(57)【要約】      （修正有）【課題】支持基板の基端部にクラックが生じることを抑制する構造を有する燃料電池セルの提供。【解決手段】支持基板２０と、少なくとも１つの発電素子部１０（１０ａ）と、補強膜８と、を備えている。支持基板２０は、基端側２４から先端側に向かって延びるガス流路２１を有している燃料電池セル３０１。支持基板２０は多孔質であり、発電素子部１０が、支持基板２０に支持されており、補強膜８は、基端側発電素子部１０ａよりも基端側において、ガス流路を画定する内壁面を覆っている。補強膜８は、支持基板２０よりも緻密である燃料電池セル３０１。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端側から先端側に向かって延びるガス流路を有する多孔質の支持基板と、
前記支持基板に支持される少なくとも１つの発電素子部と、
前記発電素子部よりも基端側において前記ガス流路を画定する内壁面を覆い、前記支持基板よりも緻密な補強膜と、
を備える、燃料電池セル。
【請求項２】
前記発電素子部は、複数の前記発電素子部を含み、
前記複数の発電素子部のうち、最も基端側に配置される発電素子部である基端側発電素子部よりも基端側において、前記補強膜は、前記内壁面を覆う、
請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記補強膜は、緻密質材料から構成される、
請求項１又は２に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
前記補強膜は、前記支持基板と同じ主成分を有する、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池セルは、ガス流路を有する多孔質の支持基板と、支持基板上に支持される発電素子部とを備えている。発電素子部は、内側電極（例えば、燃料極）、電解質、及び外側電極（例えば、空気極）を有している。燃料極に燃料ガスを供給するとともに、空気極に空気を供給することによって、発電素子部が発電する。なお、ガス流路内にガスを供給すると、ガス流路内を流れるガスは支持基板内を介して発電素子部の内側電極へと供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−７６３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように構成された燃料電池セルにおいて、支持基板の基端部にクラックが生じることがあった。そこで、本発明の課題は、支持基板の基端部にクラックが生じることを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、支持基板の基端部側から余熱不足のガスがガス流路に供給されることによって支持基板の基端部が急冷され、ガス流路を画定する内壁面にクラックが生じるおそれがあることを見出した。そこで、本発明のある側面に係る燃料電池セルを以下のように構成した。すなわち、本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、少なくとも１つの発電素子部と、補強膜と、を備えている。支持基板は、基端側から先端側に向かって延びるガス流路を有している。支持基板は多孔質である。発電素子部は、支持基板に支持されている。補強膜は、発電素子部よりも基端側において、ガス流路を画定する内壁面を覆っている。補強膜は、支持基板よりも緻密である。
【０００６】
この構成によれば、上述したように支持基板よりも緻密な補強膜がガス流路の内壁面を覆っているため、余熱不足のガスがガス流路に供給された場合であっても、支持基板の基端部においてクラックが生じることを抑制することができる。
【０００７】
好ましくは、発電素子部は、複数の発電素子部を含んでいる。複数の発電素子部のうち、最も基端側に配置される発電素子部である基端側発電素子部よりも基端側において、補強膜は、内壁面を覆っている。
【０００８】
好ましくは、補強膜は、緻密質材料から構成される。この構成によれば、ガス流路に供給されたガスが、補強膜に覆われた部分から支持基板内へ浸透することを抑制することができる。
【０００９】
好ましくは、補強膜は、支持基板と同じ主成分を有する。この構成によれば、補強膜は、支持基板と近い値の熱膨張係数となるため、クラックの発生をより抑制できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、支持基板の基端部にクラックが生じることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】燃料電池スタックの斜視図。
【図２】燃料電池スタックの断面図。
【図３】燃料マニホールドの斜視図。
【図４】燃料電池セルの斜視図。
【図５】燃料電池セルの断面図。
【図６】燃料電池セルの基端側の断面図。
【図７】燃料電池セルと燃料マニホールドとの接合を示す図。
【図８】空気の供給方法を示す図。
【図９】燃料電池セル内を流れる電流を示す図。
【図１０】燃料電池セルの製造方法を示す図。
【図１１】燃料電池セルの製造方法を示す図。
【図１２】燃料電池セルの製造方法を示す図。
【図１３】燃料電池セルの製造方法を示す図。
【図１４】燃料電池セルの製造方法を示す図。
【図１５】燃料電池セルの製造方法を示す図。
【図１６】燃料電池セルの製造方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る燃料電池セルを用いた燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１００は、燃料マニホールド２００と、複数の燃料電池セル３０１と、を備えている。
【００１４】
［燃料マニホールド］
図３に示すように、燃料マニホールド２００は、燃料ガスを各燃料電池セル３０１に分配するように構成されている。燃料マニホールド２００は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド２００の内部空間には、導入管２０１を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド２００は、互いに間隔をあけて並ぶ複数の貫通孔２０２を有している。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の天板２０３に形成されている。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の内部空間と外部とを連通する。
【００１５】
［燃料電池セル］
図２に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００から延びている。詳細には、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００の天板２０３から上方（ｘ軸方向）に延びている。すなわち、各燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）は、上方に延びている。燃料電池セル３０１の基端部が貫通孔２０２に挿入されている。図４に示すように、燃料電池セル３０１は、複数の発電素子部１０と、支持基板２０とを備えている。
【００１６】
［支持基板］
支持基板２０は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びる複数のガス流路２１を内部に有している。各ガス流路２１は、支持基板２０の基端側から先端側に向かって延びている。各ガス流路２１は、互いに実質的に平行に延びている。なお、基端側とは、ガス流路のガス供給側を意味する。具体的には、燃料マニホールド２００に燃料電池セル３０１を取り付けた場合において、その燃料マニホールド２００に近い側を意味する。また、先端側とは、ガス流路のガス供給側とは反対側を意味する。具体的には、燃料電池セル３０１を燃料マニホールド２００に取り付けた場合において、その燃料マニホールド２００から遠い側を意味する。例えば、本実施形態の図２では、下側が基端側であり、上側が先端側となる。
【００１７】
図５に示すように、支持基板２０は、複数の第１凹部２２を有している。各第１凹部２２は、支持基板２０の一対の主面２３に形成されている。各第１凹部２２は支持基板２０の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第１凹部２２は、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）の両端部には形成されていない。
【００１８】
支持基板２０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板２０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板２０は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板２０の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。
【００１９】
［発電素子部］
各発電素子部１０は、支持基板２０の各主面２３に支持されている。なお、各発電素子部１０は、支持基板２０の一方の主面２３のみに支持されていてもよい。各発電素子部１０は、支持基板２０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル３０１は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。長手方向に隣り合う発電素子部１０は、インターコネクタ３１によって互いに電気的に接続されている。
【００２０】
発電素子部１０は、燃料極４、電解質５、及び空気極６を有している。また、発電素子部１０は、反応防止膜７をさらに有している。
【００２１】
［燃料極］
燃料極４は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極４は、燃料極集電部４１と燃料極活性部４２とを有する。
【００２２】
［燃料極集電部］
燃料極集電部４１は、第１凹部２２内に配置されている。詳細には、燃料極集電部４１は、第１凹部２２内に充填されており、第１凹部２２と同様の外形を有する。燃料極集電部４１は、第２凹部４１１及び第３凹部４１２を有している。第２凹部４１１内には、燃料極活性部４２が配置されている。また、第３凹部４１２には、インターコネクタ３１が配置されている。
【００２３】
燃料極集電部４１は、電子伝導性を有する。燃料極集電部４１は、燃料極活性部４２よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部４１は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００２４】
燃料極集電部４１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部４１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部４１の厚さ、及び第１凹部２２の深さは、５０〜５００μｍ程度である。
【００２５】
［燃料極活性部］
燃料極活性部４２は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部４２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部４１における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
【００２６】
燃料極活性部４２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部４２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部４２の厚さは、５〜３０μｍである。
【００２７】
［電解質］
電解質５は、燃料極４上を覆うように配置されている。詳細には、電解質５は、あるインターコネクタ３１から隣のインターコネクタ３１まで長手方向に延びている。すなわち、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、電解質５とインターコネクタ３１とが交互に連続して配置されている。電解質５は、支持基板２０の各主面２３を覆うように構成されている。
【００２８】
電解質５は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質５は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、電解質５は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質５の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００２９】
［反応防止膜］
反応防止膜７は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜７は、電解質５と空気極活性部６１との間に配置されている。反応防止膜７は、電解質５内のＹＳＺと空気極６内のＳｒとが反応して電解質５と空気極６との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。
【００３０】
反応防止膜７は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜７は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００３１】
［空気極］
空気極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極６は、電解質５を介して、燃料極４と反対側に配置されている。空気極６は、空気極活性部６１と空気極集電部６２とを有している。
【００３２】
［空気極活性部］
空気極活性部６１は、反応防止膜７上に配置されている。空気極活性部６１は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部６１は、空気極集電部６２よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部６１おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部６２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
【００３３】
空気極活性部６１は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極活性部６１は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極活性部６１は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極活性部６１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００３４】
［空気極集電部］
空気極集電部６２は、空気極活性部６１上に配置されている。また、空気極集電部６２は、空気極活性部６１から、隣の発電素子部に向かって延びている。なお、燃料極集電部４１と空気極集電部６２とは、発電領域から互いに反対側に延びている。なお、発電領域とは、燃料極活性部４２と電解質５と空気極活性部６１とが重複する領域である。
【００３５】
空気極集電部６２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極集電部６２は、空気極活性部６１よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部６２は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００３６】
空気極集電部６２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極集電部６２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、空気極集電部６２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電部６２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。
【００３７】
［インターコネクタ］
インターコネクタ３１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に隣り合う発電素子部１０を電気的に接続するように構成されている。詳細には、一方の発電素子部１０の空気極集電部６２は、他方の発電素子部１０に向かって延びている。また、他方の発電素子部１０の燃料極集電部４１は、一方の発電素子部１０に向かって延びている。そして、インターコネクタ３１は、一方の発電素子部１０の空気極集電部６２と、他方の発電素子部１０の燃料極集電部４１とを電気的に接続している。インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１の第３凹部４１２内に配置されている。詳細には、インターコネクタ３１は、第３凹部４１２内に埋設されている。
【００３８】
インターコネクタ３１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ３１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ３１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００３９】
［補強膜］
図６に示すように、補強膜８は、基端側発電素子部１０ａよりも基端側において、ガス流路２１の内壁面を覆っている。なお、基端側発電素子部１０ａとは、各主面２３に支持された複数の発電素子部１０のうち、最も基端側（図６の最も左側）に配置された発電素子部１０をいう。
【００４０】
支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、補強膜８は、支持基板２０の基端面２４から、好ましくは基端側発電素子部１０ａの燃料極活性部４２に到達しない程度に延びており、より好ましくは燃料極集電部４１に到達しない程度に延びている。すなわち、補強膜８の先端は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、好ましくは基端側発電素子部１０ａの燃料極活性部４２の基端よりも基端側に位置しており、より好ましくは基端側発電素子部１０ａの燃料極集電部４１の基端よりも基端側に位置している。
【００４１】
また、特に限定されるものではないが、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）における基端面２４からの補強膜８の長さは、５〜５０ｍｍ程度とすることができる。また、補強膜８の厚さは、１０〜２００μｍ程度とすることができる。
【００４２】
補強膜８は、ガス流路２１を画定する内壁面のみでなく、支持基板２０の基端面２４、及び支持基板２０の一対の主面２３を覆っていてもよい。なお、支持基板２０の各主面２３を覆う補強膜８の先端は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、好ましくは基端側発電素子部１０ａの燃料極活性部４２の基端よりも基端側に位置しており、より好ましくは基端側発電素子部１０ａの燃料極集電部４１の基端よりも基端側に位置している。例えば、ガス流路２１を画定する内壁面を覆う補強膜８の先端と、支持基板２０の一対の主面２３を覆う補強膜８の先端とは、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、ほぼ同じ位置にある。なお、支持基板の各主面２３を覆う補強膜８の先端部は、電解質５の基端部を覆っていてもよい。
【００４３】
補強膜８は、支持基板２０よりも緻密である。好ましくは、補強膜８は、緻密質材料から構成されている。例えば、補強膜８の気孔率は、１０％以下程度とすることができる。補強膜８は、支持基板２０と同じ主成分を有していることが好ましい。補強膜８は、例えば、ＭｇＯ-ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＭｇＯ-Ｙ２Ｏ３、又はＣａＺｒＯ３等によって構成され得る。
【００４４】
［集電部材］
以上のように構成された燃料電池セル３０１は、隣り合う燃料電池セル３０１と、集電部材３０２によって電気的に接続されている。図２に示すように、集電部材３０２は、一対の燃料電池セル３０１間に配置されている。そして、集電部材３０２は、厚さ方向（ｚ軸方向）において隣り合う燃料電池セル３０１同士を電気的に接続するよう、導電性を有している。詳細には、集電部材３０２は、燃料電池セル３０１の基端側において、隣り合う燃料電池セル３０１同士を接続している。集電部材３０２は、基端側発電素子部１０ａよりも基端側に配置されている。詳細には、図６に示すように、集電部材３０２は、基端側発電素子部１０ａから延びる空気極集電部６２上に配置されている。
【００４５】
集電部材３０２は、例えば、直方体状又は円柱状などのようなブロック状である。集電部材３０２は、例えば、酸化物セラミックスの焼成体で構成されている。このような酸化物セラミックスとしては、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、又は（Ｍｎ，Ｆｅ）３Ｏ４等が挙げられる。この集電部材３０２は、例えば、可撓性を有していない。なお、集電部材３０２は、金属板などによって形成されていてもよい。
【００４６】
集電部材３０２は、第１接合材１０１によって、各燃料電池セル３０１に接合されている。すなわち、第１接合材１０１は、各集電部材３０２と各燃料電池セル３０１とを接合している。第１接合材１０１は、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３等よりなる群から選ばれる少なくとも１種である。
【００４７】
図２に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００に支持されている。詳細には、各燃料電池セル３０１は、第２接合材１０２によって、燃料マニホールド２００の天板２０３に固定されている。より詳細には、図７に示すように、各燃料電池セル３０１の基端部が、燃料マニホールド２００の貫通孔２０２に挿入されている。燃料電池セル３０１は、貫通孔２０２に挿入された状態で、第２接合材１０２によって燃料マニホールド２００に固定されている。
【００４８】
第２接合材１０２は、燃料電池セル３０１が挿入された状態の貫通孔２０２内に充填される。すなわち、第２接合材１０２は、燃料電池セル３０１の外周面と、貫通孔２０２を画定する壁面との隙間に充填される。第２接合材１０２は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを指す。なお、第２接合材１０２の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第２接合材１０２は、ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３系及びＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
【００４９】
燃料マニホールド２００から突出している各燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）の長さは、１００〜３００ｍｍ程度とすることができる。また、各燃料電池セル３０１は、燃料電池セル３０１の厚さ方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。この燃料電池セル３０１同士の間隔は、１〜５ｍｍ程度とすることができる。
【００５０】
［発電方法］
以上のように構成された燃料電池スタック１００は、次のようにして発電する。燃料マニホールド２００を介して各燃料電池セル３０１のガス流路２１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板２０の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝す。
【００５１】
酸素を含むガスは、例えば、図８に示すように、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）に沿って流れるように、基端側発電素子部１０ａよりも基端側に供給される。詳細には、燃料電池スタック１００は、ガス供給部材４００をさらに有している。ガス供給部材４００は、各燃料電池セル３０１の間において、空気などのガスを供給するように構成されている。なお、ガス供給部材４００から供給されたガスが効率的に上方へ流れるよう、案内板４０１がガス供給部材４００と反対側に設置されていてもよい。案内板４０１は、平板状であって、燃料電池セル３０１の長手方向に延びるとともに、燃料電池セル３０１の厚さ方向に延びている。
【００５２】
以上のように、燃料ガス、及び酸素を含むガスを供給された各発電素子部１０において、電解質５の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック１００を外部の負荷に接続すると、空気極６において下記（１）式に示す電気化学反応が起こり、燃料極４において下記（２）式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−      …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−          …（２）
発電状態においては、電流は、図９において矢印で示すように流れる。インターコネクタ３１、及び発電素子部１０において、電流は厚さ方向に流れる。
【００５３】
［製造方法］
次に、上述したように構成された燃料電池セルの製造方法について説明する。図１０から図１６において、各部材の符号の末尾の「ｇ」は、その部材が焼成前であることを示している。
【００５４】
まず、図１０に示すように、支持基板の成形体２０ｇを作製する。この支持基板の成形体２０ｇは、例えば、支持基板２０の材料（例えば、ＣＳＺ）の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、押し出し成形、及び切削等の手法を利用して作製され得る。
【００５５】
支持基板の成形体２０ｇが作製されると、次に、図１１に示すように、支持基板の成形体２０ｇの各主面２３に形成された各第１凹部２２に、燃料極集電部の成形体４１ｇを充填する。燃料極集電部の成形体４１ｇは、例えば、上述した燃料極集電部４１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって作製される。
【００５６】
次に、図１２に示すように、燃料極集電部の成形体４１ｇの各第２凹部４１１内に、燃料極活性部の成形膜４２ｇを形成する。この成形膜４２ｇは、例えば、上述した燃料極活性部４２の材料の粉末にバインダーなどを添加して得られるスラリーを用いて、印刷法などによって形成される。
【００５７】
また、各燃料極集電部の成形体４１ｇの各第３凹部４１２内に、インターコネクタの成形膜３１ｇを形成する。各インターコネクタの成形膜３１ｇは、例えば、上述したインターコネクタ３１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。
【００５８】
次に、図１３に示すように、燃料極活性部の成形膜４２ｇ上に、電解質の成形膜５ｇを形成する。詳細には、電解質の成形膜５ｇの先端部は、インターコネクタの成形膜３１ｇ上に配置されている。また、別の電解質の成形膜５ｇの基端部も、同じインターコネクタの成形膜３１ｇ上に配置されている。これによって、燃料極集電部の成形体４１ｇ、及び燃料極活性部の成形膜４２ｇが形成された状態の支持基板の成形体２０ｇの各主面２３は、インターコネクタの成形膜３１ｇ、及び電解質の成形膜５ｇによって覆われている。電解質の成形膜５ｇは、例えば、上述した電解質５の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法、又はディッピング法等によって形成される。
【００５９】
次に、図１４に示すように、電解質の成形膜５ｇ上に、反応防止膜の成形膜７ｇを形成する。各反応防止膜の成形膜７ｇは、例えば、上述した反応防止膜７の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。
【００６０】
また、ガス流路２１を画定する内壁面を覆うように、補強膜の成形膜８ｇを形成する。詳細には、ガス流路２１の内壁面のうち、基端側発電素子部１０ａよりも基端側の内壁面を覆うように、補強膜の成形膜８ｇを形成する。また、支持基板の成形体２０ｇの基端面２４及び各主面２３を覆うように、補強膜の成形膜８ｇを形成する。各主面２３上において、補強膜の成形膜８ｇの先端部は、電解質の成形膜５ｇの基端部上に形成されていてもよい。
【００６１】
そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体２０ｇを、空気中にて１２００〜１６００℃程度で１〜１０時間程度焼成する。これにより、空気極６が形成されていない状態の燃料電池セルが得られる。
【００６２】
次に、図１５に示すように、各反応防止膜７上に、空気極活性部の成形膜６１ｇを形成する。各空気極活性部の成形膜６１ｇは、例えば、上述した空気極活性部６１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。
【００６３】
次に、図１６に示すように、空気極活性部の成形膜６１ｇ上に、空気極集電部の成形膜６２ｇを形成する。詳細には、空気極集電部の成形膜６２ｇは、空気極活性部の成形膜６１ｇから隣の発電素子部に向かって延びるように形成される。また、基端側発電素子部１０ａの空気極集電部の成形膜６２ｇは、空気極活性部の成形膜６１ｇから基端側に向かって延びている。各空気極集電部の成形膜６２ｇは、例えば、上述した空気極集電部６２の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。
【００６４】
そして、このように空気極の成形膜６１ｇ、６２ｇが形成された状態の支持基板２０を、空気中にて９００〜１２００℃程度で１〜１０時間程度焼成する。これによって、燃料電池セル３０１が完成する。
【００６５】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００６６】
変形例１
上記実施形態では、支持基板２０は平板状であったが、円筒状であってもよい。すなわち、燃料電池セル３０１は、円筒型であってもよい。
【００６７】
変形例２
上記実施形態では、燃料極集電部４１が第２凹部４１１及び第３凹部４１２を有しているが、燃料極集電部４１の構成はこれに限定されない。例えば、燃料極集電部４１は第２凹部４１１及び第３凹部４１２などの凹部を有していなくてもよい。この場合、燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１上に形成されており、燃料極集電部４１に埋設されていない。また、インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１上に形成されており、燃料極集電部４１に埋設されていない。
【符号の説明】
【００６８】
８        ：補強膜
１０      ：支持基板
１０      ：発電素子部
１０ａ    ：基端側発電素子部
２０      ：支持基板
２１      ：ガス流路
３０１    ：燃料電池セル
【図１】
2018041558.tif 000003
【図２】
2018041558.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年10月5日(2017.10.5)
【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】
ガス供給側である基端側からガス排出側である先端側に向かって延びるガス流路を有する多孔質の支持基板と、
前記支持基板に支持される少なくとも１つの発電素子部と、
前記発電素子部よりも基端側において前記ガス流路を画定する内壁面を覆い、前記支持基板よりも緻密な補強膜と、
を備える、燃料電池セル。
【請求項２】
前記発電素子部は、複数の前記発電素子部を含み、
前記複数の発電素子部のうち、最も基端側に配置される発電素子部である基端側発電素子部よりも基端側において、前記補強膜は、前記内壁面を覆う、
請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記補強膜は、緻密質材料から構成される、
請求項１又は２に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
前記補強膜は、前記支持基板と同じ主成分を有する、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池セル。