(57)【要約】      （修正有）【課題】支持基板におけるクラックの発生を抑制する燃料電池セルの提供。【解決手段】燃料電池セルは、支持基板２０と、一対の第１部材（燃料極）４と、補強膜（電解質）５とを備える。一対の第１部材４は、支持基板２０上において互いに間隔をあけて配置される。第１部材４は、支持基板２０よりも熱収縮率が大きい。補強膜５は、薄膜部５１と、厚膜部５２とを有する。薄膜部５１は、一方の第１部材４上に配置される。厚膜部５２は、一対の第１部材４の間において支持基板２０上に配置される。厚膜部５２の膜厚は、薄膜部５１の膜厚よりも厚い。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上において互いに間隔をあけて配置され、前記支持基板よりも熱収縮率の大きい一対の第１部材と、
一方の前記第１部材上に配置される薄膜部、及び前記一対の第１部材の間において前記支持基板上に配置され前記薄膜部よりも厚い厚膜部、を有する補強膜と、
を備える、
燃料電池セル。 
【請求項２】
前記第１部材は、燃料極であり、
請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記燃料極は、燃料極集電部、及び燃料極活性部を有し、
前記薄膜部は、前記燃料極活性部上に配置される、
請求項２に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
前記支持基板は、互いに間隔をあけて配置される一対の凹部と、前記一対の凹部の間に配置される桟部と、を有し、
前記燃料極集電部は、前記凹部内に収容され、
前記燃料極活性部は、前記燃料極集電部上に配置されて前記凹部から突出し、
前記厚膜部は、前記桟部上に配置される、
請求項３に記載の燃料電池セル。
【請求項５】
前記補強膜は、電解質膜である、
請求項１から４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、支持基板と、複数の発電素子部とを備えている。複数の発電素子部は、支持基板上に互いに間隔をあけて配置されている。例えば、特許文献１に記載の支持基板は、互いに間隔をあけて配置される複数の凹部を有している。そして、各凹部内に、燃料極集電部が収容されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６５０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池セルの焼成工程において支持基板にクラックが発生することがある。そこで、本発明の課題は、支持基板におけるクラックの発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、鋭意研究した結果、支持基板に作用する引張り応力が支持基板に発生するクラックの一因であることを見出した。詳細には、支持基板上に配置された一対の第１部材（例えば、燃料極集電部）が焼成時に熱収縮することによって、一対の第１部材間において支持基板に引張り応力が発生する。この引張り応力によって、支持基板にクラックが発生するおそれがある。そこで、本発明は、引張り応力に起因するクラックの発生を抑制することを課題とする。
【０００６】
本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、一対の第１部材と、補強膜とを備える。一対の第１部材は、支持基板上において互いに間隔をあけて配置される。第１部材は、支持基板よりも熱収縮率が大きい。補強膜は、薄膜部と、厚膜部とを有する。薄膜部は、一方の第１部材上に配置される。厚膜部は、一対の第１部材の間において支持基板上に配置される。厚膜部の膜厚は、薄膜部の膜厚よりも厚い。
【０００７】
この構成によれば、一対の第１部材の間において、補強膜の厚膜部が支持基板上に形成されているため、支持基板が補強され、その結果、支持基板にクラックが生じることを抑制できる。
【０００８】
好ましくは、第１部材は、燃料極である。
【０００９】
好ましくは、燃料極は、燃料極集電部、及び燃料極活性部を有する。そして、薄膜部は、燃料極活性部上に配置される。
【００１０】
好ましくは、支持基板は、一対の凹部と、桟部とを有する。一対の凹部は、互いに間隔をあけて配置される。桟部は、一対の凹部の間に配置される。そして、燃料極集電部は、凹部内に収容される。燃料極活性部は、燃料極集電部上に配置されて凹部から突出する。厚膜部は、桟部上に配置される。
【００１１】
好ましくは、補強膜は、電解質膜である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、支持基板におけるクラックの発生を抑制できる。
【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】燃料電池セルの断面図。
【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。
【図１７】変形例に係る燃料電池セルの断面図。
【図１８】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】
【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。
【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。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、互いに実質的に平行に延びている。支持基板２０は、第１主面２２と、複数の凹部２３と、桟部２４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構成は第１主面２２側のそれと実質的に同じであるため、その詳細な説明を省略する。
【００１９】
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。
【００２０】
桟部２４は、一対の凹部２３の間に配置される。このため、支持基板２０の長手方向において、凹部２３と桟部２４とが交互に配置される。桟部２４の長さＬは、特に限定されないが、例えば、０．５〜３．０ｍｍ程度である。なお、桟部２４の長さとは、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）における桟部２４の寸法である。
【００２１】
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。
【００２２】
［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。
【００２３】
図５に示すように、各発電素子部１０は、燃料極４（第１部材の一例）、電解質５（補強膜の一例）、及び空気極６を有している。支持基板２０側から、燃料極４，電解質５，空気極６の順で支持基板２０上に支持されている。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。反応防止膜７は、電解質５と空気極６との間に配置されている。
【００２４】
［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。各燃料極４は、支持基板２０上に配置されている。各燃料極４は、支持基板２０の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。各燃料極４は、支持基板２０よりも熱収縮率が大きい。詳細には、燃料極集電部４１の熱収縮率が、支持基板２０の熱収縮率よりも大きい。特に限定されるわけではないが、例えば、燃料極集電部４１の熱収縮率は、１５％〜２０％であり、支持基板２０の熱収縮率は、１０％〜１５％である。なお、各熱収縮率は、１０００〜１５００度における熱収縮率を意味する。また、各熱収縮率は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）における熱収縮率を意味する。なお、熱収縮率は、例えば、「ＪＩＳ  Ｒ  １６１８」に記載の測定方法に基づいて測定することができる。
【００２５】
［燃料極集電部］
燃料極集電部４１は、凹部２３内に収容されている。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。
【００２６】
燃料極集電部４１の第２主面４１１は、支持基板２０の第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、２０μｍ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
［燃料極活性部］
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。このため、燃料極活性部４２は、凹部２３から突出している。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
［電解質］
電解質５は、薄膜部５１と、厚膜部５２とを有している。薄膜部５１は、燃料極４上に配置される。詳細には、薄膜部５１は、燃料極活性部４２上に配置される。詳細には、薄膜部５１は、燃料極活性部４２の全体を覆う。薄膜部５１の厚さは、例えば、５〜３０μｍ程度である。
【００３３】
厚膜部５２は、一対の燃料極４の間に配置されている。詳細には、厚膜部５２は、一対の燃料極集電部４１間に配置されている。また、厚膜部５２は、支持基板２０上に配置されている。すなわち、厚膜部５２は、桟部２４上に配置されている。厚膜部５２は、桟部２４に接合されている。厚膜部５２は、燃料極集電部４１の外周縁部上にも配置されている。厚膜部５２は、薄膜部５１よりも厚い。厚膜部５２の厚さは、例えば、１０〜５０μｍ程度である。
【００３４】
電解質５は、燃料極４から桟部２４まで延びている。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。
【００３５】
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。
【００３６】
［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。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と空気極集電部６２との間に配置されていてもよい。
【００３７】
［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を基準に、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。
【００３８】
［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。
【００３９】
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。
【００４０】
［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。詳細には、空気極活性部６１は、隣の発電素子部１０の燃料極集電部４１上に配置されるインターコネクタ３１まで延びている。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
［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。詳細には、インターコネクタ３１は、一方の発電素子部１０の燃料極集電部４１と、他方の発電素子部１０の空気極集電部６２とを電気的に接続している。
【００４４】
インターコネクタ３１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、インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１に埋設されていない。インターコネクタ３１は、第２主面４１１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。
【００４５】
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。
【００４６】
［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。
【００４７】
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６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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
［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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
［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。
【００５５】
酸素を含むガスは、例えば、図８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。
【００５６】
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。
【００５７】
［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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
次に、図１２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。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。
【００６１】
また、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。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。
【００６２】
次に、図１３に示すように、燃料極活性部の成形膜４２ｇ上、及び支持基板２０の桟部２４上に、電解質の成形膜５ｇを形成する。詳細には、隣り合うインターコネクタの成形膜３１ｇ間に亘って、電解質の成形膜５ｇを形成する。ここで、電解質の成形膜５ｇは、異なる膜厚で形成する。すなわち、電解質の成形膜５ｇの膜厚は、燃料極活性部の成形膜４２ｇ上よりも、支持基板２０の桟部２４上のほうが厚い。このように電解質の成形膜５ｇの膜厚を変えるによって、薄膜部の成形膜５１ｇと、厚膜部の成形膜５２ｇとが形成される。
【００６３】
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と電解質の成形膜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。
【００６４】
次に、図１４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。
【００６５】
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（第１焼成工程）。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。
【００６６】
燃料極集電部４１は、支持基板２０よりも熱収縮率が大きいため、この焼成工程において、一対の燃料極集電部４１に挟まれた桟部２４に引張り応力が生じる。これに対して、本実施形態に係る燃料電池セルでは、厚膜部５２が桟部２４上に形成されているため、桟部２４が補強される。この結果、引張り応力によって桟部２４にクラックが発生することを抑制できる。
【００６７】
なお、厚膜部５２が焼成する温度は、燃料極集電部４１が焼成する温度よりも低いことが好ましい。この構成によれば、燃料極集電部４１が焼成工程において熱収縮して桟部２４に引張り応力を発生させる前に、厚膜部５２が支持基板２０の桟部２４を補強することができる。
【００６８】
続いて、燃料電池セルの製造方法の説明に戻る。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。
【００６９】
次に、図１６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、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。
【００７０】
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（第２焼成工程）。これによって、燃料電池セル３０１が完成する。なお、この第２焼成工程における焼成温度は、第１焼成工程における焼成温度よりも低い。
【００７１】
［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。
【００７２】
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。
【００７３】
変形例２
上記実施形態の発電素子部１０では、第１部材の一例として燃料極４を例示したが、空気極６が第１部材であってもよい。すなわち、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。
【００７４】
変形例３
図１７に示すように、燃料電池セル３０１は、シール部８をさらに備えていてもよい。シール部８は、環状であって、インターコネクタ３１を囲むように配置されている。シール部８は、インターコネクタ３１と電解質５との間に配置されている。シール部８と燃料極活性部４２とは、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。このシール部８と燃料極活性部４２の間に、電解質５が介在している。
【００７５】
変形例４
変形例３のように、燃料電池セル３０１がシール部８をさらに備えている場合において、インターコネクタ３１は、外周縁部３１１がシール部８上に乗り上げていてもよい。このインターコネクタ３１の外周縁部３１１は、インターコネクタ３１の本体部３１０よりも薄い。この変形例４に係る構成によれば、本体部３１０と外周縁部３１１とを互いに同じ膜厚とした構成に比べて、本体部３１０と外周縁部３１１との段差を小さくすることができる。この結果、本体部３１０と外周縁部３１１との段差を起因とするクラックの発生を抑制することができる。
【００７６】
変形例５
上記実施形態では、支持基板２０の凹部２３内に燃料極集電部４１が収容されているが、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は凹部２３を有していなくてもよい。この場合、燃料極集電部４１は、支持基板２０の第１主面２２上に配置される。
【符号の説明】
【００７７】
３０１    燃料電池セル
２０    支持基板
２３    凹部
２４    桟部
４    燃料極
４１    燃料極集電部
４２    燃料極活性部
５    電解質
５１    薄膜部
５２    厚膜部
【図１】
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【図２】
2019075271.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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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月2日(2018.10.2)
【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、
前記支持基板上において互いに間隔をあけて配置され、前記支持基板よりも熱収縮率の大きい一対の第１部材と、
一方の前記第１部材上に配置される薄膜部、及び前記一対の第１部材の間において前記支持基板上に配置され前記薄膜部よりも厚い厚膜部、を有する補強膜と、
を備え、
前記第１部材は、燃料極であり、
前記燃料極は、燃料極集電部、及び燃料極活性部を有し、
前記薄膜部は、前記燃料極活性部上に配置され、
前記支持基板は、互いに間隔をあけて配置される一対の凹部と、前記一対の凹部の間に配置される桟部と、を有し、
前記燃料極集電部は、前記凹部内に収容され、
前記燃料極活性部は、前記燃料極集電部上に配置されて前記凹部から突出し、
前記厚膜部は、前記桟部上に配置される、
燃料電池セル。 
【請求項２】
前記補強膜は、電解質膜である、
請求項１に記載の燃料電池セル。