(57)【要約】【課題】燃料極の破損を抑制可能な電気化学セルスタックを提供する。【解決手段】燃料電池スタック１００は、一列に配列された複数の燃料電池１と、各燃料電池１の基端部３を支持するマニホールド２とを備える。複数の燃料電池１のうち中央部に配置された中央部燃料電池１ａは、内部にガス流路１０ａを有する絶縁性の支持基板１０と、支持基板１０上に配置された複数の発電素子部Ａとを有する。中央部燃料電池１ａが有する複数の発電素子部Ａのうちマニホールド２から最も離れた先端側発電素子部Ａｓの面積Ｓ２は、複数の発電素子部Ａのうち先端側発電素子部Ａｓ以外の発電素子部Ａの面積Ｓ１よりも大きい。【選択図】図５
2018037402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列された複数の電気化学セルと、
前記複数の電気化学セルそれぞれの基端部を支持するマニホールドと、
を備え、
前記複数の電気化学セルのうち中央部に配置された中央部電気化学セルは、内部にガス流路を有する絶縁性の支持基板と、前記支持基板上に配置された複数の発電素子部とを有し、
前記中央部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記マニホールドから最も離れた先端側発電素子部の面積は、前記複数の発電素子部のうち前記先端側発電素子部以外の発電素子部の面積よりも大きい、
電気化学セルスタック。
【請求項２】
前記複数の電気化学セルのうち端部に配置された端部電気化学セルは、内部にガス流路を有する絶縁性の支持基板と、前記支持基板上に配置された複数の発電素子部とを有し、
前記中央部電気化学セルが有する前記先端側発電素子部の面積は、前記端部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記マニホールドから最も離れた先端側発電素子部の面積よりも大きい、
請求項１に記載の電気化学セルスタック。
【請求項３】
前記中央部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記先端側発電素子部以外の発電素子部それぞれの面積は、互いに略同等である、
請求項１又は２に記載の電気化学セルスタック。
【請求項４】
前記中央部電気化学セルは、前記複数の発電素子部どうしを電気的に接続する複数の電気的接続部を有し、
前記複数の電気的接続部のうち前記先端側発電素子部と電気的に接続される電気的接続部の断面積は、前記複数の電気的接続部のうち前記先端側発電素子部以外の発電素子部と電気的に接続される電気的接続部の断面積よりも大きい、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学セルスタック。
【請求項５】
前記複数の電気化学セルのうち端部に配置された端部電気化学セルは、内部にガス流路を有する絶縁性の支持基板と、前記支持基板上に配置された複数の発電素子部とを有し、
前記端部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記マニホールドに最も近い基端側発電素子部の面積は、前記複数の発電素子部のうち前記基端側発電素子部以外の発電素子部の面積よりも大きい、
請求項１乃至４のいずれかに記載の電気化学セルスタック。
【請求項６】
前記端部電気化学セルが有する前記基端側発電素子部の面積は、前記中央部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記マニホールドに最も近い基端側発電素子部の面積よりも大きい、
請求項５に記載の電気化学セルスタック。
【請求項７】
前記端部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記基端側発電素子部以外の発電素子部それぞれの面積は、互いに略同等である、
請求項５又は６に記載の電気化学セルスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セルスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気化学セルスタックの一種として、一列に並べられた複数の燃料電池と、各燃料電池の基端部を支持するマニホールドとを備える燃料電池スタックが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
各燃料電池は、内部にガス流路を有する絶縁性の支持基板と、支持基板上に配置される複数の発電素子部とを備える。各発電素子部は、燃料極と、空気極と、燃料極と空気極の間に配置される固体電解質層とを含む。燃料電池スタックの運転時、燃料ガスは、マニホールドの内部から各燃料電池のガス流路に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６４０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、燃料電池スタックの発電時において、配列方向の中央部に位置する燃料電池（以下、「中央部燃料電池」という。）は、配列方向の端部に位置する燃料電池（以下、「端部燃料電池」という。）に比べて、温度が高くなりやすい。このような中央部燃料電池に供給される燃料ガスは、ガス流路内で加熱されて粘度が高くなるため、中央部燃料電池のガス流路を流れる燃料ガスの流量は、端部燃料電池のガス流路を流れる燃料ガスの流量よりも少なくなってしまう。
【０００６】
また、中央部燃料電池のガス流路を流れる燃料ガスは、ガス流路の流入側から排出側に向かって徐々に消費される。そのため、中央部燃料電池に設けられた複数の発電素子部のうちガス流路の排出側に近い発電素子部では特に燃料ガスが不足するおそれがあり、燃料ガスが不足した発電素子部では、燃料極内のＮｉがＮｉＯに変化することによって燃料極に破損が生じるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、燃料極の破損を抑制可能な電気化学セルスタック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】
【０００８】
電気化学セルスタックは、配列された複数の電気化学セルと、複数の電気化学セルそれぞれの基端部を支持するマニホールドとを備える。複数の電気化学セルのうち中央部に配置された中央部電気化学セルは、内部にガス流路を有する絶縁性の支持基板と、支持基板上に配置された複数の発電素子部とを有する。中央部電気化学セルが有する複数の発電素子部のうちマニホールドから最も離れた先端側発電素子部の面積は、複数の発電素子部のうち先端側発電素子部以外の発電素子部の面積よりも大きい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料極の破損を抑制可能な電気化学セルスタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池スタックの斜視図
【図２】第１実施形態に係る燃料電池（中央部燃料電池と端部燃料電池）の斜視図
【図３】第１実施形態に係る中央部燃料電池の断面図
【図４】第１実施形態に係る端部燃料電池の断面図
【図５】第１実施形態に係る中央部燃料電池の支持基板の表裏面における各発電素子部の面積を示す模式図
【図６】第１実施形態に係る端部燃料電池の支持基板の表裏面における各発電素子部の面積を示す模式図
【図７】第２実施形態に係る端部燃料電池の支持基板の表裏面における各発電素子部の面積を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．第1実施形態
（燃料電池スタック１００）
図１は、燃料電池スタック１００の斜視図である。燃料電池スタック１００は、複数の燃料電池１及びマニホールド２を備える。
【００１２】
（複数の燃料電池１）
複数の燃料電池１は、配列方向に沿って一列に並べられる。各燃料電池１は、略等間隔で略平行に配置される。各燃料電池１の基端部３は、マニホールド２に固定される。各燃料電池１の先端部４は、自由端である。このように、各燃料電池１は、マニホールド２によって片持ち状態で支持される。
【００１３】
複数の燃料電池１は、中央部燃料電池１ａと、中央部燃料電池１ａの配列方向両側に配置された端部燃料電池１ｂ，１ｂとを含む。
【００１４】
中央部燃料電池１ａは、複数の燃料電池１のうち配列方向中央とその近傍に配置された燃料電池１を意味する。具体的には、配列方向中央を中心として、配列方向における複数の燃料電池１の全長の１／３程度の領域に配置された燃料電池１を、中央部燃料電池１ａとすることができる。図１に示すように、本実施形態では、６個の燃料電池１が中央部燃料電池１ａとされているが、中央部燃料電池１ａの個数は、複数の燃料電池１の全長と各燃料電池１のサイズに応じて適宜変更できる。
【００１５】
端部燃料電池１ｂ，１ｂは、配列方向において中央部燃料電池１ａの両側に配置される。端部燃料電池１ｂ，１ｂは、複数の燃料電池１のうち配列方向両端とその近傍に配置された燃料電池１を意味する。具体的には、配列方向両端から複数の燃料電池１の全長の１／３程度までの領域に配置された燃料電池１を、端部燃料電池１ｂとすることができる。図１に示すように、本実施形態では、６個の中央部燃料電池１ａの両側に配置された７個の燃料電池１が端部燃料電池１ｂとされているが、端部燃料電池１ｂの個数は、複数の燃料電池１の全長と各燃料電池１のサイズに応じて適宜変更できる。
【００１６】
なお、中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂとの間には、中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂの両方に属さない燃料電池１が配置されていてもよい。
【００１７】
ここで、燃料電池スタック１００の発電時において、各燃料電池１は、燃料電池１自身のジュール熱や反応熱により熱エネルギーを放出する。端部燃料電池１ｂは隣接する燃料電池１が少ないため、端部燃料電池１ｂからの熱エネルギーが外部に放散されやすいのに対して、中央部燃料電池１ａの両側には多数の燃料電池１が配置されているため、中央部燃料電池１ａからの熱エネルギーは外部に放散されにくい。従って、中央部燃料電池１ａは、端部燃料電池１ｂに比べて高温になりやすい。
【００１８】
（マニホールド２）
マニホールド２は、各燃料電池１にガスを分配するように構成されている。マニホールド２は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド２の内部空間には、図示しない燃料ガス供給源から燃料ガスが供給される。
【００１９】
マニホールド２は、各燃料電池１を支持する。マニホールド２は、マニホールド本体２ａ、天板２ｂ、及び導入管２ｃを備える。本実施形態において、マニホールド本体２ａ、天板２ｂ、及び導入管２ｃは、互いに別部材であるが、これらは一体的に形成されていてもよい。
【００２０】
マニホールド本体２ａは、略直方体状であって、上面が開口した内部空間を有する。マニホールド本体２ａは、例えば、耐熱性を有する金属材料（例えば、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びＮｉ基合金など）によって構成できる。
【００２１】
天板２ｂは、マニホールド本体２ａの上面を塞ぐように、マニホールド本体２ａ上に配置される。天板２ｂは、例えば結晶化ガラスによって、マニホールド本体２ａに接合される。天板２ｂは、マニホールド本体２ａと同様の材料によって構成できる。
【００２２】
天板２ｂは、複数の貫通孔２ｄを有する。各貫通孔２ｄは、マニホールド２の内部空間と外部空間に連通する。各貫通孔２ｄには、各燃料電池１の基端部３が挿入される。各燃料電池１の基端部３は、接合材（例えば、結晶化ガラスなど）によって貫通孔２ｄに固定される。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系を用いることができる。
【００２３】
（中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂの外観構造）
次に、中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂの外観構造について説明する。図２は、中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂの斜視図である。中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂの外観は略同じであるため、図２では、１つの燃料電池のみが図示されている。
【００２４】
中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂは、いわゆる横縞型の固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）である。
【００２５】
中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂそれぞれは、８つの発電素子部Ａ、支持基板１０、シール膜１１、及び表裏間接続部材１２を備える。
【００２６】
８つの発電素子部Ａのうち４つの発電素子部Ａは、支持基板１０の表面上において、支持基板１０の長手方向に沿って所定間隔で配置され、電気的に直列に接続される。残りの４つの発電素子部Ａは、支持基板１０の裏面上において、支持基板１０の長手方向に沿って所定間隔で配置され、電気的に直列に接続される。
【００２７】
以下の説明では、支持基板１０の表面上に配置された４つの発電素子部Ａのうちマニホールド２から最も離れた発電素子部Ａのことを「先端側発電素子部Ａｓ」と称し、支持基板１０の裏面上に配置された４つの発電素子部Ａのうちマニホールド２から最も離れた発電素子部Ａのことを「先端側発電素子部Ａｔ」と称する（図３及び図４参照）。先端側発電素子部Ａｓ及び先端側発電素子部Ａｔは、先端部４上に配置された発電素子部Ａである。先端側発電素子部Ａｓ及び先端側発電素子部Ａｔは、後述するガス流路１０ａの排出口に最も近い発電素子部Ａである。
【００２８】
支持基板１０は、長手方向に延びる平板である。支持基板１０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１０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）で構成することができる。支持基板１０は、８つの発電素子部Ａを支持する。
【００２９】
支持基板１０の内部には、複数のガス流路１０ａが形成される。各ガス流路１０ａは、支持基板１０の長手方向に沿って延びる。各ガス流路１０ａは、支持基板１０の長手方向両端面で開口している。各ガス流路１０ａは、支持基板１０の短手方向において略等間隔で略平行に形成される。
【００３０】
シール膜１１は、支持基板１０の外表面を覆う。シール膜１１は、緻密質材料によって構成することができる。緻密質材料としては、例えば、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ガラス、スピネル酸化物などが挙げられる。シール膜１１は、後述する各発電素子部Ａの固体電解質膜４０と同じ材料によって一体的に構成されていてもよい。
【００３１】
表裏間接続部材１２は、先端部４を周回するように設けられる。表裏間接続部材１２は、先端側発電素子部Ａｓと先端側発電素子部Ａｔを電気的に直列に接続する。
【００３２】
表裏間接続部材１２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）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）、或いは、Ｌａ（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ）Ｏ３等で構成することができる。
【００３３】
（中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂの内部構造）
次に、中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂの内部構造について説明する。図３は、中央部燃料電池１ａの図２のＰ面における断面図である。図４は、端部燃料電池１ｂの図２のＰ面における断面図である。
【００３４】
図３及び図４に示すように、中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂは、それぞれ、燃料極２０、インターコネクタ３０、固体電解質膜４０、反応防止膜５０、空気極６０、及び空気極集電膜７０を備える。
【００３５】
燃料極２０は、燃料極集電部２１と燃料極活性部２２とを有する。燃料極集電部２１は、支持基板１０上に配置される。燃料極集電部２１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）とによって構成され得る。燃料極集電部２１の厚さは特に制限されないが、５０〜５００μｍ程度とすることができる。燃料極活性部２２は、燃料極集電部２１上に配置される。燃料極活性部２２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）とによって構成され得る。燃料極活性部２２の厚さは特に制限されないが、５〜３０μｍ程度とすることができる。
【００３６】
インターコネクタ３０は、燃料極集電部２１上において、燃料極活性部２２から離れた位置に配置される。インターコネクタ３０は、電子伝導性を有する緻密材料によって構成される。インターコネクタ３０は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）によって構成され得る。インターコネクタ３０の厚さは特に制限されないが、例えば、１０〜１００μｍ程度とすることができる。
【００３７】
固体電解質膜４０は、燃料極２０を覆うように配置される。固体電解質膜４０は、隣り合う発電素子部Ａそれぞれのインターコネクタ３０に接続される。固体電解質膜４０は、イオン伝導性を有し、電子伝導性を有さない緻密材料によって構成される。固体電解質膜４０は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）によって構成され得る。固体電解質膜４０の厚さは特に制限されないが、例えば、３〜５０μｍ程度とすることができる。
【００３８】
反応防止膜５０は、固体電解質膜４０を覆うように配置される。反応防止膜５０は、緻密材料によって構成される。反応防止膜５０は、例えば、ＧＤＣ（（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２：ガドリニウムドープセリア）によって構成され得る。反応防止膜５０の厚さは特に制限されないが、例えば、３〜５０μｍ程度とすることができる。
【００３９】
空気極６０は、反応防止膜５０上に配置される。空気極６０は、電子伝導性を有する多孔質材料によって構成される。空気極６０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３、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）等よって構成され得る。空気極６０は、例えば、ＬＳＣＦからなる内側層とＬＳＣからなる外側層との２層によって構成されてもよい。空気極６０の厚さは特に制限されないが、例えば、１０〜１００μｍ程度とすることができる。
【００４０】
空気極集電膜７０は、隣り合う発電素子部Ａのインターコネクタ３０と空気極１５とに接続される。空気極集電膜７０は、電子伝導性を有する多孔質材料によって構成される。空気極集電膜７０は、例えば、ＬＳＣＦ、ＬＳＣ、Ａｇ（銀）、又はＡｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）等によって構成され得る。空気極集電膜７０の厚さは特に制限されないが、例えば、５０〜５００μｍ程度とすることができる。
【００４１】
本実施形態において、インターコネクタ３０と空気極集電膜７０は、隣り合う発電素子部Ａを電気的に接続する「電気的接続部８０」を構成している。
【００４２】
ここで、図３に示すように、中央部燃料電池１ａでは、先端側発電素子部Ａｔと電気的に接続される電気的接続部８０ｔの厚み方向に平行な断面積Ｗ１は、先端側発電素子部Ａｔ以外の発電素子部Ａと電気的に接続される電気的接続部８０の厚み方向に平行な断面積Ｗ２よりも大きい。このように、電気が流れる方向（長手方向に略平行な方向）に対して垂直な方向における断面積を大きくすると、電気的に直列に接続された各発電素子部Ａを通る電流の大きさはそれぞれ等しいため、電気的接続部８０ｔを流れる電流の密度は相対的に小さくなる。その結果、先端側発電素子部Ａｔにおいて燃料ガスが不足したとしても、燃料極中のＮｉがＮｉＯに変化することを抑制できるため、先端側発電素子部Ａｔの燃料極が破損することを抑制できる。
【００４３】
一方、図４に示すように、端部燃料電池１ｂでは、先端側発電素子部Ａｔと電気的に接続される電気的接続部８０ｔの厚み方向に平行な断面積Ｗ３は、先端側発電素子部Ａｔ以外の発電素子部Ａと電気的に接続される電気的接続部８０の厚み方向に平行な断面積Ｗ４と略同じである。
【００４４】
なお、本実施形態では、図３に示すように、表面側の先端側発電素子部Ａｓと電気的に接続される電気的接続部８０ｓの厚み方向に平行な断面積Ｗ５は、裏面側の先端側発電素子部Ａｔ以外の発電素子部Ａと電気的に接続される電気的接続部８０の厚み方向に平行な断面積Ｗ２と略同じである。ただし、電気的接続部８０ｓの断面積Ｗ５は、電気的接続部８０の断面積Ｗ２より大きくてもよい。電気的接続部８０ｓの断面積Ｗ５は、電気的接続部８０ｔの断面積Ｗ１と略同じであってもよい。これによって、先端側発電素子部Ａｓにおいて燃料ガスが不足したとしても、燃料極中のＮｉがＮｉＯに変化することを抑制できるため、先端側発電素子部Ａｓの燃料極が破損することを抑制できる。
【００４５】
（中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂにおける各発電素子部Ａの面積）
中央部燃料電池１ａと端部燃料電池１ｂにおける各発電素子部Ａの面積について、図面を参照しながら説明する。図５は、中央部燃料電池１ａの支持基板１０の表面及び裏面それぞれにおける各発電素子部Ａの面積を示す模式図である。図６は、端部燃料電池１ｂの支持基板１０の表面及び裏面それぞれにおける各発電素子部Ａの面積を示す模式図である。各発電素子部Ａの面積とは、支持基板１０の表面又は裏面の平面視における、各発電素子部Ａの投影面積である。
【００４６】
図５に示すように、中央部燃料電池１ａでは、支持基板１０の表面における先端側発電素子部Ａｓの面積Ｓ２は、先端側発電素子部Ａｓ以外の他の発電素子部Ａの面積Ｓ１よりも大きい。そのため、高温になりやすい中央部燃料電池１ａにおいて、燃料ガスの粘度が高くなることで流量が少なくなり、先端側発電素子部Ａｓで燃料ガス不足が生じたとしても、先端側発電素子部Ａｓを流れる電流密度を小さくすることができるため、燃料極２０内のＮｉがＮｉＯに変化することを抑制できる。その結果、先端側発電素子部Ａｓの燃料極が破損することを特に抑制できるため、燃料電池スタック１００全体としての耐久性を向上させることができる。
【００４７】
先端側発電素子部Ａｓの面積Ｓ２は、他の発電素子部Ａの面積Ｓ１の１．１倍以上であることが好ましい。これによって、中央部燃料電池１ａの限界燃料利用率を向上させることができる。
【００４８】
先端側発電素子部Ａｓの面積Ｓ２は、他の発電素子部Ａの面積Ｓ１の２．２倍以下であることが好ましい。これによって、支持基板１０と燃料極集電部２１との界面において剥離が発生することを抑制できる。
【００４９】
また、図５に示すように、先端側発電素子部Ａｓ以外の各発電素子部Ａの面積Ｓ１は、互いに略同等である。これにより、例えば、先端側発電素子部Ａｓ以外の各発電素子部Ａの面積を先端側発電素子部Ａｓに近いほど順次大きくする場合に比べて、発電素子部Ａの個数を多くすることができる。そのため、中央部燃料電池１ａの発電効率を向上させることができるため、燃料電池スタック１００全体としての発電効率を向上させることができる。
【００５０】
さらに、図５に示すように、中央部燃料電池１ａでは、支持基板１０の裏面における先端側発電素子部Ａｔの面積Ｓ４は、他の各発電素子部Ａの面積Ｓ３よりも大きい。従って、先端側発電素子部Ａｔの燃料極が破損することを抑制できるため、燃料電池スタック１００全体としての耐久性をより向上させることができる。
【００５１】
なお、先端側発電素子部Ａｔの面積Ｓ４は、先端側発電素子部Ａｓの面積Ｓ２と異なっていてもよいが、同等であることが好ましい。また、裏面側の各発電素子部Ａの面積Ｓ３は、表面側の各発電素子部Ａの面積Ｓ１と異なっていてもよいが、同等であることが好ましい。
【００５２】
また、図５に示すように、先端側発電素子部Ａｔ以外の各発電素子部Ａの面積Ｓ３は、互いに略同等である。従って、発電素子部Ａの個数を多くすることができるため、燃料電池スタック１００全体としての発電効率をより向上させることができる。
【００５３】
一方、図６に示すように、端部燃料電池１ｂでは、支持基板１０の表面に配置された全ての発電素子部Ａ（先端側発電素子部Ａｓを含む）の面積Ｓ５は、互いに略同等である。また、端部燃料電池１ｂでは、支持基板１０の裏面に配置された全ての発電素子部Ａ（先端側発電素子部Ａｔを含む）の面積Ｓ６は、互いに略同等である。
【００５４】
端部燃料電池１ｂの先端側発電素子部Ａｓの面積Ｓ５は、中央部燃料電池１ａの先端側発電素子部Ａｓの面積Ｓ２及び先端側発電素子部Ａｔの面積Ｓ４それぞれよりも小さい。端部燃料電池１ｂの先端側発電素子部Ａｔの面積Ｓ６は、中央部燃料電池１ａの先端側発電素子部Ａｓの面積Ｓ２及び先端側発電素子部Ａｔの面積Ｓ４それぞれよりも小さい。
【００５５】
端部燃料電池１ｂの表面側の各発電素子部Ａの面積Ｓ５は、裏面側の各発電素子部Ａの面積Ｓ６と異なっていてもよいが、同等であることが好ましい。
【００５６】
（燃料電池１の製造方法）
次に、燃料電池１の製造方法の一例について説明する。
【００５７】
まず、上述した支持基板材料を押出成形することによって、ガス流路１０ａを有する支持基板１０の成形体を形成する。そして、支持基板１０の成形体の表裏面に、燃料極集電部２１の成形体を収容するための凹部を形成する。この際、中央部燃料電池１ａを作製する場合には、先端側発電素子部Ａｓ及び先端側発電素子部Ａｔに対応する凹部の長さを、他の発電素子部Ａに対応する凹部の長さよりも長くすることによって、先端側発電素子部Ａｓ及び先端側発電素子部Ａｔの面積Ｓ２，Ｓ４を他の発電素子部Ａの面積Ｓ１，Ｓ３よりも大きくすることができる。
【００５８】
次に、上述した燃料極集電部材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、支持基板１０の凹部内に燃料極集電部２１の成形体を形成する。そして、燃料極集電部２１の成形体の表面に、燃料極活性部２２とインターコネクタ３０の成形体を収容するための凹部を形成する。
【００５９】
次に、上述した燃料極活性部材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、燃料極集電部２１の凹部内に燃料極活性部２２の成形体を形成する。
【００６０】
次に、上述したインターコネクタ材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、燃料極集電部２１の凹部内にインターコネクタ３０の成形体を形成する。
【００６１】
次に、上述した固体電解質膜材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、燃料極２０とインターコネクタ３０の成形体上に固体電解質膜４０の成形体を形成する。
【００６２】
次に、固体電解質膜４０の成形体上に反応防止層材料をディップ成形することによって、反応防止膜５０の成形体を形成する。
【００６３】
次に、支持基板１０、燃料極２０、インターコネクタ３０、固体電解質膜４０、及び反応防止膜５０それぞれの成形体を共焼成（１３００〜１６００℃、２〜２０時間）する。
【００６４】
次に、空気極材料をペースト化して反応防止膜５０上にスクリーン印刷することによって、空気極６０の成形体を形成する。
【００６５】
次に、空気極集電膜材料をペースト化して空気極６０の成形体上にスクリーン印刷することによって、空気極集電膜７０の成形体を形成する。
【００６６】
次に、空気極６０及び空気極集電膜７０の成形体を焼成（９００〜１１００℃、１〜２０時間）する。
【００６７】
２．第２実施形態
第２実施形態に係る燃料電池スタックの構成について、図面を参照しながら説明する。
【００６８】
上述した第１実施形態と第２実施形態との相違点は、端部燃料電池１ｂにおける基端側発電素子部の面積が大きい点である。以下においては、当該相違点について主に説明する。
【００６９】
（端部燃料電池１ｂにおける各発電素子部Ａの面積）
端部燃料電池１ｂにおける各発電素子部Ａの面積について、図面を参照しながら説明する。図７は、端部燃料電池１ｂの支持基板１０の表面及び裏面それぞれにおける各発電素子部Ａの面積を示す模式図である。
【００７０】
図７に示すように、端部燃料電池１ｂでは、支持基板１０の表面における基端側発電素子部Ａｋの面積Ｓ７は、基端側発電素子部Ａｋ以外の他の発電素子部Ａの面積Ｔ５よりも大きい。これにより、低温になりやすい端部燃料電池１ｂにおいて、最もガス供給側に配置された基端側発電素子部Ａｋにおける電流密度が小さくできるため、基端側発電素子部Ａｋにおける電気抵抗を小さくすることができる。従って、温度低下によって基端側発電素子部Ａｋの電気抵抗が大きくなった場合であっても、基端側発電素子部Ａｋと他の発電素子部Ａとの電気抵抗差を小さくすることができる。その結果、燃料電池スタック１００の発電効率を向上させることができる。
【００７１】
基端側発電素子部Ａｋの面積Ｓ７は、他の発電素子部Ａの面積Ｓ５の１．１倍以上であることが好ましい。これによって、燃料電池スタック１００の起電力を大きくすることができる。
【００７２】
基端側発電素子部Ａｋの面積Ｓ７は、他の発電素子部Ａの面積Ｓ５の２．２倍以下であることが好ましい。
【００７３】
また、図７に示すように、基端側発電素子部Ａｋ以外の各発電素子部Ａの面積Ｓ５は、互いに略同等である。これにより、例えば、基端側発電素子部Ａｋ以外の各発電素子部Ａの面積を基端側発電素子部Ａｋに近いほど順次大きくする場合に比べて、発電素子部Ａの個数を多くすることができる。そのため、燃料電池スタック１００全体としての発電効率をより向上させることができる。
【００７４】
さらに、図７に示すように、端部燃料電池１ｂでは、支持基板１０の裏面における基端側発電素子部Ａｊの面積Ｓ８は、他の各発電素子部Ａの面積Ｓ６よりも大きい。従って、基端側発電素子部Ａｊにおける電気抵抗を小さくすることができるため、燃料電池スタック１００全体としての発電効率をより向上させることができる。
【００７５】
なお、基端側発電素子部Ａｊの面積Ｓ８は、基端側発電素子部Ａｋの面積Ｔ２と異なっていてもよいが、同等であることが好ましい。また、裏面側の各発電素子部Ａの面積Ｓ６は、表面側の各発電素子部Ａの面積Ｓ５と異なっていてもよいが、同等であることが好ましい。
【００７６】
また、図７に示すように、基端側発電素子部Ａｊ以外の各発電素子部Ａの面積Ｓ６は、互いに略同等である。従って、発電素子部Ａの個数を多くすることができるため、燃料電池スタック１００全体としての発電効率をより向上させることができる。
【００７７】
なお、中央部燃料電池１ａにおける各発電部Ａの面積は、上記第１実施形態において説明したとおりである。従って、端部燃料電池１ｂが有する各基端側発電素子部Ａｋ，Ａｊの面積は、中央部燃料電池１ａの複数の発電部Ａのうちマニホールドに最も近い基端側発電素子部の面積Ｓ１，Ｓ３よりも大きい。
【００７８】
（他の実施形態）
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
【００７９】
上記実施形態では、本発明にかかる電気化学セルスタックを横縞型の燃料電池スタックに適用した場合について説明したが、本発明にかかる電気化学セルスタックは、横縞型の燃料電池スタックのほか、固体酸化物型電解セルを含む固体酸化物型電気化学セルスタックに適用可能である。
【００８０】
上記実施形態では、図１に示したように、複数の燃料電池１が、６個の中央部燃料電池１ａを含むこととしたが、中央部に少なくとも１個の中央部燃料電池１ａを含んでいればよい。この場合においても、少なくとも１個の中央部燃料電池１ａにおける先端側発電素子部Ａｔの燃料極が破損することを抑制できる。
【００８１】
上記実施形態では、図２に示したように、中央部燃料電池１ａ及び端部燃料電池１ｂそれぞれが、支持基板１０の表面及び裏面それぞれに発電素子部Ａを４つずつ有することとしたが、これに限られるものではない。中央部燃料電池１ａ及び端部燃料電池１ｂそれぞれは、支持基板１０の表面及び裏面の一方だけに発電素子部Ａを有していてもよい。また、中央部燃料電池１ａ及び端部燃料電池１ｂそれぞれは、表面又は裏面に２以上の発電素子部Ａを有していればよい。
【００８２】
上記実施形態では、図５に示したように、中央部燃料電池１ａにおける先端側発電素子部Ａｓの長手方向の長さだけを長くすることによって、先端側発電素子部Ａｓの面積Ｓ２を他の発電素子部Ａの面積Ｓ１よりも大きくしたが、これに限られるものではない。先端側発電素子部Ａｓの短手方向の幅だけを広くすることによって、先端側発電素子部Ａｓの面積Ｓ２を他の発電素子部Ａの面積Ｓ１よりも大きくしてもよい。また、先端側発電素子部Ａｓの長手方向の長さと短手方向の幅の両方を大きくすることによって、先端側発電素子部Ａｓの面積Ｓ２を他の発電素子部Ａの面積Ｓ１よりも大きくしてもよい。このことは、裏面側の先端側発電素子部Ａｔの面積Ｓ４を他の各発電素子部Ａの面積Ｓ３より大きくする場合でも同様である。
【００８３】
上記実施形態では、燃料電池スタック１００が、配列方向に並べられた燃料電池１を一列だけ備えることとしたが、配列方向に並べられた燃料電池１を二列以上備えていてもよい。この場合、各列に上記実施形態に係る中央部燃料電池１ａを採用することが好ましいが、いずれか一列だけに上記実施形態に係る中央部燃料電池１ａを採用してもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１      燃料電池（電気化学セルの一例）
１ａ    中央部燃料電池（中央部電気化学セルの一例）
１ｂ    端部燃料電池（端部電気化学セルの一例）
２      マニホールド
１００  燃料電池スタック（電気化学セルスタックの一例）
Ａ      発電素子部
Ａｓ    先端側発電素子部
Ａｔ    先端側発電素子部
【図１】
2018037402.tif 000003
【図２】
2018037402.tif 000004
【図３】
2018037402.tif 000005
【図４】
2018037402.tif 000006
【図５】
2018037402.tif 000007
【図６】
2018037402.tif 000008
【図７】
2018037402.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月10日(2017.11.10)
【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】
配列された複数の電気化学セルと、
前記複数の電気化学セルそれぞれの基端部を支持するマニホールドと、
を備え、
前記複数の電気化学セルのうち中央部に配置された中央部電気化学セルは、内部にガス流路を有する絶縁性の支持基板と、前記支持基板上に配置された複数の発電素子部とを有し、
前記中央部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記マニホールドから最も離れた先端側発電素子部の面積は、前記複数の発電素子部のうち前記先端側発電素子部以外の発電素子部の面積よりも大きく、
前記複数の電気化学セルのうち端部に配置された端部電気化学セルは、内部にガス流路を有する絶縁性の支持基板と、前記支持基板上に配置された複数の発電素子部とを有し、
前記中央部電気化学セルが有する前記先端側発電素子部の面積は、前記端部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記マニホールドから最も離れた先端側発電素子部の面積よりも大きい、
電気化学セルスタック。
【請求項２】
前記中央部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記先端側発電素子部以外の発電素子部それぞれの面積は、互いに略同等である、
請求項１に記載の電気化学セルスタック。
【請求項３】
前記中央部電気化学セルは、前記複数の発電素子部どうしを電気的に接続する複数の電気的接続部を有し、
前記複数の電気的接続部のうち前記先端側発電素子部と電気的に接続される電気的接続部の断面積は、前記複数の電気的接続部のうち前記先端側発電素子部以外の発電素子部と電気的に接続される電気的接続部の断面積よりも大きい、
請求項１又は２に記載の電気化学セルスタック。
【請求項４】
前記複数の電気化学セルのうち端部に配置された端部電気化学セルは、内部にガス流路を有する絶縁性の支持基板と、前記支持基板上に配置された複数の発電素子部とを有し、
前記端部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記マニホールドに最も近い基端側発電素子部の面積は、前記複数の発電素子部のうち前記基端側発電素子部以外の発電素子部の面積よりも大きい、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学セルスタック。
【請求項５】
前記端部電気化学セルが有する前記基端側発電素子部の面積は、前記中央部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記マニホールドに最も近い基端側発電素子部の面積よりも大きい、
請求項４に記載の電気化学セルスタック。
【請求項６】
前記端部電気化学セルが有する前記複数の発電素子部のうち前記基端側発電素子部以外の発電素子部それぞれの面積は、互いに略同等である、
請求項４又は５に記載の電気化学セルスタック。