(57)【要約】  燃料電池は，空気極層と，電解質層と，燃料極層と，を積層してなり，前記空気極層および前記燃料極層の一方の層の表面を第１の主面とし，他方の層の表面を第２の主面とする平板状の燃料電池セル本体と，前記第１の主面に接触する第１の集電体と，前記第２の主面に接触する第２の集電体と，を具備する燃料電池であって，前記第２の集電体は，前記第１の集電体より圧縮変形しやすく設定されており，前記燃料電池セル本体の厚み方向に沿って見た際，前記第２の集電体の前記第２の主面に対応する第２の領域の境界の少なくとも一部が，前記第１の集電体の前記第１の主面に対応する第１の領域の境界の内側に位置し，前記一部の境界を除く前記第２の領域の他の境界は，前記第１の領域の境界の内側または前記第１領域の境界上に位置するように設定されている。
2013114811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気極層と，電解質層と，燃料極層と，を積層してなり，前記空気極層および前記燃料極層の一方の層の表面を第１の主面とし，他方の層の表面を第２の主面とする平板状の燃料電池セル本体と，
前記第１の主面に接触する第１の集電体と，
前記第２の主面に接触する第２の集電体と，を具備する燃料電池であって，
前記第２の集電体は，前記第１の集電体より圧縮変形しやすく設定されており，
前記燃料電池セル本体の厚み方向に沿って見た際，
前記第２の集電体の前記第２の主面に対応する第２の領域の境界の少なくとも一部が，前記第１の集電体の前記第１の主面に対応する第１の領域の境界の内側に位置し，
前記一部の境界を除く前記第２の領域の他の境界は，前記第１の領域の境界の内側または前記第１領域の境界上に位置するように設定されている
燃料電池。
【請求項２】
前記第１の領域が，角部が面取りされた第１の矩形形状の境界を有し，
前記第２の領域が，角部が面取りされた第２の矩形形状の境界を有する，
請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料電池セル本体の厚み方向に沿って見た際，
前記第２の領域の前記第２の矩形形状の面取りが，前記第１の領域の前記第１矩形形状の面取りの内側に配置されている
請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１，第２の矩形形状の面取りの少なくともいずれかが，略直線形状または略円弧形状である
請求項２乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料電池が，複数の前記第１の集電体および複数の前記第２の集電体を具備し，
前記第１の領域の境界が，前記複数の第１の集電体によって規定され，
前記第２の領域の境界が，前記複数の第２の集電体によって規定される，
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第１の主面が前記空気極層の表面から構成され，前記第２の主面が前記燃料極層の表面から構成されており，
前記第１の主面に接触する前記第１の集電体が，緻密体のステンレス鋼を有し，
前記第２の主面に接触する前記第２の集電体が，多孔質のニッケルを有する
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第１の主面が前記空気極層の表面から構成され，前記第２の主面が前記燃料極層の表面から構成されており，
前記第１の主面に接触する前記第１の集電体が，緻密体のステンレス鋼を有し，
前記第２の主面に接触する前記第２の集電体が，ニッケルとマイカの複合体を有する
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電装置として，燃料電池の開発が進められている。例えば，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」又は単に「燃料電池」とも記す場合がある）が知られている。ＳＯＦＣは，例えば，板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セル本体を多数積層したスタック（燃料電池スタック）を有する。燃料極および空気極それぞれに，燃料ガスおよび酸化剤ガス（例えば，空気中の酸素）を供給し，固体電解質体を介して化学反応させることで，電力を発生させる（例えば，特許文献１参照）。
このとき，燃料電池セル本体で発生した電力は，燃料電池セル本体に接触する導電性の集電体を用いて出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９９３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，燃料電池スタックの組み立て時や運転中に，燃料電池セル本体（燃料極または空気極）と集電体間に局所的（例えば，角部が形成された箇所）に応力が集中し，燃料電池セル本体が割れる可能性がある。
本発明は，燃料電池セル本体と集電体間での局所的な応力集中を低減し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】
本発明に係る燃料電池は，空気極層と，電解質層と，燃料極層と，を積層してなり，前記空気極層および前記燃料極層の一方の層の表面を第１の主面とし，他方の層の表面を第２の主面とする平板状の燃料電池セル本体と，前記第１の主面に接触する第１の集電体と，前記第２の主面に接触する第２の集電体と，を具備する燃料電池であって，前記第２の集電体は，前記第１の集電体より圧縮変形しやすく設定されており，前記燃料電池セル本体の厚み方向に沿って見た際，前記第２の集電体の前記第２の主面に対応する第２の領域の境界の少なくとも一部が，前記第１の集電体の前記第１の主面に対応する第１の領域の境界の内側に位置し，前記一部の境界を除く前記第２の領域の他の境界は，前記第１の領域の境界の内側または前記第１領域の境界上に位置するように設定されている。【０００６】
第１の集電体の，第１の主面に対応する第１の領域とは，第１の集電体が第１の主面と接触しているエリア，及び，第１の集電体が複数である場合に集電体どうし間のエリアを含んで構成され，一つの連続する領域をいう。第２の集電体の第２の領域についても同様である。第１の集電体より圧縮変形しやすく設定される第２の集電体の第２の領域の境界の少なくとも一部が，第１の集電体の第１の領域の境界の内側に位置する。また，この一部の境界を除く第２の領域の他の境界は，第１の領域の境界の内側または前記第１領域の境界上に位置する。このように，第１，第２の集電体の圧縮変形のし易さに対応して，第１，第２の領域の境界を設定することで，第１，第２の集電体と燃料電池セル本体間での局所的な応力の集中が緩和され，燃料電池セル本体の割れを低減できる。特に，燃料電池セル本体の周縁部や，角部などの応力が集中しやすい箇所での応力が緩和され，結果的に燃料電池セル本体の割れが軽減される。【０００７】
（１）前記第１の領域が，角部が面取りされた第１の矩形形状の境界を有し，前記第２の領域が，角部が面取りされた第２の矩形形状の境界を有しても良い。【０００８】
第１，第２の領域の角が面取りされることで，第１，第２の集電体の燃料電池セル本体に対応する領域のうち，最も応力が集中しやすい角部での応力を効果的に緩和できる。【０００９】
（２）（１）において，前記燃料電池セル本体の厚み方向に沿って見た際，前記第２の領域の前記第２の矩形形状の面取りが，前記第１の領域の前記第１矩形形状の面取りの内側に配置されていても良い。【００１０】
第２の領域の面取りが，第１の領域の面取りの内側に配置されることで，第１，第２の集電体の燃料電池セル本体に対応する領域の角部での応力の集中をさらに緩和できる。【００１１】
（３）（１）または（２）において，前記第１，第２の矩形形状の面取りの少なくともいずれかが，略直線形状または略円弧形状であっても良い。面取りの形状を略直線形状または略円弧形状のいずれとしても，第１，第２の集電体の燃料電池セル本体に対応する領域の角部での応力の集中を有効に緩和できる。【００１２】
（４）前記燃料電池が，複数の前記第１の集電体および複数の前記第２の集電体を具備し，前記第１の領域の境界が，前記複数の第１の集電体によって規定され，前記第２の領域の境界が，前記複数の第２の集電体によって規定されても良い。【００１３】
燃料電池が，第１，第２の集電体を複数有しても良い。この場合，第１，第２の領域は，それぞれ複数の集電体（第１の単体，第２の単体）によって規定されることになる。即ち，第１の領域は，複数の第１の単体によって規定される。また，第２の領域は，複数の第２の単体によって規定される。この場合でも，第２の領域の境界の少なくとも一部が，第１の領域の境界の内側に位置することで，局所的な応力の集中が緩和される。【００１４】
（５）前記第１の主面が前記空気極層の表面から構成され，前記第２の主面が前記燃料極層の表面から構成されており，前記第１の主面に接触する前記第１の集電体が，緻密体のステンレス鋼を有し，前記第２の主面に接触する前記第２の集電体が，多孔質のニッケルを有しても良い。【００１５】
第１の集電体が，緻密体のステンレス鋼を有し，第２の集電体が，多孔質のニッケルを有することで，第１，第２の集電体の圧縮変形のし易さを設定できる。即ち，第１，第２の集電体の圧縮変形のしやすさは，集電体の材質によって設定される。【００１６】
（６）前記第１の主面が前記空気極層の表面から構成され，前記第２の主面が前記燃料極層の表面から構成されており，前記第１の主面に接触する前記第１の集電体が，緻密体のステンレス鋼を有し，前記第２の主面に接触する前記第２の集電体が，ニッケルとマイカの複合体を有しても良い。【００１７】
第１の集電体が，緻密体のステンレス鋼を有し，第２の集電体が，ニッケルとマイカの複合体を有することで，第１，第２の集電体の圧縮変形のし易さを設定できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば，燃料電池セル本体と集電体間での局所的な応力集中を低減した燃料電池を提供できる。即ち，燃料電池セル本体の空気極または燃料極に接触する集電体が配置された場合に，セルの周縁部や角部などの局所に応力集中しやすい問題が改善され，燃料電池セル本体の割れが軽減される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る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の断面図である。
【図４】インターコネクタ４１に配置される集電体４５を表す平面図である。
【図５】インターコネクタ４３に配置される集電体４６を表す平面図である。
【図６】Ｃ面取りでの領域Ａ１，Ａ２を表した図である。
【図７】Ｒ面取りでの領域Ａ１，Ａ２を表した図である。
【図８】他の面取りでの領域Ａ１，Ａ２を表した図である。
【図９】他の領域Ａ１，Ａ２を表した図である。
【図１０】固体酸化物形燃料電池１０の模式断面での領域Ａ１，Ａ２を表した図である。
【図１１】比較例に係る固体酸化物形燃料電池１０ｘの模式断面での領域Ａ１，Ａ２を表した図である。
【図１２】面取り量Ｍと応力Ｆとの関係の一例を表すグラフである。
【図１３】飛び出し量Ｒｏと応力Ｆとの関係の一例を表すグラフである。
【図１４Ａ】集電体４５Ｇを構成する集電体４５の個数を変化させた場合での，集電体４５Ｇの外形と領域Ａ１の関係を表す図である。
【図１４Ｂ】集電体４５Ｇを構成する集電体４５の個数を変化させた場合での，集電体４５Ｇの外形と領域Ａ１の関係を表す図である。
【図１４Ｃ】集電体４５Ｇを構成する集電体４５の個数を変化させた場合での，集電体４５Ｇの外形と領域Ａ１の関係を表す図である。
【図１５Ａ】集電体４５Ｇを構成する集電体４５の個数を変化させた場合での，集電体４５Ｇの外形と領域Ａ１の関係を表す図である。
【図１５Ｂ】集電体４５Ｇを構成する集電体４５の個数を変化させた場合での，集電体４５Ｇの外形と領域Ａ１の関係を表す図である。
【図１５Ｃ】集電体４５Ｇを構成する集電体４５の個数を変化させた場合での，集電体４５Ｇの外形と領域Ａ１の関係を表す図である。
【図１６】第２の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０ａの燃料電池セル４０ａの断面図である。
【図１７】第２の実施形態に係る集電体４６ａの斜視図である。
【図１８】集電体４６ａの拡大斜視図である。
【図１９】集電部材６６の斜視図である。
【図２０】スペーサー６５の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下，本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお，本発明の実施の形態は，下記の実施形態に何ら限定されることはなく，本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【００２１】
（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１０を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池１０は，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））との供給を受けて発電を行う装置である。
【００２２】
固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)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。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個程度の燃料電池セル４０を積層することが多い。
【００２３】
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。
【００２４】
図２は，固体酸化物形燃料電池１０の模式断面図である。図３は，燃料電池セル４０の断面図である。
【００２５】
図３に示すように，燃料電池セル４０は，いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり，インターコネクタ４１，４３，枠部４２，セル本体（燃料電池セル本体）４４，集電体４５，（第２の）集電体４６を有する。
【００２６】
なお，燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルでは，空気極５６，および固体電解質体５７の厚みよりも燃料極５８の厚みが大きい。
【００２７】
インターコネクタ４１，４３は，燃料電池セル４０間の導通を確保し，かつガス流路を遮断する，上下一対の導電性（例えば，金属）のプレートである。
【００２８】
なお，燃料電池セル４０間には，１個のインターコネクタ（４１または４３）のみが配置される（直列に接続される２つの燃料電池セル４０間で１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４０（１），４０（４）それぞれでは，インターコネクタ４１，４３に替えて，エンドプレート１１，１２が配置される。
【００２９】
枠部４２は，開口４７を有する。この開口４７内は，気密に保持され，かつ酸化剤ガス流路４８，燃料ガス流路４９に区分される。枠部４２は，絶縁フレーム５１，５５，空気極フレーム５２，セパレータ（その外周縁部）５３，燃料極フレーム５４を有する。
【００３０】
絶縁フレーム５１，５５は，インターコネクタ４１，４３間を電気的に絶縁する，セラミックス製のフレームであり，空気極５６側および燃料極５８側に配置される。なお，絶縁フレーム５１，５５の一方を用いないことも可能である。
空気極フレーム５２は，酸化剤ガス流路４８側に配置される金属製のフレームである。
セパレータ５３は，セル本体４４を接合し，かつ酸化剤ガス流路４８，燃料ガス流路４９を遮断する金属製のフレームである。
燃料極フレーム５４は，燃料ガス流路４９側に配置される金属製のフレームである。
【００３１】
枠部４２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。
【００３２】
セル本体（燃料電池セル本体）４４は，空気極（カソード，空気極層ともいう）５６，固体電解質体（電解質層）５７，燃料極（アノード，燃料極層ともいう）５８，を積層して構成される。固体電解質体５７の酸化剤ガス流路４８側，燃料ガス流路４９側，それぞれに，空気極５６，燃料極５８，が配置される。空気極５６としてはペロブスカイト系酸化物，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。固体電解質体５７としては，ＹＳＺ，ＳｃＳＺ，ＳＤＣ，ＧＤＣ，ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。また，燃料極５８としてはＮｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットが使用できる。
【００３３】
図２，図３に示すように，インターコネクタ４１，４３の上部において，貫通孔３２ａと開口４７間が切欠６１で空間的に接続され，これらの間での燃料ガスの流通を可能としている。インターコネクタ４１，４３の下部において，貫通孔３３ａと開口４７間が切欠６２で空間的に接続され，これらの間での酸化剤ガスの流通を可能としている。
【００３４】
空気極５６側の集電体４５は，セル本体４４（空気極５６）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，緻密な金属材料からなる。
【００３５】
燃料極５８側の集電体４６は，セル本体４４（燃料極５８）とインターコネクタ４３との間の導通を確保するためのものであり，集電体４５より圧縮変形し易い，例えば，多孔質の金属材料から構成できる。
【００３６】
集電体４５の材料としては，導電性および耐熱性を有する金属材料，例えば，ステンレス鋼，ニッケル基合金，クロム基合金等が挙げられる。具体的には，ステンレス鋼としては，フェライト系ステンレス鋼，マルテンサイト系ステンレス鋼，オーステナイト系ステンレス鋼が挙げられる。フェライト系ステンレス鋼としては，ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４３４，ＳＵＳ４０５，ＳＵＳ４４４等が挙げられる。マルテンサイト系ステンレス鋼としては，ＳＵＳ４０３，ＳＵＳ４１０，ＳＵＳ４３１等が挙げられる。オーステナイト系ステンレス鋼としては，ＳＵＳ２０１，ＳＵＳ３０１，ＳＵＳ３０５等が挙げられる。
【００３７】
集電体４６の材料としては，導電性，耐熱性，および耐酸化性を有する金属材料，例えば，ニッケル，ニッケル基合金，ステンレス鋼等が挙げられる。これらの金属材料（例えば，ニッケル）を多孔質構造とすることで，比較的圧縮変形容易な集電体４６とすることができる。但し，集電体４６を金属材料の線（ワイヤー），網（金網）から構成してもよい。また，後の第２の実施形態で示すように，金属の板材を折り曲げて，集電体４６としても良い。
【００３８】
なお，集電体４５，４６の圧縮変形のし易さは，「荷重‐歪み」曲線によって評価できる。即ち，常温において，同一形状の集電体を圧縮試験機で圧縮し，「荷重‐歪み」曲線を得る。同一荷重において，歪み量の大きい集電体が「圧縮変形し易い集電体」と言える。
【００３９】
ここで，空気極５６と集電体４５との間に，例えば，銀パラジウム合金（パラジウム含有量１〜１０ｍｏｌ％）等からなる密着層を形成しても良い。密着層によって，空気極５６と集電体４５との導通を確保するとともに，空気極５６と集電体４５とを接合できる。
【００４０】
この密着層は例えば次のようにして形成できる。具体的には，Ａｇ−Ｐｄ粉末（Ｐｄ：１ｍｏｌ％）とエチルセルロースと有機溶剤とを含む，Ａｇ−Ｐｄ導電性ペーストを集電体４５の表面（空気極５６側となる表面）に塗布（または印刷）する。この導電性ペーストは，固体酸化物形燃料電池１０の運転温度（例えば，７００℃）において，エチルセルロースなどが除去されるとともに，Ａｇ−Ｐｄ合金が軟化して空気極５６や集電体４５に密着する状態となる。なお，運転停止時には，この密着層は空気極５６と集電体４５と強固に接合して一体化する。このようにして，空気極５６と集電体４５間に密着層を形成し，その間での導通の確実性を向上できる。
【００４１】
ボルト２１は，積層されたエンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を押圧，固定するための部材である。
ボルト２２（２２ａ，２２ｂ）は燃料ガスを流通させるための部材であり，燃料ガスが流通する空孔（燃料ガス流路）を有する。ボルト２３（２３ａ，２３ｂ）は酸化剤ガスを流通させるための部材であり，酸化剤ガスが流通する空孔（酸化剤ガス流路）を有する。
【００４２】
燃料ガス，酸化剤ガスは，次のように，燃料電池セル４０に流入，流出する。
即ち，ボルト２２（２２ａ，２２ｂ）内の空孔から燃料ガス流路４９内に燃料ガスが流入，流出する。ボルト２３（２３ａ，２３ｂ）内の空孔から酸化剤ガス流路４８内に酸化剤ガスが流入，流出する。
【００４３】
図４，図５は，インターコネクタ４１，４３それぞれに配置される集電体４５，第２の集電体４６を表す平面図である。インターコネクタ４１，４３上に複数の集電体４５，複数の第２の集電体４６が配置される。
【００４４】
なお，個別の集電体４５，第２の集電体４６それぞれと，複数の集電体４５，第２の集電体４６とをより明確に区別するため，次のような呼称も利用可能とする。即ち，個別の集電体４５，第２の集電体４６を第１の単体４５，第２の単体４６とも呼ぶ。また，複数の集電体４５全体，第２の集電体４６全体を集電体４５Ｇ，第２の集電体４６Ｇと呼ぶものとする。
【００４５】
このとき，複数の集電体４５全体（集電体４５Ｇ），第２の集電体４６全体（第２の集電体４６Ｇ）としての外周（輪郭線）が領域Ａ１，Ａ２を規定する。即ち，領域Ａ１は第１の単体４５が占めるエリアと，第１の単体４５どうし間のエリアとを含んで構成され，領域Ａ２は，第２の単体４６が占めるエリアと第２の単体４６どうし間のエリアとを含んで構成される。
【００４６】
具体的には，領域Ａ１，Ａ２はそれぞれ，略矩形形状であるが，その４隅の角部に領域Ａ１１，Ａ２１を有しない。即ち，領域Ａ１，Ａ２は，角部が面取りされた矩形形状の「境界」を有する。集電体４５，４６が領域Ａ１１，Ａ２１に入らないように，「境界」の内側に配置されている。
【００４７】
このように，集電体４５Ｇ，第２の集電体４６Ｇのセル本体４４上の主面に対応する領域Ａ１，Ａ２の角部が面取りされている。この結果，集電体４５Ｇ，第２の集電体４６Ｇが燃料電池セル本体４４（空気極，燃料極）に対応する領域Ａ１，Ａ２の角部での応力の集中が緩和され，燃料電池セル本体４４の割れを低減できる。
【００４８】
本実施形態では，領域Ａ１，Ａ２双方の角部を面取りしているが，領域Ａ１，Ａ２一方のみの角部を面取りしても，応力の集中が緩和され，燃料電池セル本体４４の割れを低減できる。
【００４９】
図６〜図９は，判り易さのために，集電体４５を除外して，領域Ａ１を表した図である。図６〜図９は，領域Ａ１，Ａ２を燃料電池セル本体４４の厚み方向（Ｚ方向）に沿って見たものに該当する。図６では，領域Ａ１の角部は直線状に面取りされている（Ｃ面取り）。図７では，領域Ａ１の角部は円弧形状に面取りされている（Ｒ面取り）。図８では，領域Ａ１の角部は２つの直線を組み合わせた形状に面取りされている（その他の面取り）。図９では，領域Ａ２の境界の全部が，領域Ａ２の境界の内側に配置されている。また，図９では，領域Ａ１，Ａ２双方の角部は円弧形状に面取りされている（Ｒ面取り）。
【００５０】
図６，図７に示すように，面取りの形状がＣ面取り，Ｒ面取りの何れでも，応力の集中が緩和される。この点，領域Ａ２でも，面取りの形状がＣ面取り，Ｒ面取りの何れでも，応力の集中が緩和される。
【００５１】
さらに，図８に示されるように，面取りが直線，円弧等の中間的な形状，例えば，複数の直線を接続した形状（図８では２つの直線を接続した形状），直線と円弧とを接続した形状でも，応力の集中が緩和される。
【００５２】
領域Ａ２の境界の少なくとも一部が，領域Ａ１の境界の内側に位置する。即ち，領域Ａ２の矩形形状の面取りが，領域Ａ１の矩形形状の面取りの内側に配置されている。これは，次に示す面取り量Ｍ１，Ｍ２の大小に対応する。後述のように，集電体４５，４６の圧縮変形のし易さに対応して領域Ａ１，Ａ２の範囲（大きさ）を設定することで，応力の集中を低減できる。
【００５３】
この一部の境界を除く領域Ａ２の他の境界は，領域Ａ１の境界の内側または境界上に位置するように設定されている。ここでは，角部を除き，領域Ａ１，Ａ２の境界が一致している。例えば，角部以外で，Ｚ方向から見て，領域Ａ１，Ａ２の境界を一致させても良い。この場合，最も応力の集中しやすい角部での応力が効果的に緩和される。
【００５４】
なお，図に示されていないが，角部以外において，領域Ａ２の境界を領域Ａ１の内側に配置しても良い。この場合，セル本体４４の周縁部での局部的な応力集中も緩和される。
図９に示されるように，角部および角部以外の双方において，領域Ａ２の境界を領域Ａ１の内側に配置してもよい，この場合，最も応力が集中しやすい角部に加え，周縁部での局所的な応力集中も緩和できる。
【００５５】
ここで，領域Ａ１，Ａ２それぞれでの面取り量Ｍ１，Ｍ２（％）を次の式（１）で定義できる。
Ｍ１＝（ΔＬ１／Ｌ）＊１００  
Ｍ２＝（ΔＬ２／Ｌ）＊１００  ……式（１）
Ｌ：  領域Ａ１，Ａ２での辺の長さ
ΔＬ１：  面取りされた領域Ａ１１の幅
ΔＬ２：  面取りされた領域Ａ２１の幅
【００５６】
図６〜図９に示されるように，面取り量Ｍ２は，面取り量Ｍ１より大きい（Ｍ２＞Ｍ１）。
なお，この定義は，Ｃ面取り，Ｒ面取りの何れでも適用可能である。ここでは，領域Ａ１を略正方形（隣り合う辺の長さが等しい）としている。領域Ａ１，Ａ２が略長方形（互いに異なる長さの長辺，短辺を有する）の場合，長さＬとして，短辺の長さを用いるものとする。
【００５７】
本実施形態では，領域Ａ２の面取り量Ｍ２を領域Ａ１の面取り量Ｍ１より大きくしている。後述のように，領域Ａ１，Ａ２の角部での応力の集中をより低減し，セル本体４４の割れをより確実に低減できる。
【００５８】
燃料極側，空気極側に対応する集電体４５，４６の領域Ａ１，Ａ２の大きさを変えることにより，更に応力集中を緩和できる。即ち，角部および角部以外の双方において，領域Ａ２の境界を領域Ａ１の内側に配置した場合，最も応力が集中しやすい角部に加え，周縁部での局所的な応力集中も緩和される。
【００５９】
図１０，図１１は，本実施形態および比較例それぞれでの燃料電池セル４０，４０ｘの断面での領域Ａ１，Ａ２の関係を表す図である。
図１０に示すように，燃料電池セル４０では，領域Ａ２が領域Ａ１の内側に位置するように（領域Ａ１，Ａ２の間の領域ΔＡに），比較的圧縮変形し難い集電体４５が集電体４６により面方向に沿って延び出て配置される。
一方，図１１に示すように，比較例である燃料電池セル４０ｘでは，領域Ａ１が領域Ａ２の内側に位置するように（領域Ａ１，Ａ２の間の領域ΔＡｘに），比較的圧縮変形し易い集電体４６が集電体４５により面方向に沿って延び出て配置される。
【００６０】
つまり，図１１に示す燃料電池セル４０ｘでは，領域ΔＡｘに，比較的圧縮変形し易い集電体４６が配置される一方，比較的圧縮変形しにくい集電体４５が配置されていないことから，領域ΔＡｘでセル本体４４が変形する可能性が大きい。一方，領域Ａ１には，比較的圧縮変形し難い集電体４５が（比較的圧縮変形し易い集電体４６とともに）配置されることから，領域Ａ１でセル本体４４が変形する可能性が小さい。即ち，セル本体４４上に，比較的変形し易い領域ΔＡｘと，比較的変形し難い領域Ａ１とが混在することになる。このため，領域Ａ１，ΔＡｘの境界において，セル本体４４にせん断応力が集中し，割れる可能性がある。
【００６１】
これに対して，図１０に示す燃料電池セル４０では，比較的圧縮変形し易い集電体４６のみが配置される領域は存在しない。このため，領域Ａ２，ΔＡの境界における，セル本体４４への応力の集中が低減され，セル本体４４が割れる可能性も低減される。
【００６２】
図１２は，面取り量Ｍ（％）と応力Ｆ（％）との関係の一例を表すグラフである。応力Ｆ（％）は，次の式（２）で定義される。
Ｆ＝（Ｆ１／Ｆ０）＊１００  ……式（２）
Ｆ１：面取りしたときの領域Ａ１，Ａ２内での応力の最大値
Ｆ０：面取りしないときの領域Ａ１，Ａ２内での応力の最大値
【００６３】
ここでは，次の条件でシミュレーションした結果を表している。
グラフＧ１では領域Ａ１，Ａ２それぞれでの面取り量Ｍ１，Ｍ２を同一としている。グラフＧ２では，面取り量Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ，Ｍ１＝５％，Ｍ２＝１０％としている。セパレータ５３の外周部を固定した状態で，図１でのＺ負方向に集電体４５，４６を押し込む。
【００６４】
グラフＧ１より領域Ａ１，Ａ２を面取りすることで，応力の集中が緩和されることが判る。グラフＧ２より領域Ａ２での面取り量Ｍ２を領域Ａ２での面取り量Ｍ１より大きくすることで，応力の集中がさらに緩和されることが判る。
【００６５】
図１３は，飛び出し量Ｒｏ（％）と応力Ｆ（％）のシミュレーション結果を表すグラフである。
ここで，飛び出し量Ｒｏ（％）は，剛性の高い（比較的圧縮変形しにくい）集電体４５に対する剛性の低い（比較的圧縮変形し易い）集電体４６の割合であり，次の式で表される。即ち，領域Ａ１，Ａ２は面取りせず，矩形とし，それぞれの辺の長さＬ１，Ｌ２が異なっている。
【００６６】
Ｒｏ(％)＝［（Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ１］×１００
Ｌ１：  領域Ａ１での辺（短辺）の長さ
Ｌ２：  領域Ａ２での辺（短辺）の長さ
【００６７】
飛び出し量Ｒｏ（％）が正であることは，比較的圧縮変形し易い集電体４６が飛び出ていることを表す（図１１に対応）。飛び出し量Ｒｏ（％）が負であることは，比較的圧縮変形し難い集電体４５が飛び出ていることを表す（図１０に対応）。
このシミュレーション結果からも，図１０に示す燃料電池セル４０において，応力Ｆが小さく，従って，セル本体４４の割れの可能性が低減されることが判る。
【００６８】
図１４Ａ〜図１４Ｃ，図１５Ａ〜図１５Ｃは，集電体４５，第２の集電体４６の個数を変化させた場合での，集電体４５Ｇ，第２の集電体４６Ｇの外形と領域の関係を表す図である。ここでは，便宜的に領域Ａ１，Ａ２を同一とし，外形と領域の関係を表している。即ち，図１４Ａ〜図１４Ｃ，図１５Ａ〜図１５Ｃは，集電体の外形と領域の関係を表すものであり，領域Ａ１，Ａ２の関係を表すものではない。
【００６９】
図１４Ａでは，集電体４５Ｇ，第２の集電体４６Ｇを構成する集電体（第１の単体）４５，（第２の単体）４６の個数は１（１つの単体）であり，集電体４５，第２の集電体４６の外形と領域Ａ１，Ａ２は一致している。
図１４Ｂ，図１４Ｃそれぞれでは，２つ，３つの集電体（第１の単体）４５，（第２の単体）４６を図の縦方向に並べて，集電体４５Ｇ，第２の集電体４６Ｇを構成している。
【００７０】
図１５Ａ〜図１５Ｃそれぞれでは，次のように複数の集電体４５，第２の集電体４６を並べて，集電体４５Ｇ，４６Ｇを構成している。
（ａ）縦横に２つずつ（合計４つ）
（ｂ）縦に３つ，横に２つ（合計６つ）
（ｃ）縦横に３つ（合計９つ）
【００７１】
以上のように，領域Ａ１，Ａ２それぞれに任意の個数の集電体４５，第２の集電体４６を対応させることが可能である。即ち，集電体４５Ｇ，第２の集電体４６Ｇを構成する第１の単体４５，第２の単体４６の数が幾つでもよい。また，集電体４５Ｇ，第２の集電体４６Ｇが何れであっても，領域Ａ１，Ａ２が，角部が面取りされた矩形形状の境界を有することで，角部での応力の集中が緩和される。
【００７２】
（第２の実施の形態）
図１６は，第２の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０ａの燃料電池セル４０ａの断面図である。
燃料電池セル４０ａは，集電体４６に替えて，集電体４６ａを有する。集電体４６ａは，スペーサー６５，集電部材６６の複合体から構成される。折り曲げた集電部材６６にスペーサー６５が挟み込まれる。このように，集電体４５，４６での圧縮変形の容易性を異ならせるのに，種々の構成を採用できる。
【００７３】
集電部材６６は，例えば，真空中１０００℃で，１時間，加熱して，焼き鈍した（ＨＶ硬度で２００以下）Ｎｉ板で形成される。集電部材６６は，コネクタ当接部６６ａ，セル本体当接部６６ｂ，および連接部６６ｃが一体に形成される。コネクタ当接部６６ａは，インターコネクタ４３に当接する。セル本体当接部６６ｂは，セル本体４４の燃料極５８に当接する。連接部６６ｃは，Ｕ字状をなし，コネクタ当接部６６ａとセル本体当接部６６ｂとを接続する。
【００７４】
集電部材６６は，例えば，厚さ３０μｍ程度の箔材で形成できる。このため，連接部６６ｃは，面と交差する方向に曲げ伸ばし自在であり，且つ曲げ伸ばしに対する反発力が殆ど生じない。
【００７５】
なお，集電部材６６は，箔材の他，例えば，Ｎｉ製の多孔質金属，金網，ワイヤー，又はパンチングメタルで形成してもよい。また，集電部材６６は，Ｎｉの他，Ｎｉ合金やステンレス鋼など酸化に強い金属で形成してもよい。
【００７６】
この集電部材６６は，燃料ガス流路４９に数十〜百個程度（燃料ガス流路４９の大きさにより異なる。）設けられる。
【００７７】
スペーサー６５は，コネクタ当接部６６ａとセル本体当接部６６ｂの間に配置され，厚さ方向に弾性力を有する。スペーサー６５の材質としては，マイカ，アルミナフェルト，バーミキュライト，カーボン繊維，炭化珪素繊維，シリカの何れか１種か，或は複数種を組み合わせたものを利用できる。また，これらを例えばマイカのような薄い板状体の積層構造とすることで，積層方向への荷重に対し，適度な弾性を確保できる。
【００７８】
以上のように，折り曲げた集電部材６６とスペーサー６５を組み合わせることで，比較的圧縮変形し易い，集電体４６ａを構成できる。
【００７９】
集電体４６ａは，次のようにして作成できる。
個々の集電部材６６をインターコネクタ４３上に並べて溶接（例えばレーザー溶接や抵抗溶接）してもよい。より好ましくは，図１７，図１８に示すように，複数の集電部材６６を一体として形成する。
【００８０】
具体的には，図１９に示すように，箔材を四角い平板６６ｐに加工し，この平板６６ｐにセル本体当接部６６ｂと連接部６６ｃに対応する切込線６６ｄを形成する。そして，図１８に示すように，連接部６６ｃをＵ字状に曲げて，セル本体当接部６６ｂがコネクタ当接部６６ａの上方に被さるようにする。セル本体当接部６６ｂを折り曲げることで，平板６６ｐが穴あき状態となる。穴あき状態の平板６６ｐが，コネクタ当接部６６ａの集合体である。
【００８１】
図２０に示すように，スペーサー６５は，横格子状とした，材料シートから構成できる。この材料シートは，平板６６ｐとほぼ同幅で，平板６６ｐより若干短い，四角形状を有する。この材料シートから，セル本体当接部６６ｂと連接部６６ｃに対応する部分を横１列分ずつ纏めて切り抜き，横格子状とする。
【００８２】
このスペーサー６５を平板６６ｐ（集電部材６６への加工前，図１９参照）に重ね，連接部６６ｃで曲げることで，スペーサー６５を組み込んだ集電部材６６を作成できる。
【００８３】
（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。
【００８４】
上記実施形態では，領域Ａ２の角部の境界が，領域Ａ２の境界の内側に配置され，領域Ａ２の角部以外の境界が，領域Ａ２の境界とほぼ一致している。これに対して，領域Ａ２の角部以外の境界の全部または一部が，領域Ａ２の境界の内側に配置されても良い。
【００８５】
また，領域Ａ１，Ａ２それぞれでの４つの角部での面取り形状および面取り量Ｍを同一としているが，領域Ａ１，Ａ２それぞれでの一部または全部の面取り形状または面取り量Ｍを異ならせても良い。
さらに，領域Ａ１を面取りせず，領域Ａ２を面取りしても良い。
【００８６】
以上の実施形態では，ボルトの内部を中空とし，燃料ガス，酸化剤ガスの流路としていた（中空ボルト）。これに対して，ボルトの内部を中空とせず（中実ボルト），ボルトの外部を燃料ガス，酸化剤ガスの流路としてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
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
４１，４３  インターコネクタ
４２  枠部
４４  セル本体
４５，４６  集電体
４７  開口
４８  酸化剤ガス流路
４８  酸化剤ガス流路
４９  燃料ガス流路
５１，５５  絶縁フレーム
５２  空気極フレーム
５３  セパレータ
５４  燃料極フレーム
５６  空気極
５７  固体電解質体
５８  燃料極
６１  切欠
６２  切欠
６５  スペーサー
６６  集電部材
６６ａ  コネクタ当接部
６６ｂ  セル本体当接部
６６ｃ  連接部
６６ｄ  切込線
６６ｐ  平板
【図１】
2013114811.tif 000003
【図２】
2013114811.tif 000004
【図３】
2013114811.tif 000005
【図４】
2013114811.tif 000006
【図５】
2013114811.tif 000007
【図６】
2013114811.tif 000008
【図７】
2013114811.tif 000009
【図８】
2013114811.tif 000010
【図９】
2013114811.tif 000011
【図１０】
2013114811.tif 000012
【図１１】
2013114811.tif 000013
【図１２】
2013114811.tif 000014
【図１３】
2013114811.tif 000015
【図１４Ａ】
2013114811.tif 000016
【図１４Ｂ】
2013114811.tif 000017
【図１４Ｃ】
2013114811.tif 000018
【図１５Ａ】
2013114811.tif 000019
【図１５Ｂ】
2013114811.tif 000020
【図１５Ｃ】
2013114811.tif 000021
【図１６】
2013114811.tif 000022
【図１７】
2013114811.tif 000023
【図１８】
2013114811.tif 000024
【図１９】
2013114811.tif 000025
【図２０】
2013114811.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月19日(2014.6.19)
【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】
空気極層と，電解質層と，燃料極層と，を積層してなり，前記空気極層および前記燃料極層の一方の層の表面を第１の主面とし，他方の層の表面を第２の主面とする平板状の燃料電池セル本体と，
前記第１の主面に接触する第１の集電体と，
前記第２の主面に接触する第２の集電体と，を具備する燃料電池であって，
前記第２の集電体は，前記第１の集電体より圧縮変形しやすく設定されており，
前記燃料電池セル本体の厚み方向に沿って見た際，
前記第２の集電体の前記第２の主面に対応する第２の領域の境界の少なくとも一部が，前記第１の集電体の前記第１の主面に対応する第１の領域の境界の内側に位置し，
前記一部の境界を除く前記第２の領域の他の境界は，前記第１の領域の境界の内側または前記第１領域の境界上に位置するように設定されている
燃料電池。
【請求項２】
前記第１の領域が，角部が面取りされた第１の矩形形状の境界を有し，
前記第２の領域が，角部が面取りされた第２の矩形形状の境界を有する，
請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料電池セル本体の厚み方向に沿って見た際，
前記第２の領域の前記第２の矩形形状の面取りが，前記第１の領域の前記第１矩形形状の面取りの内側に配置されている
請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１，第２の矩形形状の面取りの少なくともいずれかが，直線形状または円弧形状である
請求項２乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料電池が，複数の前記第１の集電体および複数の前記第２の集電体を具備し，
前記第１の領域の境界が，前記複数の第１の集電体によって規定され，
前記第２の領域の境界が，前記複数の第２の集電体によって規定される，
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第１の主面が前記空気極層の表面から構成され，前記第２の主面が前記燃料極層の表面から構成されており，
前記第１の主面に接触する前記第１の集電体が，緻密体のステンレス鋼を有し，
前記第２の主面に接触する前記第２の集電体が，多孔質のニッケルを有する
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第１の主面が前記空気極層の表面から構成され，前記第２の主面が前記燃料極層の表面から構成されており，
前記第１の主面に接触する前記第１の集電体が，緻密体のステンレス鋼を有し，
前記第２の主面に接触する前記第２の集電体が，ニッケルとマイカの複合体を有する
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月4日(2014.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図６〜図９は，判り易さのために，集電体４５を除外して，領域Ａ１を表した図である。図６〜図９は，領域Ａ１，Ａ２を燃料電池セル本体４４の厚み方向（Ｚ方向）に沿って見たものに該当する。図６では，領域Ａ１の角部は直線状に面取りされている（Ｃ面取り）。図７では，領域Ａ１の角部は円弧形状に面取りされている（Ｒ面取り）。図８では，領域Ａ１の角部は２つの直線を組み合わせた形状に面取りされている（その他の面取り）。図９では，領域Ａ２の境界の全部が，領域Ａ１の境界の内側に配置されている。また，図９では，領域Ａ１，Ａ２双方の角部は円弧形状に面取りされている（Ｒ面取り）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
図１０，図１１は，本実施形態および比較例それぞれでの燃料電池セル４０，４０ｘの断面での領域Ａ１，Ａ２の関係を表す図である。
図１０に示すように，燃料電池セル４０では，領域Ａ２が領域Ａ１の内側に位置するように（領域Ａ１，Ａ２の間の領域ΔＡに），比較的圧縮変形し難い集電体４５が集電体４６よりも面方向に沿って延び出て配置される。
一方，図１１に示すように，比較例である燃料電池セル４０ｘでは，領域Ａ１が領域Ａ２の内側に位置するように（領域Ａ１，Ａ２の間の領域ΔＡｘに），比較的圧縮変形し易い集電体４６が集電体４５よりも面方向に沿って延び出て配置される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
グラフＧ１より領域Ａ１，Ａ２を面取りすることで，応力の集中が緩和されることが判る。グラフＧ２より領域Ａ２での面取り量Ｍ２を領域Ａ１での面取り量Ｍ１より大きくすることで，応力の集中がさらに緩和されることが判る。
【国際調査報告】
2013114811.tif 000027
2013114811.tif 000028
2013114811.tif 000029
2013114811.tif 000030