(57)【要約】      （修正有）【課題】スペーサからのＳｉの飛散量の抑制とスペーサの弾性力の低下の抑制との両立を図る。【解決手段】電気化学反応単位は、単セルと、単セルの空気極１１４と燃料極１１６との少なくとも一方である特定電極側に配置されたインターコネクタ１５０と、特定電極とインターコネクタとの間に配置され、セル接触部を含む集電体１４４と、セル接触部とインターコネクタとの間に配置されたマイカ製のスペーサ１４９と、を備える。スペーサは、セル接触部と重なる位置に配置され、セル接触部側の第１の表面がセル接触部に接触する重複部分と、セル接触部とは異なる位置に配置され、少なくとも特定電極側の第２の表面が特定電極に面するガス室に露出している非重複部分と、を含み、重複部分の第１の表面におけるＳｉの含有量は、１８ｗｔ％以上である。非重複部分の第２の表面におけるＳｉの含有量は、重複部分の第１の表面におけるＳｉの含有量より少ない。【選択図】図５
2019200874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極側に配置されたインターコネクタと、前記特定電極と前記インターコネクタとの間に配置された導電性の集電体であって、前記特定電極の表面に接触するセル接触部を含む集電体と、少なくとも一部が前記セル接触部と前記インターコネクタとの間に配置されたマイカ製のスペーサと、を備える電気化学反応単位において、
前記スペーサは、
前記第１の方向視で前記セル接触部と重なる位置に配置された重複部分であって、前記セル接触部側の第１の表面が前記セル接触部に接触する重複部分と、
前記第１の方向視で前記セル接触部とは異なる位置に配置された非重複部分であって、少なくとも前記特定電極側の第２の表面が前記特定電極に面するガス室に露出している非重複部分と、を含み、
前記重複部分の前記第１の表面におけるＳｉの含有量は、１８ｗｔ％以上であり、
かつ、前記非重複部分の前記第２の表面におけるＳｉの含有量は、前記重複部分の前記第１の表面におけるＳｉの含有量より少ない、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
【請求項２】
請求項１に記載の電気化学反応単位において、さらに、
前記特定電極の前記表面におけるＳｉの含有量は、０．０４ｗｔ％以下である、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
【請求項３】
前記第１の方向に並べて配列された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、請求項１または請求項２に記載の電気化学反応単位であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
【請求項４】
電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極側に配置されたインターコネクタと、前記特定電極と前記インターコネクタとの間に配置された導電性の集電体であって、前記特定電極の表面に接触するセル接触部を含む集電体と、少なくとも一部が前記セル接触部と前記インターコネクタとの間に配置されたマイカ製のスペーサと、を備える電気化学反応単位の製造方法において、
前記スペーサは、
前記第１の方向視で前記セル接触部と重なる位置に配置された重複部分であって、前記セル接触部側の第１の表面が前記セル接触部に接触する重複部分と、
前記第１の方向視で前記セル接触部とは異なる位置に配置された非重複部分であって、少なくとも前記特定電極側の第２の表面が前記特定電極に面するガス室に露出している非重複部分と、を含み、
前記重複部分の前記第１の表面におけるＳｉの含有量が、１８ｗｔ％以上であり、かつ、前記非重複部分の前記第２の表面におけるＳｉの含有量が、前記重複部分の前記第１の表面におけるＳｉの含有量より少ない条件を満たす前記スペーサを形成する工程と、
前記電気化学反応単セルと、前記インターコネクタと、前記集電体と、前記条件を満たす前記スペーサとを用いて、前記電気化学反応単位を組み立てる工程と、
を含む、
ことを特徴とする電気化学反応単位の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電気化学反応単位の製造方法において、さらに、
前記条件を満たさない熱処理前のスペーサの一部の表面に前記集電体における前記セル接触部が接触するように配置された、前記熱処理前のスペーサと前記集電体との複合体を準備する工程を含み、
前記複合体に対して熱処理を施すことによって前記条件を満たす前記スペーサを形成する、
ことを特徴とする電気化学反応単位の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される技術は、電気化学反応単位に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の１つとして、固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣの構成単位である燃料電池発電単位（以下、「発電単位」という）は、燃料電池単セル（以下、「単セル」という）と、インターコネクタと、導電性の集電体と、マイカ製のスペーサとを備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向（以下、「第１の方向」という）に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。インターコネクタは、単セルの空気極と燃料極との少なくとも一方である特定電極側に配置されている。集電体は、特定電極とインターコネクタとの間に配置されている。また、集電体は、特定電極の表面に接触するセル接触部を含む。スペーサは、少なくとも一部がセル接触部とインターコネクタとの間に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３４６４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイカ製のスペーサは、Ｓｉ（ケイ素）を含んでいるため、上記従来の構成では、スペーサからＳｉが飛散し、飛散したＳｉによる被毒を原因とした単セルの性能低下が発生するおそれがある。ここで、仮に、スペーサからのＳｉの飛散量を抑制するために、スペーサの表面全体のＳｉの含有量を一律に低くすると、スペーサ全体としての弾性力が低下し、その結果、セル接触部と特定電極との間の接触圧力を確保できなくなるおそれがある。
【０００５】
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本明細書に開示される電気化学反応単位は、電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極側に配置されたインターコネクタと、前記特定電極と前記インターコネクタとの間に配置された導電性の集電体であって、前記特定電極の表面に接触するセル接触部を含む集電体と、少なくとも一部が前記セル接触部と前記インターコネクタとの間に配置されたマイカ製のスペーサと、を備える電気化学反応単位において、前記スペーサは、前記第１の方向視で前記セル接触部と重なる位置に配置された重複部分であって、前記セル接触部側の第１の表面が前記セル接触部に接触する重複部分と、前記第１の方向視で前記セル接触部とは異なる位置に配置された非重複部分であって、少なくとも前記特定電極側の第２の表面が前記特定電極に面するガス室に露出している非重複部分と、を含み、前記重複部分の前記第１の表面におけるＳｉの含有量は、１８ｗｔ％以上であり、かつ、前記非重複部分の前記第２の表面におけるＳｉの含有量は、前記重複部分の前記第１の表面におけるＳｉの含有量より少ない。
【０００８】
本電気化学反応単位では、スペーサは、第１の方向視で集電体のセル接触部と重なる位置に配置された重複部分と、第１の方向視でセル接触部とは異なる位置に配置された非重複部分と、を含んでいる。重複部分におけるセル接触部側の第１の表面は、セル接触部に接触しており、特定電極に面するガス室に露出していない。一方、非重複部分における特定電極側の第２の表面は、ガス室に露出している。このため、スペーサに含まれるＳｉ（ケイ素）は、重複部分の第１の表面より非重複部分の第２の表面から飛散し易い。そこで、本電気化学反応単位では、非重複部分の第２の表面におけるＳｉの含有量は、重複部分の第１の表面におけるＳｉの含有量より少ない。これにより、第２の表面におけるＳｉの含有量が、第１の表面におけるＳｉの含有量と同じである構成に比べて、スペーサからのＳｉの飛散量を抑制できる。また、重複部分の第１の表面におけるＳｉの含有量は、１８ｗｔ％以上である。これにより、第１の表面におけるＳｉの含有量が１８ｗｔ％未満である構成に比べて、スペーサの弾性力の低下に起因するセル接触部と特定電極との間の接触圧力不足を抑制できる。すなわち、本電気化学反応単位によれば、スペーサからのＳｉの飛散量の抑制とスペーサの弾性力の低下の抑制との両立を図ることができる。
【０００９】
（２）上記電気化学反応単位において、さらに、前記特定電極の前記表面におけるＳｉの含有量は、０．０４ｗｔ％以下である構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、スペーサから飛散したＳｉが特定電極の表面に付着したとしても、特定電極の表面におけるＳｉの含有量が当初から０．０４ｗｔ％より高い構成に比べて、特定電極の反応場におけるＳｉによる被毒を抑制することができる。
【００１０】
（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の方向に並べて配列された複数の電気化学反応単位を備え、前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、上記（１）または（２）の電気化学反応単位である構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、スペーサからのＳｉの飛散量の抑制とスペーサの弾性力の低下の抑制との両立を図ることができる。
【００１１】
（４）本明細書に開示される電気化学反応単位の製造方法は、電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極側に配置されたインターコネクタと、前記特定電極と前記インターコネクタとの間に配置された導電性の集電体であって、前記特定電極の表面に接触するセル接触部を含む集電体と、少なくとも一部が前記セル接触部と前記インターコネクタとの間に配置されたマイカ製のスペーサと、を備える電気化学反応単位の製造方法において、前記スペーサは、前記第１の方向視で前記セル接触部と重なる位置に配置された重複部分であって、前記セル接触部側の第１の表面が前記セル接触部に接触する重複部分と、前記第１の方向視で前記セル接触部とは異なる位置に配置された非重複部分であって、少なくとも前記特定電極側の第２の表面が前記特定電極に面するガス室に露出している非重複部分と、を含み、前記重複部分の前記第１の表面におけるＳｉの含有量が、１８ｗｔ％以上であり、かつ、前記非重複部分の前記第２の表面におけるＳｉの含有量が、前記重複部分の前記第１の表面におけるＳｉの含有量より少ない条件を満たす前記スペーサを形成する工程と、前記電気化学反応単セルと、前記インターコネクタと、前記集電体と、前記条件を満たす前記スペーサとを用いて、前記電気化学反応単位を組み立てる工程と、を含む。本電気化学反応単位の製造方法によれば、スペーサからのＳｉの飛散量の抑制とスペーサの弾性力の低下の抑制とが両立された電気化学反応単位を製造することができる。
【００１２】
（５）上記電気化学反応単位の製造方法において、さらに、前記条件を満たさない熱処理前のスペーサの一部の表面に前記集電体における前記セル接触部が接触するように配置された、前記熱処理前のスペーサと前記集電体との複合体を準備する工程を含み、前記複合体に対して熱処理を施すことによって前記条件を満たす前記スペーサを形成するとしてもよい。本電気化学反応単位の製造方法によれば、比較的に簡単な方法により、スペーサからのＳｉの飛散量の抑制とスペーサの弾性力の低下の抑制とが両立された電気化学反応単位を製造することができる。
【００１３】
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単位（燃料電池発電単位または電解セル単位）、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。
【図４】図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図５】図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。
【図６】図４および図５のＶＩ−ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【図７】図４および図５のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【図８】燃料電池スタック１００の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】性能評価結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．装置構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。
【００１６】
燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という）１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。
【００１７】
燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。
【００１８】
各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿通されており、ボルト２２とボルト２２の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。なお、図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成するエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成するエンドプレート１０６の下側表面との間には、絶縁シート２６が介在している。ただし、後述のガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４とエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート２６とが介在している。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。
【００１９】
各ボルト２２の軸部の外径は各連通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）と、そのボルト２２Ａが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｂ）と、そのボルト２２Ｂが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。
【００２０】
また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）と、そのボルト２２Ｄが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２に供給する燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｅ）と、そのボルト２２Ｅが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。
【００２１】
燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。また、図２に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を形成するボルト２２Ｂの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１を形成するボルト２２Ｄの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス導入マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２を形成するボルト２２Ｅの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。
【００２２】
（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。
【００２３】
（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。また、図６は、図４および図５のＶＩ−ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図であり、図７は、図４および図５のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。
【００２４】
図４および図５に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。
【００２５】
インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。
【００２６】
単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。
【００２７】
電解質層１１２は、Ｚ方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な（気孔率が低い）層である。電解質層１１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、Ｚ方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な（電解質層１１２より気孔率が高い）層である。空気極１１４は、例えば、ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、Ｚ方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な（電解質層１１２より気孔率が高い）層である。燃料極１１６は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。
【００２８】
セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。
【００２９】
図６に示すように、空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３とが形成されている。
【００３０】
図７に示すように、燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通孔１４３とが形成されている。
【００３１】
空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電体１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する平板形の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素１３５が空気極側集電体１３４として機能する。また、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極１１４と空気極側集電体１３４との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。
【００３２】
燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、スペーサ１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。スペーサ１４９の形成材料等については後述する。
【００３３】
Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２、図４および図６に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３、図５および図７に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。
【００３４】
各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。
【００３５】
各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２、図４および図６に示すように、酸化剤ガス排出連通孔１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３、図５および図７に示すように、燃料ガス排出連通孔１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。
【００３６】
Ａ−３．スペーサ１４９の形成材料等、および、スペーサ１４９と空気極側集電体１３４との配置関係：
上述したように、燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。具体的には、図４および図５に示すように、燃料極側集電体１４４は、燃料極１１６とインターコネクタ１５０との間に配置されている。また、燃料極側集電体１４４は、燃料極１１６の表面（上面）に接触する電極対向部１４５を備えている。スペーサ１４９は、少なくとも一部が、電極対向部１４５と、該電極対向部１４５が配置された燃料室１７６を構成するインターコネクタ１５０との間に配置されている。具体的には、図５および図７に示すように、スペーサ１４９は、重複部分２１０と非重複部分２２０とを含んでいる。重複部分２１０は、スペーサ１４９のうち、上下方向（Ｚ軸方向）視で、電極対向部１４５と重なる位置に配置された部分である。重複部分２１０における電極対向部１４５側の表面（上面  以下、「第１の表面２１２」という）は、電極対向部１４５の下面に接触している。換言すれば、重複部分２１０の第１の表面２１２は、電極対向部１４５に覆われており、燃料室１７６に露出していない。非重複部分２２０は、スペーサ１４９のうち、上下方向視で、電極対向部１４５とは異なる位置に配置された部分である。非重複部分２２０における燃料極１１６側の表面（上面  以下、「第２の表面２２２」という）は、他の部材に覆われておらず、燃料室１７６に露出している。本実施形態では、スペーサ１４９は、全体として、複数の電極対向部１４５の並び方向（本実施形態では、Ｙ軸方向）に沿った形状であり、重複部分２１０と非重複部分２２０とが、該並び方向に沿って交互に並ぶように配置されている。燃料極１１６は、特許請求の範囲における特定電極に相当し、燃料極側集電体１４４は、特許請求の範囲における集電体に相当し、電極対向部１４５は、特許請求の範囲におけるセル接触部に相当する。また、燃料室１７６は、特許請求の範囲におけるガス室に相当する。
【００３７】
また、各発電単位１０２は、スペーサ１４９におけるＳｉの含有量に関し、次の第１の条件を満たす。
＜第１の条件＞
「スペーサ１４９の重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量は、１８ｗｔ％以上であり、
かつ、非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量は、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量より少ない。」
なお、非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量と重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量との差は、５ｗｔ％以上であることが好ましい。
重複部分２１０の第１の表面２１２は、特許請求の範囲における第１の表面に相当し、非重複部分２２０の第２の表面２２２は、特許請求の範囲における第２の表面に相当する。
【００３８】
また、各発電単位１０２は、燃料極１１６におけるＳｉの含有量に関し、次の第２の条件を満たすことが好ましい。
＜第２の条件＞
「燃料極１１６のうち、電解質層１１２とは反対側の表面（下面）におけるＳｉの含有量は、０．０４ｗｔ％以下である。」
【００３９】
Ａ−４．燃料電池スタック１００の製造方法：
次に、燃料電池スタック１００の製造方法について説明する。図８は、燃料電池スタック１００の製造方法を示すフローチャートである。はじめに、上記第１の条件を満たすスペーサ１４９を形成する（Ｓ１１０〜Ｓ１３０）。具体的には、第１の条件を満たさないスペーサ前駆体を準備する（Ｓ１１０）。スペーサ前駆体は、熱処理によってスペーサ１４９となるものであり、例えば、脱バインダー処理前の軟質マイカである。このスペーサ前駆体の表面全体におけるＳｉの含有量は、１８ｗｔ％以上である。なお、スペーサ１４９全体の弾性力の確保のため、スペーサ前駆体の内部におけるＳｉの含有量も、１８ｗｔ％以上であることが好ましい。
【００４０】
次に、スペーサ前駆体と燃料極側集電体１４４との複合体を形成する（Ｓ１２０）。具体的には、スペーサ前駆体を、上述したスペーサ１４９と同様に、燃料極側集電体１４４に配置する。すなわち、スペーサ前駆体に、上下方向（Ｚ軸方向）視で電極対向部１４５と重なる部分と電極対向部１４５と重ならない部分とが形成されるように、スペーサ前駆体を燃料極側集電体１４４に配置して一体にして複合体を形成する。複合体では、燃料極側集電体１４４の電極対向部１４５は、スペーサ前駆体における電極対向部１４５と重なる部分に圧接されていることが好ましい。スペーサ前駆体は、特許請求の範囲における熱処理前のスペーサに相当する。
【００４１】
次に、発電単位１０２および燃料電池スタック１００の組み立て前において、スペーサ前駆体と燃料極側集電体１４４との複合体に対して熱処理を施す（Ｓ１３０）。なお、熱処理の温度は、７００℃以上とすることができる。また、熱処理の時間は、１００時間以上とすることができる。また、熱処理は、燃料極側集電体１４４の酸化防止のため、還元雰囲気で行うことができる。また、複合体について、電極対向部１４５からスペーサ前駆体への押圧力が、例えば０．１ＭＰａ以上になるように、燃料極側集電体１４４に押圧力を加えた状態で熱処理を施すことができる。熱処理により、スペーサ前駆体に対して脱バインダー処理がされる。この際、スペーサ前駆体のうち、電極対向部１４５と重なる部分は、電極対向部１４５に覆われているため、スペーサ前駆体に含まれるＳｉが飛散し難く、熱処理後に、スペーサ１４９の重複部分２１０となる。一方、スペーサ前駆体のうち、電極対向部１４５と重ならない部分は、電極対向部１４５に覆われておらず開放されているため、スペーサ前駆体に含まれるＳｉが飛散し易く、熱処理後に、スペーサ１４９の非重複部分２２０となる。これにより、第１の条件を満たすスペーサ１４９が形成される。
【００４２】
次に、公知の方法により発電単位１０２を作製する（Ｓ１４０）。このとき、上述したように、Ｓ１３０で形成した熱処理後のスペーサ１４９が配置された燃料極側集電体１４４を、単セル１１０における燃料極１１６とインターコネクタ１５０との間に配置する。最後に、作製された発電単位１０２を所定の配列方向（上下方向）に複数並べて配置し、各部材を組み立てることにより、燃料電池スタック１００を作製する（Ｓ１５０）。以上の工程により、上述した構成の燃料電池スタック１００の製造が完了する。
【００４３】
Ａ−５．本実施形態の効果：
以上説明したように、スペーサ１４９は、上下方向（Ｚ軸方向）視で、燃料極側集電体１４４の電極対向部１４５と重なる位置に配置された重複部分２１０と、電極対向部１４５とは異なる位置に配置された非重複部分２２０と、を含んでいる。重複部分２１０における電極対向部１４５側の第１の表面２１２は、電極対向部１４５に接触しており、燃料極１１６に面する燃料室１７６に露出していない。一方、非重複部分２２０における燃料極１１６側の第２の表面２２２は、燃料室１７６に露出している。このため、スペーサに含まれるＳｉ（ケイ素）は、重複部分２１０の第１の表面２１２より非重複部分２２０の第２の表面２２２から飛散し易い。そこで、本実施形態の発電単位１０２では、非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量は、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量より少ない（上記第１の条件の一部）。これにより、非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量が、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量と同じである構成に比べて、スペーサ１４９からのＳｉの飛散量を抑制できる。また、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量は、１８ｗｔ％以上である（上記第１の条件の一部）。これにより、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量が１８ｗｔ％未満である構成に比べて、スペーサ１４９の弾性力の低下に起因する電極対向部１４５と燃料極１１６との間の接触圧力不足を抑制できる。すなわち、本実施形態の発電単位１０２によれば、スペーサ１４９からのＳｉの飛散量の抑制とスペーサ１４９の弾性力の低下の抑制との両立を図ることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、燃料極１１６のうち、電解質層１１２とは反対側の表面（下面）におけるＳｉの含有量は、０．０４ｗｔ％以下である（第２の条件）ことが好ましい。第２の条件を満たせば、スペーサ１４９から飛散したＳｉが燃料極１１６の表面に付着したとしても、燃料極１１６の表面におけるＳｉの含有量が当初から０．０４ｗｔ％より高い構成に比べて、燃料極１１６の反応場におけるＳｉによる被毒を抑制することができる。
【００４５】
また、本実施形態における燃料電池スタック１００の製造方法によれば、第１の条件を満たさないスペーサ前駆体を燃料極側集電体１４４と一体にして熱処理を施すことにより、第１の条件を満たすスペーサ１４９が形成される（図８のＳ１１０〜Ｓ１３０）。これにより、比較的に簡単な方法により、スペーサ１４９からのＳｉの飛散量の抑制とスペーサの弾性力の低下の抑制とが両立された発電単位１０２（燃料電池スタック１００）を製造することができる。
【００４６】
Ａ−６．性能評価：
上述した燃料極側集電体１４４に配置されるスペーサ（スペーサ１４９）について行った性能評価について、以下説明する。図９は、性能評価結果を示す説明図である。なお、各サンプルにおける各表面のＳｉの含有量（ｗｔ％）は、ＸＲＦ分析（Ｘ−Ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）により測定することができる。
【００４７】
（各サンプルについて）
図９に示すように、本性能評価では、スペーサについて、７つのサンプル１〜７を用いた。７つのサンプル１〜７は、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量と非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量との少なくとも一方が互いに異なる。サンプル１〜３は、上述した製造方法と同様、スペーサ前駆体を燃料極側集電体１４４と一体にして熱処理を行うことにより作製した。サンプル１〜３の製造工程では、いずれも、スペーサ前駆体と燃料極側集電体１４４との複合体に対して、熱処理の温度は、約８５０℃で、かつ、水蒸気４０％・水素６０％の還元雰囲気で熱処理を行った。ただし、サンプル１〜３の製造工程では、熱処理の時間が互いに異なる。具体的には、サンプル１では、熱処理の時間は１０００時間であり、サンプル２では、熱処理の時間は７００時間であり、サンプル３では、熱処理の時間は３００時間であった。その結果、サンプル１〜３では、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量は、互いに同じ（１８ｗｔ％）であったが、非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量は、互いに異なる。具体的には、熱処理の時間が長いサンプルほど、非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量は少なくなった。
【００４８】
サンプル４〜６は、上述した製造方法とは異なり、スペーサ前駆体を、燃料極側集電体１４４と一体にする前に、単独で熱処理を行うことにより作製した。サンプル４〜６の製造工程では、いずれも、スペーサ前駆体単体に対して、水蒸気４０％および水素６０％の還元雰囲気で、８５０℃の熱処理を行った。ただし、サンプル４〜６の製造工程では、熱処理の時間が互いに異なる。具体的には、サンプル４では、熱処理の時間は１０００時間であり、サンプル５では、熱処理の時間は７００時間であり、サンプル６では、熱処理の時間は３００時間であった。その結果、サンプル４〜６では、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量と非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量とは、共に減少し（１８ｗｔ％未満）、かつ、同量となった。また、サンプル４〜６では、熱処理の時間が長いサンプルほど、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量および非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量は少なくなった。サンプル７は、サンプル４〜６と同様、スペーサ前駆体を、燃料極側集電体１４４と一体にする前に、単独で熱処理を行うことにより作製した。ただし、サンプル７の製造工程では、スペーサ前駆体単体に対して、熱処理の温度は、約７００℃で、かつ、水素１００％の還元雰囲気で熱処理を行った。また、サンプル７では、熱処理の時間は３時間であった。その結果、サンプル７では、熱処理の時間が比較的に短いため、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量と非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量とは、いずれもほとんど減少しなかった。
【００４９】
（評価項目および評価方法について）
本性能評価では、スペーサの弾性率試験と、Ｓｉ飛散試験との２つの項目について評価を行った。スペーサの弾性率試験では、各サンプルの弾性率（ＧＰａ）を、公知の測定機（例えば、超微小硬度計ＨＭ２０００  株式会社フィッシャー・インストルメンツ製）を用いて測定した。各サンプルを用いて発電単位１０２を作製した場合において燃料極側集電体１４４と燃料極１１６との接点確保のため、弾性率が、１．９ＧＰａより高い場合に合格（○）と判定し、１．９ＧＰａ以下である場合に不合格（×）と判定した。
【００５０】
また、Ｓｉ飛散試験では、各サンプルを発電単位１０２における燃料極側集電体１４４に配置し、空気室１６６を空気雰囲気とし、燃料室１７６を水蒸気４０％・水素６０％の還元雰囲気とし、８５０℃、１０００時間、発電単位１０２を発電させた。また、Ｄ−ＳＩＭＳ分析（Ｄｙｎａｍｉｃ−Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）により、燃料極１１６における電解質層１１２側の部分のＳｉ被毒量（ｐｐｍ）について、試験前後における増加量（以下、「Ｓｉ飛散増加量」という）を求めた。Ｓｉ飛散増加量が９００ｐｐｍ未満である場合に合格（○）と判定し、Ｓｉ飛散増加量が９００ｐｐｍ以上である場合に不合格（×）と判定した。なお、本Ｓｉ飛散試験では、燃料極１１６における電解質層１１２側の部分のＳｉ被毒量は、Ｄ−ＳＩＭＳ分析により、ｐｐｍ単位で測定した。
【００５１】
（評価結果）
スペーサの弾性率試験において、サンプル１〜３，７では、弾性率が１．９ＧＰａより高かったため、合格（○）と判定された。サンプル１〜３，７では、スペーサの重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量が１８ｗｔ％以上であるため、スペーサの重複部分２１０の弾性率が相対的に高くなったと考えられる。一方、サンプル４〜６では、弾性率が１．９ＧＰａ以下であったため、不合格（×）と判定された。サンプル４〜６では、スペーサの重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量が１８ｗｔ％未満であるため、スペーサの重複部分２１０の弾性率が相対的に低くなったと考えられる。すなわち、スペーサの重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量が１８ｗｔ％以上であれば、スペーサの弾性力の低下に起因する電極対向部１４５と燃料極１１６との間の接触圧力不足を抑制できることが確認された。
【００５２】
また、Ｓｉ飛散試験において、サンプル１〜６では、Ｓｉ飛散増加量が９００ｐｐｍ未満であったため、合格（○）と判定された。サンプル１〜６では、スペーサの非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量が、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量より少ないため、スペーサからのＳｉ飛散増加量を抑制できたと考えられる。一方、サンプル７では、Ｓｉ飛散増加量が９００ｐｐｍ以上であったため、不合格（×）と判定された。サンプル７では、スペーサの非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量が、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量と同じであるため、スペーサからのＳｉ飛散増加量を抑制できなかったと考えられる。すなわち、スペーサの非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量が、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量より少なければ、スペーサからのＳｉの飛散量を抑制できることが確認された。また、サンプル１〜６の評価結果から、スペーサの非重複部分２２０の第２の表面２２２におけるＳｉの含有量と重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量との差が大きいほど、Ｓｉ飛散増加量を低減できることが分かる。なお、Ｓｉ飛散増加量は、７００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【００５３】
以上説明した性能評価の結果から、スペーサが上記第１の条件を満たせば、スペーサの弾性率試験とＳｉ飛散試験との両方で合格（○）と判定された。これは、スペーサが上記第１の条件を満たせば、スペーサからのＳｉの飛散量の抑制とスペーサの弾性力の低下の抑制との両立を図ることができることを意味する。
【００５４】
Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
【００５５】
上記実施形態における燃料電池スタック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態において、複数の発電単位１０２のうちの少なくとも１つは、燃料極１１６が第２の条件を満たさないとしてもよい。また、上記実施形態において、スペーサ１４９における第１の表面２１２以外の表面（例えばスペーサ１４９の上下方向に沿った側面）におけるＳｉの含有量は、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量と同じでもよいが、重複部分２１０の第１の表面２１２におけるＳｉの含有量より少ないことが好ましい。
【００５６】
また、上記実施形態では、スペーサ１４９は、空気極１１４の電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間に挟み込まれていたが、スペーサ１４９は、電極対向部１４５とインターコネクタ１５０との間に配置されていればよく、例えば、スペーサ１４９とインターコネクタ１５０との間は空間であるとしてもよい。また、上記実施形態において、燃料極側集電体１４４等の集電体は、例えばメッシュなどでもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、燃料極１１６とインターコネクタ１５０との間に配置された燃料極側集電体１４４およびスペーサ１４９について本発明を適用したが、空気極１１４と、該空気極１１４が面する空気室１６６を構成するインターコネクタ１５０との間に、セル接触部を含む集電体とスペーサとが配置された構成であれば、該スペーサに本発明を適用してもよい。空気室１６６側においても、Ｓｉによる被毒によって単セル１１０の性能低下が発生するおそれがあるからである。この場合、空気極１１４は、特許請求の範囲における特定電極に相当し、空気極側集電体は、特許請求の範囲における集電体に相当し、空気室１６６は、特許請求の範囲におけるガス室に相当する。
【００５８】
上記実施形態における燃料電池スタック１００の製造方法は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、第１の条件を満たすスペーサ１４９を形成する工程において、スペーサ前駆体について、燃料極側集電体１４４と一体にする前に、例えば、重複部分２１０となる部分をマスクして熱処理を施すことにより、第１の条件を満たすスペーサ１４９を形成し、その後、スペーサ１４９を燃料極側集電体１４４に配置して一体にしてもよい。
【００５９】
また、本明細書において、部材（または部材のある部分、以下同様）Ａを挟んで部材Ｂと部材Ｃとが互いに対向するとは、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとが隣接する形態に限定されず、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとの間に他の構成要素が介在する形態を含む。例えば、電解質層１１２と空気極１１４との間に他の層が設けられていてもよい。このような構成であっても、空気極１１４と燃料極１１６とは電解質層１１２を挟んで互いに対向すると言える。
【００６０】
また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００は複数の平板形の発電単位１０２が積層された構成であるが、本発明は、他の構成、例えば国際公開第２０１２／１６５４０９号に記載されているように、複数の略円筒形の燃料電池単セルが直列に接続された構成にも同様に適用可能である。
【００６１】
また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の構成単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１６−８１８１３号公報に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替え、単セル１１０を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極１１４がプラス（陽極）で燃料極１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔１０８を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室１７６で水素ガスが発生し、連通孔１０８を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位においても、上述した構成のスペーサ１４９が採用されれば、スペーサ１４９からのＳｉの飛散量の抑制とスペーサ１４９の弾性力の低下の抑制との両立を図ることができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池（または電解セル）にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
２２：ボルト  ２４：ナット  ２６：絶縁シート  ２７：ガス通路部材  ２８：本体部  ２９：分岐部  １００：燃料電池スタック  １０２：発電単位  １０４，１０６：エンドプレート  １０８：連通孔  １１０：単セル  １１２：電解質層  １１４：空気極  １１６：燃料極  １２０：セパレータ  １２１：孔  １２４：接合部  １３０：空気極側フレーム  １３１：孔  １３２：酸化剤ガス供給連通孔  １３３：酸化剤ガス排出連通孔  １３４：空気極側集電体  １３５：集電体要素  １４０：燃料極側フレーム  １４１：孔  １４２：燃料ガス供給連通孔  １４３：燃料ガス排出連通孔  １４４：燃料極側集電体  １４５：電極対向部  １４６：インターコネクタ対向部  １４７：連接部  １４９：スペーサ  １５０：インターコネクタ  １６１：酸化剤ガス導入マニホールド  １６２：酸化剤ガス排出マニホールド  １６６：空気室  １７１：燃料ガス導入マニホールド  １７２：燃料ガス排出マニホールド  １７６：燃料室  ２１０：重複部分  ２１２：第１の表面  ２２０：非重複部分  ２２２：第２の表面  ＦＧ：燃料ガス  ＦＯＧ：燃料オフガス  ＯＧ：酸化剤ガス  ＯＯＧ：酸化剤オフガス
【図１】
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【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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