(57)【要約】【課題】外側電極集電部の剥離を抑制する。【解決手段】燃料電池セル３０１は、支持基板２０と、発電素子部と、を備えている。発電素子部は、燃料極４、電解質５、及び空気極６を有している。空気極６は、多孔質材料から構成される空気極活性部６１と、空気極活性部６１上に配置される空気極集電部６２と、を有する。支持基板２０の幅方向において、空気極集電部６２の両端は、空気極活性部６１の両端よりも内側に配置される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
内側電極、電解質、及び外側電極を有し、前記支持基板に支持される発電素子部と、
を備え、
前記外側電極は、多孔質材料から構成される外側電極活性部と、前記外側電極活性部上に配置される外側電極集電部と、を有し、
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極集電部の両端は、前記外側電極活性部の両端よりも内側に配置される、
燃料電池セル。
【請求項２】
前記内側電極は、内側電極集電部と、前記内側電極集電部上に配置される内側電極活性部と、を有し、
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極活性部の両端は、前記内側電極活性部の両端よりも内側に配置される、
請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記内側電極は、燃料極であり、
前記外側電極は、空気極である、
請求項１又は２に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
前記支持基板の幅方向における前記外側電極集電部の両端は、前記支持基板の長手方向において交互に配置される複数の山部及び谷部を有し、
前記各谷部は、前記支持基板の幅方向の内側に向けて凹む、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池セル。
【請求項５】
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極集電部の両端の谷部は、前記外側電極活性部の両端よりも内側に配置される、
請求項４に記載の燃料電池セル。
【請求項６】
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極集電部の両端の山部は、前記外側電極活性部の両端よりも外側に配置される、
請求項４又は５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、発電素子部とを有している。発電素子部は、燃料極、電解質、及び空気極を有している。空気極は、空気極活性部と、空気極集電部とを有している。空気極集電部は、空気極活性部上に配置されている。詳細には、空気極集電部は、支持基板の幅方向において、空気極活性部よりも大きく、空気極活性部の全体を覆うように構成されている。
【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】
本発明の課題は、外側電極集電部の剥離を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、発電素子部と、を備えている。発電素子部は、内側電極、電解質、及び外側電極を有している。発電素子部は、支持基板に支持される。外側電極は、多孔質材料から構成される外側電極活性部と、外側電極活性部上に配置される外側電極集電部と、を有する。支持基板の幅方向において、外側電極集電部の両端は、外側電極活性部の両端よりも内側に配置される。
【０００６】
本発明者は、従来の燃料電池セルにおいて、外側電極集電部の両端部が電解質上又は反応防止膜上に配置されていることが、外側電極集電部の剥離の要因の１つであることを見出した。すなわち、従来の燃料電池セルでは、外側電極活性部からの集電効率を高くするために、支持基板の幅方向において外側電極集電部は外側電極活性部の全体を覆うように構成されていた。このため、支持基板の幅方向において、外側電極集電部の両端部は、外側電極活性部の両端を越えて、電解質又は反応防止膜上に配置されていた。これに対して、本発明に係る燃料電池セルでは、支持基板の幅方向における外側電極集電部の両端は、外側電極活性部の両端よりも内側に配置されている。このため、外側電極集電部の両端部は、電解質又は反応防止膜上ではなく、外側電極活性部上に配置されている。ここで、緻密質材料から構成されている電解質膜又は反応防止膜上よりも、多孔質材料から構成される外側電極活性部上に配置された方が、外側電極集電部の両端部の接合強度が強くなる。そして、一般的に、外側電極集電部は、その両端部から剥離が生じる。このため、本発明に係る燃料電池セルは、外側電極集電部の剥離を抑制することができる。
【０００７】
好ましくは、内側電極は、内側電極集電部と、内側電極集電部上に配置される内側電極活性部と、を有する。そして、支持基板の幅方向において、外側電極活性部の両端は、内側電極活性部の両端よりも内側に配置される。
【０００８】
好ましくは、内側電極は燃料極であり、外側電極は空気極である。
【０００９】
好ましくは、支持基板の幅方向における外側電極集電部の両端は、支持基板の長手方向において交互に配置される複数の山部及び谷部を有する。各谷部は、支持基板の幅方向の内側に向けて凹む。
【００１０】
好ましくは、支持基板の幅方向において、外側電極集電部の両端の谷部は、外側電極活性部の両端よりも内側に配置される。
【００１１】
好ましくは、支持基板の幅方向において、外側電極集電部の両端の山部は、外側電極活性部の両端よりも外側に配置される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外側電極集電部の剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図。
【図７】燃料電池セルの基端側の断面図。
【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】変形例に係る燃料電池セルの拡大平面図。
【図１９】変形例に係る燃料電池セルの拡大平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。なお、以下の説明において、緻密質材料とは、ガスが通過しない程度の密度を有する材料を意味する。具体的には、緻密質材料とは、気孔率が１０％以下の材料を意味する。また、多孔質材料とは、ガスが通過する程度の密度を有する材料を意味する。具体的には、多孔質材料とは、気孔率が２０〜６０％の材料を意味する。
【００１５】
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。
【００１６】
［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。
【００１７】
［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。
【００１８】
［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、支持基板２０の幅方向において、互いに間隔をあけて配置されている。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２１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２１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。
【００１９】
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。
【００２０】
支持基板２０は、電子伝導性を有さない多孔質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。
【００２１】
［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の各主面２３のどちらか一方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。
【００２２】
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。また、発電素子部１０は、反応防止膜７をさらに有している。
【００２３】
［燃料極］
燃料極４は、電子伝導性を有する多孔質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。
【００２４】
［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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
［燃料極活性部］
燃料極活性部４２は燃料極集電部４１上に配置されている。詳細には、燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１の第２凹部４１１内に配置されている。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。
【００２８】
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。
【００２９】
［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。
【００３０】
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質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。
【００３１】
［反応防止膜］
反応防止膜７は、緻密質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。
【００３２】
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。
【００３３】
［空気極］
空気極６は、電子伝導性を有する多孔質材料から構成される焼成体である。空気極６は、電解質５を基準にして、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（外側電極活性部の一例）と空気極集電部６２（外側電極集電部の一例）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は多孔質材料から構成される。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。なお、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、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、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。
【００３７】
空気極集電部６２は、電子伝導性を有する多孔質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。
【００３８】
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。なお、空気極集電部６２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。
【００３９】
図６に示すように、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）において、空気極集電部６２の両端は、空気極活性部６１の両端よりも内側に配置される。すなわち、空気極集電部６２の幅ｗ２は、空気極活性部６１の幅ｗ１よりも小さい。このため、空気極集電部６２の両端部６２１は、空気極活性部６１と接合している。なお、特に限定されるものではないが、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）における、空気極集電部６２の端と空気極活性部６１の端との距離ｄは、０．０１〜１ｍｍ程度とすることができる。
【００４０】
また、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）において、空気極活性部６１の両端は、燃料極活性部４２の両端よりも内側に配置される。すなわち、空気極活性部６１の幅ｗ１は、燃料極活性部４２の幅ｗ３よりも小さい。
【００４１】
［インターコネクタ］
図５に示すように、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。
【００４２】
インターコネクタ３１は、電子伝導性を有する緻密質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。
【００４３】
［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７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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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８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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
［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。
【００５０】
酸素を含むガスは、例えば、図９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。
【００５１】
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。
【００５２】
［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１７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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
次に、図１３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。
【００５６】
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。
【００５７】
次に、図１４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。
【００５８】
次に、図１５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。
【００５９】
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。
【００６０】
次に、図１６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。
【００６１】
次に、図１７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、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）において、空気極集電部の成形膜６２ｇの両端が空気極活性部の成形膜６１ｇの両端を越えないように形成される。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。
【００６２】
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。
【００６３】
［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。
【００６４】
変形例１
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。
【００６５】
変形例２
上記実施形態では、複数の発電素子部１０が支持基板２０の長手方向に間隔をあけて配置されているが、燃料電池セル３０１の構成はこれに限定されない。例えば、支持基板２０の主面２３上には一つの発電素子部１０のみが形成されていてもよい。すなわち、縦縞型の燃料電池セルであってもよい。
【００６６】
変形例３
上記実施形態では、燃料極４を内側電極とし、空気極６を外側電極とする燃料電池セル３０１について説明したが、本発明に係る燃料電池セルの構成はこれに限定されない。例えば、燃料極４を外側電極とし、空気極６を内側電極とすることができる。
【００６７】
変形例４
上記実施形態では、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）における空気極集電部６２の両端は直線状に形成されているが、これに限定されない。例えば、支持基板２０の幅方向における空気極集電部６２の両端は、複数の山部６２２と、複数の谷部６２３とを有していてもよい。各山部６２２と各谷部６２３とは、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において交互に配置されている。なお、各谷部６２３は、支持基板２０の幅方向の内側に向けて凹んでいる。
【００６８】
山部６２２及び谷部６２３は、空気極活性部６１の両端よりも支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）において内側（図１８の左側）に配置されている。なお、図１９に示すように、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）において、谷部６２３が空気極活性部６１の両端よりも内側（図１９の左側）に配置されている一方で、山部６２２は空気極活性部６１の両端よりも外側（図１９の右側）に配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
３０１    燃料電池セル
１０      発電素子部
４        燃料極
４１      燃料極集電部
４２      燃料極活性部
５        電解質
６        空気極
６１      空気極活性部
６２      空気極集電部
２０      支持基板
【図１】
2018098203.tif 000003
【図２】
2018098203.tif 000004
【図３】
2018098203.tif 000005
【図４】
2018098203.tif 000006
【図５】
2018098203.tif 000007
【図６】
2018098203.tif 000008
【図７】
2018098203.tif 000009
【図８】
2018098203.tif 000010
【図９】
2018098203.tif 000011
【図１０】
2018098203.tif 000012
【図１１】
2018098203.tif 000013
【図１２】
2018098203.tif 000014
【図１３】
2018098203.tif 000015
【図１４】
2018098203.tif 000016
【図１５】
2018098203.tif 000017
【図１６】
2018098203.tif 000018
【図１７】
2018098203.tif 000019
【図１８】
2018098203.tif 000020
【図１９】
2018098203.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月22日(2018.3.22)
【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】
支持基板と、
内側電極、電解質、及び外側電極を有し、前記支持基板に支持され、前記支持基板の長手方向に互いに間隔をあけて配置される複数の発電素子部と、
を備え、
前記外側電極は、多孔質材料から構成される外側電極活性部と、前記外側電極活性部上に配置され前記外側電極活性部から隣の発電素子部に向かって延びる外側電極集電部と、を有し、
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極集電部の両端は、前記外側電極活性部の両端よりも内側に配置される、
燃料電池セル。
【請求項２】
前記内側電極は、内側電極集電部と、前記内側電極集電部上に配置される内側電極活性部と、を有し、
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極活性部の両端は、前記内側電極活性部の両端よりも内側に配置される、
請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記内側電極は、燃料極であり、
前記外側電極は、空気極である、
請求項１又は２に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
前記支持基板の幅方向における前記外側電極集電部の両端は、前記支持基板の長手方向において交互に配置される複数の山部及び谷部を有し、
前記各谷部は、前記支持基板の幅方向の内側に向けて凹む、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池セル。
【請求項５】
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極集電部の両端の谷部は、前記外側電極活性部の両端よりも内側に配置される、
請求項４に記載の燃料電池セル。
【請求項６】
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極集電部の両端の山部は、前記外側電極活性部の両端よりも外側に配置される、
請求項４又は５に記載の燃料電池セル。
【請求項７】
支持基板と、
内側電極、電解質、及び外側電極を有し、前記支持基板に支持される発電素子部と、
を備え、
前記外側電極は、多孔質材料から構成される外側電極活性部と、前記外側電極活性部上に配置される外側電極集電部と、を有し、
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極集電部の両端は、前記外側電極活性部の両端よりも内側に配置され、
前記支持基板の幅方向における前記外側電極集電部の両端は、前記支持基板の長手方向において交互に配置される複数の山部及び谷部を有し、
前記各谷部は、前記支持基板の幅方向の内側に向けて凹む、
燃料電池セル。