前記電池構造部の内部が、前記電池構造部の側面から内方に向かって前記電池構造部の幅寸法の１／３以上離れた内側にある、請求項１に記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項３】
前記ガス供給路構造部と前記セル間分離部とが一体的に形成されている、請求項１または請求項２のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項４】
前記ガス供給路構造部と前記固体電解質とが一体的に形成されている、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項５】
前記セル間分離部は、セラミックスからなり、かつ、前記複数のセルの各々に供給されるアノードガスとカソードガスを分離する電気絶縁体と、前記電気絶縁体内に形成され、かつ、前記複数のセルを相互に電気的に接続する電気導電体とから形成されている、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項６】
前記アノードガス供給路または前記カソードガス供給路の少なくともいずれか一方が、一方向に延在する開口を含む、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項７】
前記アノードガス供給路または前記カソードガス供給路の少なくともいずれか一方が、一方向に間隔をあけて配置された複数の開口を含む、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には固体電解質形燃料電池に関し、特にアノードガスとカソードガスの供給路を有する固体電解質形燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、平板型の固体電解質形燃料電池（固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）ともいう）は、各々がアノード（負極）、固体電解質およびカソード（正極）からなる発電要素としての平板状の複数のセルと、複数のセルの間に配置されるセパレータ（インタコネクタともいう）とから構成される。セパレータは、複数のセルを相互に電気的に直列に接続し、かつ、複数のセルの各々に供給されるガスを分離するために、具体的にはアノードに供給されるアノードガスとしての燃料ガス（たとえば水素）と、カソードに供給されるカソードガスとしての酸化剤ガス（たとえば空気）とを分離するために複数のセルの間に配置される。【０００３】
従来から、セパレータは、ランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ3）等の導電性のセラミックス材料から形成されている。このような導電性材料を用いてセパレータを形成すると、一種類の材料で上記の電気的接続とガスの分離という機能を果たす部材を構成することができる。【０００４】
たとえば、特開平６−５２８７２号公報（以下、特許文献１という）には、固体電解質形燃料電池用封着材の構造が開示されている。【０００５】
特許文献１では、平板状に一体に積層された燃料電池単電池は、順次、積層合体されたセパレータ、燃料電極層、固体電解質層、空気電極層およびセパレータによって構成される。燃料電池単電池の４側面のうち空気供給面となる側面には空気供給マニホールドが連結され、燃料ガス供給面となる側面には燃料ガス供給マニホールドが連結され、燃料ガス排出面となる側面には燃料ガスを排出するための燃料ガス排出マニホールドが連結され、空気排出面となる側面には空気を排出するための空気排出マニホールドが連結されている。セパレータは、導電性のセラミックス材料であるＬａ（Ｃｒ・Ｍｇ）Ｏ3から形成される。各ガス通路用マニホールドは、希土類元素の酸化物を含むジルコニア製である。燃料電池単電池と電気絶縁性の各マニホールドとは、電気絶縁性のセラミックス材料からなる封着材を用いて密封連結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−５２８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、特許文献１に開示された平板状固体電解質形燃料電池では、セパレータはセラミックス材料からなる。セラミックス材料からなるセパレータは、燃料電極層、固体電解質層および空気電極層からなるセルに対して熱膨張の挙動をほぼ一致させるように構成され得るが、熱伝導率が低い。このため、発電によって発生する熱を、セパレータを通じて外部に放散することが困難である。これにより、発電によって発生する熱に起因して、セパレータの温度が局所的に上昇し、ひいてはセル内の温度が局所的に上昇するという問題がある。【０００８】
また、セパレータと燃料電極層、固体電解質層および空気電極層の三層とが一体的に形成されると、セパレータは、上記の発熱を熱膨張（熱歪）として吸収しても、その熱膨張に応じて、セパレータとセルは変形することが困難になる。【０００９】
さらに、セラミックス材料からなるセパレータはヤング率が大きいので、上記の発熱を熱歪として吸収すると、セパレータには大きな熱応力が生じる。しかし、上述したように、その大きな熱応力に応じてセパレータとセルは変形することができないので、破壊されやすいという問題がある。【００１０】
したがって、発電によって発生する熱に起因してセパレータとセルの温度が局所的に上昇することにより、セパレータが発熱による熱膨張に応じて変形することができずに、ひいてはセルが破壊する恐れがある。【００１１】
そこで、本発明の目的は、セラミックス材料からなるセパレータを用いても、セパレータとセルの局所的な温度上昇を抑制することが可能な固体電解質形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】
【００１２】
本発明に従った固体電解質形燃料電池は、電池構造部と、セル間分離部と、ガス供給路構造部とを備える。電池構造部は、各々がアノード、固体電解質およびカソードからなる複数のセルを含む。セル間分離部は、複数のセルの間に配置され、セラミックスを含む材料から形成されている。ガス供給路構造部は、セルにアノードガスを供給するアノードガス供給路と、セルにカソードガスを供給するカソードガス供給路とを有する。アノードガス供給路またはカソードガス供給路の少なくともいずれか一方が電池構造部の内部に配置されている。【００１３】
本発明の固体電解質形燃料電池においては、アノードガス供給路またはカソードガス供給路の少なくともいずれか一方が電池構造部の内部に配置されているので、アノードガスまたはカソードガスの少なくともいずれか一方が、電池構造部の内部から外部に流れる。このため、セパレータの機能を果たすセル間分離部とセルの温度が発電によって発生する熱に起因して局所的に上昇するのを抑制することができる。これにより、セル間分離部に生じる熱応力を小さくすることができるので、セル間分離部とセルが破壊するのを防止することができる。【００１４】
また、アノードガスまたはカソードガスの少なくともいずれか一方が、電池構造部の内部から外部に流れるので、発電によって発生する熱を冷却するガスとして作用する。このため、電池構造部の内部の温度上昇を抑制することができる。【００１５】
さらに、電池構造部の内部に配置されたアノードガス供給路またはカソードガス供給路の少なくともいずれか一方によって、アノードまたはカソードの少なくともいずれか一方が分断されるため、発電によって熱が発生する箇所を分散することができる。これにより、電池構造部の内部の温度上昇を抑制することができる。【００１６】
本発明の固体電解質形燃料電池において、電池構造部の内部は、電池構造部の側面から内方に向かって電池構造部の幅寸法の１／３以上離れた内側にあることが好ましい。【００１７】
本発明の固体電解質形燃料電池において、ガス供給路構造部とセル間分離部とが一体的に形成されていることが好ましい。【００１８】
このように構成することにより、マニホールドの機能を果たすガス供給路構造部と、セパレータの機能を果たすセル間分離部とが一体的に形成されているので、セパレータとマニホールドの二つの機能を果たす部分が連続して形成されている。このため、従来の固体電解質形燃料電池において必要であった、セパレータ間とセル‐マニホールド間のシール部材が不要となる。これにより、電池全体としてのガスに対するシール性を高めることができ、部材点数を少なくすることができ、その結果として製造工程数を削減することができる。【００１９】
また、本発明の固体電解質形燃料電池において、ガス供給路構造部と固体電解質とが一体的に形成されていることが好ましい。【００２０】
このように構成することにより、ガス供給路構造部と固体電解質が接する部分においてガラス等を用いてシールする必要がなくなる。【００２１】
さらに、本発明の固体電解質形燃料電池において、セル間分離部は、セラミックスからなり、かつ、複数のセルの各々に供給されるアノードガスとカソードガスを分離する電気絶縁体と、電気絶縁体内に形成され、かつ、複数のセルを相互に電気的に接続する電気導電体とから形成されていることが好ましい。【００２２】
なお、本発明の固体電解質形燃料電池において、アノードガス供給路またはカソードガス供給路の少なくともいずれか一方が、一方向に延在する開口を含んでもよく、あるいは、一方向に間隔をあけて配置された複数の開口を含んでもよい。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように本発明によれば、セラミックス材料からなるセパレータを用いても、発電によって発生するセパレータとセルの局所的な温度上昇を抑制することができるので、セパレータとセルが破壊するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態または比較の形態として、固体電解質形燃料電池の単位モジュールの概略的な構成を示す断面図である。
【図２】図１の単位モジュールを複数備えた固体電解質形燃料電池の概略的な構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態１としての固体電解質形燃料電池の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態１のセル間分離部とアノードおよびカソードガス供給路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１のセル間分離部とアノードガス供給路および流通路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態１のセル間分離部とカソードガス供給路および流通路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態１のアノードガス供給路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態１のカソードガス供給路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施形態１の燃料極層を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態１の固体電解質層を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態１の空気極層を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態２としての固体電解質形燃料電池の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施形態２のセル間分離部とアノードおよびカソードガス供給路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態２のセル間分離部とアノードガス供給路および流通路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図１５】本発明の実施形態２のセル間分離部とカソードガス供給路および流通路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態２のアノードガス供給路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施形態２のカソードガス供給路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図１８】本発明の実施形態２の燃料極層を示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施形態２の固体電解質層を示す斜視図である。
【図２０】本発明の実施形態２の空気極層を示す斜視図である。
【図２１】本発明の比較の形態としての固体電解質形燃料電池の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。
【図２２】本発明の比較の形態のセル間分離部とアノードおよびカソードガス供給路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図２３】本発明の比較の形態のセル間分離部とアノードガス供給路および流通路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図２４】本発明の比較の形態のセル間分離部とカソードガス供給路および流通路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図２５】本発明の比較の形態のアノードガス供給路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図２６】本発明の比較の形態のカソードガス供給路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。
【図２７】本発明の比較の形態の燃料極層を示す斜視図である。
【図２８】本発明の比較の形態の固体電解質層を示す斜視図である。
【図２９】本発明の比較の形態の空気極層を示す斜視図である。
【図３０】本発明の実施例１の固体電解質形燃料電池において発電によって発生する熱に起因した電池構造部内の温度分布を示す図である。
【図３１】本発明の実施例２の固体電解質形燃料電池において発電によって発生する熱に起因した電池構造部内の温度分布を示す図である。
【図３２】本発明の比較例の固体電解質形燃料電池において発電によって発生する熱に起因した電池構造部内の温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態として、固体電解質形燃料電池の単位モジュールの概略的な構成を示す断面図である。図２は、図１の単位モジュールを複数備えた固体電解質形燃料電池の概略的な構成を示す断面図である。
【００２７】
図１に示すように、固体電解質形燃料電池の単位モジュール（固体電解質形燃料電池モジュール）１は、固体電解質形燃料電池支持構造体（以下、「支持構造体」という）２０を備える。支持構造体２０の一方側の表面上には、セルを構成するアノード層としての厚みが１００〜３００μｍの燃料極層１１と、厚みが１０〜５０μｍの固体電解質層１２と、カソード層としての厚みが１００〜３００μｍの空気極層１３とが形成されている。単一の電池構造部は、燃料極層１１、固体電解質層１２および空気極層１３からなるセルを含む。なお、図１では、支持構造体２０の一方側の表面上に、電池構造部として、燃料極層１１、固体電解質層１２および空気極層１３が順に形成されることによって単位モジュールが構成されているが、空気極層１３、固体電解質層１２および燃料極層１１が順に形成されることによって単位モジュールが構成されてもよい。
【００２８】
図２に示すように、固体電解質形燃料電池１００は、電池構造部として複数のセル１０を有し、最上部に位置するセルには支持構造体２０を介して厚みが１０〜２０μｍの集電板３０が電気的に接続するように配置され、最下部に位置するセルには支持構造体２０を介して厚みが１０〜２０μｍの集電板４０が電気的に接続するように配置されている。複数のセル１０の各々は、順に積層された燃料極層１１と固体電解質層１２と空気極層１３とからなる。支持構造体２０は、複数のセル１０の間に配置される厚みが１００μｍ程度のセラミックスを含む材料からなるセル間分離部２１ａと、セラミックスからなるガス供給路構造部２１ｂとから構成される。
【００２９】
図１と図２に示すように、セル間分離部２１ａは、複数のセルの各々に供給されるアノードガスとしての燃料ガスと、カソードガスとしての酸化剤ガスである空気とを分離する電気絶縁体２１と、電気絶縁体２１内に形成され、かつ、複数のセル１０を相互に電気的に接続する複数の電気導電体２２とから形成される。集電板３０は電気導電体２２を通じて最上部のセルの燃料極層１１に電気的に接続され、集電板４０は電気導電体２２を通じて最下部のセルの空気極層１３に電気的に接続されている。
【００３０】
図１と図２に示すように、ガス供給路構造部２１ｂの本体、すなわち、燃料ガス供給路２３と空気供給路２４を形成する壁部は、セラミックスからなり、セル間分離部２１ａを形成する電気絶縁体２１と同じ電気絶縁体からなり、セル間分離部２１ａを形成する電気絶縁体２１に連続して形成されている。すなわち、ガス供給路構造部２１ｂとセル間分離部２１ａとが一体的に形成されている。また、ガス供給路構造部２１ｂと固体電解質層１２とが一体的に形成されている。
【００３１】
なお、電気絶縁体２１は、たとえば、添加量３モル％のイットリア（Ｙ2Ｏ3）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（イットリア安定化ジルコニア：ＹＳＺ）、添加量１２モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（セリア安定化ジルコニア：ＣｅＳＺ）等を用いて形成される。電気導電体２２は、たとえば、銀（Ａｇ）‐白金（Ｐｔ）合金、銀（Ａｇ）‐パラジウム（Ｐｄ）合金等を用いて形成される。固体電解質層１２は、たとえば、添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）、添加量１１モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジア安定化ジルコニア：ＳｃＳＺ）等を用いて形成される。燃料極層１１は、たとえば、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と、添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）との混合物等を用いて形成される。空気極層１３は、たとえば、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3と、添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）との混合物等を用いて形成される。集電板３０と４０は、たとえば、銀（Ａｇ）から形成される。
【００３２】
（実施形態１）
図３は、図１の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。図３のＩＩ−ＩＩ線に沿った方向から見た断面が図１と図２に対応する。
【００３３】
図３に示すように、電池構造部を構成する単一のセルは、２つの燃料極層１１ａ、１１ｂと２つの空気極層１３ａ、１３ｂを備えている。図示されていないが、２つの燃料極層１１ａ、１１ｂと２つの空気極層１３ａ、１３ｂの間には、固体電解質層が介在している。支持構造体２０の一部であるガス供給路構造部２１ｂには、セルに燃料ガスを供給するためのアノードガス供給路としての２つの燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと、セルに空気を供給するためのカソードガス供給路としての１つの空気供給路２４とが形成されている。燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂおよび空気供給路２４のそれぞれは、一方向に延在する開口、すなわち、細長い貫通孔で形成されている。図示されていないが、支持構造体２０と同じ大きさの固体電解質層にも、２つの燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと１つの空気供給路２４とが形成されている。
【００３４】
燃料ガス供給路２３ａは燃料極層１１ａの一方側（図３にて左側）の側面に接触するように配置され、燃料ガス供給路２３ｂは燃料極層１１ｂの一方側（図３にて左側）の側面に接触するように配置されている。空気供給路２４は、空気極層１３ａと空気極層１３ｂの間に介在し、空気極層１３ａの一方側の側面（図３にて下側）に接触するように配置され、かつ、空気極層１３ｂの一方側の側面（図３にて上側）に接触するように配置されている。この配置により、空気供給路２４が電池構造部の内部に配置されている。
【００３５】
図３において、燃料ガスは、左側に配置された燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂのそれぞれから右に向かって燃料極層１１ａ、１１ｂのそれぞれに流れる。空気は、電池構造部の内部または中央部に配置された空気供給路２４から上に向かって空気極層１３ａに流れるとともに、空気供給路２４から下に向かって空気極層１３ｂに流れる。このように、実施形態１の固体電解質形燃料電池１００では、燃料ガスの流れと空気の流れが直交する。
【００３６】
図４は、図２に示す支持構造体２０の部分２０ａを構成する部分２０ａ１を示す。図４（Ａ）に示すように、部分２０ａ１には、２つの燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと１つの空気供給路２４とが形成されている。燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂおよび空気供給路２４のそれぞれは、一方向に延在する開口、すなわち、細長い貫通孔で形成されている。変形例として、図４（Ｂ)に示すように、燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂおよび空気供給路２４のそれぞれは、一方向に間隔をあけて配置された複数の開口、すなわち、複数の円形状の貫通孔で形成されてもよい。
【００３７】
（実施形態２）
図１２は、図１の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。図１２のＩＩ−ＩＩ線に沿った方向から見た断面が図１と図２に対応する。
【００３８】
図１２に示すように、電池構造部を構成する単一のセルは、４つの燃料極層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと４つの空気極層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを備えている。図示されていないが、４つの燃料極層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと４つの空気極層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの間には、固体電解質層が介在している。支持構造体２０の一部であるガス供給路構造部２１ｂには、セルに燃料ガスを供給するためのアノードガス供給路としての２つの燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと、セルに空気を供給するためのカソードガス供給路としての２つの空気供給路２４ａ、２４ｂとが形成されている。燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂおよび空気供給路２４ａ、２４ｂのそれぞれは、一方向に延在する開口、すなわち、細長い貫通孔で形成されている。図示されていないが、支持構造体２０と同じ大きさの固体電解質層にも、２つの燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと２つの空気供給路２４ａ、２４ｂとが形成されている。
【００３９】
燃料ガス供給路２３ａは、燃料極層１１ａと燃料極層１１ｂの間に介在し、燃料極層１１ａの一方側の側面（図１２にて右側）に接触するように配置され、かつ、燃料極層１１ｂの一方側の側面（図１２にて左側）に接触するように配置されている。燃料ガス供給路２３ｂは、燃料極層１１ｃと燃料極層１１ｄの間に介在し、燃料極層１１ｃの一方側の側面（図１２にて右側）に接触するように配置され、かつ、燃料極層１１ｄの一方側の側面（図１２にて左側）に接触するように配置されている。この配置により、燃料ガス供給路２３が電池構造部の内部に配置されている。
【００４０】
空気供給路２４ａは、空気極層１３ａと空気極層１３ｃの間に介在し、空気極層１３ａの一方側の側面（図１２にて下側）に接触するように配置され、かつ、空気極層１３ｃの一方側の側面（図１２にて上側）に接触するように配置されている。空気供給路２４ｂは、空気極層１３ｂと空気極層１３ｄの間に介在し、空気極層１３ｂの一方側の側面（図１２にて下側）に接触するように配置され、かつ、空気極層１３ｄの一方側の側面（図１２にて上側）に接触するように配置されている。この配置により、空気供給路２４が電池構造部の内部に配置されている。
【００４１】
図１２において、燃料ガスは、電池構造部の内部または中央部に配置された燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂのそれぞれから左右方向に燃料極層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄのそれぞれに流れる。空気は、電池構造部の内部または中央部に配置された空気供給路２４ａ、２４ｂのそれぞれから上下方向に空気極層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのそれぞれに流れる。このように、実施形態２の固体電解質形燃料電池１００では、燃料ガスの流れと空気の流れが直交する。
【００４２】
図１３は、図２に示す支持構造体２０の部分２０ａを構成する部分２０ａ１を示す。図１３（Ａ）に示すように、部分２０ａ１には、２つの燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと２つの空気供給路２４ａ、２４ｂが形成されている。燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂおよび空気供給路２４ａ、２４ｂのそれぞれは、一方向に延在する開口、すなわち、細長い貫通孔で形成されている。変形例として、図１３（Ｂ)に示すように、燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂおよび空気供給路２４ａ、２４ｂのそれぞれは、一方向に間隔をあけて配置された複数の開口、すなわち、複数の円形状の貫通孔で形成されてもよい。
【００４３】
以上のように構成された固体電解質形燃料電池１００においては、燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂまたは空気供給路２４ａ、２４ｂの少なくともいずれか一方が電池構造部の内部に配置されているので、燃料ガスまたは空気の少なくともいずれか一方が、電池構造部の内部から外部に流れる。このため、セパレータの機能を果たすセル間分離部２１ａとセルの温度が発電によって発生する熱に起因して局所的に上昇するのを抑制することができる。これにより、セル間分離部２１ａに生じる熱応力を小さくすることができるので、セル間分離部２１ａとセルが破壊するのを防止することができる。
【００４４】
また、燃料ガスまたは空気の少なくともいずれか一方が、電池構造部の内部から外部に流れるので、発電によって発生する熱を冷却するガスとして作用する。このため、電池構造部の内部の温度上昇を抑制することができる。
【００４５】
さらに、電池構造部の内部に配置された燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂまたは空気供給路２４、２４ａ、２４ｂの少なくともいずれか一方によって、燃料極層１１ａ〜１１ｄまたは空気極層１３ａ〜１３ｄの少なくともいずれか一方が分断されるため、発電によって熱が発生する箇所を分散することができる。これにより、電池構造部の内部の温度上昇を抑制することができる。
【００４６】
本発明の固体電解質形燃料電池１００において、ガス供給路構造部２１ｂとセル間分離部２１ａとが一体的に形成されている。このように構成することにより、マニホールドの機能を果たすガス供給路構造部２１ｂと、セパレータの機能を果たすセル間分離部２１ａとが一体的に形成されているので、セパレータとマニホールドの二つの機能を果たす部分が連続して形成されている。このため、従来の固体電解質形燃料電池において必要であった、セパレータ間とセル‐マニホールド間のシール部材が不要となる。これにより、電池全体としてのガスに対するシール性を高めることができ、部材点数を少なくすることができ、その結果として製造工程数を削減することができる。
【００４７】
また、本発明の固体電解質形燃料電池１００において、ガス供給路構造部２１ｂと固体電解質層１２とが一体的に形成されている。このように構成することにより、ガス供給路構造部２１ｂと固体電解質層１２が接する部分においてガラス等を用いてシールする必要がなくなる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明の固体電解質形燃料電池を作製した実施例１、２と、本発明の構造と比較するために固体電解質形燃料電池を作製した比較例について説明する。【００４９】
（実施例１）
まず、図１〜図３に示す実施形態１の固体電解質形燃料電池の単位モジュールを構成する各部材の材料粉末を以下のとおり準備した。【００５０】
燃料極層１１ａ、１１ｂ：酸化ニッケル（ＮｉＯ）６０重量％と、添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）４０重量％との混合物【００５１】
固体電解質層１２：添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ２Ｏ３）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）【００５２】
空気極層１３ａ、１３ｂ：Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3６０重量％と、添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）４０重量％との混合物【００５３】
図１に示す固体電解質形燃料電池支持構造体２０にて部分２０ａ、部分２０ｂおよび部分２０ｃ（図２）については、電気絶縁材料を作製するために以下に示す材料粉末を準備した。【００５４】
添加量１２モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（セリア安定化ジルコニア：ＣｅＳＺ）に１０重量％のジルコン（ＺｒＳｉＯ4）を添加したもの【００５５】
以上のように準備された材料を用いて、まず、図２に示すように、固体電解質形燃料電池支持構造体２０を構成する部分２０ａ、２０ｂおよび２０ｃについて３種類の形状の各グリーンシートを以下のように作製した。部分２０ａは、下から順に、部分２０ａ２（図５参照）、部分２０ａ１（図４（Ａ）参照）および部分２０ａ３（図６）が積層されて構成される。部分２０ｂは図７に示されている。部分２０ｃは図８に示されている。【００５６】
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３については、電気絶縁材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物（重量比率で混合比が１：４）とを混合した後、ドクターブレード法により固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートを作製した。【００５７】
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートでは、図４（Ａ）、図５、図６に示すように、電気絶縁体２１に複数の電気導電体２２を形成するための貫通孔を形成した。これらの貫通孔に５０重量％の銀と５０重量％のパラジウムとからなるペーストを充填することにより、電気導電体２２を形成するための導電性ペースト充填層を作製した。【００５８】
また、図４（Ａ）、図５、図６に示すように、部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３には、燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと空気供給路２４を形成するために細長い貫通孔を形成した。【００５９】
部分２０ａ２のグリーンシートでは、図５に示すように、燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂを形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂを形成した。この燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂは、焼成後において消失することにより、燃料ガスを供給する燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂに通じ、かつ、燃料極層１１ａ、１１ｂに燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路になる。【００６０】
部分２０ａ３のグリーンシートでは、図６に示すように、空気供給路２４を形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを形成した。この空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃは、焼成後において消失することにより、空気を供給する空気供給路２４に通じ、かつ、空気極層１３ａ、１３ｂに空気を流通させる空気流通路になる。【００６１】
次に、部分２０ｂについては、電気絶縁材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物（重量比率で混合比が１：４）とを混合した後、ドクターブレード法により固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ｂのグリーンシートを作製した。【００６２】
部分２０ｂのグリーンシートでは、図３に示す空気供給路２４を形成するための隙間を存在させて空気極層１３ａ、１３ｂのグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図７に示すように、ほぼＵ字形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、図２と図３に示すように電気絶縁体２１に燃料ガス供給路２３（２３ａ、２３ｂ）を形成するための細長い貫通孔を部分２０ｂのグリーンシートに形成した。【００６３】
そして、部分２０ｃについては、電気絶縁材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物（重量比率で混合比が１：４）とを混合した後、ドクターブレード法により固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ｃのグリーンシートを作製した。【００６４】
部分２０ｃのグリーンシートでは、図３に示す燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂを形成するための隙間を存在させて燃料極層１１ａ、１１ｂのグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図８に示すように、ほぼＷ字形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、図３に示すように電気絶縁体２１に空気供給路２４を形成するための細長い貫通孔を部分２０ｃのグリーンシートに形成した。【００６５】
次に、図３に示す空気極層１３ａ、１３ｂおよび燃料極層１１ａ、１１ｂ、ならびに図１と図２に示す固体電解質層１２のグリーンシートを以下のようにして作製した。【００６６】
燃料極層１１ａ、１１ｂと空気極層１３ａ、１３ｂのそれぞれの材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物（重量比率で混合比が１：４）とを混合した後、ドクターブレード法により、燃料極層１１ａ、１１ｂと空気極層１３ａ、１３ｂのグリーンシートを作製した。【００６７】
固体電解質層１２の材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物（重量比率で混合比が１：４）とを混合した後、ドクターブレード法により固体電解質層１２のグリーンシートを作製した。【００６８】
具体的には図９に示す形状で燃料極層１１ａ、１１ｂのグリーンシートを作製し、図１０に示す形状で固体電解質層１２のグリーンシートを作製し、図１１に示す形状で空気極層１３ａ、１３ｂのグリーンシートを作製した。固体電解質層１２のグリーンシートには、図１０に示すように、燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと空気供給路２４を形成するための細長い貫通孔を形成した。【００６９】
以上のようにして作製された、固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ｃ、２０ａおよび２０ｂのグリーンシートを順に積層し、さらにこれらに、空気極層１３ａ、１３ｂ、固体電解質層１２および燃料極層１１ａ、１１ｂのグリーンシートを順に嵌め合わせて積層することにより、図２に示す固体電解質形燃料電池支持構造体２０（焼成後のセル間分離部２１ａの厚み：１００μｍ）／空気極層１３（焼成後の厚み：２００μｍ）／固体電解質層１２（焼成後の厚み：２０μｍ）／燃料極層１１（焼成後の厚み：２００μｍ）からなる固体電解質形燃料電池単位モジュールを４組積層し、最上部にはガス供給路を形成していない固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ａを積層した。この積層体を１０００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力、８０℃の温度にて２分間、冷間静水圧成形することにより圧着した。この圧着体を温度４００〜５００℃の範囲内で脱脂処理を施した後、温度１３００℃〜１４００℃の範囲内で２時間保持することにより、焼成した。このようにして実施例１の固体電解質形燃料電池の試料（平面積が８５ｍｍ×８５ｍｍ）を作製した。【００７０】
以上のようにして作製された実施例１の固体電解質形燃料電池の試料の上面と下面に、図２に示すように、銀からなる厚みが２０μｍの集電板３０と４０を固着した。【００７１】
（実施例２）
まず、図１、図２、図１２に示す実施形態２の固体電解質形燃料電池の単位モジュールを構成する各部材である燃料極層１１ａ〜１１ｄ、固体電解質層１２、空気極層１３ａ〜１３ｂ、部分２０ａ〜２０ｃの材料粉末を実施例１と同様にして準備した。【００７２】
以上のように準備された材料を用いて、まず、図２に示すように、固体電解質形燃料電池支持構造体２０を構成する部分２０ａ、２０ｂおよび２０ｃについて３種類の形状の各グリーンシートを以下のように作製した。部分２０ａは、下から順に、部分２０ａ２（図１４参照）、部分２０ａ１（図１３（Ａ）参照）および部分２０ａ３（図１５）が積層されて構成される。部分２０ｂは図１６に示されている。部分２０ｃは図１７に示されている。【００７３】
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。【００７４】
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートでは、図１３（Ａ）、図１４、図１５に示すように、電気絶縁体２１に複数の電気導電体２２を形成するための導電性ペースト充填層を実施例１と同様にして作製した。【００７５】
また、図１３（Ａ）、図１４、図１５に示すように、部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３には、燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと空気供給路２４ａ、２４ｂを形成するために細長い貫通孔を形成した。【００７６】
部分２０ａ２のグリーンシートでは、図１４に示すように、燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂを形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂを形成した。この燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂは、焼成後において消失することにより、燃料ガスを供給する燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂに通じ、かつ、燃料極層１１ａ〜１１ｄに燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路になる。【００７７】
部分２０ａ３のグリーンシートでは、図１５に示すように、空気供給路２４ａ、２４ｂを形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂを形成した。この空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂは、焼成後において消失することにより、空気を供給する空気供給路２４ａ、２４ｂに通じ、かつ、空気極層１３ａ〜１３ｄに空気を流通させる空気流通路になる。【００７８】
次に、部分２０ｂのグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。【００７９】
部分２０ｂのグリーンシートでは、図１２に示す空気供給路２４ａ、２４ｂを形成するための隙間を存在させて空気極層１３ａ〜１３ｄのグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図１６に示すような形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、図２と図１２に示すように電気絶縁体２１に燃料ガス供給路２３（２３ａ、２３ｂ）を形成するための細長い貫通孔を部分２０ｂのグリーンシートに形成した。【００８０】
そして、部分２０ｃのグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。【００８１】
部分２０ｃのグリーンシートでは、図１２に示す燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂを形成するための隙間を存在させて燃料極層１１ａ〜１１ｄのグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図１７に示すような形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、図１２に示すように電気絶縁体２１に空気供給路２４ａ、２４ｂを形成するための細長い貫通孔を部分２０ｃのグリーンシートに形成した。【００８２】
次に、図１２に示す空気極層１３ａ〜１３ｄおよび燃料極層１１ａ〜１１ｄ、ならびに図１と図２に示す固体電解質層１２のグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。【００８３】
具体的には図１８に示す形状で燃料極層１１ａ〜１１ｄのグリーンシートを作製し、図１９に示す形状で固体電解質層１２のグリーンシートを作製し、図２０に示す形状で空気極層１３ａ〜１３ｄのグリーンシートを作製した。固体電解質層１２のグリーンシートには、図１９に示すように、燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと空気供給路２４ａ、２４ｂを形成するための細長い貫通孔を形成した。【００８４】
以上のようにして作製された、固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ｃ、２０ａおよび２０ｂのグリーンシートを順に積層し、さらにこれらに、空気極層１３ａ、１３ｂ、固体電解質層１２および燃料極層１１ａ、１１ｂのグリーンシートを順に嵌め合わせて積層することにより、図２に示す固体電解質形燃料電池支持構造体２０（焼成後のセル間分離部２１ａの厚み：１００μｍ）／空気極層１３（焼成後の厚み：２００μｍ）／固体電解質層１２（焼成後の厚み：２０μｍ）／燃料極層１１（焼成後の厚み：２００μｍ）からなる固体電解質形燃料電池単位モジュールを４組積層し、最上部にはガス供給路を形成していない固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ａを積層した。この積層体を、実施例１と同様にして、冷間静水圧成形することにより圧着した。この圧着体を、実施例１と同様にして、脱脂処理を施した後、焼成した。このようにして実施例２の固体電解質形燃料電池の試料（平面積が８５ｍｍ×８５ｍｍ）を作製した。【００８５】
以上のようにして作製された実施例２の固体電解質形燃料電池の試料の上面と下面に、図２に示すように、銀からなる厚みが２０μｍの集電板３０と４０を固着した。【００８６】
（比較例）
まず、図１、図２、図２１に示す固体電解質形燃料電池の単位モジュールを構成する各部材である燃料極層１１、固体電解質層１２、空気極層１３、部分２０ａ〜２０ｃの材料粉末を実施例１と同様にして準備した。【００８７】
なお、図２１は、図１の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。図２１のＩＩ−ＩＩ線に沿った方向から見た断面が図１と図２に対応する。本発明の比較の形態としての固体電解質形燃料電池では、図２１に示すように、ガス供給路構造部２１ｂは、複数のセル１０の各々の燃料極層１１の一方側の側面に接触するように配置された、燃料ガスを供給するためのアノードガス供給路としての燃料ガス供給路２３と、空気極層１３の一方側の側面に接触するように配置された、空気を供給するためのカソードガス供給路としての空気供給路２４とを有する。図２１において、燃料ガスは、左側に配置された燃料ガス供給路２３から右に向かって流れるとともに、空気は、上側に配置された空気供給路２４から下に向かって流れる。このように、この比較の形態の固体電解質形燃料電池１００では、燃料ガス供給路２３と空気供給路２４とが電池構造部の外側に配置されている。【００８８】
以上のように準備された材料を用いて、まず、図２に示すように、固体電解質形燃料電池支持構造体２０を構成する部分２０ａ、２０ｂおよび２０ｃについて３種類の形状の各グリーンシートを以下のように作製した。部分２０ａは、下から順に、部分２０ａ２（図２３参照）、部分２０ａ１（図２２参照）および部分２０ａ３（図２４）が積層されて構成される。部分２０ｂは図２５に示されている。部分２０ｃは図２６に示されている。【００８９】
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。【００９０】
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートでは、図２２、図２３、図２４に示すように、電気絶縁体２１に複数の電気導電体２２を形成するための導電性ペースト充填層を実施例１と同様にして作製した。【００９１】
また、図２２、図２３、図２４に示すように、部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３には、燃料ガス供給路２３と空気供給路２４を形成するために細長い貫通孔を形成した。【００９２】
部分２０ａ２のグリーンシートでは、図２３に示すように、燃料ガス供給路２３を形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃを形成した。この燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃは、焼成後において消失することにより、燃料ガスを供給する燃料ガス供給路２３に通じ、かつ、燃料極層１１に燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路になる。【００９３】
部分２０ａ３のグリーンシートでは、図２４に示すように、空気供給路２４を形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを形成した。この空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃは、焼成後において消失することにより、空気を供給する空気供給路２４に通じ、かつ、空気極層１３に空気を流通させる空気流通路になる。【００９４】
次に、部分２０ｂのグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。【００９５】
部分２０ｂのグリーンシートでは、図２１に示す空気供給路２４を形成するための隙間を存在させて空気極層１３のグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図２５に示すように、ほぼＵ字形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、図２と図２１に示すように電気絶縁体２１に燃料ガス供給路２３を形成するための細長い貫通孔を部分２０ｂのグリーンシートに形成した。【００９６】
そして、部分２０ｃのグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。【００９７】
部分２０ｃのグリーンシートでは、図２１に示す燃料ガス供給路２３を形成するための隙間を存在させて燃料極層１１のグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図２６に示すように、ほぼＵ字形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、図２１に示すように電気絶縁体２１に空気供給路２４を形成するための細長い貫通孔を部分２０ｃのグリーンシートに形成した。【００９８】
次に、図２１に示す空気極層１３および燃料極層１１、ならびに図１と図２に示す固体電解質層１２のグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。【００９９】
具体的には図２７に示す形状で燃料極層１１のグリーンシートを作製し、図２８に示す形状で固体電解質層１２のグリーンシートを作製し、図２９に示す形状で空気極層１３のグリーンシートを作製した。固体電解質層１２のグリーンシートには、図２８に示すように、燃料ガス供給路２３と空気供給路２４を形成するための細長い貫通孔を形成した。【０１００】
以上のようにして作製された、固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ｃ、２０ａおよび２０ｂのグリーンシートを順に積層し、さらにこれらに、空気極層１３、固体電解質層１２および燃料極層１１のグリーンシートを順に嵌め合わせて積層することにより、図２に示す固体電解質形燃料電池支持構造体２０（焼成後のセル間分離部２１ａの厚み：１００μｍ）／空気極層１３（焼成後の厚み：２００μｍ）／固体電解質層１２／燃料極層１１（焼成後の厚み：２００μｍ）からなる固体電解質形燃料電池単位モジュールを４組積層し、最上部にはガス供給路を形成していない固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ａを積層した。この積層体を、実施例１と同様にして、冷間静水圧成形することにより圧着した。この圧着体を、実施例１と同様にして、脱脂処理を施した後、焼成した。このようにして比較例の固体電解質形燃料電池の試料（平面積が８５ｍｍ×８５ｍｍ）を作製した。【０１０１】
以上のようにして作製された比較例の固体電解質形燃料電池の試料の上面と下面に、図２に示すように、銀からなる厚みが２０μｍの集電板３０と４０を固着した。【０１０２】
得られた実施例１、２と比較例の各試料の燃料電池を８００℃に昇温して、５％の水蒸気を含む水素ガスと空気とをそれぞれ、燃料ガス供給路２３（２３ａ、２３ｂ）と空気供給路２４（２４ａ、２４ｂ）とを通じて供給することにより、発電した。また、水素ガスと空気の供給量を増加させることにより、発電によって得られる電流密度を増大させた。【０１０３】
各電流密度［Ａ／ｃｍ2］について、実施例１、２と比較例の各試料の燃料電池の内部における温度を測定した。なお、温度は、垂直方向では図２に示すＭの位置にて、平面的には、実施例１では図３、実施例２では図１２、および、比較例では図２１において、それぞれ、○で囲んだ数字が示す位置にて測定した。その測定結果を実施例１については図３０、実施例２については図３１、比較例については図３２に示す。なお、図３１〜図３３には最大温度と最小温度の差ΔＴも示す。【０１０４】
実施例１では、図３０から、電流密度を０．３Ａ／ｃｍ2まで増大させても、温度差は５０℃程度に抑制されていることがわかり、発電中にセルにクラック等の破損は生じなかった。【０１０５】
実施例２では、図３１から、電流密度を０．３Ａ／ｃｍ2まで増大させても、温度差は３０℃程度に抑制されており、さらに電流密度を０．５Ａ／ｃｍ2まで増大させても、温度差は５０℃程度に抑制されており、発電中にセルにクラック等の破損は生じなかった。【０１０６】
上記の実施例１、２に対して、比較例では、図３２から、電流密度を０．３Ａ／ｃｍ2まで増大させると、８０℃程度の温度差が生じていることがわかり、発電中にセルにクラック等の破損は生じた。【０１０７】
以上の結果から、実施例１では、電池構造部の内部に配置された空気供給路２４（図３）から、空気がセルの内部から外部へ、すなわち両側端部に向かう方向に流れるので、発電によって発生する熱に起因して、セパレータの機能を果たすセル間分離部２１ａとセルの温度が局所的に上昇するのを抑制することができ、温度差を抑制することができる。これにより、セル間分離部２１ａに生じる熱応力を小さくすることができるので、セル間分離部２１ａとセルが破壊するのを防止することができる。【０１０８】
また、実施例１では、空気が、セルの内部から外部へ流れるので、発電によって発生する熱を冷却するガスとして作用する。このため、電池構造部の内部の温度上昇を抑制することができる。【０１０９】
さらに、実施例１では、電池構造部の内部に配置された空気供給路２４によって、高温部としての空気極層が空気極層１３ａと空気極層１３ｂとに２分割されるため、発電によって熱が発生する箇所を分散することができるとともに、熱の放散方向を２経路にすることができる。これにより、電池構造部の内部の局所的な温度上昇をより効果的に抑制することができ、温度差をより抑制することができる。【０１１０】
実施例２では、電池構造部の内部に配置された燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと空気供給路２４ａ、２４ｂ（図１２）とから、水素と空気とがセルの内部から外部へ、すなわち外周側端部に向かう方向に流れるので、発電によって発生する熱に起因して、セパレータの機能を果たすセル間分離部２１ａとセルの温度が局所的に上昇するのを抑制することができ、温度差を抑制することができる。これにより、セル間分離部２１ａに生じる熱応力を小さくすることができるので、セル間分離部２１ａとセルが破壊するのを防止することができる。【０１１１】
また、実施例２では、空気が、セルの内部から外部へ流れるので、発電によって発生する熱を冷却するガスとして作用する。このため、電池構造部の内部の温度上昇を抑制することができる。【０１１２】
さらに、実施例２では、電池構造部の内部に配置された燃料ガス供給路２３ａ、２３ｂと空気供給路２４ａ、２４ｂによって、高温部としての燃料極層と空気極層が、それぞれ、燃料極層１１ａ〜１１ｄに、空気極層１３ａ〜１３ｄに、４分割されるため、発電によって熱が発生する箇所を分散することができるとともに、熱の放散方向を４経路にすることができる。これにより、電池構造部の内部の局所的な温度上昇をさらに効果的に抑制することができ、温度差をさらに抑制することができる。【０１１３】
今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明によれば、発電によって発生するセパレータとセルの局所的な温度上昇を抑制することができ、セパレータとセルが破壊するのを防止することができるので、本発明は、セラミックス材料からなるセパレータを用いた種々のタイプの固体電解質形燃料電池に適用することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１：固体電解質形燃料電池の単位モジュール、１１、１１ａ〜１１ｄ：燃料極層、１２：固体電解質層、１３、１３ａ〜１３ｄ：空気極層、２０：固体電解質形燃料電池支持構造体、２１：電気絶縁体、２１ａ：セル間分離部、２１ｂ：ガス供給路構造部、２２：電気導電体、２３、２３ａ、２３ｂ：燃料ガス供給路、２４、２４ａ、２４ｂ：空気供給路、１００：固体電解質形燃料電池。
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
2014050714.tif 000032
【図３１】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年5月23日(2016.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がアノード、固体電解質およびカソードからなる複数のセルを含む電池構造部と、
複数のセルの間に配置され、セラミックスを含む材料から形成されたセル間分離部と、
前記セル間分離部を貫通して前記複数のセルの各々に接続するように設けられたガス供給流路部であって、前記複数のセルの各々にアノードガスを供給するアノードガス供給路と、前記複数のセルの各々にカソードガスを供給するカソードガス供給路とを有するガス供給路構造部とを備え、
平面視において、前記アノードとカソードとは、前記アノードと前記カソードとが重畳している重畳部が複数形成されるように設けられており、
前記アノードガス供給路および前記カソードガス供給路の少なくとも一方が、平面視において隣り合う前記重畳部の間に配置されている部分を有する、固体電解質形燃料電池。
【請求項２】
前記ガス供給路構造部と前記セル間分離部とが一体的に形成されている、請求項１に記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項３】
前記ガス供給路構造部と前記固体電解質とが一体的に形成されている、請求項１または２に記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項４】
前記セル間分離部は、セラミックスからなり、かつ、前記複数のセルの各々に供給されるアノードガスとカソードガスを分離する電気絶縁体と、前記電気絶縁体内に形成され、かつ、前記複数のセルを相互に電気的に接続する電気導電体とから形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項５】
前記アノードガス供給路および前記カソードガス供給路の少なくとも一方が、一方向に延在する開口を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項６】
前記アノードガス供給路および前記カソードガス供給路の少なくとも一方が、一方向に間隔をあけて配置された複数の開口を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
【国際調査報告】
2014050714.tif 000035
2014050714.tif 000036