(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面，および第２主面を有する固体酸化物電解質層と，前記第１主面に配置され，空気極および燃料極の一方である第１電極部と，前記第２主面に配置され，前記空気極および前記燃料極の他方である第２電極部と，を有し，反応ガスの発電反応により電力を発生する燃料電池セルと，
前記第１電極部と対向して配置されるインターコネクタと，
前記第１電極部と前記インターコネクタとを電気的に接続する集電部と，を具備する燃料電池であって，
前記第１電極部が，
前記集電部と接続される内周部と，
前記集電部より外周側に配置され，前記内周部より高さが高い，外周部と，を有する，
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料電池セルに接合され，前記第１電極部が露出する開口部を有する金属製のセパレータと，
前記開口部と前記燃料電池セルとの界面を封止する，ガラスを含む封止部と，をさらに具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記封止部と前記外周部との距離が，０．２ｍｍ以上，３ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記外周部と前記第１電極部と対向して配置されるインターコネクタとの間の距離が，０．２ｍｍ以上である
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記外周部が，少なくとも前記第１電極部に供給される反応ガスの流入側に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記外周部が，前記第１電極部のうち，前記第１電極部に供給される反応ガスの流入側のみに配置される
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記外周部が，前記内周部の全周に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第２電極部と電気的に接続される第２集電部をさらに具備し，
前記第２電極部が，
前記第２集電部と接続される第２内周部と，
前記第２集電部より外周側に配置され，前記第２内周部より高さが高い，第２外周部と，を有する，
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の燃料電池。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の燃料電池を１つ又は２つ以上備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，燃料電池および燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（以下，「ＳＯＦＣ」とも記す場合がある）が知られている。ＳＯＦＣは，例えば，板状の固体電解質層の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを有する。正負の電極（燃料極および空気極）それぞれに，反応ガス（燃料ガス（例えば，水素）および酸化剤ガス（例えば，空気中の酸素））を供給し，固体電解質層を介して化学反応させることで，電力を発生させる（特許文献２参照）。燃料極または空気極には，集電部が電気的に接続される。また，燃料ガスと酸化剤ガスとを分離するため，燃料電池セルは，セパレータに接合され，セパレータ付き燃料電池セルとなる。燃料電池セルと集電部とを有する燃料電池が，１つ又は２以上連続して，配置されることでスタック（燃料電池スタック）が構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許文献１：特開２０１０−１６５６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで，反応ガス中にＣｒ，Ｓｉ，Ｂ，Ｓ等，燃料電池セルの機能を低下させる被毒物質が含まれることがある。被毒物質が電極（空気極または燃料極）に到達すると，電極での反応ガスの反応が阻害され，燃料電池セルの出力が低下する。この場合，一般に，活性炭等のフィルタを反応ガスの上流に設け，反応ガス中の被毒物質をトラップ（吸着）し，電極への到達を防止できる。
しかしながら，ＳＯＦＣの内部（例えば，封止材や配管）で被毒物質が飛散し，反応ガスに混入する場合がある。この場合，ＳＯＦＣの内部で飛散する被毒物質を効果的にトラップ（除去）することは困難である。特に，燃料電池セルとセパレータとを接合する箇所は燃料電池セルの近傍であるため，この箇所から飛散する被毒物質を効果的に除去するのは困難である。
本発明は，被毒物質による性能の低下が抑制された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】
【０００５】
（１）本発明の一態様に係る燃料電池は，第１主面，および第２主面を有する固体電解質層と，前記第１主面に配置され，空気極および燃料極の一方である第１電極部と，前記第２主面に配置され，前記空気極および前記燃料極の他方である第２電極部と，を有し，反応ガスの発電反応により電力を発生する燃料電池セルと，
前記第１電極部と対向して配置されるインターコネクタと，
前記第１電極部と前記インターコネクタとを電気的に接続する集電部と，を具備する燃料電池であって，
前記第１電極部が，
前記集電部と接続される内周部と，
前記集電部より外周側に配置され，前記内周部より高さが高い，外周部と，を有することを特徴とする。【０００６】
反応ガスが，第１電極部の特性を低下する被毒物質（Ｃｒ，Ｓｉ，Ｂ，Ｓ等）を含む可能性がある。第１電極部が内周部より高さが高い外周部を有することで，外周部で被毒物質がトラップされ，内周部での被毒が抑制される。この結果，第１電極部の特性の低下が抑制され，長期間に亘って，燃料電池の特性を確保可能となる。
なお，集電部は，第１電極部に接続されるとともに，導電性を有する部材である。【０００７】
（２）前記燃料電池セルに接合され，前記第１電極部が露出する開口部を有する金属製のセパレータと，
前記開口部と前記燃料電池セルとの界面を封止する，ガラスを含む封止部と，をさらに具備しても良い。【０００８】
燃料電池セルとセパレータとを封止するために，ガラス（非晶質ガラス，結晶化ガラスなど）を含む封止部が，燃料電池セルとセパレータの接合部分の界面に配置される。このガラスが，Ｓｉ，Ｂ等の被毒物質を含み，この被毒物質が第１電極部の特性を低下する可能性がある。この場合でも，第１電極部が内周部より高さが高い外周部を有することで，外周部で被毒物質がトラップされ，内周部での被毒が抑制される。【０００９】
なお，セパレータと接合される燃料電池セルの部位は，（ａ）固体電解質層，（ｂ）第１電極部の場合がある。固体電解質層の第１主面の一部（例えば，外周近傍）に第１電極部が配置されていない場合，セパレータと固体電解質層との接合が可能である。【００１０】
（３）前記封止部と前記外周部との距離が，０．２ｍｍ以上，３ｍｍ以下であることが好ましい。
封止部と外周部との距離が，０．２ｍｍより小さいと，第１電極部に封止部が触れて毛細管力で第１電極部の内部に染み込み，被毒を助長する畏れがある。
封止部と外周部との距離が，３ｍｍを超えると，封止部から飛散する被毒物質が周囲に拡散しやすくなり，トラップ効果が弱くなる可能性がある。【００１１】
（４）前記外周部と前記第１電極部と対向して配置されるインターコネクタとの間の距離が，０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
外周部と当該インターコネクタとの間の距離が，０．２ｍｍ未満では，反応ガスの流れが悪くなり，燃料電池の出力特性が低下する可能性がある。【００１２】
（５）前記外周部が，少なくとも前記第１電極部に供給される反応ガスの流入側に配置されても良い。
少なくとも，流入側からの被毒を効果的に抑制できる。
なお，反応ガスの流入側は，燃料ガスまたは酸化剤ガスが供給されるガス供給口がある上流側である。【００１３】
（６）前記外周部が，前記第１電極部のうち，前記第１電極部に供給される反応ガスの流入側のみに配置されても良い。
流入側からの被毒を効果的に抑制できる。【００１４】
（７）前記外周部が，前記内周部の全周に配置されても良い。
内周部の全周いずれの方向からの被毒を抑制できる。【００１５】
（８）
前記第２電極部と電気的に接続される第２集電部をさらに具備し，
前記第２電極部が，
前記第２集電部と接続される第２内周部と，
前記第２集電部より外周側に配置され，前記第２内周部より高さが高い，第２外周部と，を有しても良い。
第２電極部が内周部より高さが高い外周部を有することで，第２電極部の特性の低下が抑制され，長期間に亘って，燃料電池の特性を確保可能となる。【００１６】
（９）前記第１電極部が，空気極であってよい。
空気極の被毒による燃料電池の性能低下を抑制できる。【００１７】
（１０）前記外周部の高さが，１０μｍ以上，２００μｍ以下であることが好ましい。
外周部の高さを１０μｍ以上とすることで，内周部の被毒を抑制できる。外周部の高さを２００μｍ以下とすることで，反応ガスの流れの劣化による燃料電池の出力特性の低下を抑制できる。【００１８】
（１１）前記外周部の幅が，０．５ｍｍ以上，３ｍｍ以下であることが好ましい。
外周部の幅を０．５ｍｍ以上とすることで，内周部の被毒を抑制できる。外周部の幅を３ｍｍ以下とすることで，発電に寄与する内周部の面積を確保できる。【００１９】
（１２）燃料電池スタックは，上記（１）〜（１１）に記載された燃料電池を１つ又は２つ以上備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば，被毒物質による性能の低下が抑制された燃料電池および燃料電池スタックを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】固体酸化物形燃料電池１０を表す斜視図である。
【図２】固体酸化物形燃料電池１０の模式断面図である。
【図３】燃料電池セル４０の分解断面図である。
【図４】燃料電池セル４０の一部拡大断面図である。
【図５】セパレータ付燃料電池セル５０の上面図である。
【図６】他の実施形態の固体酸化物形燃料電池１１０の構成を示す説明図である。
【図７】他の実施形態の固体酸化物形燃料電池１１０の構成を示す説明図である。
【図８】他の実施形態の固体酸化物形燃料電池１１０の構成を示す説明図である。
【図９】他の実施形態の固体酸化物形燃料電池１１０の構成を示す説明図である。
【図１０】他の実施形態の固体酸化物形燃料電池１１０の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下，本発明に係る固体酸化物形燃料電池について図面を用いて説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は，本発明の第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（燃料電池スタック）１０を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池１０は，反応ガス（燃料ガス（例えば，水素）と酸化剤ガス（例えば，空気（詳しくは空気中の酸素）））の供給を受けて発電する。
なお，反応ガス，特に，酸化剤ガス（大気）は，例えば，ＳＯＦＣの内部（例えば，封止材や配管）で飛散した被毒物質が，混入することで，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｂ，Ｓ等の被毒物質を含む可能性がある。
【００２４】
固体酸化物形燃料電池１０は，エンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）が積層され，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）およびナット３５で固定される。
【００２５】
図２は，固体酸化物形燃料電池１０の模式断面図である。
固体酸化物形燃料電池１０は，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を積層して構成される燃料電池スタックである。ここでは，判り易さのために，４つの燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を積層しているが，一般には，２０〜６０個程度の燃料電池セル４０を積層することが多い。
【００２６】
エンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）は，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）に対応する貫通孔３１，３２（３２ａ，３２ｂ），３３（３３ａ，３３ｂ）を有する。
エンドプレート１１，１２は，積層される燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を押圧，保持する保持板であり，かつ燃料電池セル４０（１）〜４０（４）からの電流の出力端子でもある。
【００２７】
図３は，燃料電池セル４０の分解断面図である。図４は，燃料電池セル４０の一部拡大断面図である。図５は，セパレータ付燃料電池セル５０の上面図である。図３に示すように，燃料電池セル４０は，金属製セパレータ５３と燃料電池セル本体４４を有し，インターコネクタ４１，４５，集電部４２ａ，４２ｂ，枠部４３を備える。
【００２８】
燃料電池セル本体（狭義の燃料電池セル）４４は，固体電解質層５６を空気極（カソード，空気極層ともいう）５５，および，燃料極（アノード，燃料極層ともいう）５７で挟んで構成される。固体電解質層５６は，２つの主面を有する。これらの主面は，酸化剤ガス流路４７側，燃料ガス流路４８側それぞれに面し，空気極５５，燃料極５７が配置される。
【００２９】
空気極５５，燃料極５７の一方，他方はそれぞれ，第１電極部，第２電極部として機能する。
【００３０】
空気極５５としては，ペロブスカイト系酸化物（例えば，ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物），ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）），各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットが使用できる。
【００３１】
固体電解質層５６としては，ＹＳＺ(イットリア安定化ジルコニア)，ＳｃＳＺ(スカンジア安定化ジルコニア)，ＳＤＣ(サマリウムドープセリア)，ＧＤＣ(ガドリニウムドープセリア)，ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。
【００３２】
燃料極５７としては，金属が好ましく，Ｎｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットやＮｉ基合金が使用できる。
【００３３】
インターコネクタ４１，４５は，燃料電池セル本体４４間の導通を確保し，かつ燃料電池セル本体４４間でのガスの混合を防止し得る，導電性（例えば，ステンレス鋼等の金属）を有する板状の部材である。
【００３４】
なお，燃料電池セル本体４４間には，１個のインターコネクタ（４１若しくは４５）のみが配置される（直列に接続される二つの燃料電池セル本体４４の間に一つのインターコネクタを共有しているため）。また，最上層および最下層の燃料電池セル本体４４それぞれでは，インターコネクタ４１，４５に替えて，導電性を有するエンドプレート１１，１２が配置される。
【００３５】
集電部４２ａは，燃料電池セル本体４４の空気極５５とインターコネクタ４１との間の導通を確保するためのものであり，例えば，インターコネクタ４１に形成された凸部である。集電部４２ｂは，燃料電池セル本体４４の燃料極５７とインターコネクタ４１との間の導通を確保するためのものであり，例えば，通気性を有するニッケルフェルトやニッケルメッシュ等を用いることができる。
【００３６】
枠部４３は，酸化剤ガス，燃料ガスが流れる開口４６を有する。この開口４６は，気密に保持され，かつ酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路４７，燃料ガスが流れる燃料ガス流路４８に区分される。また，本実施形態の枠部４３は，空気極フレーム５１，絶縁フレーム５２，金属製セパレータ５３，燃料極フレーム５４で構成される。
【００３７】
空気極フレーム５１は，空気極５５側に配置される金属製の枠体で，中央部には開口４６を有する。該開口４６によって，酸化剤ガス流路４７が区画される。
【００３８】
絶縁フレーム５２は，インターコネクタ４１，４５間を電気的に絶縁する枠体で，例えば，Ａｌ２Ｏ３などのセラミックスやマイカ，バーミキュライトなどが使用でき，中央部には開口４６を有する。該開口４６によって，酸化剤ガス流路４７が区画される。具体的には，絶縁フレーム５２は，インターコネクタ４１，４５の間において，一方の面が空気極フレーム５１に，他方の面が金属製セパレータ５３に接触して配置されている。この結果，絶縁フレーム５２により，インターコネクタ４１，４５間が電気的に絶縁されている。
【００３９】
金属製セパレータ５３は，開口部５８を有する枠状の金属製の薄板（例えば，厚さ：０．１ｍｍ）であり，燃料電池セル本体４４の固体電解質層５６に取り付けられ，かつ酸化剤ガスと燃料ガスとの混合を防止する金属製の枠体である。金属製セパレータ５３によって，枠部４３の開口４６内の空間が，酸化剤ガス流路４７と燃料ガス流路４８に区切られ，酸化剤ガスと燃料ガスとの混合が防止される。
【００４０】
金属製セパレータ５３には，金属製セパレータ５３の上面と下面の間を貫通する貫通孔によって開口部５８が形成され，この開口部５８内に，燃料電池セル本体４４の空気極５５が配置される。金属製セパレータ５３が接合された燃料電池セル本体４４がセパレータ付燃料電池セル５０である。
【００４１】
燃料極フレーム５４は，絶縁フレーム５２と同様に，燃料極５７側に配置される絶縁フレームであり，中央部には開口４６を有する。該開口４６によって，燃料ガス流路４８を区画する。
【００４２】
空気極フレーム５１，絶縁フレーム５２，金属製セパレータ５３，燃料極フレーム５４は，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）が挿入されるか，もしくは酸化剤ガスか燃料ガスが流通する貫通孔３１，３２（３２ａ，３２ｂ），３３（３３ａ，３３ｂ）をそれぞれの周辺部に有する。
【００４３】
燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３の間に接合部６１，封止部６２が配置され，セパレータ付燃料電池セル５０を構成する。開口部５８に沿って，金属製セパレータ５３の下面と固体電解質層５６の上面が接合部６１で接合され，封止部６２で封止される。
【００４４】
接合部６１は，Ａｇを含むロウ材から構成され，開口部５８に沿って，全周にわたって配置され，燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３とを接合する。
【００４５】
封止部６２は，開口部５８に沿って，全周にわたって，接合部６１よりも開口部５８側（内周側）に配置され，金属製セパレータ５３の開口部５８内にある酸化剤ガスと開口部５８外にある燃料ガスとの混合を防ぐために燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３間（これらの接合部分の界面）を封止する。封止部６２には，ガラスを含む封止材，具体的には，ガラス（非晶質ガラス），ガラスセラミックス（結晶化ガラス），ガラスとセラミックスの複合物を利用できる。封止部６２の封止材は，Ｓｉ，Ｂ，Ｓ等の被毒物質を含む可能性がある。
【００４６】
ここでは，固体電解質層５６の外周近傍には空気極５５が配置されていない。このため，燃料電池セル本体４４の固体電解質層５６と金属製セパレータ５３が接合部６１および封止部６２によって接合，封止されている。
【００４７】
これに対して，固体電解質層５６の外周近傍にも空気極５５を配置しても良い。この場合，燃料電池セル本体４４の空気極５５と金属製セパレータ５３が接合部６１および封止部６２によって接合，封止されている。この場合，後述の，空気極５５の外周部５５２の更に外周に，外周部５５２より高さが低い最外周部が配置される。
【００４８】
本実施形態では，空気極５５が内周部５５１，外周部５５２を有する。内周部５５１は，略矩形形状であり，空気極５５の内周側に配置され，集電部４２ａと接続（接触）される。外周部５５２は，略矩形形状であり，空気極５５の外周側（内周部５５１の外周）に配置され，集電部４２ａと接触しない。
【００４９】
酸化剤ガスは，貫通孔３３ａから酸化剤ガス流路４７に流入し，空気極５５上を通過して，貫通孔３３ｂへと流出する。
このとき，外周部５５２自体の高さ（固体電解質層５６の主面からの高さ）Ｈ２は，内周部５５１の高さＨ１より大きい（Ｈ２＞Ｈ１）。このため，空気極５５の外周から内周に向かう反応ガス（酸化剤ガス）に含まれる被毒物質が外周部５５２にトラップされ，内周部５５１での被毒が抑制される。この結果，空気極５５の特性の低下が抑制され，長期間に亘って，燃料電池セル本体４４の特性を確保可能となる。
また，封止部６２に含まれる被毒物質が飛散し，反応ガス（ここでは，酸化剤ガス）に混入した場合でも，この被毒物質が外周部５５２にトラップされ易く，内周部５５１での被毒が抑制される。
【００５０】
このとき，内周部５５１に対する外周部５５２の高さΔＨ（＝Ｈ２−Ｈ１)は，１０μｍ以上，２００μｍ以下であることが好ましい。外周部５５２の高さΔＨを１０μｍ以上とすることで，内周部５５１の被毒を抑制できる。外周部５５２の高さΔＨを２００μｍ以下とすることで，反応ガスの流れの劣化による燃料電池１０の出力特性の低下を抑制できる。
【００５１】
外周部５５２の幅Ｄは，０．５ｍｍ以上，３ｍｍ以下であることが好ましい。外周部５５２の幅Ｄを０．５ｍｍ以上とすることで，内周部５５１の被毒を抑制できる。外周部５５２の幅Ｄを３ｍｍ以下とすることで，発電に寄与する内周部の面積を確保できる。
【００５２】
ここでは，空気極５５の全周に外周部５５２が配置されている。内周部５５１の全周いずれの方向からの被毒を抑制できる。これに対して，少なくとも空気極５５に供給される反応ガス（酸化剤ガス）の流入側に外周部５５２が配置されても良いし，空気極５５のうち，空気極５５に供給される反応ガス（酸化剤ガス）の流入側のみに外周部５５２が配置されても良い。例えば，貫通孔３３ｂ側に，外周部５５２を空気極５５の半周程度（例えば，４０〜７０％）を配置しても良い。
【００５３】
外周部５５２と封止部６２の間に所定の間隔（距離Ｌ）が存在する。この距離Ｌは，０．２ｍｍ以上，３ｍｍ以下であることが好ましい。
距離Ｌが，０．２ｍｍより小さいと，空気極５５に封止部６２が触れて毛細管力で空気極５５の内部に染み込み，内周部５５１での被毒を助長する畏れがある。
距離Ｌが，３ｍｍを超えると，封止部６２から飛散する被毒物質が周囲に拡散しやすくなり，外周部５５２での被毒物質のトラップ効果が弱くなる可能性がある。
【００５４】
外周部５５２とインターコネクタ４１との間に距離（間隔）Ｇが，存在する。この距離Ｇは，０．２ｍｍ以上であることが好ましい。距離Ｇが，０．２ｍｍ未満では，反応ガス（酸化剤ガス）の流れが悪くなり，内周部５５１に到達する反応ガスの量が低減し，燃料電池１０（燃料電池セル４０）の出力特性が低下する可能性がある。
【００５５】
（燃料電池セル本体４４の製造方法）
内周部５５１，内周部５５１を有する空気極５５（燃料電池セル本体４４）は次のようにして製造できる。燃料極５７のグリーンシートの一方の表面に，固体電解質層５６のシートを貼り付けて，積層体を形成し，該積層体を一旦焼成する。その後，空気極５５の材料を印刷し，焼成して燃料電池セル本体４４を作成する。このとき，空気極５５の材料として，粘性の高い液状の材料を使用する。粘性の高い材料を印刷することで，印刷された領域の外周の近傍が厚くなり，外周部５５２を形成できる。
【００５６】
他の手法として，外周部５５２での印刷の回数（層数）を内周部５５１より多くしても良い。例えば，内周部５５１と外周部５５２の双方を含む領域に印刷し，外周部５５２のみを含む領域に重ねて印刷する。このようにすることで，外周部５５２の印刷の回数を内周部５５１より多くして，外周部５５２を内周部５５１より高くすることができる。
【００５７】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
以上の実施形態では，空気極５５のみが，内周部５５１，外周部５５２を有する。これに対して，燃料極５７が，内周部と，内周部より高さが高い，外周部と，を有しても良い。この場合，互いに対向する内周部（燃料極５７）とインターコネクタ４５の間に，これらを電気的に接続する集電部４２ｂが配置される。
また，空気極５５および燃料極５７の双方が，内周部と，内周部より高さが高い，外周部と，を有しても良い。
【００５８】
本発明の実施形態では，板状の燃料電池セルを有する燃料電池を挙げたが，燃料電池セルの形状は本実施形態に限られず，他の形状（円柱形状や扁平柱形状等）であっても良い。
【００５９】
本発明の実施形態では，板状の燃料電池セルを有する燃料電池が，１つ又は２以上積層して配置された燃料電池スタックを挙げたが，燃料電池セルの形状は本実施形態に限られず，他の形状（円柱形状や扁平柱形状等）の燃料電池セルが，１つ又は２以上連続して，配置された構成であっても良い。
【００６０】
図６ないし図１０は，本発明の他の実施形態の固体酸化物形燃料電池（燃料電池スタック）１１０の構成を示す説明図である。図６には，燃料電池スタック１１０の外観構成を示しており，図７には，燃料電池スタック１１０の一部の側面構成を示しており，図８には，燃料電池スタック１１０の横断面を示しており，図９には，燃料電池スタック１１０の縦断面を示しており，図１０には，燃料電池スタック１１０に含まれる１つの燃料電池セル１４０を拡大して示している。なお，以下の説明において，特に記載の無い構成や材料等については，図１ないし図５に示した実施形態の燃料電池スタック１０と同様である。
【００６１】
図６ないし図８に示すように，この実施形態の燃料電池スタック１１０は，互いに所定間隔をあけて略水平方向に２列に並んで配置された複数の燃料電池セル１４０を有する。各燃料電池セル１４０は，隣接する燃料電池セル１４０間に配置された集電部１４２を介して，電気的に直列に接続されている。燃料電池スタック１１０は，収納容器１７７内に収納されている。なお，図６には，収納容器１７７の一部（前後面）を取り外し，内部に収納される燃料電池スタック１１０を外部に取り出した状態を示している。
【００６２】
図８および図１０に示すように，この実施形態における燃料電池セル１４０は，概ね扁平柱形状の外観を有している。各燃料電池セル１４０は，電極支持体１４９と，燃料極１５７と，固体電解質層１５６と，空気極１５５と，インターコネクタ１４５とを備える。
【００６３】
電極支持体１４９は，略楕円形状の断面を有する柱状体であり，多孔質材料で形成されている。電極支持体１４９の内部には，柱状体の延伸方向に延びる複数の燃料ガス流路１４８が形成されている。燃料極１５７は，電極支持体１４９の側面の内，互いに略平行な一対の平坦面の一方と，各平坦面の端部同士をつなぐ２つの曲面とを覆うように設けられている。固体電解質層１５６は，この燃料極１５７の側面を覆うように設けられている。空気極１５５は，固体電解質層１５６の側面の内，電極支持体１４９の平坦面上に位置する部分を覆うように設けられている。インターコネクタ１４５は，燃料極１５７および固体電解質層１５６が設けられていない側の電極支持体１４９の平坦面上に設けられている。上述した集電部１４２は，燃料電池セル１４０の空気極１５５と，その燃料電池セル１４０に隣接する燃料電池セル１４０のインターコネクタ１４５とを電気的に接続する。
【００６４】
なお，この実施形態において，固体電解質層１５６の両主面（外周側主面および内周側主面）の内，空気極１５５が配置された主面（外周側主面）は，特許請求の範囲における第１主面に相当し，燃料極１５７が配置された主面（内周側主面）は，特許請求の範囲における第２主面に相当する。また，空気極１５５は，特許請求の範囲における第１電極部に相当し，燃料極１５７は，特許請求の範囲における第２電極部に相当する。
【００６５】
図６，図７および図９に示すように，各燃料電池セル１４０の下端は，ガラスシール材等の絶縁性接合材（図示しない）によりマニホールド１７３に固定されている。また，燃料電池スタック１１０の上方には，天然ガスや灯油等の燃料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成する改質器１７６が配置されている。改質器１７６で生成された燃料ガスは，図示しないガス流通管を介してマニホールド１７３に供給され，マニホールド１７３を介して各燃料電池セル１４０の内部に設けられた燃料ガス流路１４８に供給される。
【００６６】
図９に示すように，収納容器１７７は，収納容器１７７の外枠を形成する外壁１８１と，燃料電池スタック１１０を収納する発電室１８８を形成する内壁１８２と，２列に並んだ燃料電池スタック１１０の間に配置された酸化剤ガス導入部材１８４とを備える。酸化剤ガスとしての空気は，酸化剤ガス導入部材１８４内に供給され，酸化剤ガス導入部材１８４内を下方に移動し，酸化剤ガス導入部材１８４の下端付近に設けられた複数の吹出口１８５から発電室１８８内に供給される。
【００６７】
各燃料電池セル１４０に燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると，主として燃料極１５７と空気極１５５とが固体電解質層１５６を介して対面している部分において発電が行われる。なお，各燃料電池セル１４０における発電に伴って生じる排ガスは，発電室１８８を通り，収納容器１７７の底部に設けられた排気孔１８６から排出される。また，発電室１８８内には，各燃料電池セル１４０の温度低下を抑制する断熱材１８７が適宜設けられている。
【００６８】
ここで，図７および図１０に示すように，空気極１５５は，内周部１５１と外周部１５２とを有する。内周部１５１は，空気極１５５における集電部１４２に接続される位置に設けられている。外周部１５２は，空気極１５５における集電部１４２より外周側の位置であって，酸化剤ガス導入部材１８４の吹出口１８５よりも上方（内周部１５１に近い側）の位置に設けられている。すなわち，外周部１５２は，空気極１５５における酸化剤ガスの流入側に設けられている。外周部１５２は，略水平方向に延びる形状である。外周部１５２の高さ（固体電解質層１５６の主面からの高さ）Ｈ２は，内周部１５１の高さＨ１より高い。そのため，吹出口１８５から供給された酸化剤ガスが上方の内周部１５１に向かって移動する際に，酸化剤ガスに含まれる被毒物質が，高さの高い外周部１５２にトラップされ，内周部１５１での被毒が抑制される。この結果，空気極１５５の特性の低下が抑制され，長期間に亘って，燃料電池セル１４０の特性を確保することができる。
【００６９】
なお，図１ないし図５に示した実施形態と同様に，外周部１５２の高さＨ２と内周部１５１の高さＨ１との差ΔＨ（＝Ｈ２−Ｈ１)は，１０μｍ以上，２００μｍ以下であることが好ましく，外周部１５２の幅Ｄは，０．５ｍｍ以上，３ｍｍ以下であることが好ましく，外周部１５２とインターコネクタ１４５との間の間隔は，０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００７０】
また，図６ないし図１０に示した実施形態において，各部品間の位置関係を維持しつつ，全体の姿勢を任意に変更可能である。
【００７１】
本発明の実施形態では，集電部は，燃料電池セル本体間でのガスの混合を防止し得る導電性を有する板状の部材を挙げたが，集電部は本実施形態に限られず，導電性を有する他の部材であっても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１０   固体酸化物形燃料電池
１１，１２    エンドプレート
２１，２２    ボルト
３１，３２    貫通孔
３５   ナット
４０       燃料電池セル
４１，４５    インターコネクタ
４２ａ，４２ｂ       集電部
４３   枠部
４４   燃料電池セル本体
４６   開口
４７   酸化剤ガス流路
４８   燃料ガス流路
５０   セパレータ付燃料電池セル
５１   空気極フレーム
５２   絶縁フレーム
５３   金属製セパレータ
５４   燃料極フレーム
５５   空気極
５６   固体電解質層
５７   燃料極
５８   開口部
６１   接合部
６２   封止部
１１０  燃料電池スタック
１４０  燃料電池セル
１４２  集電部
１４５  インターコネクタ
１４８  燃料ガス流路
１４９  電極支持体
１５１  内周部
１５２  外周部
１５５  空気極
１５６  固体電解質層
１５７  燃料極
１７３  マニホールド
１７６  改質器
１７７  収納容器
１８１  外壁
１８２  内壁
１８４  酸化剤ガス導入部材
１８５  吹出口
１８６  排気孔
１８７  断熱材
１８８  発電室
５５１  内周部
５５２  外周部
【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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