(57)【要約】【課題】  水素透過性金属層に電解質層を成膜した電解質膜を有する水素分離膜型燃料電池において、熱膨張による電解質層の剥離・亀裂を抑制する。【解決手段】  低熱膨張部材１３０の嵌合部１３１に電解質膜１２０が嵌合され、電解質層１２１にカソード電極１１０が積層されている。アノード電極１４０は、低熱膨張部材１３０の燃料ガス流通路１３２に凸部１４１が挿入され配設されている。ガスセパレータ１００、１５０は、低熱膨張部材１３０を挟持するように配設される。低熱膨張部材１３０の熱膨張率は、水素透過性金属層１２２の熱膨張率より低い金属で形成されており、水素透過性金属層１２２の熱膨張を低減することができる。従って、熱膨張による電解質層１２１と水素透過性金属層１２２の界面に加わる剪断応力を低減することができ、電解質層１２１の剥離、亀裂を抑制することができる。【選択図】  図５
2006059586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体であって、
水素透過性金属を含有する水素透過性金属層と、
前記水素透過性金属層上に配設されるプロトン伝導性を有する電解質層と、
前記水素透過性金属層における前記電解質層が積層された面と反対側の面に配設され、かつ、前記水素透過性金属層よりも熱膨張率が小さい低熱膨張部材とを備える膜電極接合体。
【請求項２】
請求項１記載の膜電極接合体であって、
前記低熱膨張部材は、
前記水素透過性金属が配設される側の面に凹状に形成された嵌合部を有し、
前記水素透過性金属層は、前記嵌合部に嵌合される膜電極接合体。
【請求項３】
請求項１または２記載の膜電極接合体であって、
前記低熱膨張部材は、前記水素透過性金属層に反応ガスを流通する流通路を、前記嵌合部の底面に貫通して形成する膜電極接合体。
【請求項４】
燃料電池であって、
請求項１〜請求項３いずれか記載の膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記電解質膜側に配設されるカソード電極と、
前記膜電極接合体の前記低熱膨張部材側に配設されるアノード電極と、
前記膜電極接合体と、前記カソード電極と、前記アノード電極とを挟持する一対のセパレータとを備える燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池であって、
更に、
前記低熱膨張部材よりも剛性が低く、かつ、前記低熱膨張部材の、前記水素透過性金属層が配設される側とは反対側に接合される応力緩和部材を備え、
前記応力緩和部材は、前記低熱膨張部材と接しない部位の一部が前記セパレータに固定されている膜電極接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、電解質層と共に水素透過性金属層を備える燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な種類の燃料電池が提案されている。例えば、プロトン伝導性を有する電解質層のアノード側に、水素透過性を有するパラジウム系金属膜を配設した燃料電池が開示されている。このような燃料電池は、例えば、金属薄膜である水素透過性金属層上に、セラミックスなどの固体電解質層を成膜することによって製造することができる。電解質層はガス不透過な緻密層とする必要があるが、緻密な金属薄膜上に電解質層を成膜する場合には、多孔質体から成る電極部材上に電解質層を形成する場合に比べて電解質層の薄膜化が可能となり、電解質層を薄型化することで電解質層の膜抵抗を低減することが可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２９９１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水素分離金属は熱膨張率と水素膨張率が大きく、セラミックスは熱膨張率と水素膨張率が小さい。そのため、燃料電池の稼働時に発生する熱により、水素分離金属には圧縮応力が加わり、セラミックスには引っ張り応力が加わる。従って、水素分離金属とセラミックスの界面に応力による剥離が生じるという問題点があった。
【０００５】
水素分離金属、および、セラミックスを薄膜化することは、水素透過率を向上させることができ、燃料電池の性能向上を図ることができるが、薄膜化することにより、セラミックスの破壊、剥離が発生しやすくなるという問題点もあった。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、水素分離金属に被覆した電解質膜に加わる応力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上述した課題の少なくとも一部を解決するため、以下のような構成をとることとした。すなわち、膜電極接合体において、プロトン伝導性を有する電解質層を有する水素透過性金属層と、水素透過性金属層の電解質層が積層された面と反対側の面に配設され、かつ、水素透過性金属層よりも熱膨張率が小さい低熱膨張部材を備えることを要旨とする。
【０００８】
こうすれば、燃料電池の稼働時に発生する熱により水素透過性金属層に発生する熱膨張を抑制することができ、水素透過性金属層と電解質層との接合界面に発生する剪断応力を抑制することができる。従って、電解質層の剥離・亀裂を防止することができる。
【０００９】
本発明の膜電極接合体において、低熱膨張部材は、水素透過性金属が配設される側の面に凹状に形成された嵌合部を有し、水素透過性金属層は、嵌合部に嵌合されることとしてもよい。このような構成をとることとすれば、低熱膨張部材は、水素透過性金属層よりも熱膨張が低いため、水素透過性金属層の熱膨張を側面から抑制することができる。
【００１０】
本発明の膜電極接合体において、低熱膨張部材は、水素透過性金属層に反応ガスを流通する流路を、嵌合部の底面に貫通して形成することとしてもよい。こうすれば、貫通孔を介して水素含有ガスの透過を促進することができる。従って、燃料電池の稼動効率を向上することができる。
【００１１】
本発明の膜電極接合体と、カソード電極、アノード電極、および、これらを挟持する一対のセパレータを有する燃料電池として構成することとしてもよい。また、かかる燃料電池において、更に、低熱膨張部材の水素透過性金属層が配設される側とは反対側に配設され、低熱膨張部材よりも剛性の低い応力緩和部材とを備え、応力緩和部材は、低熱膨張部材と接しない部位の一部がセパレータに固定されていることとしてもよい。こうすれば、燃料電池の稼働時に発生する熱によって、低熱膨張部材に加わる応力は、更に剛性の低い応力緩和部材に吸収され、低熱膨張部材の歪みを抑制することができる。従って、電解質層の剥離・亀裂を抑制することができる。
【００１２】
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき、次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池セル構成：
Ａ２．低熱膨張部材：
Ａ３．電解質膜にかかる応力：
Ａ４．第１実施例の変形例：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池セル構成：
Ｂ２．応力緩和部材：
Ｂ３．電解質膜にかかる応力：
Ｂ４．第２実施例の変形例：
Ｃ，変形例：
【００１４】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池セル構成：
図１は、第１実施例における燃料電池の単セル１０の分解斜視図を例示する説明図である。単セル１０は、ガスセパレータ１００と、絶縁部材３００と、カソード電極１１０と、電解質層１２１と、水素透過性金属層１２２と、低熱膨張部材１３０と、ガスセパレータ１５０とが、図示する順に積層されている。ガスセパレータ１００、１５０、および低熱膨張部材１３０には、各部材を積層した際にマニホールドを形成する貫通孔１０５〜１０８、３０５〜３０８、１３５〜１３８、１５５〜１５８が成形されている。図中、破線矢印は燃料ガスの流れを示しており、一点鎖線矢印は酸化ガスの流れを表している。
【００１５】
ガスセパレータ１００には、絶縁部材３００側の面に、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス流路が形成されている。また、ガスセパレータ１５０には、水素透過性金属層１２２に水素を含有する燃料ガスを供給する燃料ガス流路１５１が形成されている。カソード電極１１０、電解質層１２１、水素透過性金属層１２２、低熱膨張部材１３０とから成る構造を、以下、ＭＥＡ(Membrane Electrode Assembly)と呼ぶ。本図では、単セル１０を示したが、実際の燃料電池は単セル１０を複数積層したスタック構造を有している。スタック構造の内部温度を調節するために、各単セル間、あるいは、所定数の単セルを積層するごとに冷媒の通過する冷媒流路を設けることとしてもよい。
【００１６】
水素透過性金属層１２２は、水素透過性を有する金属によって形成されている。水素透過性金属層１２２は、例えば、パラジウム（Ｐｄ）、または、Ｐｄ合金により形成することができる。あるいは、バナジウム（Ｖ）等の５族金属（Ｖの他、ニオブ、タンタル等）、または、５族金属の合金を基材として、少なくとも、単セル１０の燃料ガス流路１５１側にＰｄやＰｄ合金層を形成した多層膜とすることができる。水素透過性金属層１２２において、少なくともガスセパレータ１５０側、すなわち、低熱膨張部材１３０側の表面を構成するＰｄは、水素が水素透過性金属層１２２を通過する際に、水素分子を解離させる活性を有する。水素透過性金属層１２２には、電解質層１２１が被覆されている。水素透過性金属層１２２は、電気導電性を有しており、水素透過性金属層１２２自体がアノード電極として機能する。
【００１７】
電解質層１２１は、プロトン伝導性を有する固体電解質から成る層である。電解質層１２１を構成する固体電解質としては、例えば、ＢａＣｅＯ3、ＳｒＣｅＯ3系のセラミックスプロトン伝導体を用いることができる。
【００１８】
カソード電極１１０は、電解質層１２１上に形成された多孔質層である。カソード電極１１０は、電気化学反応を促進する触媒活性を有する材料により形成されている。カソード電極１１０は、ランタンストロンチウムマンガネート（Ｌａ0.6Ｓｒ0.4ＭｎＯ3）、ランタンストロンチウムコバルタイト（Ｌａ0.6Ｓｒ0.4ＣｏＯ3）により形成されており、ゾルゲル法、スクリーン印刷法、ＰＶＤ等により数μｍ〜数十μｍの厚さでコートされる。
【００１９】
ガスセパレータ１００、１５０は、カーボンや金属などの導電性材料で形成されたガス不透過な部材である。ガスセパレータ１００、１５０の表面には既述した燃料ガス流路１５１や酸化ガス流路を形成する所定の凹凸形状が成形されている。
【００２０】
低熱膨張部材１３０は、熱膨張率の低い材料で形成された部材であり、本実施例では、ＳＵＳ４３０により形成されている。低熱膨張部材１３０はコバール等で形成することとしてもよい。低熱膨張部材１３０には、凹上に形成された嵌合部１３１と、嵌合部１３１の底面に貫通して形成された複数の燃料ガス流通路１３２が成形されている。
【００２１】
燃料電池に供給される燃料ガスとしては、炭化水素系燃料を改質して得られる水素リッチガスを使用しても良いし、純度の高い水素ガスを用いても良い。また、燃料電池に供給される酸化ガスとしては、例えば、空気を用いることができる。
【００２２】
Ａ２．低熱膨張部材：
図２は、本実施例における低熱膨張部材１３０の構造を例示する説明図である。図２（ａ）は、低熱膨張部材１３０の平面図を表しており、水素透過性金属層１２２側から見た平面図を表している。
【００２３】
低熱膨張部材１３０には、嵌合部１３１と、燃料ガス流通路１３２と、貫通孔１３５〜１３８が成形されている。嵌合部１３１は、水素透過性金属層１２２とほぼ同一形状に形成されている。水素透過性金属層１２２は、嵌合部１３１に嵌合される。燃料ガス流通路１３２は、嵌合部１３１の底部１３１ａに成形された貫通孔であり、複数成形されている。図２（ｂ）は、低熱膨張部材１３０のＢ−Ｂ断面図である。図示するように、燃料ガス流通路１３２は、嵌合部１３１の底面に貫通して成形されている。低熱膨張部材１３０は、強度の観点から、水素透過性金属層１２２より厚いことが好ましい。
【００２４】
図３は、本実施例における単セル１０を例示する斜視図である。各部材を積層し、形成された単セル１０を示している。図示するように、ガスセパレータ１００、１５０により、絶縁部材３００、低熱膨張部材１３０を挟持する。矢印Ａ−Ａで切断した断面図を、図４を用いて説明する。
【００２５】
図４は、本実施例における単セル１０の断面分解図である。ガスセパレータ１００、１５０は図示を省略した。水素透過性金属層１２２は、低熱膨張部材１３０の嵌合部１３１に収容するように嵌合され、電解質層１２１上にカソード電極１１０が成膜される。低熱膨張部材１３０のカソード極側に絶縁部材３００が配設されている。
【００２６】
Ａ３．電解質膜にかかる応力：
図５は、本実施例における単セル１０の断面図である。図４の分解断面図を積層した状態を表している。低熱膨張部材１３０の嵌合部１３１に水素透過性金属層１２２が嵌合され、電解質層１２１にカソード電極１１０が成膜されている。ガスセパレータ１００、１５０は、低熱膨張部材１３０を挟持するように配設される。本図を用いて、本発明における燃料電池の動作原理を簡単に説明する。
【００２７】
水素を含有する燃料ガスが燃料ガス流路１５１に供給されると、水素透過性金属層１２２へ供給される。水素透過性金属層１２２の作用により、燃料ガス中の水素がプロトンと電子とに分離される。分離されたプロトンは、電解質層１２１を伝導してカソード電極１１０に移動する。一方、分離された電子は、カソード電極１１０と水素透過性金属層１２２との間に接続された図示しない所定の電気回路に供給され、カソード電極１１０に移動する。カソード電極１１０では、酸化ガス流路１０１に供給された酸化ガス中の酸素と、電解質層１２１を伝導してカソード電極１１０に到達した電子とが反応し、水が生成され、カソード電極１１０の表面に付着する。このような原理によって、本発明の燃料電池は発電する。
【００２８】
燃料電池は発電時に高温となるため、水素透過性金属層１２２、電解質層１２１および低熱膨張部材１３０に熱膨張が発生する。また、水素透過性金属層１２２には、水素をプロトンと電子に分離する際に、水素膨張が発生し、電解質層１２１には、プロトンを伝導する際に水素膨張が発生する。低熱膨張部材１３０は、水素透過性金属層１２２よりも熱膨張率が低く、水素透過性金属層１２２より膨張の度合いが少ないので、水素透過性金属層１２２の膨張を抑制することができる。そのため、水素透過性金属層１２２に加わる圧縮応力２００を抑制することができ、水素透過性金属層１２２に皮膜されている１２１に加わる引っ張り応力２１０を低減することができる。電解質層１２１と水素透過性金属層１２２に加わる応力に起因して発生する両者の歪みによる界面の剪断応力２２０を低減することができる。
【００２９】
以上説明した第１実施例の燃料電池によれば、電解質層と水素透過性金属層に加わる応力に起因して発生する両者の歪みによる界面の剪断応力を低減することができる。従って、電解質層の剥離、亀裂を抑制することができる。
【００３０】
Ａ４．第１実施例の変形例：
図６は、本実施例における変形例を表す説明図である。上述した実施例では、低熱膨張部材１３０に嵌合部１３１を備えることとしたが、変形例では、電解質層側からも、水素透過性金属層１２２の熱膨張を抑制することとする。なお、本変形例では、低熱膨張部材１３０ａは、水素透過性金属層１２２と同様の形状であり、水素透過性金属層１２２の燃料ガス供給側に配設される。
【００３１】
図６（ａ）は、電解質層１２１ａの構造を例示する説明図である。電解質層１２１ａは、水素透過性金属層１２２に複数の貫通孔１６０に対応する孔のあいたマスキングをし、電解質をコートする。次に、電解質にのみマスキングを行い、絶縁体をコートする。コート法としては、例えば、スパッタ法やイオンプレーティング法等の物理蒸着法が挙げられる。絶縁体の材質としては、例えば、ＺｒＯ２（ジルコニア）としてもよい。
【００３２】
図６（ｂ）に示すように本変形例では、複数の貫通孔を備える低熱膨張部材１３０ａを、水素透過性金属層１２２の燃料ガス供給側に配設する。
【００３３】
集電体１４０は、多孔質なカーボンクロスによって形成されている。多孔質なカーボンクロスは、電導性に優れ、集電機能が高いため、電極として好ましい。集電体１４０には、円柱状の凸部１４１が低熱膨張部材１３０ａに成形された燃料ガス流通路１３２ａに対応するように成形されている。凸部１４１は、積層される際に燃料ガス流通路１３２ａに挿入される。集電体１４０を設けることにより、集電機能を向上することができる。
【００３４】
本変形例のような構成とすれば、低熱膨張部材１３０ａにより、水素透過性金属層１２２の熱膨張による圧縮応力を抑制すると共に、水素透過性金属層１２２よりも熱膨張率の低い絶縁体１７０によって、水素透過性金属層１２２の熱膨張を抑制することができる。従って、水素透過性金属層１２２と電解質層１２１ａの間の剪断応力を低減し、電解質層１２１ａの剥離・亀裂を抑制することができる。
【００３５】
Ｂ．第２実施例：
上述した第１実施例では、低熱膨張部材１３０に嵌合部１３１を成形し、電解質層１２１を被覆した水素透過性金属層１２２を嵌合部１３１に嵌合することにより、水素透過性金属層１２２の熱膨張・水素膨張を抑制し、電解質層１２１の剥離・亀裂を抑制することとした。第２実施例では、燃料電池の発電時に発生するＭＥＡの歪みを抑制し、電解質層１２１の剥離・亀裂を抑制することとした。
【００３６】
Ｂ１．燃料電池セル構成：
図７は、本発明の第２実施例における燃料電池の単セル２０の分解斜視図を例示する説明図である。単セル２０は、ガスセパレータ１００と、絶縁部材３００と、カソード電極１１０と、電解質層１２１と、水素透過性金属層１２２と、低熱膨張部材３３０と、応力緩和部材３７０と、集電体１４０と、ガスセパレータ１７０とが、図示する順に積層されている。ガスセパレータ１００、１７０、絶縁部材３００、および応力緩和部材３７０には、各部材を積層した際にマニホールドを形成する貫通孔１０５〜１０８、３０５〜３０８、３７５〜３７８、１７５〜１７８が成形されている。図中、破線矢印は燃料ガスの流れを示しており、一点鎖線矢印は酸化ガスの流れを表している。電解質層１２１、水素透過性金属層１２２、カソード電極１１０、集電体１４０は、第１実施例と同様の構成であるため、説明を省略する。
【００３７】
ガスセパレータ１００には、絶縁部材３００側の面に、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス流路が形成されている。また、ガスセパレータ１７０には、水素透過性金属層１２２に水素含有ガスを供給する燃料ガス流路１７１が形成されている。ガスセパレータ１００、１５０は、カーボンや金属などの導電性材料で形成されたガス不透過な部材である。ガスセパレータ１００、１７０の表面には既述した燃料ガス流路１７１や酸化ガス流路を形成する所定の凹凸形状が成形されている。
【００３８】
低熱膨張部材３３０は、水素透過性金属層１２２とほぼ同一形状に成型されており、熱膨張率の低い材料で形成された部材である。本実施例では、低熱膨張部材３３０はＳＵＳ４３０により成形することとしたが、コバール等により成形することとしてもよい。低熱膨張部材３３０には、貫通して形成された複数の燃料ガス流通路３３２が成形されている。
【００３９】
応力緩和部材３７０には、ガス通過部３７１が成形されている。接合領域３８０は、低熱膨張部材３３０が接合される領域である。応力緩和部材３７０の構造を図８に示した。
【００４０】
Ｂ２．応力緩和部材：
図８は、本実施例における応力緩和部材３７０の平面図である。本図は、応力緩和部材３７０を、低熱膨張部材３３０側から見た平面図を表している。応力緩和部材３７０は、水素透過性金属層よりも剛性の低い材料よって構成されている。本実施例では、アルミニウムを使用することとした。応力緩和部材３７０の材料としては、例えば、ガラス、金、銀、鉛、錫、ジュラルミン、ビスマス、ポリエチレン、ポリスチレン、亜鉛、ナイロン、チタン、石英、銅など、水素透過性金属層よりも剛性の低いものであればよい。
【００４１】
低熱膨張部材１３０には、ガス通過部３７１と、貫通孔３７５〜３７８が成形されている。接合領域３８０は、低熱膨張部材３３０の周囲端部と接合される領域である。接合領域３８０と低熱膨張部材３３０は、蝋付けにより接合される。
【００４２】
ガス通過部３７１は、低熱膨張部材３３０が応力緩和部材３７０上に配設される領域のうち、接合領域３８０を除く領域に貫通するように成形されている。ガス通過部３７１は、各部材を積層した際に、低熱膨張部材３３０の燃料ガス流通路３３２と、集電体１４０の凸部１４１との嵌合を妨げない形状に成形されている。燃料ガスは、集電体１４０を介して燃料ガス流通路３３２を通過する。本実施例では、ガス通過部３７１は、図示するように矩形に成型することとしたが、円形等の形状としてもよい。
【００４３】
図９は、本実施例における単セル２０を例示する斜視図である。各部材を積層し、形成された単セル２０を示している。図示するように、ガスセパレータ１００、１７０により、絶縁部材３００および応力緩和部材３７０を挟持する。矢印Ｂ−Ｂで切断した断面図を図１０に示した。
【００４４】
図１０は、本実施例における単セル２０の断面図である。単セル２０は、低熱膨張部材３３０の上部に電解質層１２１が被覆された水素透過性金属層１２２が配設され、電解質層１２１の上にカソード電極１１０が配設される。応力緩和部材３７０は、低熱膨張部材３３０の集電体１４０側の面の端部と蝋付けにより接合され配設されている。絶縁部材３００は、応力緩和部材３７０とガスセパレータ１００により挟持され配設される。応力緩和部材３７０は、材質がアルミニウムであるため、ガスセパレータ１００との間が短絡しないよう絶縁する必要があるためである。応力緩和部材３７０を、絶縁性を有する材質、例えば、ゴムなどの樹脂により形成することとすれば、絶縁部材３００を省略できる。図１１に、本図の円Ｃに示す領域を拡大して示し、燃料電池の発電時に、応力緩和部材３７０がどのように変形し、電解質層１２１、水素透過性金属層１２２や低熱膨張部材３３０に加わる応力を緩和するかを模式的に示した。
【００４５】
Ｂ３．電解質膜にかかる応力：
図１１は、本実施例における単セル２０の一部拡大断面図である。応力緩和部材３７０は、ガスセパレータ１００およびガスセパレータ１７０によって図中円Ｆに示すように挟持されている。低熱膨張部材３３０は、応力緩和部材３７０と図の円Ｄの部位で接合され、固定支持されている。燃料電池の発電により、電解質層１２１、水素透過性金属層１２２、低熱膨張部材３３０に熱が加わると、低熱膨張部材３３０、電解質層１２１および水素透過性金属層１２２に熱膨張が発生し応力が加わる。応力は、円Ｄの接合部位を介して、低熱膨張部材３３０よりも剛性の低い応力緩和部材３７０に伝わる。応力は、円Ｄ、Ｆの固定部分に集中し、応力緩和部材３７０は図示するように歪む。応力緩和部材３７０を配設せず、低熱膨張部材３３０を、直接、ガスセパレータ１００、１７０に固定すると、電解質層１２１、水素透過性金属層１２２および低熱膨張部材３３０にかかる応力により、図の二点鎖線に示すように、湾曲状に歪みが発生するが、応力緩和部材３７０を設けることにより、湾曲状の歪みを抑制することができる。
【００４６】
以上説明した本発明の第２実施例によれば、水素透過性金属層１２２の熱膨張を低熱膨張部材３３０によって抑制すると共に、低熱膨張部材３３０および水素透過性金属層１２２にかかる熱膨張による応力を、応力緩和部材３７０に負担させることができる。従って、電解質層１２１と水素透過性金属層１２２との界面に発生する剪断応力を低減することができ、電解質層１２１の剥離・亀裂を抑制することができる。
【００４７】
上述した第２実施例では、応力緩和部材３７０は、ガスセパレータ１００，１７０により挟持され固定されることとしたが、ガスセパレータのいずれかと接合されることにより固定されることとしてもよい。
【００４８】
Ｂ４．第２実施例の変形例：
図１２は、本実施例における変形例を表す説明図であり、単セル２０の一部拡大断面図である。各部材の構成は、第２実施例と同様であるため、説明を省略する。応力緩和部材４８０は、破線円で示すように、スプリング形状を有する金属とすることとしてもよい。こうすれば、低熱膨張部材３３０から伝わる応力は、剛性が特に低くなる破線円の部位に集中し、効率的に、低熱膨張部材３３０、水素透過性金属層１２２、および電解質層１２１にかかる応力を緩和することができる。応力緩和部材４８０は、例えば、薄い金属板を、断面がスプリング形状となるように成形することとしてもよいし、応力緩和部材４８０の、破線円の部位以外の部位に、バネ定数を有する金属を備えることとしてもよい。
【００４９】
Ｃ．変形例：
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１実施例における燃料電池の単セルの分解斜視図を例示する説明図である。
【図２】第１実施例における低熱膨張部材の構造を例示する説明図である。
【図３】第１実施例における単セルを例示する斜視図である。
【図４】第１実施例における単セルの断面分解図である。
【図５】第１実施例における単セルの断面図である。
【図６】第１実施例における変形例を表す説明図である。
【図７】第２実施例における燃料電池の単セルの分解斜視図である。
【図８】第２施例における応力緩和部材の平面図である。
【図９】第２実施例における単セルを例示する斜視図である。
【図１０】第２実施例における単セルの断面図である。
【図１１】第２実施例における単セルの一部拡大断面図である。
【図１２】第２実施例における変形例を表す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０，２０...単セル
１００，１５０，１７０...ガスセパレータ
１０１...酸化ガス流路
１０５...貫通孔
１１０...カソード電極
１２１，１２１ａ...電解質層
１２２...水素透過性金属層
１３０...低熱膨張部材
１３１...嵌合部
１３１ａ...底部
１３２...燃料ガス流通路
１３５...貫通孔
１４０...集電体
１４１...凸部
１５１...燃料ガス流路
１６０...貫通孔
１７０...絶縁体
１７１...燃料ガス流路
２００...圧縮応力
２１０...応力
３００...絶縁部材
３３０...低熱膨張部材
３３２...燃料ガス流通路
３７０...応力緩和部材
３７１...ガス通過部
３７５...貫通孔
３８０...接合領域
４８０...応力緩和部材
【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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