(57)【要約】      （修正有）【課題】集電体と単セルとの間の電気的接続性の向上と、集電体と単セルとの境界付近におけるガス拡散性の向上とを両立させる。【解決手段】単セル１１０と、集電体１４４と、スペーサー１４９とを備え、集電体１４４が、単セル１１０に対向する複数のセル対向部１４５と、各セル対向部１４５に対して第１の方向の一方側に配置された基部と、基部と各セル対向部とをつなぐ連接部とを含み、スペーサー１４９が、各セル対向部１４５の第１の方向の一方側の表面に対向し、集電体１４４が、金属製のワイヤがメッシュ状に編まれた構成を有し、セル対向部１４５が、単セルの表面に接触する平坦面を有しており第１の方向において、スペーサー１４９からセル対向部１４５における単セル１１０に対向する表面までの距離Ｌ１が、スペーサーから単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所が存在する電気化学反応単位。【選択図】図８
2019096457.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、を含む単セルと、
前記単セルに対して前記第１の方向の一方側に配置された集電体であって、前記単セルに対向する複数のセル対向部と、各前記セル対向部に対して前記第１の方向の前記一方側に配置された基部と、前記基部と各前記セル対向部とをつなぐ連接部と、を含む、集電体と、
各前記セル対向部の前記第１の方向の前記一方側の表面に対向するスペーサーと、
を備える電気化学反応単位において、
前記集電体は、金属製のワイヤがメッシュ状に編まれた構成を有し、
前記セル対向部は、少なくとも一部が前記単セルの表面に接触する平坦面を有しており、
前記第１の方向において、前記スペーサーから前記セル対向部における前記単セルに対向する表面までの距離Ｌ１が、前記スペーサーから前記単セルまでの距離Ｌ２より短い箇所が存在することを特徴とする、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、
前記平坦面の位置における前記ワイヤの最小径は、前記平坦面以外の位置における前記ワイヤの最大径の１／２以上であることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の方向視で、一の前記ワイヤの延伸方向に直交する方向において、前記一のワイヤにおける前記平坦面の幅Ｗ１は、前記一のワイヤの前記平坦面以外の位置における幅Ｗ２以下であることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の方向視で、一の前記ワイヤの延伸方向において、前記一のワイヤにおける前記平坦面の幅Ｗ３は、前記一のワイヤに交差する他の前記ワイヤの前記平坦面以外の位置における幅Ｗ４より大きいことを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
一の前記ワイヤの延伸方向と前記第１の方向との両方に平行な断面において、前記第１の方向に直交する第２の方向において互いに隣り合う２つの前記平坦面のそれぞれの中心位置に挟まれた領域の幅Ｗ５に対する、前記領域において前記距離Ｌ１が前記距離Ｌ２より短いという条件を満たす特定領域の幅Ｗ６の割合が、０．８以上であることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記セル対向部は、前記スペーサーに対向する側に平坦面を有していないことを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の方向において、前記単セルから前記セル対向部における前記スペーサーに対向する表面までの距離Ｌ３が、前記スペーサーから前記単セルまでの距離Ｌ２より短い箇所が存在することを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記単セルは、燃料電池単セルであることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項９】
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から請求項８までのいずれか一項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書によって開示される技術は、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）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。
【０００３】
また、発電単位は、単セルに対して上記第１の方向の一方側（例えば、燃料極側）に配置された集電体（例えば、燃料極側集電体）を備える。集電体は、単セルにおける発電反応によって生じる電力を取り出すための部材である。集電体の構成として、単セルに対向する複数のセル対向部と、各セル対向部に対して上記第１の方向の一方側に配置された基部と、基部と各セル対向部とをつなぐ連接部とを含む構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、上記集電体の構成において、各セル対向部の上記第１の方向の一方側の面に対向するスペーサーを設けることにより、集電体の各セル対向部と単セルとの間の電気的接続を良好に維持する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５５０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成の集電体を備える発電単位では、集電体がガスの流れを阻害することによって、集電体と単セルとの境界付近におけるガス拡散性が低下し、単セルの性能が低下するおそれがある。このように、従来の構成の発電単位では、集電体と単セルとの間の電気的接続性の向上と、集電体と単セルとの境界付近におけるガス拡散性の向上との両立の点で、向上の余地がある。
【０００６】
なお、このような課題は、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の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という）の構成単位である電解セル単位にも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて、電気化学反応単位と呼ぶ。
【０００７】
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】
【０００８】
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【０００９】
（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、を含む単セルと、前記単セルに対して前記第１の方向の一方側に配置された集電体であって、前記単セルに対向する複数のセル対向部と、各前記セル対向部に対して前記第１の方向の前記一方側に配置された基部と、前記基部と各前記セル対向部とをつなぐ連接部と、を含む、集電体と、各前記セル対向部の前記第１の方向の前記一方側の表面に対向するスペーサーと、を備える電気化学反応単位において、前記集電体は、金属製のワイヤがメッシュ状に編まれた構成を有し、前記セル対向部は、少なくとも一部が前記単セルの表面に接触する平坦面を有しており、前記第１の方向において、前記スペーサーから前記セル対向部における前記単セルに対向する表面までの距離Ｌ１が、前記スペーサーから前記単セルまでの距離Ｌ２より短い箇所が存在する。本電気化学反応単位では、セル対向部が、単セルの表面に接触する平坦面を有しており、かつ、第１の方向において、スペーサーからセル対向部における単セルに対向する表面までの距離Ｌ１が、スペーサーから単セルまでの距離Ｌ２より短い箇所が存在する。そのため、本電気化学反応単位では、集電体のセル対向部と単セルとの接触面積が大きくなると共に、集電体のセル対向部と単セルとの間に空間が形成される。従って、本電気化学反応単位によれば、集電体と単セルとの間の電気的接続性を向上させることができると共に、集電体と単セルとの間の境界付近におけるガス拡散性を向上させることができ、その結果、電気化学反応単位の性能を向上させることができる。
【００１０】
（２）上記電気化学反応単位において、前記平坦面の位置における前記ワイヤの最小径は、前記平坦面以外の位置における前記ワイヤの最大径の１／２以上である構成としてもよい。本電気化学反応単位では、ワイヤが、平坦面の位置において過度に潰れていない。そのため、本電気化学反応単位によれば、集電体と単セルとの間の境界付近にガス拡散のための空間を効果的に確保することができ、集電体と単セルとの間の境界付近におけるガス拡散性を効果的に向上させることができる。
【００１１】
（３）上記電気化学反応単位において、前記第１の方向視で、一の前記ワイヤの延伸方向に直交する方向において、前記一のワイヤにおける前記平坦面の幅Ｗ１は、前記一のワイヤの前記平坦面以外の位置における幅Ｗ２以下である構成としてもよい。本電気化学反応単位では、ワイヤが、平坦面の位置において過度に潰れていない。そのため、本電気化学反応単位によれば、集電体と単セルとの間の境界付近にガス拡散のための空間を効果的に確保することができ、集電体と単セルとの間の境界付近におけるガス拡散性を効果的に向上させることができる。
【００１２】
（４）上記電気化学反応単位において、前記第１の方向視で、一の前記ワイヤの延伸方向において、前記一のワイヤにおける前記平坦面の幅Ｗ３は、前記一のワイヤに交差する他の前記ワイヤの前記平坦面以外の位置における幅Ｗ４より大きい構成としてもよい。本電気化学反応単位では、ワイヤが、平坦面の位置において、ある程度以上潰れている。そのため、本電気化学反応単位によれば、平坦面の大きさを一定以上にすることができ、集電体のセル対向部と単セルとの接触面積を効果的に大きくすることができ、その結果、集電体と単セルとの間の電気的接続性を効果的に向上させることができる。
【００１３】
（５）上記電気化学反応単位において、一の前記ワイヤの延伸方向と前記第１の方向との両方に平行な断面において、前記第１の方向に直交する第２の方向において互いに隣り合う２つの前記平坦面のそれぞれの中心位置に挟まれた領域の幅Ｗ５に対する、前記領域において前記距離Ｌ１が前記距離Ｌ２より短いという条件を満たす特定領域の幅Ｗ６の割合が、０．８以上である構成としてもよい。本電気化学反応単位では、上記距離Ｌ１が上記距離Ｌ２より短いという条件を満たす特定領域がある程度以上存在している。そのため、本電気化学反応単位によれば、集電体と単セルとの間の境界付近にガス拡散のための空間を効果的に確保することができ、集電体と単セルとの間の境界付近におけるガス拡散性を効果的に向上させることができる。
【００１４】
（６）上記電気化学反応単位において、前記セル対向部は、前記スペーサーに対向する側に平坦面を有していない構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、集電体と単セルとの間の境界付近にガス拡散のための空間をさらに効果的に確保することができ、集電体と単セルとの間の境界付近におけるガス拡散性をさらに効果的に向上させることができる。
【００１５】
（７）上記電気化学反応単位において、前記第１の方向において、前記単セルから前記セル対向部における前記スペーサーに対向する表面までの距離Ｌ３が、前記スペーサーから前記単セルまでの距離Ｌ２より短い箇所が存在する構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、集電体のセル対向部とスペーサーとの間に空間が形成されるため、集電体とスペーサーとの間の境界付近におけるガス拡散性を向上させることができ、その結果、電気化学反応単位の性能を向上させることができる。
【００１６】
（８）上記電気化学反応単位において、前記単セルは、燃料電池単セルである構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、集電体と燃料電池単セルとの間の電気的接続性を向上させることができると共に、集電体と燃料電池単セルとの間の境界付近におけるガス拡散性を向上させることができ、その結果、電気化学反応単位の発電性能を向上させることができる。
【００１７】
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】
【００１８】
【図１】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】燃料極側集電体１４４の詳細構成を示す説明図である。
【図９】燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５の詳細構成を示す斜視図である。
【図１０】燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５の詳細構成を示す斜視図である。
【図１１】第１の比較例における燃料極側集電体１４４Ｘの構成を示す説明図である。
【図１２】第２の比較例における燃料極側集電体１４４Ｙの構成を示す説明図である。
【図１３】変形例における燃料極側集電体１４４ａの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、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（および後述する図６，７）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（および後述する図６，７）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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
（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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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）。
【００３０】
単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（第１の方向）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、電解質層１１２と空気極１１４との間に配置された中間層１８０とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、空気極１１４、中間層１８０）を支持する燃料極支持形の単セルである。
【００３１】
電解質層１１２は、Ｚ軸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）等の固体酸化物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。
【００３２】
空気極１１４は、Ｚ軸方向視で電解質層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。
【００３３】
燃料極１１６は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極１１６は、例えば、Ｎｉと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子（例えば、ＹＳＺ）とからなるサーメットにより形成されている。
【００３４】
中間層１８０は、略矩形の平板形状部材であり、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）を含むように形成されている。中間層１８０は、空気極１１４から拡散した元素（例えば、Ｓｒ）が電解質層１１２に含まれる元素（例えば、Ｚｒ）と反応して高抵抗な物質（例えば、ＳｒＺｒＯ３）が生成されることを抑制する。
【００３５】
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。
【００３６】
図４〜６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。
【００３７】
図４，５，７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。
【００３８】
図４，５，７に示すように、燃料極側集電体１４４は、単セル１１０の下側に配置されている。燃料極側集電体１４４は、基部１４６と、複数のセル対向部１４５と、各セル対向部１４５と基部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等の金属により形成されている。図７における部分拡大図に示すように、燃料極側集電体１４４は、平板部材（本実施形態では金属メッシュ）に切り込みを入れ、複数の部分を曲げ起こすように加工することにより製造される。曲げ起こされた各部分がセル対向部１４５となり、曲げ起こされた部分以外の穴ＯＰが開いた状態の平板部分が基部１４６となり、セル対向部１４５と基部１４６とをつなぐ部分が連接部１４７となる。なお、図７における部分拡大図では、燃料極側集電体１４４の製造方法を示すため、曲げ起こされる部分の一部について、曲げ起こし加工が完了する前の状態を示している。
【００３９】
燃料極側集電体１４４のセル対向部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（下側の表面）に対向し、該表面に接触している。基部１４６は、各セル対向部１４５に対して下側に配置され、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（上側の表面）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における基部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、下側は、特許請求の範囲における第１の方向の一方側に相当し、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する。燃料極側集電体１４４の構成については、後に詳述する。
【００４０】
また、燃料極側集電体１４４を構成する各セル対向部１４５と基部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。スペーサー１４９は、各セル対向部１４５の下側の表面に対向しており、該表面に接触している。スペーサー１４９の存在により、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。
【００４１】
図４〜６に示すように、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。
【００４２】
なお、本実施形態では、空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）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）に直交する平板形状の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形状の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の集電体要素１３５が空気極側集電体１３４として機能する。
【００４３】
また、図４および図５に示すように、空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）の表面は、導電性のコート１３６によって覆われている。コート１３６は、例えば、スピネル型酸化物（例えば、Ｍｎ１．５Ｃｏ１．５Ｏ４やＭｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＭｎ２Ｏ４、ＺｎＭｎＣｏＯ４、ＣｕＭｎ２Ｏ４）により形成されている。なお、上述したように、本実施形態では、空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）とインターコネクタ１５０とが一体の部材として形成されているため、実際には、空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）の表面の内、インターコネクタ１５０との境界面はコート１３６により覆われていない一方、インターコネクタ１５０の表面の内、少なくとも酸化剤ガスＯＧが流れるガス流路に面する表面（例えば、インターコネクタ１５０における空気極１１４側の表面）はコート１３６により覆われている。以下の説明では、特記しない限り、空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）は「コート１３６に覆われた空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）」を意味する。なお、図６では、コート１３６の図示を省略している。
【００４４】
また、図４および図５に示すように、空気極１１４と空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）とは、導電性を有する接合層１３８により接合されている。接合層１３８は、例えば、スピネル型酸化物（例えば、Ｍｎ１．５Ｃｏ１．５Ｏ４やＭｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＭｎ２Ｏ４、ＺｎＭｎＣｏＯ４、ＣｕＭｎ２Ｏ４）により形成されている。接合層１３８により、空気極１１４と空気極側集電体１３４とが電気的に接続される。先に、空気極側集電体１３４は空気極１１４の表面と接触していると説明したが、正確には、空気極側集電体１３４と空気極１１４との間には接合層１３８が介在している。
【００４５】
Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２および図４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および図５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。
【００４６】
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および燃料ガスＦＧ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。
【００４７】
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および図４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および図５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。
【００４８】
Ａ−３．燃料極側集電体１４４の詳細構成：
次に、燃料極側集電体１４４の構成をさらに詳細に説明する。図８は、燃料極側集電体１４４の詳細構成を示す説明図である。図８には、図４のＸ１部のＸＺ断面構成が拡大して示されている。また、図９および図１０は、燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５の詳細構成を示す斜視図である。
【００４９】
図８から図１０に示すように、燃料極側集電体１４４は、金属製（例えば、ニッケルまたはニッケル合金製）のワイヤ２１０，２２０がメッシュ状に編まれた構成（紗の目構成）を有している。より詳細には、燃料極側集電体１４４は、概ね一の方向（本実施形態ではセル対向部１４５の部分においてＸ軸方向）に延びる複数のワイヤ（以下、「横ワイヤ」という）２１０と、概ね上記一の方向に交差する他の方向（本実施形態ではセル対向部１４５の部分においてＹ軸方向）に延びる複数のワイヤ（以下、「縦ワイヤ」という）２２０とを有している。各横ワイヤ２１０の延伸方向に沿って、各横ワイヤ２１０の上側および下側に交互に１本ずつ縦ワイヤ２２０が配置され、かつ、各縦ワイヤ２２０の延伸方向に沿って、各縦ワイヤ２２０の上側および下側に交互に１本ずつ横ワイヤ２１０が配置されている。このような燃料極側集電体１４４の構成は、上述したように、金属メッシュを加工して燃料極側集電体１４４を作製することにより実現される。
【００５０】
燃料極側集電体１４４を構成する横ワイヤ２１０および縦ワイヤ２２０は、略円形断面のワイヤである。ただし、燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５において、各横ワイヤ２１０の一部分における上側（単セル１１０に対向する側）に平坦面２１２が形成されており、かつ、各縦ワイヤ２２０の一部分における上側にも平坦面２２２が形成されている。これらの平坦面２１２，２２２は、単セル１１０（燃料極１１６）の表面に接触している。一方、燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５において、各横ワイヤ２１０における下側（スペーサー１４９に対向する側）には平坦面は形成されておらず、かつ、各縦ワイヤ２２０における下側にも平坦面は形成されていない。そのため、各横ワイヤ２１０におけるスペーサー１４９との接触箇所２１４と、各縦ワイヤ２２０におけるスペーサー１４９との接触箇所２２４とは、共に、線状となっている。このように、本実施形態では、燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５は、単セル１１０（燃料極１１６）と面接触し、スペーサー１４９と線接触している。なお、セル対向部１４５の平坦面２１２，２２２の少なくとも一部が単セル１１０の表面に接触するとは、セル対向部１４５の平坦面２１２，２２２の少なくとも一部と単セル１１０とが直接的に接触する形態に限られず、単セル１１０とセル対向部１４５との間の空間ＳＰが無くならない程度に、導電性接合材（例えば、Ｎｉ含有接合材）を介してセル対向部１４５の平坦面２１２，２２２の少なくとも一部と単セル１１０とが間接的に接触する形態を含む。すなわち、セル対向部１４５の平坦面２１２，２２２の少なくとも一部が単セル１１０の表面に接触するとは、該平坦面２１２，２２２の少なくとも一部が、直接的に、または、他の部材を介して間接的に、単セル１１０の表面に接触することを意味する。
【００５１】
このような構成の燃料極側集電体１４４は、例えば、燃料極側集電体１４４の形成材料である金属メッシュにロールプレス加工を施して、各ワイヤ２１０，２２０に平坦面２１２，２２２を形成する（ただし、片側に高弾性体を敷くことにより各ワイヤ２１０，２２０におけるスペーサー１４９に対向する面がつぶされないようにする）ことにより実現することができる。
【００５２】
また、図８に示すように、本実施形態では、上下方向（Ｚ軸方向）において、スペーサー１４９からセル対向部１４５における単セル１１０に対向する表面（以下、「上側表面」ともいう）までの距離Ｌ１が、スペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所が存在する。すなわち、横ワイヤ２１０に平坦面２１２が形成されている第１の位置Ｐ１や縦ワイヤ２２０に平坦面２２２が形成されている第２の位置Ｐ２においては、スペーサー１４９からセル対向部１４５の上側表面までの距離Ｌ１は、スペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２に等しい。一方、平坦面２１２，２２２が形成されていない第３の位置Ｐ３においては、スペーサー１４９からセル対向部１４５の上側表面までの距離Ｌ１は、スペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い。セル対向部１４５がこのような構成であるため、セル対向部１４５と単セル１１０との間には空間ＳＰが存在している。
【００５３】
なお、上述したように、燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５において、各横ワイヤ２１０および各縦ワイヤ２２０における下側（スペーサー１４９に対向する側）には平坦面は形成されていないため、セル対向部１４５とスペーサー１４９との間にも空間ＳＰが存在している。
【００５４】
また、図８に示すように、本実施形態では、上下方向（Ｚ軸方向）において、単セル１１０からセル対向部１４５におけるスペーサー１４９に対向する表面（以下、「下側表面」ともいう）までの距離Ｌ３が、スペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所が存在する。セル対向部１４５がこのような構成であるため、この点でも、セル対向部１４５とスペーサー１４９との間に空間ＳＰが存在していると言える。
【００５５】
また、図８に示すように、本実施形態では、平坦面２１２の位置における横ワイヤ２１０の最小径Ｒ１は、平坦面２１２以外の位置（より詳細には、平坦面２１２を有する部分に隣接し、かつ、単セル１１０にもスペーサー１４９にも接していない位置である（以下同様））における横ワイヤ２１０の最大径Ｒ０の１／２以上となっている。また、図示しないが、縦ワイヤ２２０についても同様に、平坦面２２２の位置における縦ワイヤ２２０の最小径は、平坦面２２２以外の位置における縦ワイヤ２２０の最大径の１／２以上となっている。すなわち、横ワイヤ２１０および縦ワイヤ２２０は、平坦面２１２，２２２が形成される箇所において、過度に潰されてはいない。
【００５６】
また、図９に示すように、本実施形態では、上下方向視で、横ワイヤ２１０の延伸方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）において、横ワイヤ２１０における平坦面２１２の幅Ｗ１は、横ワイヤ２１０の平坦面２１２以外の位置における幅Ｗ２以下である。また、図示しないが、縦ワイヤ２２０についても同様に、上下方向視で、縦ワイヤ２２０の延伸方向（Ｙ軸方向）に直交する方向（Ｘ軸方向）において、縦ワイヤ２２０における平坦面２２２の幅は、縦ワイヤ２２０の平坦面２２２以外の位置における幅以下である。すなわち、横ワイヤ２１０および縦ワイヤ２２０は、平坦面２１２，２２２が形成される箇所において、過度に潰されてはいない。
【００５７】
また、図１０に示すように、本実施形態では、上下方向視で、横ワイヤ２１０の延伸方向（Ｘ軸方向）において、横ワイヤ２１０における平坦面２１２の幅Ｗ３は、該横ワイヤ２１０に交差する縦ワイヤ２２０の平坦面２２２以外の位置における幅Ｗ４より大きい。また、図示しないが、縦ワイヤ２２０についても同様に、上下方向視で、縦ワイヤ２２０の延伸方向（Ｙ軸方向）において、縦ワイヤ２２０における平坦面２２２の幅は、該縦ワイヤ２２０に交差する横ワイヤ２１０の平坦面２１２以外の位置における幅より大きい。すなわち、横ワイヤ２１０および縦ワイヤ２２０は、平坦面２１２，２２２が形成される箇所において、ある程度以上潰されている。
【００５８】
また、図８に示すように、本実施形態では、横ワイヤ２１０の延伸方向と上下方向との両方に平行な断面（ＸＺ断面）において、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）において互いに隣り合う２つの平坦面２１２，２２２のそれぞれの中心位置に挟まれた領域の幅Ｗ５に対する、該領域において上記距離Ｌ１が上記距離Ｌ２より短いという条件を満たす特定領域の幅Ｗ６の割合は、０．８以上（８割以上）である。このとき、Ｘ軸方向は、特許請求の範囲における第２の方向に相当する。また、図示しないが、同様に、縦ワイヤ２２０の延伸方向と上下方向との両方に平行な断面（ＹＺ断面）において、上下方向に直交する方向（Ｙ軸方向）において互いに隣り合う２つの平坦面２１２，２２２のそれぞれの中心位置に挟まれた領域の幅に対する、該領域において上記距離Ｌ１が上記距離Ｌ２より短いという条件を満たす特定領域の幅の割合は、０．８以上（８割以上）である。このとき、Ｙ軸方向は、特許請求の範囲における第２の方向に相当する。すなわち、横ワイヤ２１０および縦ワイヤ２２０について、上記距離Ｌ１が上記距離Ｌ２より短いという条件を満たす特定領域が、ある程度以上存在している。
【００５９】
なお、燃料極側集電体１４４を構成する金属メッシュのメッシュ数は、３０〜２００（より好ましくは４０〜１２０）であることが好ましく、金属メッシュの開口率は、２５〜７０％（より好ましくは３０〜５０％）であることが好ましく、各ワイヤの径は、５０〜５００μｍ（より好ましくは６０〜２５０μｍ）であることが好ましく、平坦面２１２，２２２の幅は、１０μｍ〜３００μｍ（より好ましくは５０μｍ〜２４０μｍ）であることが好ましい（なお、接触性の観点から燃料極側集電体１４４に接触する電極の気孔径の３倍以上であることがより好ましい）。
【００６０】
Ａ−４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２は、単セル１１０と、燃料極側集電体１４４と、スペーサー１４９とを備える。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを含む。燃料極側集電体１４４は、単セル１１０に対して下側に配置されており、金属製のワイヤがメッシュ状に編まれた構成を有する。また、燃料極側集電体１４４は、単セル１１０に対向する複数のセル対向部１４５と、各セル対向部１４５に対して下側に配置された基部１４６と、基部１４６と各セル対向部１４５とをつなぐ連接部１４７とを含む。スペーサー１４９は、各セル対向部１４５の下側の表面に対向している。燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５は、単セル１１０の表面に接触する平坦面２１２，２２２を有している。上下方向において、スペーサー１４９からセル対向部１４５における単セル１１０に対向する表面（上側表面）までの距離Ｌ１が、スペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所が存在する。本実施形態の発電単位１０２はこのような構成であるため、以下に説明するように、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の電気的接続性の向上と、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の境界付近におけるガス拡散性の向上とを両立させることができ、発電単位１０２の性能を向上させることができる。
【００６１】
図１１は、第１の比較例における燃料極側集電体１４４Ｘの構成を示す説明図である。第１の比較例の燃料極側集電体１４４Ｘでは、上記実施形態（図８参照）と同様に、上下方向において、スペーサー１４９からセル対向部１４５Ｘの上側表面までの距離Ｌ１が、スペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所（図１１の第３の位置Ｐ３）が存在する。そのため、セル対向部１４５Ｘと単セル１１０との間には空間ＳＰが存在している。ただし、第１の比較例の燃料極側集電体１４４Ｘでは、上記実施形態と異なり、セル対向部１４５Ｘにおいて、各横ワイヤ２１０における上側（単セル１１０に対向する側）に平坦面が形成されておらず、かつ、各縦ワイヤ２２０における上側にも平坦面が形成されていない。そのため、第１の比較例の燃料極側集電体１４４Ｘでは、各横ワイヤ２１０における単セル１１０との接触箇所２１６と、各縦ワイヤ２２０における単セル１１０との接触箇所２２６とは、共に、線状となっている。このように、第１の比較例では、燃料極側集電体１４４Ｘのセル対向部１４５Ｘは、単セル１１０（燃料極１１６）と線接触している。従って、第１の比較例では、燃料極側集電体１４４Ｘと単セル１１０との間の電気的接続性を向上させることができない。
【００６２】
また、図１２は、第２の比較例における燃料極側集電体１４４Ｙの構成を示す説明図である。第２の比較例の燃料極側集電体１４４Ｙでは、上記実施形態（図８参照）と同様に、セル対向部１４５Ｙにおいて、各横ワイヤ２１０の一部分における上側（単セル１１０に対向する側）に平坦面２１２が形成されており、かつ、各縦ワイヤ２２０の一部分における上側にも平坦面２２２が形成されている。これらの平坦面２１２，２２２は、単セル１１０（燃料極１１６）の表面に接触している。ただし、第２の比較例の燃料極側集電体１４４Ｙでは、上記実施形態と異なり、横ワイヤ２１０に形成された平坦面２１２と縦ワイヤ２２０に形成された平坦面２２２とが互いに連続しており、その結果、上下方向において、スペーサー１４９からセル対向部１４５の上側表面までの距離Ｌ１が、スペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所が存在しない。そのため、第２の比較例の燃料極側集電体１４４Ｙでは、セル対向部１４５Ｙと単セル１１０との間に空間ＳＰが存在しない。従って、第２の比較例では、燃料極側集電体１４４Ｙと単セル１１０との間の境界付近におけるガス拡散性を向上させることができない。
【００６３】
これに対し、上述したように、本実施形態の燃料極側集電体１４４では、セル対向部１４５が、単セル１１０の表面に接触する平坦面２１２，２２２を有しており、かつ、上下方向において、スペーサー１４９からセル対向部１４５の上側表面までの距離Ｌ１が、スペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所が存在する。そのため、本実施形態の発電単位１０２では、燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５と単セル１１０との接触面積が大きくなると共に、燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５と単セル１１０との間に空間ＳＰが形成される。従って、本実施形態の発電単位１０２によれば、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の電気的接続性を向上させることができると共に、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の境界付近におけるガス拡散性を向上させることができ、その結果、発電単位１０２の性能を向上させることができる。
【００６４】
また、上述したように、本実施形態の燃料極側集電体１４４では、平坦面２１２の位置における横ワイヤ２１０の最小径Ｒ１は、平坦面２１２以外の位置における横ワイヤ２１０の最大径Ｒ０の１／２以上となっており、縦ワイヤ２２０についても同様に、平坦面２２２の位置における縦ワイヤ２２０の最小径は、平坦面２２２以外の位置における縦ワイヤ２２０の最大径の１／２以上となっている。すなわち、横ワイヤ２１０および縦ワイヤ２２０が、平坦面２１２，２２２が形成される箇所において、過度に潰されてはいない。そのため、本実施形態の発電単位１０２によれば、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の境界付近にガス拡散のための空間ＳＰを効果的に確保することができ、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の境界付近におけるガス拡散性を効果的に向上させることができる。
【００６５】
また、上述したように、本実施形態の燃料極側集電体１４４では、上下方向視で、横ワイヤ２１０の延伸方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）において、横ワイヤ２１０における平坦面２１２の幅Ｗ１は、横ワイヤ２１０の平坦面２１２以外の位置における幅Ｗ２以下であり、縦ワイヤ２２０についても同様に、上下方向視で、縦ワイヤ２２０の延伸方向（Ｙ軸方向）に直交する方向（Ｘ軸方向）において、縦ワイヤ２２０における平坦面２２２の幅は、縦ワイヤ２２０の平坦面２２２以外の位置における幅以下である。すなわち、横ワイヤ２１０および縦ワイヤ２２０が、平坦面２１２，２２２が形成される箇所において、過度に潰されてはいない。そのため、本実施形態の発電単位１０２によれば、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の境界付近にガス拡散のための空間ＳＰを効果的に確保することができ、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の境界付近におけるガス拡散性を効果的に向上させることができる。
【００６６】
また、上述したように、本実施形態の燃料極側集電体１４４では、上下方向視で、横ワイヤ２１０の延伸方向（Ｘ軸方向）において、横ワイヤ２１０における平坦面２１２の幅Ｗ３は、横ワイヤ２１０に交差する縦ワイヤ２２０の平坦面２２２以外の位置における幅Ｗ４より大きく、縦ワイヤ２２０についても同様に、上下方向視で、縦ワイヤ２２０の延伸方向（Ｙ軸方向）において、縦ワイヤ２２０における平坦面２２２の幅は、縦ワイヤ２２０に交差する横ワイヤ２１０の平坦面２１２以外の位置における幅より大きい。すなわち、横ワイヤ２１０および縦ワイヤ２２０が、平坦面２１２，２２２が形成される箇所において、ある程度以上潰されている。そのため、本実施形態の発電単位１０２によれば、平坦面２１２，２２２の大きさを一定以上にすることができ、燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５と単セル１１０との接触面積を効果的に大きくすることができ、その結果、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の電気的接続性を効果的に向上させることができる。
【００６７】
また、上述したように、本実施形態の燃料極側集電体１４４では、横ワイヤ２１０の延伸方向と上下方向との両方に平行な断面（ＸＺ断面）において、上下方向に直交する方向（Ｘ軸方向）において互いに隣り合う２つの平坦面２１２，２２２のそれぞれの中心位置に挟まれた領域の幅Ｗ５に対する、該領域において上記距離Ｌ１が上記距離Ｌ２より短いという条件を満たす特定領域の幅Ｗ６の割合は、０．８以上であり、同様に、縦ワイヤ２２０の延伸方向と上下方向との両方に平行な断面（ＹＺ断面）において、上下方向に直交する方向（Ｙ軸方向）において互いに隣り合う２つの平坦面２１２，２２２のそれぞれの中心位置に挟まれた領域の幅に対する、該領域において上記距離Ｌ１が上記距離Ｌ２より短いという条件を満たす特定領域の幅の割合は、０．８以上である。すなわち、横ワイヤ２１０および縦ワイヤ２２０について、上記距離Ｌ１が上記距離Ｌ２より短いという条件を満たす特定領域が、ある程度以上存在している。そのため、本実施形態の発電単位１０２によれば、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の境界付近にガス拡散のための空間ＳＰを効果的に確保することができ、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の境界付近におけるガス拡散性を効果的に向上させることができる。
【００６８】
また、上述したように、本実施形態の燃料極側集電体１４４では、セル対向部１４５が、スペーサー１４９に対向する側に平坦面を有していない。そのため、本実施形態の発電単位１０２によれば、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の境界付近にガス拡散のための空間ＳＰをさらに効果的に確保することができ、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の境界付近におけるガス拡散性をさらに効果的に向上させることができる。なお、燃料極側集電体１４４とスペーサー１４９との間の電気的接続性は求められないため、セル対向部１４５がスペーサー１４９に対向する側に平坦面を有していなくても、発電単位１０２の性能への影響はない。
【００６９】
また、上述したように、本実施形態の燃料極側集電体１４４では、上下方向（Ｚ軸方向）において、単セル１１０からセル対向部１４５におけるスペーサー１４９に対向する表面（下側表面）までの距離Ｌ３が、スペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所が存在する。そのため、本実施形態の発電単位１０２によれば、セル対向部１４５とスペーサー１４９との間に空間ＳＰが形成されるため、燃料極側集電体１４４とスペーサー１４９との間の境界付近におけるガス拡散性を向上させることができ、その結果、発電単位１０２の性能を向上させることができる。
【００７０】
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。
【００７１】
上記実施形態における単セル１１０、発電単位１０２または燃料電池スタック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、上記実施形態では、燃料極側集電体１４４を構成する各セル対向部１４５が、上下方向において基部１４６と対向するように配置されているが、必ずしも各セル対向部１４５が、上下方向において基部１４６と対向するように配置される必要はない。また、上記実施形態では、スペーサー１４９が、燃料極側集電体１４４を構成する各セル対向部１４５と基部１４６との間に配置されているが、スペーサー１４９は、各セル対向部１４５の表面に対向している限りにおいて、各セル対向部１４５と基部１４６との間に配置されている必要はない。
【００７２】
また、上記実施形態におけるセル対向部１４５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、上記実施形態では、燃料極側集電体１４４を構成するセル対向部１４５において、各横ワイヤ２１０の延伸方向に沿って、各横ワイヤ２１０の上側および下側に交互に１本ずつ縦ワイヤ２２０が配置され、かつ、各縦ワイヤ２２０の延伸方向に沿って、各縦ワイヤ２２０の上側および下側に交互に１本ずつ横ワイヤ２１０が配置されているが、各横ワイヤ２１０の延伸方向に沿って、各横ワイヤ２１０の上側および下側に交互に複数本ずつ縦ワイヤ２２０が配置され、かつ／または、各縦ワイヤ２２０の延伸方向に沿って、各縦ワイヤ２２０の上側および下側に交互に複数本ずつ横ワイヤ２１０が配置されているとしてもよい。図１３は、変形例における燃料極側集電体１４４ａの構成を示す説明図である。図１３に示す変形例の燃料極側集電体１４４ａを構成するセル対向部１４５ａでは、各横ワイヤ２１０の延伸方向に沿って、各横ワイヤ２１０の上側および下側に交互に２本ずつ縦ワイヤ２２０が配置され、かつ、各縦ワイヤ２２０の延伸方向に沿って、各縦ワイヤ２２０の上側および下側に交互に２本ずつ横ワイヤ２１０が配置されている。図１３に示す変形例においても、上記実施形態と同様に、セル対向部１４５が単セル１１０の表面に接触する平坦面２１２，２２２を有し、かつ、上下方向において、スペーサー１４９からセル対向部１４５の上側表面までの距離Ｌ１がスペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所が存在する構成を採用すれば、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の電気的接続性を向上させることができると共に、燃料極側集電体１４４と単セル１１０との間の境界付近におけるガス拡散性を向上させることができ、その結果、発電単位１０２の性能を向上させることができる。
【００７３】
また、上記実施形態では、燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５において、ワイヤ２１０，２２０に形成された平坦面２１２，２２２の全体が単セル１１０に接触しているが、平坦面２１２，２２２の一部のみが単セル１１０に接触しているとしてもよい。
【００７４】
また、上記実施形態では、燃料極側集電体１４４のセル対向部１４５において、各横ワイヤ２１０における下側（スペーサー１４９に対向する側）には平坦面は形成されておらず、かつ、各縦ワイヤ２２０における下側にも平坦面は形成されていないが、各横ワイヤ２１０における下側および／または各縦ワイヤ２２０における下側に平坦面が形成されているとしてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、上下方向（Ｚ軸方向）において、単セル１１０からセル対向部１４５におけるスペーサー１４９に対向する表面（下側表面）までの距離Ｌ３が、スペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所が存在するとしているが、距離Ｌ３が距離Ｌ２より短い箇所が存在しないとしてもよい。なお、距離Ｌ３が距離Ｌ２より短い箇所が存在すれば、各横ワイヤ２１０および各縦ワイヤ２２０における下側（スペーサー１４９に対向する側）に平坦面が形成されているか否かにかかわらず、セル対向部１４５とスペーサー１４９との間に空間ＳＰを確保することができ、燃料極側集電体１４４とスペーサー１４９との間の境界付近におけるガス拡散性を向上させることができ、その結果、発電単位１０２の性能を向上させることができる。
【００７６】
また、上記実施形態では、横ワイヤ２１０と縦ワイヤ２２０との両方について、平坦面の位置におけるワイヤの最小径は平坦面以外の位置におけるワイヤの最大径の１／２以上であるとしているが、横ワイヤ２１０と縦ワイヤ２２０との片方のみについて、そのような構成であるとしてもよい。また、上記実施形態では、横ワイヤ２１０と縦ワイヤ２２０との両方について、上下方向視で、ワイヤの延伸方向に直交する方向において、該ワイヤにおける平坦面の幅は、該ワイヤの平坦面以外の位置における幅以下であるとしているが、横ワイヤ２１０と縦ワイヤ２２０との片方のみについて、そのような構成であるとしてもよい。また、上記実施形態では、横ワイヤ２１０と縦ワイヤ２２０との両方について、上下方向視で、ワイヤの延伸方向において、該ワイヤにおける平坦面の幅は、該ワイヤに交差する他のワイヤの平坦面以外の位置における幅より大きいとしているが、横ワイヤ２１０と縦ワイヤ２２０との片方のみについて、そのような構成であるとしてもよい。また、上記実施形態では、横ワイヤ２１０と縦ワイヤ２２０との両方について、ワイヤの延伸方向と上下方向との両方に平行な断面において、上下方向に直交する方向において互いに隣り合う２つの平坦面のそれぞれの中心位置に挟まれた領域の幅に対する、該領域において上記距離Ｌ１が上記距離Ｌ２より短いという条件を満たす特定領域の幅の割合が０．８以上であるとしているが、横ワイヤ２１０と縦ワイヤ２２０との片方のみについて、そのような構成であるとしてもよい。また、上記実施形態では、横ワイヤ２１０と縦ワイヤ２２０との両方について、平坦面を有するとしているが、横ワイヤ２１０と縦ワイヤ２２０との片方のみについて、そのような構成であるとしてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、単セル１１０が中間層１８０を備えているが、単セル１１０は必ずしも中間層１８０を備える必要は無い。また、上記実施形態では、インターコネクタ１５０と空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）とが一体部材であるが、インターコネクタ１５０と空気極側集電体１３４とが別部材であってもよい。また、上記実施形態では、空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）がコート１３６に覆われているが、空気極側集電体１３４がコート１３６に覆われていないとしてもよい。また、上記実施形態では、空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）が接合層１３８を介して空気極１１４に接しているが、空気極側集電体１３４が接合層１３８を介さずに空気極１１４に接しているとしてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる単セル１１０（発電単位１０２）の個数は、あくまで一例であり、単セル１１０（発電単位１０２）の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。
【００７９】
また、上記実施形態における燃料極側集電体１４４等の製造方法は、あくまで一例であり、種々変形可能である。
【００８０】
また、上記実施形態における燃料極側集電体１４４の構成（セル対向部１４５が単セル１１０の表面に接触する平坦面２１２，２２２を有し、かつ、上下方向においてスペーサー１４９からセル対向部１４５の上側表面までの距離Ｌ１がスペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所が存在する構成）は、必ずしも燃料電池スタック１００を構成する複数の発電単位１０２のすべてにおいて採用されている必要はなく、燃料電池スタック１００を構成する複数の発電単位１０２の内の少なくとも１つにおいて採用されていればよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、燃料極側集電体１４４の構成として、セル対向部１４５が単セル１１０の表面に接触する平坦面２１２，２２２を有し、かつ、上下方向においてスペーサー１４９からセル対向部１４５の上側表面までの距離Ｌ１がスペーサー１４９から単セル１１０までの距離Ｌ２より短い箇所が存在する構成を説明したが、燃料極側集電体１４４に代えて、あるいは、燃料極側集電体１４４と共に、空気極側集電体１３４の構成が同様の構成であるとしてもよい。
【００８２】
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および電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様の構成を採用すれば、集電体と電解単セルとの間の電気的接続性を向上させることができると共に、集電体と電解単セルとの間の境界付近におけるガス拡散性を向上させることができ、その結果、電解セル単位の性能を向上させることができる。
【００８３】
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】
【００８４】
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：燃料電池発電単位  １０４：エンドプレート  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  １３６：コート  １３８：接合層  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：セル対向部  １４６：基部  １４７：連接部  １４９：スペーサー  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  １８０：中間層  ２１０：横ワイヤ  ２１２：平坦面  ２１４：接触箇所  ２１６：接触箇所  ２２０：縦ワイヤ  ２２２：平坦面  ２２４：接触箇所  ２２６：接触箇所
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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