(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の燃料極、この燃料極上に配設された固体酸化物からなる電解質およびこの電解質上に配設された空気極からなる平板型燃料極支持形の単セルと、この単セルを収容する凹部を有し、この凹部の底面が前記燃料極と対向配置され、前記燃料極に燃料ガスを供給する第１のインターコネクタと、前記空気極と対向配置され、前記空気極に酸化剤ガスを供給する第２のインターコネクタと、前記燃料極と前記第１のインターコネクタとの間に配設された集電部材とを備えた固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、
前記単セルの法線方向の反りの大きさの３倍以上であり、かつ、前記第１のインターコネクタと前記第２のインターコネクタとを組み合わせた状態における前記凹部底面と前記第２のインターコネクタとの距離から前記単セルの厚さを引いた値よりも大きい厚さの前記集電部材を、前記凹部に配設する集電部材配設ステップと、
前記凹部に収容された前記集電部材上に前記単セルを配設し、前記第１のインターコネクタに向けて前記第２のインターコネクタを押圧して第１のインターコネクタと前記第２のインターコネクタとを組み合わせる組み合わせステップと
を有し、
前記集電部材は、９５％以上９８％以下の気孔率を有する発泡金属から構成されることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記集電部材は、ニッケル合金、ニッケル、および、ステンレス鋼のうちの何れか一つから構成される
ことを特徴とする請求項１記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記集電部材配設ステップの前に、前記凹部に金属格子を配設する金属格子配設ステップをさらに有し、
前記集電部材配設ステップは、前記凹部に配設された前記金属格子上に前記集電部材を配設する
ことを特徴とする請求項１または２記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板型の単セルと、この単セルを収容するインターコネクタとを備えた平板型固体酸化物形燃料電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平板状の燃料極と、この燃料極上に形成した固体酸化物からなる電解質層と、この電解質層上に形成した空気極とで単セルを形成し、燃料極と空気極に燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ供給して酸化還元反応を行わせることにより、水の電気分解の逆の反応を利用して発電する固体酸化物形燃料電池（SOFC：Solid Oxide Fuel Cells）が従来から知られている。このような固体酸化物形燃料電池は、高いエネルギー変換効率を有するとともに、二酸化炭素の排出を抑えた発電が行えるため、多くの研究機関で開発が盛んに行われている。
【０００３】
単セルを実際に燃料電池として動作させる際には、実用上十分な発電量を得るために単セルを積層（スタック化）して直列接続し、燃料極側を還元雰囲気に、空気極側を酸化雰囲気に保つとともに、十分な発電効率を得るために電解質のイオン伝導性が確保され容易に電気化学反応が起こる８００−１０００℃程度の高温に燃料電池本体を保つ必要がある。これを実現するために、互いに異なる雰囲気に晒される燃料極と空気極間をガス不透過でかつ電気伝導性のある部品で電気的に接続し、各電極にそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスとを適正に分配および供給する目的で、各単セル間に金属で作られたインターコネクタ（セパレータ）が配置される。また、単セルとインターコネクタとの間には、これらの電気的な接続を確実にするために金属からなる集電部材が配設されている。単セルと、この単セルを収容するインターコネクタと、単セルとインターコネクタとの間に配設される集電部材とを備えた単セルスタックを積層し、当該インターコネクタを介してマニホールドから供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスを各単セルに供給し、上端と下端のインターコネクタを端子とする電池の電気回路を構成することにより、固体酸化物形燃料電池は、所定の電圧レベルの電圧を生成することができる。
【０００４】
このような固体酸化物形燃料電池において、一般的なインターコネクタには、作製工程で生じるセルの微妙な形状の差異に依ることなく燃料ガスをセルの反応界面まで均一に供給するために、集電部材と接触する面（以下、「接触面」と言う。）に複数個の溝や柱状の突起物が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。その接触面に導かれた燃料ガスは、その溝や突起物の配置に沿ってインターコネクタと集電部材との間を流れて行くことにより、その接触面内に一様に広がる。このように一様に広がった後、燃料ガスや酸化剤ガスは、集電部材を透過して単セルに到達する。これにより、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、単セルの燃料極または空気極に対して均一に供給されることとなる。
【０００５】
その接触面の溝や突起物は、金属平板に切削加工やエッチング処理を施すことによって形成されている（例えば、非特許文献１参照。）。しかし、低コスト化を実現するには、インターコネクタを形成する金属板により薄いものを用いたり、加工方法についても切削加工やエッチング処理よりも例えばプレス加工やパンチング加工などを施したりすることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１７７３７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】マグネス株式会社、業務案内、燃料電池関連部品、［on line］、平成２４年１月３０日検索、インターネット<URL:http://magnex.co.jp/products/>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、インターコネクタに溝や突起物を形成するには、ある程度の厚みを有する板を用いる必要があるとともに、複雑な精密加工を施さなければならないので、溝や突起物を形成することにより燃料ガスを均一に供給する方法では低コスト化を実現することが困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、低コスト化を実現することができる固体酸化物形燃料電池の製造方法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】
【００１０】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の製造方法は、平板状の燃料極、この燃料極上に配設された固体酸化物からなる電解質およびこの電解質上に配設された空気極からなる平板型燃料極支持形の単セルと、この単セルを収容する凹部を有し、この凹部の底面が燃料極と対向配置され、燃料極に燃料ガスを供給する第１のインターコネクタと、空気極と対向配置され、空気極に酸化剤ガスを供給する第２のインターコネクタと、燃料極と第１のインターコネクタとの間に配設された集電部材とを備えた固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、単セルの法線方向の反りの大きさの３倍以上であり、かつ、第１のインターコネクタと第２のインターコネクタとを組み合わせた状態における凹部底面と第２のインターコネクタとの距離から単セルの厚さを引いた値よりも大きい厚さの集電部材を、凹部に配設する集電部材配設ステップと、凹部に収容された集電部材上に単セルを配設し、第１のインターコネクタに向けて第２のインターコネクタを押圧して第１のインターコネクタと第２のインターコネクタとを組み合わせる組み合わせステップとを有し、前記集電部材は、９５％以上９８％以下の気孔率を有する発泡金属から構成されることを特徴とするものである。
【００１２】
また、上記固体酸化物形燃料電池の製造方法において、集電部材は、ニッケル合金、ニッケル、および、ステンレス鋼のうちの何れか一つから構成されるようにしてもよい。
【００１３】
また、上記固体酸化物形燃料電池の製造方法において、第１のインターコネクタと集電部材との間に配設された金属格子をさらに備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、単セルの法線方向の反りの大きさの３倍以上であり、かつ、第１のインターコネクタと第２のインターコネクタとを組み合わせた状態における凹部底面と第２のインターコネクタとの距離から単セルの厚さを引いた値よりも大きい厚さを有するとともに、９５％以上９８％以下の気孔率を有する発泡金属から構成される集電部材を用いることにより、溝や突起物を設けなくても燃料ガスを単セルに均一に供給することができるので、低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池のセルの構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態と従来のセルにおいて定電流発電を行った際の燃料ガスの流量とセル電圧の関係を示す図である。
【図３】図３は、異なる厚さの集電部材を用いたときの定電流発電を行った際の燃料ガスの流量とセル電圧の関係を示す図である。
【図４】図４は、ｂ／ａを１．３から４．７まで変化させた場合のセル電圧の差を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態における燃料極側インターコネクタ内の二次元流速分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池のセルに金属格子を設けた構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
＜固体酸化物形燃料電池の構成＞
図１に示すように、本実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池は、単セル１１と、上面の中央部に単セル１１を収容する凹部１２１が形成され、この凹部１２１の底面が単セル１１の燃料極に対向配置され、その燃料極に燃料ガスを供給するとともに燃料極と電気的に接続された平板状の燃料極インターコネクタ１２と、単セル１１の空気極に対向配置され、その空気極に酸化剤ガスを供給するとともに空気極と電気的に接続された平板状の空気極インターコネクタ１３とを備え、これらを一組としたセル１が構成される。このようなセル１は、実用的な出力を得るために、そのセル１を複数組重ねた固体酸化物形燃料電池スタックの一部として機能する。
【００１８】
また、セル１には、単セル１１と燃料極インターコネクタ１２の凹部１２１との間に配設された集電部材１４と、燃料極インターコネクタ１２の上面に配設された絶縁部材１５と、単セル１１の電解質および絶縁部材１５の上面に配設された金属箔１６とを備えている。
【００１９】
単セル１１は、平板状の燃料極と、この燃料極の上面に形成された電解質と、この電解質の上面に形成された空気極とから構成された燃料極支持形の構成を有する。このような単セル１１は、全体として燃料極インターコネクタ１２の凹部１２１と同等の平面形状を有する。
ここで、燃料極は、例えば、ニッケル添加イットリア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＹＳＺ）、ニッケル添加サマリア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＳＳＺ）、ニッケル添加スカンジア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＳｃＳＺ）などの金属Ｎｉと電解質を構成する材料との混合物などから構成される。
電解質は、例えば、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、サマリア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）、コバルト添加ランタンガレート系酸化物（ＬＳＧＭＣ）などから構成される。
空気極は、例えば、ランタンニッケルフェライト（ＬＮＦ）、ランタンマンガネート（ＬＳＭ）、ランタンストロンチウムコバルタイト（ＬＳＣ）、ランタンストロンチウムコバルタイトフェライト（ＬＳＣＦ）、ランタンストロンチウムフェライト（ＬＳＦ）、サマリウムストロンチウムコバルタイト（ＳＳＣ）などから構成される。
【００２０】
燃料極インターコネクタ１２は、板の形状を有し、上面の中央部に形成された凹部１２１が形成されている。また、この凹部１２１底面の中央部には、外部から供給された燃料ガスを集電部材１４に向けて供給する燃料供給口１２２が形成されている。さらに、凹部１２１底面の外縁部には、未反応の燃料ガスを外部に排出する燃料排出口１２３が形成されている。このような燃料極インターコネクタ２は、例えば、クロムが１６〜２５％程度含まれているフェライト系の耐熱合金から構成されている。
【００２１】
空気極インターコネクタ１３は、板の形状を有し、下面の中央部に外部から供給された空気などの酸化剤ガスを金属箔１６に向けて供給する酸化剤供給口１３１が形成されている。このような空気極インターコネクタ１３は、例えば、クロムが１６〜２５％程度含まれているフェライト系の耐熱合金から構成されている。
【００２２】
集電部材１４は、凹部１２１の外形と同等の平面形状を有する板の形状を有する。この集電部材１４の材料は、ニッケル合金、ニッケルおよびステンレス鋼の何れか１つから構成される。
【００２３】
絶縁部材１５は、燃料極インターコネクタ１２と同等の外形を有し、その中央部には凹部１２１と同等の開口が形成され、燃料極インターコネクタ１２の凹部１２１周囲の上面に配設されている。このような絶縁部材１５は、例えばアルミナなどの高温でも絶縁性のあるセラミックスや、マイカなどの絶縁材料から構成される。このような絶縁部材１５を設けることにより、燃料極インターコネクタ１２と空気極インターコネクタ１３との短絡を防止することができる。
【００２４】
金属箔１６は、燃料極インターコネクタ１２と同等の外形を有しており、その中央部には単セル１１の空気極と同等の開口が形成されており、外縁が絶縁部材１５、内縁が単セル１１の電解質に接合されている。これにより、単セル１１の燃料極側と空気極側とを気密分離している。このような金属箔１６は、例えばアルミ系ＳＵＳなどの金属から構成されている。
【００２５】
＜固体酸化物形燃料電池の組立方法＞
固体酸化物形燃料電池の組立方法の一例について説明する。
【００２６】
まず、耐熱合金からなる台座の上に、凹部１２１、燃料供給口１２２および燃料排出口１２３が形成された燃料極インターコネクタ１２配設する。この燃料極インターコネクタ２の凹部１２１の底面上に、集電部材１４を載置する。このときの集電部材１４の厚さは、単セル１１の反りの大きさの３倍以上であり、燃料極インターコネクタ１２と空気極インターコネクタ１３とを組み合わせた状態における凹部１２１底面と空気極インターコネクタ１３の下面との距離から単セル１１の厚さを引いた値よりも大きく形成されている。また、集電部材１４は、９５％以上９８％以下の気孔率を有し、気孔の大きさが６００μｍ以下の発泡金属から構成されることが望ましい。集電部材１４をこのような構成とする理由については後述する。
【００２７】
凹部１２１内部に集電部材１４が配設されると、この集電部材１４の上に燃料極が位置するように、単セル１１を集電部材１４上に載置する。
【００２８】
単セル１１が凹部１２１内部に収容された集電部材１４上に配設されると、燃料極インターコネクタ１２と空気極インターコネクタ１３との電気的絶縁を得るために、燃料極インターコネクタ１２上面、すなわち、凹部１２１の開口を除く燃料極インターコネクタ１２上面の縁部に、絶縁部材１５を配設する。
【００２９】
絶縁部材１５が配設されると、単セル１１の電解質上面から絶縁部材１５上面にかけて金属箔１６を配設する。
【００３０】
金属箔１６が配設されると、酸化剤供給口１３１が形成された空気極インターコネクタ１３を用意し、金属箔１６上に空気極インターコネクタ１３を配設する。
【００３１】
空気極インターコネクタ１３が配設されると、空気極インターコネクタ１３から燃料極インターコネクタ１２に向けて荷重をかけ、燃料極インターコネクタ１２と空気極インターコネクタ１３とを組み合わせる。これにより、集電部材１４が燃料極インターコネクタ１２に圧接されるので、燃料極インターコネクタ１２と集電部材１４との電気的接続が良好となる。また、空気極インターコネクタ１３が単セル１１の空気極に圧接されるので、空気極インターコネクタ１３と空気極との電気的絶縁も良好となる。
【００３２】
燃料極インターコネクタ１２と空気極インターコネクタ１３とを組み合わされた後、例えば発電状態まで加熱すると、単セル１１が、集電部材１４を介して燃料極インターコネクタ１２と空気極インターコネクタ１３との間に保持された１つのセル１からなる固体酸化物形燃料電池が完成する。
【００３３】
なお、このようなセル１を複数積層したスタックでは、燃料極インターコネクタ１２と空気極インターコネクタ１３とは、それぞれ上下に隣接するセルの燃料極インターコネクタ１２または空気極インターコネクタ１３に電気的に接続されている。したがって、固体酸化物形燃料電池スタックの上端の空気極インターコネクタ１３と下端の燃料極インターコネクタ１２とを端子として負荷回路に接続することにより、電力を取り出すことができることとなる。
【００３４】
＜固体酸化物形燃料電池の発電動作＞
次に、上述したような手順で組み立てられる固体酸化物形燃料電池の発電動作は、以下に示す手順で行われる。
【００３５】
まず、ドライ水素等の燃料ガスは、燃料極インターコネクタ１２の燃料供給口１２２から集電部材１４を経由して、単セル１１の燃料極に供給される。一方、空気等の酸化剤ガスは、空気極インターコネクタ１３の酸化剤供給口１３１から単セル１１の空気極に供給される。このように燃料ガスおよび酸化剤ガスが所定の温度下において単セル１１に供給されると、燃料極と空気極とにおいて電気化学反応が発生する。このような状態で、固体酸化物形燃料電池スタックの上端の空気極インターコネクタ１３と下端の燃料極インターコネクタ１２とを端子として負荷回路に接続すると、電力を取り出すことができる。
【００３６】
＜集電部材の構成＞  
次に、組み立て前の集電部材１４の構成について説明する。
図１に示すように、本実施の形態におけるセルは、空気極インターコネクタ１３側からの荷重に対して燃料極インターコネクタ１２および空気極インターコネクタ１３で単セル１１を収容するための空間を確保するとともに、その荷重を利用して適度な荷重を単セル１１および集電部材１４にかけることにより、単セル１１の燃料極と集電部材１４との間の電気抵抗を低減させる構成となっている。このような構成のセル１において、集電部材１４は、以下に示すように設定される。
【００３７】
まず、集電部材１４の厚さは、下式（１）を満たすように設定される。これにより、従来の高価な加工により突起物を形成したインターコネクタを用いた場合と同等のガス拡散性が得ることができる。なお、下式（１）において、ａは単セル１１の反りの大きさ、ｂは集電部材１４の厚さを示している。また、単セル１１の反りとは、平板状の単セル１１の法線方向への変形量を示している。
【００３８】
ｂ≧３ａ  ・・・（１）
【００３９】
図１に示すセル１において定電流発電を行った際の燃料ガスの流量とセル電圧の関係を図２に示す。この図２において、黒三角印で示す本実施の形態に係るセル１における測定値は、単セル１１の反りの大きさに対する積層前の集電部材１４の厚さの比、すなわちｂ／ａが４．７である。参考のため、発泡金属からなる集電部材１４を用いずに、高価な加工により突起物や溝を形成したインターコネクタを使用した場合の測定値（図２の黒菱形印）についても図２に示す。
【００４０】
一般的に、燃料ガスの流量を減少させたときでも電圧の低下が小さいセルほど、燃料の拡散がよいセルと言うことができる。図２に示すように、本実施の形態に係るセル１は、燃料ガス流量を減少させたときの電圧低下が、高価な加工により突起物等を形成したインターコネクタを使用した場合とほぼ等しいことがわかる。このことから、集電部材１４の厚さを制御することにより、突起物等をインターコネクタに形成した場合と同様に、燃料ガスを均一に供給できることがわかる。
【００４１】
そこで、集電部材１４の厚さをどの程度にするかを決めるために、２種類の異なる厚さの集電部材１４を用いたセルにより定電流発電を行った際の燃料ガス流量とセル電圧の関係について測定を行った。この測定結果を図３に示す。
【００４２】
図３に示すように、ｂ／ａが１．３の場合（図３の黒四角印）は、燃料ガス流量を減少させたときに電圧が大きく低下しているので、ガスの拡散性に問題があることを示している。一方、ｂ／ａが４．７の場合（図３の黒三角印）は、燃料ガス流量を減少させたときの電圧低下が従来のように突起物等を形成したインターコネクタを使用した場合と同様に少ないので、ガスの拡散性に問題が見られないことがわかる。
【００４３】
図３から明らかなように、燃料ガス流量が多い場合にはセルの電圧に対するｂ／ａの影響は小さく、燃料ガス流量が少なくなるにつれてｂ／ａの値が小さな集電部材を用いたセルの電圧が急激に低下する。そこで、ｂ／ａが異なる集電部材１４を用いた場合に、燃料ガス流量が４６７ｍｌ／ｍｉｎの場合のセル電圧と４３８ｍｌ／ｍｉｎの場合のセル電圧との差がどのように変化するかを検討した。図４にｂ／ａを１．３から４．７まで変化させた場合のセル電圧の差を示す。
【００４４】
図４に示すように、ｂ／ａが３より小さい場合にはセル電圧の差が大きく、燃料ガス流量の低下に伴いセル電圧が急激に低下するのに対して、ｂ／ａが３より大きい場合にはセル電圧の差が小さく、燃料ガス流量を低下させても十分な燃料ガスが燃料極全体に供給されていることがわかる。このようにｂ／ａの値が３より小さいと燃料ガス流量の低下に伴いセル電圧が急激に低下する理由としては、図１に示されているように単セル１１の反りによりセル外周部に接する集電部材１４がセル中央部と比較して強く圧縮されることが挙げられる。ｂ／ａが３より大きければセルの外周部にも燃料極インターコネクタ１２と単セル１１との間に集電部材１４の領域が残存するが、ｂ／ａが３より小さい場合には単セル１１の外周部付近の集電部材１４の厚さ、言い換えればガス流路の厚さが薄い上に、集電部材１４内部の細孔が圧縮によりつぶされてしまうので、十分なガス流路を確保することができない。これに対してｂ／ａが３より大きい場合には、単セル１１の外周部付近において集電部材１４内部の細孔の一部がつぶれはするものの、加圧後も十分な細孔径を保持している細孔がある程度の厚さで残存するので、十分なガス流路が確保されるものと考える。そこで、本実施の形態では、集電部材１４の厚さについて上式（１）を満たすように設定している。
【００４５】
また、集電部材１４の厚さは、燃料電池スタックを組み立てるために燃料極インターコ
ネクタ１２と空気極インターコネクタ１３とを組み合わせた際に、これらのインターコネ
クタの内部に形成されるセルを収納するための空間（以下、「収納部」と言う。）の深さ
から単セル１１の厚さｃを引いた値よりも大きく設定される。この理由は以下の通りである。
【００４６】
図１における収納部の深さｄは、燃料極インターコネクタ１２の凹部１２１の深さに絶縁部材１５と金属箔１６の厚さを加えたものとなる。集電部材１４の厚さｂがその収納部の深さｄよりも薄いと、図１に示したようにセルを組み立てた際に、空気極インターコネクタ１３を単セル１１に押し付ける力が十分に発生せず、集電部材１４の単セル１１に接する側の面を単セル１１の形状に合わせて変形させて両者を密着させることができない。このような状態では、燃料極と集電部材１４間の導電性が低く、燃料電池としての発電出力に大きなロスが発生してしまう。なお、図１において、空気極インターコネクタ１３は平板状に形成されているが、空気極インターコネクタ１３に単セル１１と集電部材１４とを収納するための凹部が設けられている場合には、収納部の深さｄに空気極インターコネクタ１３に設けた凹部の深さも加えられる。また、二つのインターコネクタ間にガスシール材等が配設される場合には、これらの部材の厚さも収納部の深さｄに加えられる。
【００４７】
一方、集電部材１４の厚さｂが大きすぎると、集電部材１４と単セル１１を収納部に収納するには、集電部材１４を大幅に圧縮するための非常に大きな力が必要となる。このため、燃料電池スタックを組み立てる際に通常の圧力でスタックを上から加圧した場合、集電部材１４が収納部に収納可能なサイズまで圧縮されず、燃料極インターコネクタ１２と空気極インターコネクタ１３との間に空隙が生じてしまう。このような状態では、集電部材１４全体の気孔が圧縮によりつぶされてしまうので、十分な通気性が確保できなくなるとともに、過剰な圧力により単セル１１に亀裂が発生したり、空気極インターコネクタ１３が変形したりする可能性が高く、セル１が破損してしまう恐れがある。そこで、適切な集電部材１４の厚さを検討するために、直径１２０ｍｍの単セルと、組み立て前の厚さが１．４ｍｍの集電部材とを用いて、収納部の深さを変えた場合のセルの発電特性や破損状況に関して実験を行った。その結果、収納部の深さｄに対して３．５％〜６．９％程度大きい場合に、特に良好な発電特性を得られることが確認できた。
【００４８】
また、集電部材１４に用いる発泡金属としては、組立前の状態で９５％以上９８％以下の気孔率と６００μｍ以下の細孔径を有するものが望ましい。この理由は以下の通りである。
【００４９】
図５は、ｂ／ａ値を３以上としたセル１において、集電部材１４として気孔率９５％、細孔径６００μｍの発泡金属を用いた場合の燃料極側インターコネクタ１２内の二次元流速分布のシミュレーション結果である。この図５において、集電部材１４の多孔質部分は、通気時の差圧から粘性近似することにより流速分布を算出した。また、図５において、中央部に記載された円形部分は毎分４６７ｍｌの水素が流入する燃料供給口１２２、両端の２個所に記載された矩形部分は大気圧開放された燃料排出口１２３である。
【００５０】
図５から明らかなように集電部材１４に気孔率９５％、細孔径６００μｍの発泡金属を用いた場合には、燃料極の面積に対して燃料供給口１２２と燃料排出口１２３が小さい場合でも、ほぼ全面にわたり１［ｍｍ／ｓｅｃ］以上の半径方向の流速を得られることがわかる。これにより、その発泡金属を集電部材１４として用い、かつｂ ≧ ３ａとして組立加圧後も集電部材１４の通気性を確保できる構造を用いることにより、高価な加工による溝や突起が不要となり、セル１の加工費を低減させることが可能である。このとき気孔率が９５％より著しく小さい、または細孔径が６００μｍより著しく小さいと、燃料ガスが通過する流路の閉塞が生じたり、その流路上流に高圧がかかることによるガスリークが起こったりしやすくなる。さらに、気孔率が９５％より著しく大きい、または細孔径が６００μｍより著しく大きいと、ガスが燃料排出口１２３をもたない外縁付近に拡散しなくなる。そのため、発泡部材の気孔率は、９５％以上９８％以下、細孔径は６００μｍが望ましい。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、単セル１１の反りの大きさの３倍以上であり、かつ、燃料極インターコネクタ１２と空気極インターコネクタ１３とを組み合わせた状態における凹部１２１底面と空気極インターコネクタ１３との距離から単セル１１の厚さを引いた値よりも大きい厚さの集電部材１４を用いることにより、従来のようにインターコネクタに溝や突起物を設けなくても燃料ガスを単セル１１に均一に供給することができるので、インターコネクタの製造コストを大幅に低減することができ、結果として、低コスト化を実現することができる。また、単セル１１の作製時の反りに関する許容限度が緩和されるので、単セル１１の作製が容易となるため、結果として、単セル１１の作製工程の低コスト化も実現することができる。
【００５２】
なお、図６に示すセル２のように、燃料極セパレータ１２と集電部材１４との間に例えばニッケルなどからなる金属格子２１を設けるようにしてもよい。このような金属格子１２は、凹部１２１内部に集電部材１４を配設する前にその凹部１２１底面に載置することにより配設される。
【００５３】
金属格子２１を設けることにより、燃料供給口１２２等の開口部外周領域における応力の集中により、その領域において時間経過と共に集電部材１４の気孔が徐々につぶれて行き、集電部材１４の通気性が低下することを防ぐことができる。これにより、長期発電においても燃料ガスの安定的な供給経路を確保することができる。なお、図６のセル２の場合にはセル２の収納部の深さｄは、金属格子１２と集電部材１４が接する面から空気極インターコネクタ１４と単セル１１が接する面までの距離である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、燃料極支持形の単セルを有する固体酸化物形燃料電池に適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１，２…セル、１１…単セル、１２…燃料極インターコネクタ、１３…空気極インターコネクタ、１４…集電部材、１５…絶縁部材、１６…金属箔、２１…金属格子、１２１…凹部、１２２…燃料供給口、１２３…燃料排出口、１３１…酸化剤供給口。
【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６】
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【図５】
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