(57)【要約】【課題】燃料電池セルの発電効率を向上させる。【解決手段】燃料電池セルは、支持基板２０と、第１発電素子部１０ａと、第２発電素子部１０ｂと、インターコネクタ３１と、シール部３２とを備えている。第１発電素子部１０ａは、第１燃料極４ａ、第１電解質５ａ、及び第１空気極６ａを有する。第１燃料極集電部４１ａは、凹部２３内に配置される。第２発電素子部１０ｂは、第２燃料極４ｂ、第２電解質５ｂ、及び第２空気極６ｂを有する。シール部３２は、電気絶縁性を有する。シール部３２は、第１燃料極集電部４１ａ上においてインターコネクタ３１と隣接する。また、シール部３２は、第１燃料極集電部４１ａの端縁を越えて第２発電素子部１０ｂ側に向かって延びる。第２電解質５ｂは、シール部３２まで延びる。【選択図】図６
2018041560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面、及び前記第１主面に形成される凹部、を有する支持基板と、
前記凹部内に配置される第１内側電極集電部を含む第１内側電極、第１電解質、及び第１外側電極を有し、前記支持基板に支持される第１発電素子部と、
第２内側電極、第２電解質、及び第２外側電極を有し、前記支持基板に支持される第２発電素子部と、
前記第１内側電極集電部上に配置され、前記第１発電素子部と前記第２発電素子部とを電気的に接続するインターコネクタと、
電気絶縁性を有するシール部と、
を備え、
前記シール部は、前記第１内側電極集電部上において前記インターコネクタと隣接するとともに、前記第１内側電極集電部の端縁を越えて前記第２発電素子部側に向かって延び、
前記第２電解質は、前記シール部まで延びる、
燃料電池セル。
【請求項２】
前記第１内側電極集電部は、前記支持基板の第１主面と同一面上にある第２主面を有し、
前記シール部は、前記第２主面上に形成される、
請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記第１及び第２内側電極は、燃料極であり、
前記第１及び第２外側電極は、空気極である、
請求項１又は２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、支持基板と、支持基板に支持される複数の発電素子部とを備えている。例えば、特許文献１に開示された燃料電池セルでは、インターコネクタによって、隣り合う発電素子部を電気的に接続している。
【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】
燃料電池セルにおいて、発電効率を向上させることが要望されている。そこで、本発明の課題は、発電効率を向上させることのできる燃料電池セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、第１発電素子部と、第２発電素子部と、インターコネクタと、シール部とを備えている。支持基板は、第１主面、及び第１主面に形成される凹部、を有する。第１発電素子部は、支持基板に支持される。第１発電素子部は、第１内側電極、第１電解質、及び第１外側電極を有する。第１内側電極は、凹部内に配置される第１内側電極集電部を含む。第２発電素子部は、支持基板に支持される。第２発電素子部は、第２内側電極、第２電解質、及び第２外側電極を有する。インターコネクタは、第１内側電極集電部上に配置される。インターコネクタは、第１発電素子部と第２発電素子部とを電気的に接続する。シール部は、電気絶縁性を有する。シール部は、第１内側電極集電部上においてインターコネクタと隣接する。また、シール部は、第１内側電極集電部の端縁を越えて第２発電素子部側に向かって延びる。第２電解質は、シール部まで延びる。
【０００６】
本発明者は、隣り合う発電素子部である第１発電素子部と第２発電素子部との間において、好ましくない電流の流れが生じていることを見出した。すなわち、従来の燃料電池セルにおいて、第１発電素子部の内側電極集電部と、第２発電素子部の外側電極集電部とは、インターコネクタを介して電気的に接続されている。一方、第１発電素子部の内側電極集電部と第２発電素子部の外側電極集電部との間に、第２発電素子部の電解質が介在している。このため、第１発電素子部の内側電極集電部、第２発電素子部の電解質、及び第２発電素子部の外側電極集電部によって発電する。この結果、インターコネクタを流れた電流が、第１発電素子部の電解質に向かうべきところ、電流の一部が第２発電素子部の電解質に戻る恐れがある。
【０００７】
これに対して、本願発明では、電気絶縁性を有するシール部が第１内側電極集電部上において、インターコネクタから第１内側電極集電部の端縁を越えて第２発電素子部側に向かって延びている。このため、第１内側電極集電部と第２電解質との間にはシール部が介在しており、第１内側電極集電部と第２電解質とは接触していない。このため、上述したような第１内側電極集電部、第２外側電極集電部、及び第２電解質による発電を防ぐことができる。この結果、燃料電池セルの発電効率を向上させることができる。
【０００８】
好ましくは、第１内側電極集電部は、支持基板の第１主面と同一面上にある第２主面を有している。そして、シール部は、第１内側電極集電部の第２主面上に形成される。すなわち、シール部は、第１内側電極集電部に埋設されていない。
【０００９】
好ましくは、第１及び第２内側電極は、燃料極であり、第１及び第２外側電極は、空気極である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池セルの発電効率を向上させることができる。
【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】燃料電池セルの断面図。
【図７】燃料電池セルの断面図。
【図８】燃料電池セルと燃料マニホールドとの接合を示す図。
【図９】空気の供給方法を示す図。
【図１０】燃料電池セル内を流れる電流を示す図。
【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。
【図１７】燃料電池セルの製造方法を示す図。
【図１８】燃料電池セルの製造方法を示す図。
【図１９】変形例に係る燃料電池セルの断面図。
【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。図４及び図５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、複数のインターコネクタ３１と、シール部３２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、互いに実質的に平行に延びている。図５に示すように、支持基板２０は、第１主面２２と、複数の凹部２３と、を有している。なお、支持基板２０は、第１主面２２の反対側にも主面を有しているが、その主面、およびその主面上の基本的な構成は第１主面２２側のそれと同じであるため、その詳細な説明を省略する。
【００１７】
各凹部２３は、第１主面２２に形成されている。各凹部２３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、各凹部２３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に支持されている。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】
各発電素子部１０は、燃料極４（内側電極の一例）、電解質５、及び空気極６（外側電極の一例）を有している。支持基板２０上に、支持基板２０側から、燃料極４，電解質５，空気極６の順で支持されている。また、各発電素子部１０は、反応防止膜７をさらに有している。
【００２１】
図６に示すように、各発電素子部１０のうち、ある隣り合う一対の発電素子部１０をそれぞれ、第１発電素子部１０ａ、第２発電素子部１０ｂとする。そして、第１発電素子部１０ａの燃料極４、電解質５、及び空気極６を、第１燃料極４ａ、第１電解質５ａ、及び第１空気極６ａとする。また、第２発電素子部１０ｂの燃料極４、電解質５、及び空気極６を、それぞれ第２燃料極４ｂ、第２電解質５ｂ、及び第２空気極６ｂとする。
【００２２】
［燃料極］
図５に示すように、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（内側電極集電部の一例）と燃料極活性部４２（内側電極活性部の一例）とを有する。
【００２３】
［燃料極集電部］
燃料極集電部４１は、凹部２３内に配置されている。詳細には、燃料極集電部４１は、凹部２３内に充填されており、凹部２３と同様の外形を有する。各燃料極集電部４１は、第２主面４１１を有している。第２主面４１１は、第１主面２２と実質的に同一面上にある。すなわち、支持基板２０の第１主面２２と、各燃料極集電部４１の第２主面４１１とによって、一つの平面が構成されている。なお、第２主面４１１は、第１主面２２と完全に同一面上になくてもよい。例えば、第１主面２２と第２主面４１１との間に、５０μｍ以下程度の段差があってもよい。第２主面４１１は平坦面を構成しており、第２主面４１１上には凹部は形成されていない。
【００２４】
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。
【００２５】
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、及び凹部２３の深さは、５０〜５００μｍ程度である。
【００２６】
［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。
【００２７】
燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１の第２主面４１１上に配置されている。すなわち、燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１に埋設されていない。燃料極活性部４２のインターコネクタ３１と反対側の端縁（図５の右端縁）は、第２主面４１１上において、燃料極集電部４１の端縁よりも内側に形成されている。詳細には、燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも平面視（ｚ軸方向視）の面積が小さい。そして、燃料極活性部４２は、第２主面４１１内に収まっている。
【００２８】
また、燃料極活性部４２のインターコネクタ３１側の端部（図５の左端部）は、後述するシール部３２に当接している。燃料極活性部４２の端部は、シール部３２上に載っていてもよい。
【００２９】
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。
【００３０】
［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から他のインターコネクタ３１まで支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に延びている。支持基板２０の長手方向において、電解質５とインターコネクタ３１とが交互に配置されている。
【００３１】
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。
【００３２】
［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と空気極活性部６１内のＳｒとが反応して電解質５と空気極活性部６１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。また、反応防止膜７は、電解質５と空気極集電部６２との間にも配置されている。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。なお、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ればよく、電解質５と空気極集電部６２との間には配置されていなくてもよい。
【００３３】
［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。
【００３４】
［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。
【００３５】
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。
【００３６】
［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１０に向かって延びている。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。
【００３７】
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。
【００３８】
［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）において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。例えば、図６に示すように、インターコネクタ３１は、第１発電素子部１０ａと第２発電素子部１０ｂとを電気的に接続している。詳細には、インターコネクタ３１は、第１発電素子部１０ａの燃料極集電部４１ａと、第２発電素子部１０ｂの空気極集電部６２ｂとを電気的に接続している。
【００３９】
インターコネクタ３１は、第１燃料極集電部４１ａ上に配置されている。詳細には、インターコネクタ３１は、第１燃料極集電部４１ａの第２主面４１１ａ上に配置されている。すなわち、インターコネクタ３１は、第１燃料極集電部４１ａに埋設されていない。インターコネクタ３１は、第２主面４１１ａ上において、燃料極活性部４２と間隔をあけて配置されている。
【００４０】
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。
【００４１】
［シール部］
シール部３２は、第１燃料極集電部４１ａ上に配置されている。シール部３２は、インターコネクタ３１と隣接している。詳細には、シール部３２は、インターコネクタ３１を囲むように配置されている。すなわち、シール部３２は、環状である。なお、インターコネクタ３１の一部が、シール部３２上に載っていてもよい。詳細には、インターコネクタ３１の外周端部が、シール部３２の内周端部に載っていてもよい。
【００４２】
シール部３２は、第１燃料極集電部４１ａから第１燃料極集電部４１ａの端縁を越えて第２発電素子部１０ｂに向かって延びている。詳細には、シール部３２は、第１燃料極集電部４１ａと支持基板２０とに亘って延びている。シール部３２は、第１燃料極集電部４１ａの第２主面４１１ａ上に形成されている。また、シール部３２は、支持基板２０の第１主面２２上に形成されている。第２電解質５ｂは、シール部３２まで延びている。詳細には、第２電解質５ｂの先端部は、シール部３２上に載っている。
【００４３】
シール部３２は、電気絶縁性を有している。すなわち、シール部３２は、電子伝導性を有していない。シール部３２は、例えば、ＭｇＯ（マグネシア）、ＣａＺｒＯ３（カルシウムジルコネート）、Ｙ２Ｏ３（イットリア）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）などから構成され得る。
【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。
【００４５】
詳細には、集電部材３０２は、燃料電池セル３０１のガス供給側において、隣り合う燃料電池セル３０１同士を接続している。図７に示すように、集電部材３０２は、基端側に配置されたインターコネクタ３１から延びる空気極集電部６２上に配置されている。なお、基端側とは、燃料電池セル３０１を燃料マニホールド２００に取り付けたとき、燃料マニホールド２００側のことをいう。
【００４６】
集電部材３０２は、ブロック状である。例えば、集電部材３０２は、直方体状又は円柱状である。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。
【００４７】
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。
【００４８】
［表裏間接続部材］
図２に示すように、燃料電池セル３０１は、表裏間接続部材３０３を有している。表裏間接続部材３０３は、支持基板２０の一方面においてガス排出側に配置された発電素子部１０と、支持基板２０の他方面においてガス排出側に配置された発電素子部１０とを、電気的に接続している。表裏間接続部材３０３は、例えば、上述した空気極集電部６２において説明した材料によって形成することができる。
【００４９】
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８に示すように、各燃料電池セル３０１は、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
［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。
【００５３】
酸素を含むガスは、例えば、図９に示すように、幅方向（ｙ軸方向）に沿って流れるように、燃料マニホールド２００の天板２０３に沿って流れる。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。
【００５４】
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１０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。
【００５５】
［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１１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。
【００５６】
まず、図１１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坏土を用いて、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。
【００５７】
支持基板の成形体２０ｇが作製されると、次に、図１２に示すように、支持基板の成形体２０ｇの上下面における各凹部２３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。
【００５８】
次に、図１３に示すように、燃料極集電部の成形体４１ｇ上に、シール部の成形膜３２ｇを形成する。シール部の成形膜３２ｇは、支持基板の成形体２０ｇ上にまで延びている。この成形膜３２ｇは、例えば、上述したシール部３２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。
【００５９】
次に、図１４に示すように、燃料極集電部の成形体４１ｇ上に、燃料極活性部の成形膜４２ｇを形成する。燃料極活性部の成形膜４２ｇは、その端部がシール部の成形膜３２ｇと当接している。なお、燃料極活性部の成形膜４２ｇの端部は、シール部の成形膜３２ｇ上に載っていてもよい。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。
【００６０】
次に、図１５に示すように、各燃料極集電部の成形体４１ｇ上に、インターコネクタの成形膜３１ｇを形成する。詳細には、シール部の成形膜３２ｇ内に、インターコネクタの成形膜３１ｇを形成する。インターコネクタの成形膜３１ｇの外周縁部は、シール部の成形膜３２ｇの内周縁部上に形成されている。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。
【００６１】
また、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の一方の端部は、第１発電素子部１０ａのシール部の成形膜３２ｇ上に配置されており、電解質の成形膜５ｇの他方の端部は、第２発電素子部１０ｂのシール部の成形膜３２ｇ上に配置される。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は、インターコネクタの成形膜３１ｇ、電解質の成形膜５ｇ、及びシール部の成形膜３２ｇによって覆っている。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。
【００６２】
次に、図１６に示すように、電解質膜の成形膜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。
【００６３】
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１０００〜１５００℃程度で１〜５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。
【００６４】
次に、図１７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。
【００６５】
次に、図１８に示すように、空気極活性部の成形膜６１ｇと、隣の発電素子部のインターコネクタ３１とを跨ぐように、空気極集電部の成形膜６２ｇを形成する。すなわち、空気極集電部の成形膜６２ｇは、空気極活性部の成形膜６１ｇ、電解質５、シール部３２、及び、インターコネクタ３１上に形成される。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。
【００６６】
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８００〜１２００℃程度で１〜５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。
【００６７】
［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。
【００６８】
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。
【００６９】
変形例２
上記実施形態の発電素子部１０では、燃料極４が内側電極となり、空気極６が外側電極となっていたが、発電素子部１０の構成はこれに限定されない。例えば、空気極６を内側電極とし、燃料極４を外側電極としてもよい。この場合、支持基板２０の凹部２３内には、空気極集電部６２が形成される。
【００７０】
変形例３
図１９に示すように、インターコネクタ３１は、インターコネクタ本体部３１１と、中間部３１２とを有していてもよい。中間部３１２は、インターコネクタ本体部３１１と燃料極集電部４１との間に配置されている。すなわち、中間部３１２は、燃料極集電部４１の第２主面４１１上に配置されており、インターコネクタ本体部３１１は、中間部３１２上に配置されている。
【００７１】
インターコネクタ本体部３１１は、電子伝動性を有する緻密質材料から構成される。例えば、インターコネクタ本体部３１１の気孔率は、１０％以下程度とすることができる。なお、インターコネクタ本体部３１１は、上述したインターコネクタ３１と同様の材料で形成することができる。
【００７２】
中間部３１２は、電子伝動性を有する。中間部３１２は、インターコネクタ本体部３１１よりも電子伝導性が高いことが好ましい。また、中間部３１２は、インターコネクタ本体部３１１よりも気孔率が大きいことが好ましい。例えば、中間部３１２は、多孔質材料から構成されてもよい。具体的には、中間部３１２の気孔率は、１５〜５０％程度とすることができる。なお、中間部３１２の材料は、インターコネクタ本体部３１１と同じとすることができる。また、中間部３１２は、複数層に分かれていてもよい。
【００７３】
変形例４
シール部３２は、複数層に分かれていてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０ａ    ：第１発電素子部
４ａ      ：第１燃料極
４１ａ    ：第１燃料極集電部
４１１    ：第２主面
５ａ      ：第１電解質
６ａ      ：第１空気極
１０ｂ    ：第２発電素子部
４ｂ      ：第２燃料極
５ｂ      ：第２電解質
６ｂ      ：第２空気極
１０      ：発電素子部
２０      ：支持基板
２２      ：第１主面
２３      ：凹部
３１      ：インターコネクタ
３２      ：シール部
３０１    ：燃料電池セル
【図１】
2018041560.tif 000003
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月7日(2017.12.7)
【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】
第１主面、及び前記第１主面に形成される凹部、を有する支持基板と、
前記凹部内に配置される第１内側電極集電部を含む第１内側電極、第１電解質、及び第１外側電極を有し、前記支持基板に支持される第１発電素子部と、
第２内側電極、第２電解質、及び第２外側電極を有し、前記支持基板に支持される第２発電素子部と、
前記第１内側電極集電部上に配置され、前記第１発電素子部と前記第２発電素子部とを電気的に接続するインターコネクタと、
電気絶縁性を有するシール部と、
を備え、
前記シール部は、前記第１内側電極集電部上において前記インターコネクタと隣接するとともに、前記第１内側電極集電部の端縁を越えて前記第２発電素子部側に向かって延び、
前記第２電解質は、前記シール部まで延び、
前記第１内側電極集電部は、第２主面を有し、
前記インターコネクタは、前記第２主面上に配置される、
燃料電池セル。
【請求項２】
前記第２主面は、前記支持基板の第１主面と同一面上にあり、
前記シール部は、前記第２主面上に形成される、
請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記第１及び第２内側電極は、燃料極であり、
前記第１及び第２外側電極は、空気極である、
請求項１又は２に記載の燃料電池セル。