(57)【要約】【課題】  発電効率が高い燃料電池を提供する。【解決手段】  燃料ガス７Ａと空気ガス７Ｂとに基づいて電力を生成するセル１Ａと、電力を集電する集電部材２Ａ、２Ｆとを備え、セル１Ａは、電解質５Ａを含む燃料電池において、セル１Ａは、電解質５Ａの表面に沿って燃料ガス７Ａを透過させる燃料極４Ａと、燃料ガス７Ａと平行で同じ方向に向かって空気ガス７Ｂを透過させるために電解質５Ａを挟んで燃料極４Ａと対向する位置に配置された空気極３Ａと、燃料極４Ａを透過した燃料ガス７Ａを透過させるために、燃料極４Ａと分離して電解質５Ａ上に配置された燃料極４Ｅと、空気極３Ａを透過した空気ガス７Ｂを透過させるために、電解質５Ａを挟んで燃料極４Ｅと対向する位置に空気極３Ａと分離して配置された空気極３Ｅとをさらに含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気ガスとに基づいて電力を生成する少なくとも１個のセルと、
前記セルによって生成された前記電力を集電する少なくとも１個の集電部材とを備え、
前記セルは、前記燃料ガスと前記空気ガスとを酸化還元反応させるイオンを伝導させるための電解質を含む燃料電池において、
前記セルは、前記電解質の表面に沿って前記燃料ガスを透過させる第１燃料極と、
前記燃料ガスと同じ方向に前記空気ガスを透過させるために前記電解質を挟んで前記第１燃料極と対向する位置に配置された第１空気極と、
前記第１燃料極を透過した前記燃料ガスを透過させるために、前記第１燃料極と分離して前記電解質上に配置された第２燃料極と、
前記第１空気極を透過した前記空気ガスを透過させるために、前記電解質を挟んで前記第２燃料極と対向する位置に前記第１空気極と分離して配置された第２空気極とをさらに含み、
前記集電部材は、前記第１燃料極と前記第１空気極との１つに接続された第１集電体と、
前記第２燃料極と前記第２空気極との１つに前記第１集電体と分離して接続された第２集電体とを含むことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料ガスの透過方向に沿った前記第１燃料極の長さは、前記燃料ガスの透過方向に沿った前記第２燃料極の長さよりも長い請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第１燃料極の前記長さは、前記第１燃料極の前記長さと前記第２燃料極の前記長さとの合計の７０％以上７５％以下である請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記少なくとも１個のセルは、前記燃料ガスの透過方向に交差する方向に沿って互いに並列に配置された複数個のセルである請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記少なくとも１個の集電部材は、互いに隣り合う前記複数個のセルの間にそれぞれ配置された複数個の集電部材である請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記複数個のセルにそれぞれ設けられた前記第１燃料極および前記第１空気極は、前記第１集電体によって直列に接続され、
前記複数個のセルにそれぞれ設けられた前記第２燃料極および前記第２空気極は、前記第２集電体によって直列に接続される請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第１集電体と前記第１燃料極との間、および前記第２集電体と前記第２燃料極との間には、導電性の多孔体がそれぞれ設けられている請求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第１集電体と前記第１空気極との間、および前記第２集電体と前記第２空気極との間には、導電性の多孔体がそれぞれ設けられている請求項１に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第１および前記第２空気極が還元触媒を含み、前記第１および前記第２燃料極は酸化触媒を含む、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記第１および前記第２空気極の少なくとも１つは、希土類元素を包含するペロブスカイト系複合酸化物を含む請求項９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記第１および前記第２燃料極の少なくとも１つは、ニッケル、白金、ニッケル−ジルコニア、ニッケル−セリア、白金−ジルコニアおよび白金−セリアから選択される少なくとも１つを含む請求項９に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記第１および前記第２空気極の気孔率は、２０％以上６０％以下である請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記第１および前記第２燃料極の気孔率は、２０％以上６０％以下である請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記電解質は、イットリア安定化ジルコニアおよびランタンガレード系ペロブスカイト酸化物の少なくとも１つを含む請求項１記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと空気ガスとに基づいて電力を生成するセルと、セルによって生成された電力を集電する集電部材とを備え、セルは、燃料ガスと空気ガスとを酸化還元反応させるイオンを伝導させるための電解質を含む燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池は、固体電解質と、固体電解質を挟んで配置された空気極および燃料極を備えている。固体電解質はイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等によって構成されており、空気極は、例えばペロブスカイト型ランタン系複合酸化物によって構成されており、燃料極はニッケル等を主成分とする。このように構成された固体酸化物形燃料電池は、固体電解質を介した燃料ガスと空気との酸化還元反応によって起電力を得る。
【０００３】
この種の燃料電池では、単一のセルで得られる電力が少ないので、複数のセルを直並列に接続してモジュールを構成し、このモジュールをさらに複数個配置して所要の電力を得ている。
【０００４】
従来の代表的な直列および並列の接続方法としては、ニッケルフェルト等の導電材を用いて各セルを直列に接続し、直列接続されたスタック構造を形成する。そして、各スタックの終端部を直列または並列に接続し、最終的なスタック構造を形成する。また、通気性の導電材によって３個以上のセルを並列に接続する構成も開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３３９８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら前述した方法で直列および並列に接続したスタック構造を形成すると、燃料ガスおよび空気ガスの入り口付近での発電により発生した電流の密度と、燃料ガスおよび空気ガスの出口付近での発電により発生した電流の密度とを均一化するために、セルの面内方向に沿って電流の流れが生じる。このため、電圧損失が生じ、発電効率が低下するという問題が生じる。
【０００６】
空気および燃料ガスを各セルへ厳密に均一に分配することは難しく、数パーセントから１０パーセント程度のばらつきが生じる。このため、空気および燃料ガスの分配の不均一性が何らかの原因で一時的に大きくなると、空気および燃料ガスが一部のセルで不足するので、セルの電圧が低下してセルが破壊するおそれがあるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、発電効率が高い燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池は、燃料ガスと空気ガスとに基づいて電力を生成する少なくとも１個のセルと、前記セルによって生成された前記電力を集電する少なくとも１個の集電部材とを備え、前記セルは、前記燃料ガスと前記空気ガスとを酸化還元反応させるイオンを伝導させるための電解質を含む燃料電池において、前記セルは、前記電解質の表面に沿って前記燃料ガスを透過させる第１燃料極と、前記燃料ガスと同じ方向に前記空気ガスを透過させるために前記電解質を挟んで前記第１燃料極と対向する位置に配置された第１空気極と、前記第１燃料極を透過した前記燃料ガスを透過させるために、前記第１燃料極と分離して前記電解質上に配置された第２燃料極と、前記第１空気極を透過した前記空気ガスを透過させるために、前記電解質を挟んで前記第２燃料極と対向する位置に前記第１空気極と分離して配置された第２空気極とをさらに含み、前記集電部材は、前記第１燃料極と前記第１空気極との１つに接続された第１集電体と、前記第２燃料極と前記第２空気極との１つに前記第１集電体と分離して接続された第２集電体とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発電効率が高い燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本実施の形態に係る燃料電池においては、セルは、電解質の表面に沿って燃料ガスを透過させる第１燃料極と、燃料ガスと平行で同じ方向に向かって空気ガスを透過させるために電解質を挟んで第１燃料極と対向する位置に配置された第１空気極と、第１燃料極を透過した燃料ガスを透過させるために、第１燃料極と分離して電解質上に配置された第２燃料極と、第１空気極を透過した空気ガスを透過させるために、電解質を挟んで第２燃料極と対向する位置に第１空気極と分離して配置された第２空気極とを含み、集電部材は、第１燃料極と第１空気極との１つに接続された第１集電体と、第２燃料極と第２空気極との１つに第１集電体と分離して接続された第２集電体とを含む。このため、空気極が第１および第２空気極に分割され、燃料極が第１および第２燃料極に分割される。従って、各空気極および各燃料極で発生した電流の密度が広がることを防止することができるので、セルの面内方向に沿った電流の流れが抑制され、電圧損失が低減する。その結果、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００１１】
この実施の形態では、前記燃料ガスの透過方向に沿った前記第１燃料極の長さは、前記燃料ガスの透過方向に沿った前記第２燃料極の長さよりも長いことが好ましい。
【００１２】
前記第１燃料極の前記長さは、前記第１燃料極の前記長さと前記第２燃料極の前記長さとの合計の７０％以上７５％以下であることが好ましい。
【００１３】
前記少なくとも１個のセルは、前記燃料ガスの透過方向に交差する方向に沿って互いに並列に配置された複数個のセルであることが好ましい。
【００１４】
前記少なくとも１個の集電部材は、互いに隣り合う前記複数個のセルの間にそれぞれ配置された複数個の集電部材であることが好ましい。
【００１５】
前記複数個のセルにそれぞれ設けられた前記第１燃料極および前記第１空気極は、前記第１集電体によって直列に接続され、前記複数個のセルにそれぞれ設けられた前記第２燃料極および前記第２空気極は、前記第２集電体によって直列に接続されることが好ましい。
【００１６】
前記第１集電体の前記第１燃料極に対向する面には、前記燃料ガスが透過する方向に沿って溝が形成され、前記第２集電体の前記第２燃料極に対向する面には、前記燃料ガスが透過する方向に沿って溝が形成されていることが好ましい。
【００１７】
前記第１集電体の前記第１空気極に対向する面には、前記空気ガスが透過する方向に沿って溝が形成され、前記第２集電体の前記第２空気極に対向する面には、前記空気ガスが透過する方向に沿って溝が形成されていることが好ましい。
【００１８】
前記第１集電体と前記第１燃料極との間、および前記第２集電体と前記第２燃料極との間には、導電性の多孔体がそれぞれ設けられていることが好ましい。
【００１９】
前記第１集電体と前記第１空気極との間、および前記第２集電体と前記第２空気極との間には、導電性の多孔体がそれぞれ設けられていることが好ましい。
【００２０】
前記第１および前記第２空気極は、還元触媒を含むことが好ましい。
【００２１】
前記第１および前記第２空気極の少なくとも１つは、希土類元素を包含するペロブスカイト系複合酸化物を含むことが好ましい。
【００２２】
前記第１および前記第２空気極の気孔率は、２０％以上６０％以下であることが好ましい。
【００２３】
前記第１および前記第２燃料極は、酸化触媒を含むことが好ましい。
【００２４】
前記第１および前記第２燃料極の少なくとも１つは、ニッケル、白金、ニッケル−ジルコニア、ニッケル−セリア、白金−ジルコニアおよび白金−セリアから選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００２５】
前記第１および前記第２燃料極の気孔率は、２０％以上６０％以下であることが好ましい。
【００２６】
前記電解質は、イオン導電性材料を含むことが好ましい。
【００２７】
前記電解質は、イットリア安定化ジルコニアおよびランタンガレード系ペロブスカイト酸化物の少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００２８】
前記セルは、長尺平板型セルであることが好ましい。
【００２９】
前記セルは、円形セルと円筒形セルとのいずれかであることが好ましい。
【００３０】
前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることが好ましい。
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１は、本実施の形態に係る燃料電池１００の構成を示すブロック図である。燃料電池１００は、直方体形状をしたセル１Ａを備えている。セル１Ａは、燃料ガス７Ａと空気ガス７Ｂとに基づいて電力を生成する。燃料電池１００には、集電体２Ａおよび２Ｆが設けられている。集電体２Ａおよび２Ｆは、セル１Ａによって生成された電力を集電する。
【００３３】
セル１Ａは、燃料ガス７Ａと空気ガス７Ｂとを酸化還元反応させるための電解質５Ａを含む。セル１Ａには、燃料極４Ａが設けられている。燃料極４Ａは、電解質５Ａの表面に沿って燃料ガス７Ａを透過させるために、燃料ガス７Ａが流入する入り口側の電解質５Ａの表面に接着されている。
【００３４】
セル１Ａは、空気極３Ａを有している。空気極３Ａは、燃料ガス７Ａと平行で同じ方向に向かって空気ガス７Ｂを透過させるために電解質５Ａを挟んで燃料極４Ａと対向する位置に接着されている。
【００３５】
セル１Ａには、燃料極４Ｅが設けられている。燃料極４Ｅは、燃料極４Ａを透過した燃料ガス７Ａを透過させるために、燃料極４Ａと分離して電解質５Ａの出口側の上に接着されている。セル１Ａは、空気極３Ｅを有している。空気極３Ｅは、空気極３Ａを透過した空気ガス７Ｂを透過させるために、電解質５Ａを挟んで燃料極４Ｅと対向する位置に空気極３Ａと分離して接着されている。
【００３６】
集電体２Ａは、空気極３Ａで発電された電力を集電する。集電体２Ｆは、空気極３Ｅで発電された電力を集電する。
【００３７】
燃料電池１００は、直方体形状をしたセル１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄを備えている。燃料電池１００には、集電体２Ｂ、２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅならびに集電体２Ｇ、２Ｈ、２Ｉおよび２Ｊが設けられている。
【００３８】
セル１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄは、燃料ガス７Ａと空気ガス７Ｂとを酸化還元反応させるための電解質５Ｂ、５Ｃおよび５Ｄをそれぞれ含む。セル１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄには、燃料極４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄがそれぞれ設けられている。燃料極４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄは、電解質５Ｂ、５Ｃおよび５Ｄの表面に沿って燃料ガス７Ａを透過させるために、燃料ガス７Ａが流入する入り口側の電解質５Ｂ、５Ｃおよび５Ｄの表面にそれぞれ接着されている。
【００３９】
セル１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄは、空気極３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄを有している。空気極３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄは、燃料ガス７Ａと平行で同じ方向に向かって空気ガス７Ｂを透過させるために電解質５Ｂ、５Ｃおよび５Ｄをそれぞれ挟んで燃料極４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄとそれぞれ対向する位置に接着されている。
【００４０】
セル１Ａには、燃料極４Ｆ、４Ｇおよび４Ｈが設けられている。燃料極４Ｆ、４Ｇおよび４Ｈは、燃料極４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄを透過した燃料ガス７Ａをそれぞれ透過させるために、燃料極４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄとそれぞれ分離して電解質５Ｂ、５Ｃおよび５Ｄの出口側の上にそれぞれ接着されている。セル１Ａは、空気極３Ｆ、３Ｇおよび３Ｈを有している。空気極３Ｆ、３Ｇおよび３Ｈは、空気極３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄをそれぞれ透過した空気ガス７Ｂを透過させるために、電解質５Ｂ、５Ｃおよび５Ｄをそれぞれ挟んで燃料極４Ｆ、４Ｇおよび４Ｈと対向する位置に空気極３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄとそれぞれ分離して接着されている。
【００４１】
燃料ガス７Ａおよび空気ガス７Ｂが流入する入り口側に配置された空気極３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄ、ならびに燃料極４Ａ、４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄ、ならびに集電体２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅは、直列に接続されており、スタック６Ａを構成する。燃料ガス７Ａおよび空気ガス７Ｂの出口側に配置された空気極３Ｅ、３Ｆ、３Ｇおよび３Ｈ、ならびに燃料極４Ｅ、４Ｆ、４Ｇおよび４Ｈ、ならびに集電体２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、２Ｉおよび２Ｊは、直列に接続されており、スタック６Ｂを構成する。このように、スタック６Ａとスタック６Ｂとは、別個に直列に接続されており、互いに独立して電流を制御することができる。
【００４２】
燃料ガス７Ａの透過方向に沿った燃料極４Ａ、４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄの長さは、燃料ガス７Ａの透過方向に沿った燃料極４Ｅ、４Ｆ、４Ｇおよび４Ｈの長さよりも長い。燃料極４Ａ、４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄの長さは、燃料極４Ａの長さと燃料極４Ｅの長さとの合計の７０％以上７５％以下であることが好ましい。
【００４３】
集電体２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｇ、２Ｈおよび２Ｉの一方の片面に沿って燃料ガス７Ａが流れ、他方の片面に沿って空気ガス７Ｂが流れる。従って、各集電体は、その断面方向に沿って通気性があってはならないが、燃料ガス７Ａおよび空気ガス７Ｂが流れる集電体の表面に沿った方向には通気性を有することが好ましい。このため、集電体の両面には、燃料ガス７Ａおよび空気ガス７Ｂが流れる方向に沿って溝を形成することが好ましい。集電体と燃料極との間、および集電体と空気極との間に導電性の多孔体を挿入してもよい。導電性の多孔体は、空気極側では空気雰囲気で、燃料極側では燃料ガス雰囲気で電気伝導性が高く安定な材料によって構成する。導電性の多孔体は、貴金属等の金属繊維によって構成することが好ましい。
【００４４】
集電体２Ａ〜２Ｊは、空気雰囲気および燃料ガス雰囲気で電気伝導性が高く安定な材料によって構成する。集電体２Ａ〜２Ｊは、貴金属、ステンレス等の金属材料によって構成することが好ましい。
【００４５】
空気極３Ａ〜３Ｈは、還元触媒によって構成する。空気極３Ａ〜３Ｈは、ランタン等の希土類元素を含有するぺロブスカイト系複合酸化物によって構成することが好ましく、ランタンコバルタイト、およびサマリウムコバルタイトによって構成することが特に好ましい。
【００４６】
空気極３Ａ〜３Ｈの作製方法は、電解質と密着して酸化還元反応を生じさせる作製方法であれば特に限定されない。空気極３Ａ〜３Ｈは、ランタンコバルタイト等の粉末をバインダーおよび溶媒と混合し、電解質上に塗布および焼成して１０μｍ以上１００μｍ以下の厚さに作製することが好ましい。
【００４７】
空気極３Ａ〜３Ｈの気孔率は、空気ガスを十分に透過させて電極の表面に到達させる必要があること、電極活性、および構造体としての強度の観点から、２０％以上６０％以下であることが好ましい。
【００４８】
燃料極４Ａ〜４Ｈの材料は、酸化触媒であれば特に限定されない。水素の酸化性能の観点から、ニッケル、白金等の金属、またはニッケル−ジルコニア、ニッケル−セリア、白金−ジルコニアおよび白金−セリア等のサーメットによって燃料極４Ａ〜４Ｈを構成することが好ましい。
【００４９】
燃料極４Ａ〜４Ｈの作製方法は、電解質と密着して酸化還元反応を生じさせる作製方法であれば特に限定されない。燃料極４Ａ〜４Ｈは、ニッケル等の粉末をバインダーおよび溶媒と混合し、電解質上に塗布および焼成して１０μｍ以上１００μｍ以下の厚さに作製することが好ましい。
【００５０】
燃料極４Ａ〜４Ｈの気孔率は、燃料ガスを十分に透過させて電極の表面に到達させる必要があること、電極活性、および構造体としての強度の観点から、２０％以上６０％以下であることが好ましい。
【００５１】
電解質５Ａ〜５Ｄの材料は、イオン導電性材料であれば特に限定されない。電解質５Ａ〜５Ｄは、酸化イオン導電性が高く、酸化物イオン輸率が１に近いという理由から、イットリア安定化ジルコニアおよびランタンガレート系ペロブスカイト酸化物によって構成することが好ましい。
【００５２】
電解質５Ａ〜５Ｄの作製方法は、緻密体を使用する方法であれば特に限定されないが、ドクターブレード法等によって５０μｍ以上５００μｍ以下の厚さに形成することが好ましい。
【００５３】
このように構成された燃料電池１００においては、燃料ガス７Ａが燃料極４Ａ〜４Ｄに流入し、空気ガス７Ｂが空気極３Ａ〜３Ｄに流入すると、空気極３Ａ〜３Ｄから酸化物イオンが、電解質５Ａ〜５Ｄをそれぞれ通って燃料極４Ａ〜４Ｄへ移動する酸化還元反応が生じ、起電力が発生する。発生した起電力は、集電体２Ａ〜２Ｅによって集電される。
【００５４】
そして、燃料極４Ａ〜４Ｄからそれぞれ流出した燃料ガス７Ａは燃料極４Ｅ〜４Ｈへそれぞれ流入し、空気極３Ａ〜３Ｄから流出したそれぞれ流出した空気ガス７Ｂは空気極３Ｅ〜３Ｈへそれぞれ流入する。次に、燃料極４Ｅ〜４Ｈに流入した燃料ガス７Ａと空気極３Ｅ〜３Ｈに流入した空気ガス７Ｂとの間で電解質５Ａ〜５Ｄをそれぞれ介して酸化還元反応が生じ、起電力が発生する。発生した起電力は、集電体２Ｆ〜２Ｊによって集電される。
【００５５】
図２は、本実施の形態に係る燃料電池に設けられたセルの電圧と電流との間の関係を示すグラフである。横軸はセルの電流を示し、縦軸はセルの電圧を示す。曲線Ｃ１に示されるように、セルにおいて発生する電流が増大するに従って、セルの電圧は減少し、電圧損失Ｌ１が増大する。本実施の形態に係る構成によれば、スタック６Ａとスタック６Ｂとに各セルを分割しているので、各電極上で発生した電流の密度分布が広がらず、セルの面内方向に沿った電流の流れが抑制され、その結果、電圧損失を抑制することができる。
【００５６】
以上のように本実施の形態によれば、セル１Ａは、電解質５Ａの表面に沿って燃料ガス７Ａを透過させる燃料極４Ａと、燃料ガス７Ａと平行で同じ方向に向かって空気ガス７Ｂを透過させるために電解質５Ａを挟んで燃料極４Ａと対向する位置に配置された空気極３Ａと、燃料極４Ａを透過した燃料ガス７Ａを透過させるために、燃料極４Ａと分離して電解質５Ａ上に配置された燃料極４Ｅと、空気極３Ａを透過した空気ガス７Ｂを透過させるために、電解質５Ａを挟んで燃料極４Ｅと対向する位置に空気極３Ａと分離して配置された空気極３Ｅとを含み、集電部材は、空気極３Ａに接続された集電体２Ａと、空気極３Ｅに集電体２Ａと分離して接続された集電体２Ｆとを含む。このため、空気極が空気極３Ａおよび３Ｅに分割され、燃料極が燃料極４Ａおよび４Ｅに分割される。従って、各空気極および各燃料極で発生した電流の密度が広がることを防止することができるので、セル１Ａの面内方向に沿った電流の流れが抑制され、電圧損失が低減する。その結果、燃料電池の発電効率を数％向上させることができる。
【００５７】
また、ガスの分配の不均一性が何らかの原因で一時的に大きくなったときに、従来の構成では燃料ガスまたは空気ガスの不足が一部のセルで生じていたが、本実施の形態に係るセルでは、ガス出口側のセルスタックで燃料ガスまたは空気ガスの不足が生じても、ガス入り口側のセルスタックでは燃料ガスおよび空気ガスの不足は生じにくい。このため、スタック全体としての電圧損失はより少なくなり、発電効率を向上させることができる。
【００５８】
発電効率は、下記の（式１）によって表される。
【００５９】
（発電効率）＝（燃料利用率）×（電池効率）  …（式１）、
燃料利用率は可能な限り高くして発電することが好ましいが、燃料利用率が高すぎると、燃料電池の出口側において燃料が希薄になるため、電池効率が極端に低下する。従って、燃料利用率と電池効率とのバランスを適度に調整することが好ましい。
【００６０】
本実施形態では、燃料極を第１燃料極と第２燃料極とに分割して別個に発電することにより、それぞれの燃料利用率に見合った発電ができる。なお、燃料極の分割数を多くする方が発電効率は良くなるが、それぞれの集電体を通して得られる電力が極めて小さくなるという問題がある。燃料ガスの各セルへの分配のばらつきに対応できる範囲で可能な限り大きなスタック６Ａを想定すると、燃料極４Ａ、４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄの長さは、燃料極４Ａの長さと燃料極４Ｅの長さとの合計の７０％以上７５％以下であることが好ましい。
【００６１】
なお、本実施の形態では、長尺平板型セルの例を説明したが、本発明はこれに限定されない。燃料ガスと空気ガスとが互いに平行で同じ向きに流れる構成であればよく、例えば円形型セルまたは円筒型セルの中心部から燃料ガスと空気ガスとを導入し、周辺部から排出する構成に対しても本発明を適用することができる。またスタックを構成するセルの数は、図１に示す数に限定されず、任意の数に構成することができる。
【００６２】
さらに本実施の形態では、固体酸化物形燃料電池の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。図１に示す構成と同等のセルおよびスタック構成をとり得る燃料電池であればよく、リン酸形燃料電池、固体高分子形燃料電池および溶融炭酸塩形燃料電池等にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、燃料ガスと空気ガスとに基づいて電力を生成するセルと、セルによって生成された電力を集電する集電部材とを備え、セルは、燃料ガスと空気ガスとを酸化還元反応させるための電解質を含む燃料電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施の形態に係る燃料電池の構成を示すブロック図
【図２】本実施の形態に係る燃料電池に設けられたセルの電圧と電流との間の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００６５】
１Ａ  セル
２Ａ、２Ｆ  集電体
３Ａ、３Ｅ  空気極
４Ａ、４Ｅ  燃料極
５Ａ  電解質
７Ａ  燃料ガス
７Ｂ  空気ガス
【図１】
2006252941.tif 000003
【図２】
2006252941.tif 000004