(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿う燃料ガス流路が形成された平板状の支持基板と、前記支持基板の平面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質膜、及び空気極が積層されてなる発電素子部と、を含む複数の燃料電池セルと、
第１内部空間を有する燃料マニホールドであって、前記各セルが燃料マニホールドの上壁から上方に向けて前記長手方向に沿ってそれぞれ突出するように、且つ、上方から見たとき、前記各セルが第１方向に沿ってそれぞれ延在し且つ前記複数のセルが前記第１方向と直角の第２方向に沿ってスタック状に整列するように、且つ、前記第１内部空間と前記複数のセルの前記燃料ガス流路のそれぞれの燃料ガス流入側の一端部とが連通するように、前記各セルの前記支持基板の前記長手方向における燃料ガス流入側の一端部を前記上壁に対して接合・支持する燃料マニホールドと、
前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第１方向における第１側に配置され且つ第２内部空間を有する空気マニホールドであって、前記第２内部空間内の空気を前記隣り合うセルの間のそれぞれの空間に向けて供給する空気マニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記セルの前記第１方向における前記第１側の側端面が隣り合う前記セルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置する第１セルと、前記セルの前記第１側の側端面が隣り合う前記セルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側と反対の第２側に位置する第２セルと、が、前記第２方向に沿って、交互に、且つ、互いに離れて配置されるように、前記複数のセルが整列している、燃料電池のスタック構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記セルの厚さが１〜５ｍｍであり、前記第２セルの前記第１側の側端面に対する前記第１セルの前記第１側の側端面の前記第１方向における前記第１側への突出量が１〜３０ｍｍであり、隣り合う前記セルの間の前記第２方向の間隔が１〜１０ｍｍである、燃料電池のスタック構造体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第１方向における前記第２側に配置された第１壁であって、前記複数のセルの前記第１方向における前記第２側を覆うように前記セルの長手方向及び前記第２方向に沿って延在する第１壁を備えた、燃料電池のスタック構造体。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記第１セルの前記第１方向における前記第２側の側端面が前記第２セルの前記第２側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置し、
前記第１壁は、それぞれが、前記第１セルの前記第１方向における前記第２側の側端面と接触し且つ前記第１セルと隣り合う２つの前記第２セルの向かい合う平面の前記第１方向における前記第２側のそれぞれの端部と接触する、複数の部分を含む、燃料電池のスタック構造体。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記スタック状に整列する前記複数のセルのうち前記第２方向における両端に位置する２つのセルは、前記第２セルであり、
前記両端に位置する２つのセルの前記第２方向における外側の両方に、前記２つのセルとは離れて配置され且つ前記セルの長手方向及び前記第１方向に沿って延在する一対の第２壁であって、前記第１方向における前記第１側の側端面が前記２つのセルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置する一対の第２壁を備えた、燃料電池のスタック構造体。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のスタック構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スタック状に整列した複数の燃料電池セルが燃料マニホールドの上壁に接合・支持された固体酸化物形燃料電池のスタック構造体が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
各セルは、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿う燃料ガス流路が形成された平板状の支持基板と、前記支持基板の平面に設けられた発電素子部と、を備えている。燃料マニホールドは、第１内部空間を有する。燃料マニホールドは、各セルが燃料マニホールドの上壁から上方に向けて前記長手方向に沿ってそれぞれ突出するように、且つ、上方から見たとき、前記各セルが第１方向に沿ってそれぞれ延在し且つ前記複数のセルが前記第１方向と直角の第２方向に沿って互いに離れてスタック状に整列するように、且つ、前記第１内部空間と前記複数のセルの前記燃料ガス流路のそれぞれの燃料ガス流入側の一端部とが連通するように、前記各セルの前記支持基板の前記長手方向における燃料ガス流入側の一端部を前記上壁に対して接合・支持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５５１８０３号公報
【発明の概要】
【０００５】
上記のようなスタック構造体では、通常、空気マニホールドが設けられる。空気マニホールドは、前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第１方向における第１側に配置され、且つ、第２内部空間を有する。空気マニホールドは、前記第２内部空間と連通し且つ前記第１方向における前記第１側と反対の第２側に向けて開口している供給孔から、隣り合うセルの間のそれぞれの空間（以下、「セル間空間」とも呼ぶ）に向けて空気を供給する。それぞれのセル間空間に空気を供給することによって、発電に必要な空気を各セルに設けられた発電素子部にそれぞれ供給でき、且つ、発電によって発熱した発電素子部を冷却することができる。
【０００６】
ところで、上記のようなスタック構造体において高い発電効率を得るためには、空気をそれぞれのセル間空間にできる限り均一に供給する必要がある。これは、以下の２つの理由に基づく。第１に、それぞれのセル間空間に供給される空気の量（流量）に偏りが生じると、供給される空気の量が相対的に少ないセルでは、供給される燃料ガスに対して空気が不足する。従って、空気と反応できる燃料ガスの量が少なくなる。この結果、そのセルの発電出力が低下し、スタック構造体全体での発電効率が低下する。第２に、供給される空気の量が相対的に少ないセルでは、発電素子部の冷却に寄与できる空気が不足する。従って、発電素子部の温度が高くなり、発電素子部の劣化が速くなる。この結果、そのセルの発電出力が低下し、スタック構造体全体での発電効率が低下する。
【０００７】
空気をそれぞれのセル間空間にできる限り均一に供給するためには、空気をスタックへ供給する態様、具体的には、空気マニホールドからセル間空間までの空気の移動経路等が非常に重要である、と考えられる。
【０００８】
この点、上記文献では、空気をスタックへ供給する態様について、「空気は、隣り合うセルの間の隙間に沿って、セルの幅方向（前記第１方向）に流される。」と記載されている。しかしながら、空気マニホールドからセル間空間までの空気の移動経路等については、何ら記載されていない。
【０００９】
本発明は、それぞれのセル間空間に供給される空気の量のばらつきが少ない燃料電池のスタック構造体を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明に係る燃料電池のスタック構造体の特徴は、「前記セルの前記第１方向における前記第１側の側端面が隣り合う前記セルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置する第１セルと、前記セルの前記第１側の側端面が隣り合う前記セルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側と反対の第２側に位置する第２セルと、が、前記第２方向に沿って、交互に、且つ、互いに離れて配置されるように、前記複数のセルが整列している」点にある。
【００１１】
ここにおいて、前記空気マニホールドは、前記燃料マニホールドの上壁に固定されていることが好ましいが、そうでなくてもよい。前記各セルの両側の平面にて前記発電素子部がそれぞれ形成されていることが好適である。また、前記発電素子部は、前記支持基板の平面における前記長手方向に沿う互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられていてもよい。この構成は、所謂「横縞型」とも呼ばれる。
【００１２】
本発明者は、上記本発明の特徴（第１セルと第２セルとが第２方向に沿って交互に且つ互いに離れて配置される）を備えるスタック構造体では、上記本発明の特徴を備えないスタック構造体と比べて、スタック構造体全体での発電効率が高くなることを見出した（この点については、後に詳述する）。これは、上記本発明の特徴を備えるスタック構造体では、上記本発明の特徴を備えないスタック構造体と比して、それぞれのセル間空間に供給される空気の量のばらつきが少ないことに基づく、と考えられる。
【００１３】
更には、本発明者は、上記本発明の特徴を備え、且つ、前記セルの厚さが１〜５ｍｍである場合では、前記第２セルの前記第１側の側端面に対する前記第１セルの前記第１側の側端面の前記第１方向における前記第１側への突出量が１〜３０ｍｍであり、且つ、隣り合う前記セルの間の前記第２方向の間隔が１〜１０ｍｍであると、上記本発明の特徴を備えないスタック構造体と比べて、スタック構造体全体での発電効率がより一層高くなることも見出した（この点についても、後に詳述する）。
【００１４】
上記本発明に係るスタック構造体において、前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第１方向における前記第２側に配置された第１壁であって、前記複数のセルの前記第１方向における前記第２側を覆うように前記セルの長手方向及び前記第２方向に沿って延在する第１壁を備えることが好適である。ここにおいて、前記第１壁は、前記スタック状に整列する前記複数のセルの前記第１方向における第２側に接触していることが好ましいが、そうでなくてもよい。また、前記第１壁は、前記燃料マニホールドの上壁に固定されていることが好ましいが、そうでなくてもよい。
【００１５】
これによれば、空気マニホールドの供給孔から流出した空気は、前記第１方向の第１側から第２側に向けて前記第１方向（セルの幅方向）に沿ってセル間空間を進行し、その後、前記第１壁に当たる。これにより、セル間空間におけるセルの根元側の部分の圧力がセルの幅方向の全域に亘って相対的に上昇し得る。この結果、セル間空間をセルの幅方向に沿って進行している空気は、セルの幅方向の全域に亘って、進行方向を変えて上方（セルの先端側）に向けて移動し始め得る（後述する図２２を参照）。セル間空間を上方に向けて移動していく空気は、セル間空間におけるセルの先端側から外部に排出される。この結果、セル間空間における広範囲に亘って均一に空気を供給することができ、燃料電池全体としての空気利用率をより一層高めることができる。
【００１６】
上記本発明に係るスタック構造体において、前記第１セルの前記第１方向における前記第２側の側端面が前記第２セルの前記第２側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置する場合、前記第１壁は、それぞれが、前記第１セルの前記第１方向における前記第２側の側端面と接触し且つ前記第１セルと隣り合う２つの前記第２セルの向かい合う平面の前記第１方向における前記第２側のそれぞれの端部と接触する、複数の部分を含むように構成され得る。
【００１７】
上記本発明に係るスタック構造体において、前記スタック状に整列する前記複数のセルのうち前記第２方向における両端に位置する２つのセル（以下、「両端セル」とも呼ぶ）が前記第２セルである場合、「前記両端セルの前記第２方向における外側の両方に、前記両端セルとは離れて配置され且つ前記セルの長手方向及び前記第１方向に沿って延在する一対の第２壁であって、前記第１方向における前記第１側の側端面が前記両端セルの前記第１側の側端面に対して前記第１方向における前記第１側に位置する一対の第２壁」を備えることが好適である。前記第２壁は、前記燃料マニホールドの上壁に固定されていることが好ましいが、そうでなくてもよい。
【００１８】
これによれば、前記両端セルの前記第２方向における外側の両方に、セル間空間と同様の「両端セルの一つと第２壁の一つとで挟まれた空間」（以下、「両端空間」とも呼ぶ）がそれぞれ形成される。従って、前記両端セルの前記第２方向における外側の平面にもそれぞれ発電素子部（以下、「両端発電素子部」とも呼ぶ）が形成されている場合、両端発電素子部は両端空間内に位置することになる。従って、セル間空間内に位置する発電素子部と同様、両端発電素子部に対しても広範囲に亘って均一に空気を供給することができ、燃料電池全体としての空気利用率を更に一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池のスタック構造体に使用される１つのセルを示す斜視図である。
【図２】図１に示すセルの２−２線に対応する断面図である。
【図３】図１に示す支持基板の凹部に埋設された燃料極及びインターコネクタの状態を示した平面図である。
【図４】図１に示すセルの作動状態を説明するための図である。
【図５】図１に示すセルの作動状態における電流の流れを説明するための図である。
【図６】図１に示す支持基板を示す斜視図である。
【図７】図１に示すセルの製造過程における第１段階における図２に対応する断面図である。
【図８】図１に示すセルの製造過程における第２段階における図２に対応する断面図である。
【図９】図１に示すセルの製造過程における第３段階における図２に対応する断面図である。
【図１０】図１に示すセルの製造過程における第４段階における図２に対応する断面図である。
【図１１】図１に示すセルの製造過程における第５段階における図２に対応する断面図である。
【図１２】図１に示すセルの製造過程における第６段階における図２に対応する断面図である。
【図１３】図１に示すセルの製造過程における第７段階における図２に対応する断面図である。
【図１４】図１に示すセルの製造過程における第８段階における図２に対応する断面図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る燃料電池のスタック構造体の全体の斜視図である。
【図１６】図１５に示した燃料マニホールドの全体の斜視図である。
【図１７】図１６に示した支持板に形成された挿入孔の拡大図である。
【図１８】挿入孔とセルの一端部との接合部の様子を示した横断面図である。
【図１９】挿入孔とセルの一端部との接合部の様子を示した縦断面図である。
【図２０】空気マニホールドと、スタックと、第１壁及び第２壁との位置関係を示した図である。
【図２１】図２０に示した空気マニホールドの正面図である。
【図２２】セル間空間を空気が移動する経路を説明するための図である。
【図２３】本発明の実施形態の変形例に係る燃料電池のスタック構造体の図２０に対応する図である。
【図２４】図２３に示した変形例における空気マニホールドの正面図である。
【図２５】本発明の実施形態の他の変形例に係る燃料電池のスタック構造体の図２０に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（スタック構造体に使用されるセルの構成の一例）
先ず、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のスタック構造体に使用されるセル１００について説明する。図１に示すように、このセル１００は、長手方向（ｘ軸方向）を有する平板状の支持基板１０の上下面（互いに平行な両側の主面（平面））のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数（本例では、４つ）の同形の発電素子部Ａが長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。
【００２１】
このセル１００の全体を上方からみた形状は、例えば、長手方向の辺の長さＬ１が５０〜５００ｍｍで長手方向に直交する幅方向（ｙ軸方向）の長さＬ２が１０〜１００ｍｍの長方形である（Ｌ１＞Ｌ２）。このセル１００の全体の厚さＬ３は、１〜５ｍｍである（Ｌ２＞Ｌ３）。このセル１００の全体は、厚さ方向の中心を通り且つ支持基板１０の主面に平行な面に対して上下対称の形状を有する。以下、図１に加えて、このセル１００の図１に示す２−２線に対応する部分断面図である図２を参照しながら、このセル１００の詳細について説明する。図２は、代表的な１組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａのそれぞれの構成（の一部）、並びに、発電素子部Ａ，Ａ間の構成を示す部分断面図である。その他の組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａ間の構成も、図２に示す構成と同様である。
【００２２】
支持基板１０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料からなる平板状の焼成体である。後述する図６に示すように、支持基板１０の内部には、長手方向に延びる複数（本例では、６本）の燃料ガス流路１１（貫通孔）が幅方向において所定の間隔をおいて形成されている。本例では、各凹部１２は、支持基板１０の材料からなる底壁と、全周に亘って支持基板１０の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。
【００２３】
支持基板１０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、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。
【００２４】
支持基板１０は、「遷移金属酸化物又は遷移金属」と、絶縁性セラミックスとを含んで構成され得る。「遷移金属酸化物又は遷移金属」としては、ＮｉＯ（酸化ニッケル）又はＮｉ（ニッケル）が好適である。遷移金属は、燃料ガスの改質反応を促す触媒（炭化水素系のガスの改質触媒）として機能し得る。
【００２５】
また、絶縁性セラミックスとしては、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、又は、「ＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）の混合物」が好適である。また、絶縁性セラミックスとして、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ２Ｏ３（イットリア）が使用されてもよい。
【００２６】
このように、支持基板１０が「遷移金属酸化物又は遷移金属」を含むことによって、改質前の残存ガス成分を含んだガスが多孔質の支持基板１０の内部の多数の気孔を介して燃料ガス流路１１から燃料極に供給される過程において、上記触媒作用によって改質前の残存ガス成分の改質を促すことができる。加えて、支持基板１０が絶縁性セラミックスを含むことによって、支持基板１０の絶縁性を確保することができる。この結果、隣り合う燃料極間における絶縁性が確保され得る。
【００２７】
支持基板１０の厚さは、１〜５ｍｍである。以下、この構造体の形状が上下対称となっていることを考慮し、説明の簡便化のため、支持基板１０の上面側の構成についてのみ説明していく。支持基板１０の下面側の構成についても同様である。
【００２８】
図２及び図３に示すように、支持基板１０の上面（上側の主面）に形成された各凹部１２には、燃料極集電部２１の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極集電部２１は直方体状を呈している。各燃料極集電部２１の上面（外側面）には、凹部２１ａが形成されている。各凹部２１ａは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。
【００２９】
各凹部２１ａには、燃料極活性部２２の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極活性部２２は直方体状を呈している。燃料極集電部２１と燃料極活性部２２とにより燃料極２０が構成される。燃料極２０（燃料極集電部２１＋燃料極活性部２２）は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。各燃料極活性部２２の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ａ内で燃料極集電部２１と接触している。
【００３０】
各燃料極集電部２１の上面（外側面）における凹部２１ａを除いた部分には、凹部２１ｂが形成されている。各凹部２１ｂは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。
【００３１】
各凹部２１ｂには、インターコネクタ３０が埋設（充填）されている。従って、各インターコネクタ３０は直方体状を呈している。インターコネクタ３０は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。各インターコネクタ３０の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。
【００３２】
燃料極２０（燃料極集電部２１及び燃料極活性部２２）の上面（外側面）と、インターコネクタ３０の上面（外側面）と、支持基板１０の主面とにより、１つの平面（凹部１２が形成されていない場合の支持基板１０の主面と同じ平面）が構成されている。即ち、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で、段差が形成されていない。
【００３３】
燃料極活性部２２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、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。燃料極集電部２１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、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。燃料極活性部２２の厚さは、５〜３０μｍであり、燃料極集電部２１の厚さ（即ち、凹部１２の深さ）は、５０〜５００μｍである。
【００３４】
このように、燃料極集電部２１は、電子伝導性を有する物質を含んで構成される。燃料極活性部２２は、電子伝導性を有する物質と酸素イオン伝導性を有する物質とを含んで構成される。燃料極活性部２２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２１における「気孔部分を除いた全体積に対する酸化性イオン伝導性を有する物質の体積割合」よりも大きい。
【００３５】
インターコネクタ３０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、（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３０の厚さは、１０〜１００μｍである。
【００３６】
燃料極２０及びインターコネクタ３０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタ３０が形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面は、固体電解質膜４０により覆われている。固体電解質膜４０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なる焼成体である。固体電解質膜４０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、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。固体電解質膜４０の厚さは、３〜５０μｍである。
【００３７】
即ち、燃料極２０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面の全面は、インターコネクタ３０と固体電解質膜４０とからなる緻密層により覆われている。この緻密層は、緻密層の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密層の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。
【００３８】
なお、図２に示すように、本例では、固体電解質膜４０が、燃料極２０の上面、インターコネクタ３０の上面における長手方向の両側端部、及び支持基板１０の主面を覆っている。ここで、上述したように、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で段差が形成されていない。従って、固体電解質膜４０が平坦化されている。この結果、固体電解質膜４０に段差が形成される場合に比して、応力集中に起因する固体電解質膜４０でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜４０が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。
【００３９】
固体電解質膜４０における各燃料極活性部２２と接している箇所の上面には、反応防止膜５０を介して空気極６０が形成されている。反応防止膜５０は、緻密な材料からなる焼成体であり、空気極６０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。反応防止膜５０及び空気極６０を上方からみた形状は、燃料極活性部２２と略同一の長方形である。
【００４０】
反応防止膜５０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５０の厚さは、３〜５０μｍである。空気極６０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、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）、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。また、空気極６０は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極６０の厚さは、１０〜１００μｍである。
【００４１】
なお、反応防止膜５０が介装されるのは、ＳＯＦＣ作製時又は作動中のＳＯＦＣ内において固体電解質膜４０内のＹＳＺと空気極６０内のＳｒとが反応して固体電解質膜４０と空気極６０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である。
【００４２】
ここで、燃料極２０と、固体電解質膜４０と、反応防止膜５０と、空気極６０とが積層されてなる積層体が、「発電素子部Ａ」に対応する（図２を参照）。即ち、支持基板１０の上面には、複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが、長手方向において所定の間隔をおいて配置されている。
【００４３】
各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａのインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極６０、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の上面に、空気極集電膜７０が形成されている。空気極集電膜７０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極集電膜７０を上方からみた形状は、長方形である。
【００４４】
空気極集電膜７０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、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、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜７０の厚さは、５０〜５００μｍである。
【００４５】
このように各空気極集電膜７０が形成されることにより、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａの燃料極２０（特に、燃料極集電部２１）とが、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」を介して電気的に接続される。この結果、支持基板１０の上面に配置されている複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが電気的に直列に接続される。ここで、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」が、「電気的接続部」に対応する。
【００４６】
なお、インターコネクタ３０は、前記「電気的接続部」における「緻密な材料で構成された第１部分」に対応し、気孔率は１０％以下である。空気極集電膜７０は、前記「電気的接続部」における「多孔質の材料で構成された第２部分」に対応し、気孔率は２０〜６０％である。
【００４７】
以上、説明した図１に示す「横縞型」のセル１００に対して、図４に示すように、支持基板１０の燃料ガス流路１１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板１０の上下面（特に、各空気極集電膜７０）を「酸素を含むガス」（空気等）に曝す（或いは、支持基板１０の上下面に沿って酸素を含むガスを流す）ことにより、固体電解質膜４０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。更に、この構造体を外部の負荷に接続すると、下記（１）、（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる(発電状態)。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−    （於：空気極６０）  …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−        （於：燃料極２０）  …（２）
【００４８】
発電状態においては、図５に示すように、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、電流が、矢印で示すように流れる。この結果、図４に示すように、このセル１００全体から（具体的には、図４において最も手前側の発電素子部Ａのインターコネクタ３０と最も奥側の発電素子部Ａの空気極６０とを介して）電力が取り出される。
【００４９】
（製造方法）
次に、図１に示した「横縞型」のセル１００の製造方法の一例について図６〜図１４を参照しながら簡単に説明する。図６〜図１４において、各部材の符号の末尾の「ｇ」は、その部材が「焼成前」であることを表す。
【００５０】
先ず、図６に示す形状を有する支持基板の成形体１０ｇが作製される。この支持基板の成形体１０ｇは、例えば、支持基板１０の材料（例えば、ＣＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、押し出し成形、切削等の手法を利用して作製され得る。以下、図６に示す７−７線に対応する部分断面を表す図７〜図１４を参照しながら説明を続ける。
【００５１】
図７に示すように、支持基板の成形体１０ｇが作製されると、次に、図８に示すように、支持基板の成形体１０ｇの上下面に形成された各凹部に、燃料極集電部の成形体２１ｇがそれぞれ埋設・形成される。次いで、図９に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面に形成された各凹部に、燃料極活性部の成形体２２ｇがそれぞれ埋設・形成される。各燃料極集電部の成形体２１ｇ、及び各燃料極活性部２２ｇは、例えば、燃料極２０の材料（例えば、ＮｉとＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。
【００５２】
続いて、図１０に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面における「燃料極活性部の成形体２２ｇが埋設された部分を除いた部分」に形成された各凹部に、インターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成される。各インターコネクタの成形体３０ｇは、例えば、インターコネクタ３０の材料（例えば、ＬａＣｒＯ３）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。
【００５３】
次に、図１１に示すように、複数の燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）及び複数のインターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成された状態の支持基板の成形体１０ｇにおける長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタの成形体３０ｇが形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面に、固体電解質膜の成形膜４０ｇが形成される。固体電解質膜の成形膜４０ｇは、例えば、固体電解質膜４０の材料（例えば、ＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法、ディッピング法等を利用して形成される。
【００５４】
次に、図１２に示すように、固体電解質膜の成形体４０ｇにおける各燃料極の成形体２２ｇと接している箇所の外側面に、反応防止膜の成形膜５０ｇが形成される。各反応防止膜の成形膜５０ｇは、例えば、反応防止膜５０の材料（例えば、ＧＤＣ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。
【００５５】
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１０ｇが、空気中にて１５００℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したセル１００において空気極６０及び空気極集電膜７０が形成されていない状態の構造体が得られる。
【００５６】
次に、図１３に示すように、各反応防止膜５０の外側面に、空気極の成形膜６０ｇが形成される。各空気極の成形膜６０ｇは、例えば、空気極６０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。
【００５７】
次に、図１４に示すように、各組の隣り合う発電素子部について、一方の発電素子部の空気極の成形膜６０ｇと、他方の発電素子部のインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極の成形膜６０ｇ、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の外側面に、空気極集電膜の成形膜７０ｇが形成される。各空気極集電膜の成形膜７０ｇは、例えば、空気極集電膜７０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。
【００５８】
そして、このように成形膜６０ｇ、７０ｇが形成された状態の支持基板１０が、空気中にて１０５０℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したセル１００が得られる。以上、図１に示したセル１００の製造方法の一例について説明した。
【００５９】
なお、この時点では、酸素含有雰囲気での焼成により、燃料極２０中のＮｉ成分が、ＮｉＯとなっている。従って、これらの導電性を獲得するため、その後、支持基板１０側から還元性の燃料ガスが流され、ＮｉＯが８００〜１０００℃で１〜１０時間に亘って還元処理される。なお、この還元処理は発電時に行われてもよい。
【００６０】
（スタック構造体の全体構成の一例）
次に、上述したセル１００を用いた本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のスタック構造体について説明する。図１５に示すように、このスタック構造体は、多数のセル１００と、多数のセル１００のそれぞれに燃料ガスを供給するための燃料マニホールド２００と、を備えている。燃料マニホールド２００の全体は、ステンレス鋼等の材料で構成されている。燃料マニホールド２００は、内部空間（直方体状の空間、前記第１内部空間に対応）を備えた、長手方向（ｚ軸方向）を有する直方体状の筐体である。なお、図１５では、後述する空気マニホールド６００、第２壁７００、及び第１壁８００が省略されている。
【００６１】
燃料マニホールド２００の上壁（天板、換言すれば、ガスタンクの天板（平板））は、多数のセル１００を支持するための支持板２１０を兼ねている。また、燃料マニホールド２００には、外部から燃料マニホールド２００の内部空間に燃料ガスを導入するための導入通路２２０が、支持板２１０上にて、燃料マニホールド２００の長手方向（ｚ軸方向）の一方側（ｚ軸正方向側）の端部に設けられている。導入通路２２０と燃料マニホールド２００の内部空間とは連通している。
【００６２】
各セル１００が支持板２１０（＝マニホールド２００の上壁）から上方（ｘ軸正方向）に向けてそれぞれ突出するように、且つ、上方から見たとき、各セル１００がｙ軸方向（前記第１方向）に沿ってそれぞれ延在し且つ複数のセル１００がｚ軸方向（前記第２方向）に沿って互いに離れてスタック状に整列するように、各セル１００の長手方向（ｘ軸方向）における燃料ガス流入側の端部が、支持板２１０にて接合・支持されている。燃料マニホールド２００の内部空間と、複数のセル１００の燃料ガス流路１１のそれぞれとは連通している。各セル１００の長手方向（ｘ軸方向）における燃料ガス排出側の端部は、自由端となっている。従って、このスタック構造は、「片持ちスタック構造」と表現することができる。
【００６３】
図１６に示すように、支持板２１０（＝マニホールド２００の上壁）の表面には、燃料マニホールド２００の内部空間と連通する多数の挿入孔２１１（貫通孔）が形成されている。各挿入孔２１１には、対応するセル１００の燃料ガス流入側の一端部がそれぞれ挿入される。
【００６４】
図１７に示すように、本実施形態では、複数の挿入孔２１１は同形である。各挿入孔２１１の形状は、ｙ軸方向に延在する長円形状を呈している。また、複数の挿入孔２１１は、ｙ軸方向において隣よりｙ軸正方向側に位置するものと、ｙ軸方向において隣よりｙ軸負方向側に位置するものと、が交互に、且つ、ｚ軸方向において同じ間隔をおいて配置されている。
【００６５】
各挿入孔２１１の長さ（ｙ軸方向の寸法）は、セル１００の一端部の側面の長さＬ２（図１を参照）より０．２〜３ｍｍ大きい。同様に、各挿入孔２１１の幅（ｚ軸方向の寸法）は、セル１００の一端部の側面の幅Ｌ３（図１を参照）より０．２〜３ｍｍ大きい。即ち、図１８、１９に示すように、セル１００の一端部が挿入孔２１１に挿入された状態では、挿入孔２１１の内壁とセル１００の一端部の外壁との間に隙間が形成される。換言すれば、セル１００の一端部が挿入孔２１１に遊嵌される。なお、図１８、図１９（特に、図１８）では、前記隙間が誇張して描かれている。
【００６６】
図１８に示すように、多数のセル１００に関し、セル１００の幅方向（ｙ軸方向）における第１側（ｙ軸正方向側）の側端面が隣り合うセル１００の前記第１側の側端面に対して幅方向における前記第１側（ｙ軸正方向側）に位置するセル（以下、「第１セル１００Ａ」と呼ぶ）と、セル１００の前記第１側の側端面が隣り合うセル１００の前記第１側の側端面に対して幅方向における前記第１側と反対の第２側（ｙ軸負方向側）に位置するセル（以下、「第２セル１００Ｂ」と呼ぶ）と、が、ｚ軸方向に沿って、交互に、且つ、互いに離れて配置されている。換言すれば、複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が交互に変化している。
【００６７】
本実施形態では、複数のセル１００（より具体的には、支持基板１０）のｙ−ｚ平面に沿う断面の形状は同形である。従って、図１８に示すように、第１セル１００Ａの前記第２側（ｙ軸負方向側）の側端面は、第２セル１００Ｂの前記第２側の側端面に対して幅方向（ｙ軸方向）における前記第１側（ｙ軸正方向側）に位置している。ｚ軸方向からみて、第１、第２セル１００Ａ、１００Ｂは、セルの幅方向（ｙ軸方向）において重なる部分を有している。
【００６８】
図１８において、寸法Ｌ３（セル１００の厚さ）が１〜５ｍｍである場合、寸法Ｌ４（第２セル１００Ｂの前記第１側の側端面に対する第１セル１００Ａの前記第１側の側端面のｙ軸正方向の突出量）が１〜３０ｍｍであり、且つ、寸法Ｌ５（隣り合うセル１００の間のｚ軸方向の間隔）は１〜１０ｍｍであることが好適である。この点については後述する。
【００６９】
図１８、図１９に示すように、挿入孔２１１とセル１００の一端部との接合部のそれぞれにおいて、固化された接合材３００が前記隙間に充填されるように設けられている。これにより、各挿入孔２１１と対応するセル１００の一端部とがそれぞれ接合・固定されている。図１９に示すように、各セル１００のガス流路１１の一端部は、燃料マニホールド２００の内部空間と連通している。
【００７０】
また、図１９に示すように、隣接するセル１００、１００の間の空間（以下、「セル間空間」とも呼ぶ）には、隣接するセル１００、１００の間（より詳細には、一方のセル１００の燃料極２０と他方のセル１００の空気極６０）を電気的に直列に接続するための集電部材４００が介在している。集電部材４００は、例えば、金属メッシュ等で構成される。加えて、各セル１００について表側と裏側とを電気的に直列に接続するための集電部材５００も設けられている。各セル間空間の幅（ｚ軸方向の距離）は、上記寸法Ｌ５（図１８を参照）と同じである。
【００７１】
なお、図１９から理解できるように、集電部材４００は、複数の発電素子部Ａのうち上下方向（ｘ軸方向）における最も下側に設けられた発電素子部Ａ（以下、「最下発電素子部ＡＳ」とも呼ぶ）より下側に配置されている。換言すれば、集電部材４００は、燃料マニホールド２００の上壁から突出するセル１００の根元側（即ち、燃料ガス流入側）に接続されている。これは、セル１００の根元側より温度が高いセル１００の先端側（即ち、燃料ガス排出側）に集電部材４００を設けると、集電部材４００とセル１００との接合部位にて剥離が発生し易いことに因る。ガス排出口から排出された余剰の燃料ガスが周囲の空気（酸素）と反応（燃焼）することによって、その燃焼による熱を受けてセル１００の先端側の温度は局所的に高くなる。
【００７２】
接合材３００は、ＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系や、ＭｇＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系等の結晶化ガラスで構成される。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（セラミックス）を指す。結晶化ガラスの結晶化度は、具体的には、例えば、「ＸＲＤ等を用いて結晶相を同定し、ＳＥＭ及びＥＤＳ、或いは、ＳＥＭ及びＥＰＭＡ等を用いて結晶化後のガラスの組織や組成分布を観察した結果に基づいて、結晶相領域の体積割合を算出する」ことによって得ることができる。
【００７３】
また、図２０〜図２２に示すように、このスタック構造体は、それぞれのセル間空間に空気を供給するための空気マニホールド６００を備えている。空気マニホールド６００は、内部空間（直方体状の空間、前記第２内部空間に対応）を備えた、長手方向（ｚ軸方向）を有する直方体状の筐体である。
【００７４】
特に、図２０及び図２２に示すように、空気マニホールド６００は、燃料マニホールド２００の上壁にて、スタック状に整列する複数のセル１００に対してｙ軸方向（セルの幅方向）における第１側（ｙ軸正方向側）にて、複数のセル１００から離れて配置されている。空気マニホールド６００は、第２内部空間と連通する供給孔６１０を備える。この供給孔６１０から、それぞれのセル間空間に向けて空気が供給される。
【００７５】
供給孔６１０は、空気マニホールド６００におけるスタック側（ｙ軸負方向側）の側面に形成されている。従って、供給孔６１０は、ｙ軸方向（セルの幅方向）における前記第２側（ｙ軸負方向側）に向けて開口している。図２１に示すように、本実施形態では、複数の円形の供給孔６１０が、ｚ軸方向に沿うように、ｚ軸方向において複数のセル間空間に対応する位置にそれぞれ独立して形成されている。
【００７６】
図１９及び図２２に示すように、供給孔６１０は、上下方向（ｘ軸方向）において「集電部材４００とはオーバラップせず、且つ、最下発電素子部ＡＳとはオーバラップする位置」に配置されている。本実施形態では、供給孔６１０は、上下方向（ｓ軸方向）において「最下発電素子部ＡＳの中央部に対応する位置」に配置されている。
【００７７】
また、図２０及び図２２に示すように、このスタック構造体は、セル間空間内における空気の移動経路を制御するための第１壁８００が、燃料マニホールド２００の上壁にて、スタック状に整列した複数のセル１００に対してｙ軸方向（セルの幅方向）における第２側（ｙ軸負方向側）に配置されている。
【００７８】
第１壁８００は、スタック状に整列した複数のセル１００のｙ軸方向（セルの幅方向）における第２側（ｙ軸負方向側）を覆うように、ｘ−ｚ平面方向に沿って延在している。本実施形態では、第１壁８００は、「それぞれが、第１セル１００Ａの幅方向における前記第２側（ｙ軸負方向側）の側端面と接触し、且つ、第１セル１００と隣り合う２つの第２セル１００Ｂの向かい合う平面の幅方向における前記第２側（ｙ軸負方向側）のそれぞれの端部と接触する、複数の部分」を含んで構成されている。
【００７９】
なお、図２０に示すように、本実施形態では、セル間空間内における空気の移動経路を制御するため、第１壁８００に加えて、一対の第２壁７００も、燃料マニホールド２００の上壁にて配置されている。一対の第２壁７００は、スタック状に整列した複数のセル１００のうちｚ軸方向の両端に位置する一対のセル１００（以下、「両端セル」と呼ぶ）に対して、平行、且つ、各セル間空間の幅（ｚ軸方向の距離）と同じ距離だけｚ軸方向に離れて配置されている。換言すれば、本実施形態では、スタック状に整列した複数のセル１００は、上方からみたとき、四方のうち、空気マニホールド６００と向かい合う方向を除いた三方について、一対の第２壁７００、及び、第１壁８００によって覆われている。
【００８０】
なお、図２０に示すように、本実施形態では、前記両端セル１００が第２セル１００Ｂであり、且つ、一対の第２壁７００の幅方向（ｙ軸方向）における前記第１側（ｙ軸正方向側）の側端面が、前記両端セルの前記第１側の側端面に対して幅方向（ｙ軸方向）における前記第１側（ｙ軸正方向側）に位置している。
【００８１】
これにより、前記両端セルのｚ軸方向における外側の両方に、セル間空間と同様の「両端セルの一つと第２壁７００の一つとで挟まれた空間」（以下、「両端空間」とも呼ぶ）がそれぞれ形成される。従って、前記両端セルのｚ軸方向における外側の平面に形成されている発電素子部Ａ（以下、「両端発電素子部」とも呼ぶ）は前記両端空間内に位置することになる。従って、セル間空間内に位置する発電素子部Ａと同様、両端発電素子部に対しても広範囲に亘って均一に空気を供給することができる。
【００８２】
以上、説明した燃料電池の片持ちスタック構造を稼働させる際には、図１５、図１９、図２０、及び、図２２に示すように、高温（例えば、６００〜８００℃）の燃料ガス（水素等）及び「空気」を流通させる。即ち、図１５、及び、図１９に示すように、導入通路２２０から導入された燃料ガスは、燃料マニホールド２００の内部空間へと移動し、その後、各挿入孔２１１を介して対応するセル１００のガス流路１１にそれぞれ導入される。各ガス流路１１を通過した燃料ガスは、その後、各ガス流路１１の他端（自由端）から外部に排出される。
【００８３】
一方、図１９、図２０、及び、図２２に示すように、図示しない導入通路から空気マニホールド６００の内部空間に導入された空気は、それぞれの供給孔６１０から流出する。それぞれの供給孔６１０から流出した空気は、セルの幅方向（ｙ軸方向）に沿って、それぞれのセル間空間における最下発電素子部ＡＳの近傍部分を進行し、その後、第１壁８００に当たる。これにより、それぞれのセル間空間におけるセル１００の根元側の部分の圧力がセル１００の幅方向（ｙ軸方向）の全域に亘って相対的に上昇し得る。この結果、セル間空間における最下発電素子部ＡＳの近傍部分をセル１００の幅方向に沿って進行している空気は、セル１００の幅方向の全域に亘って、進行方向を変えて上方（セル１００の先端側）に向けて移動し始め得る（特に、図２２を参照）。セル間空間を上方に向けて移動していく空気は、セル間空間における最下発電素子部ＡＳより上方に位置する１つ又は複数の発電素子部Ａの近傍部分を順に通過し（特に、図１９を参照）、その後、セル間空間におけるセル１００の先端側から外部に排出される（特に、図２２を参照）。この結果、セル間空間における広範囲に亘って均一に空気を供給することができる。即ち、空気利用率を高めることができ、この結果、スタック構造体において高出力を得ることができる。
【００８４】
上述した片持ちスタック構造は、例えば、以下の手順で組み立てられる。先ず、必要な枚数の完成したセル１００、完成した燃料マニホールド２００、完成した空気マニホールド６００、一対の第２壁７００、及び、第１壁８００が準備される。次いで、所定の治具等を用いて、複数のセル１００がスタック状に整列・固定される。次に、複数のセル１００がスタック状に整列・固定された状態が維持されながら、複数のセル１００のそれぞれの一端部が、支持板２１０の対応する挿入孔２１１に一度に挿入される。次いで、接合材３００用の非晶質材料（非晶質ガラス）のペーストが、挿入孔２１１とセル１００の一端部との接合部のそれぞれの隙間に充填される。その際、図１９に示すように、ペーストが支持板２１０の表面から上方に向けてはみ出す程度まで前記接合部に供給されてもよい。
【００８５】
次に、上記のように充填された非晶質材料ペーストに熱処理（結晶化処理）が加えられる。この熱処理によって非晶質材料の温度がその結晶化温度まで到達すると、結晶化温度下にて、材料の内部で結晶相が生成されて、結晶化が進行していく。この結果、非晶質材料が固化・セラミックス化されて、結晶化ガラスとなる。これにより、結晶化ガラスで構成される接合材３００が機能を発揮し、各セルの一端部が対応する挿入孔２１１にそれぞれ接合・固定される。換言すれば、各セル１００の一端部が接合材３００を用いて支持板２１０にそれぞれ接合・支持される。その後、前記所定の治具が複数のセル１００から取り外される。その後、燃料マニホールド２００の上壁の所定の位置に、空気マニホールド６００、一対の第２壁７００、及び、第１壁８００が固設されて、上述した片持ちスタック構造体が完成する。
【００８６】
（作用・効果）
以下、上述のように、第１及び第２セル１００Ａ、１００Ｂが、ｚ軸方向に沿って交互に配置されることによる作用・効果について説明する。上記発明の概要の欄に述べたように、スタック構造体において高い発電効率を得るためには、空気をそれぞれのセル間空間にできる限り均一に供給することが重要である。
【００８７】
本発明者は、スタック構造体における複数のセル１００の空気マニホールド６００側（幅方向における第１側）の側端面の幅方向（ｙ軸方向）の位置に着目した。そして、本発明者は、上記実施形態のように、複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が交互に変化する場合（即ち、第１及び第２セル１００Ａ、１００Ｂがｚ軸方向に沿って交互に配置される場合）、前記側端面の幅方向の位置が全て同じ態様と比べて、スタック構造体全体での発電効率が高くなることを見出した。
【００８８】
加えて、本発明者は、上述した寸法Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５（図１８を参照）の組み合わせが、スタック構造体全体での発電効率と強い相関があることも見出した。以下、これらのことを確認した試験について説明する。
【００８９】
（試験）
この試験では、図１５、及び図１９〜図２２に示したスタック構造体について、寸法Ｌ３、寸法Ｌ４、及び寸法Ｌ５の組み合わせが異なる複数のサンプルが作製された。具体的には、表１に示すように、１０種類の水準（組み合わせ）が準備された。各水準に対して１個のサンプル（Ｎ＝１）が作製された。水準１、２（Ｌ４＝０）が「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が全て同じ態様」に対応し、水準３〜１０（Ｌ４＞０）が「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が交互に変化する態様（第１及び第２セル１００Ａ、１００Ｂがｚ軸方向に沿って交互に配置される態様）」に対応する。
【００９０】
【表１】
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【００９１】
各サンプル（図１５、及び図１９〜図２２に示すスタック構造体）にて、スタック数（セル１００の枚数）は「１０」であった。支持基板１０は、長さＬ１（図１を参照）が２５０ｍｍで、幅Ｌ２（図１、図１８を参照）が１００ｍｍの平板状を呈していた。各サンプルに関し、その他の構成部材の形状、寸法、及び材料、並びに、サンプルの製造方法（焼成条件を含む）等については、上述した実施形態と同じであった。
【００９２】
この試験では、上記還元処理後の各サンプルについて、温度：７５０℃、電流密度：０．２５Ａ/ｃｍ２、燃料利用率：８０％、空気利用率：５０％でのスタック構造体全体での出力特性が測定され、その測定結果に基づいて、スタック構造体全体での発電効率が算出された。各サンプルについて、この算出結果がスタック構造体全体での発電効率の設計値（実験目標値）に達したか否かによって、発電効率の低下の有無が評価された。この評価結果は表１に示すとおりである。
【００９３】
表１から理解できるように、「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が交互に変化する態様」（水準３〜１０、Ｌ４＞０）では、「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が全て同じ態様」（水準１、２、Ｌ４＝０）と比べて、スタック構造体全体での発電効率が高くなる。これは、複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置を交互に変化させることによって、それぞれのセル間空間に供給される空気の量のばらつきが少なくなることに起因する、と考えられる。
【００９４】
更には、「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が交互に変化する態様」を備え、且つ、Ｌ３が１〜５ｍｍである場合では、Ｌ４が１〜３０ｍｍであり、且つ、Ｌ５が１〜１０ｍｍであると（水準３〜１０）、「複数のセル１００の空気マニホールド６００側の側端面の幅方向の位置が全て同じ態様」（水準１、２、Ｌ４＝０）と比べて、スタック構造体全体での発電効率が高くなることも見出した。
【００９５】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、図２０、及び、図２１に示すように、複数の円形の供給孔６１０が、ｚ軸方向に沿うように、ｚ軸方向において複数のセル間空間に対応する位置にそれぞれ独立して形成されているが、図２０、及び、図２１にそれぞれ対応する図２３、及び、図２４に示すように、供給孔６１０が、スタック状に整列する複数のセル１００のうちｚ軸方向における両端に位置するセル１００の間に亘って、ｚ軸方向に連続して延在する単一の長穴であってもよい。これによれば、スタックに対する空気マニホールド６００のｚ軸方向における相対的な組み付け位置にずれが生じた場合であっても、空気が、それぞれのセル間空間に向けて安定して供給され易くなる。
【００９６】
また、上記実施形態では、図２０に示すように、第１セル１００Ａの前記第２側（ｙ軸負方向側）の側端面が第２セル１００Ｂの前記第２側の側端面に対して幅方向（ｙ軸方向）における前記第１側（ｙ軸正方向側）に位置しているが、図２５に示すように、第１、第２セル１００Ａ、１００Ｂの前記第２側（ｙ軸負方向側）の側端面が幅方向（ｙ軸方向）において同じ位置にあってもよい。図２５に示す例では、第１壁８００は、一枚の平板状を呈しており、スタック状に整列した複数のセル１００のセルの幅方向における前記第２側（ｙ軸負方向側）の側端面のそれぞれに接触している。
【００９７】
また、上記実施形態では、空気マニホールド６００が燃料マニホールド２００の上壁に固定されているが、空気マニホールド６００がその他の部材に固定されていてもよい。また、第１壁８００、及び、一対の第２壁７００が燃料マニホールド２００の上壁に固定されているが、第１壁８００、及び、一対の第２壁７００がその他の部材に固定されていてもよい。
【００９８】
また、上記実施形態では、燃料マニホールド２００の上壁が複数のセル１００を支持するための支持板２１０を兼ねているが（即ち、支持板２１０が燃料マニホールド２００と一体で構成されているが）、燃料マニホールド２００の内部空間と複数のセル１００のガス流路１１とが連通する限りにおいて、支持板２１０が燃料マニホールド２００とが別体で構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１０…支持基板、１１…燃料ガス流路、２０…燃料極、４０…固体電解質膜、６０…空気極、Ａ…発電素子部、１００…セル、１００Ａ…第１セル、１００Ｂ…第２セル、２００…燃料マニホールド、２１０…支持板、２１１…挿入孔、３００…接合材、４００…集電部材、６００…空気マニホールド、６１０…供給孔、７００…第２壁、８００…第１壁
【要約】
【課題】それぞれのセル間空間に供給される空気の量のばらつきが少ない燃料電池のスタック構造体を提供すること。
【解決手段】燃料マニホールド２００の上壁の上に、複数のセル１００がｚ軸方向に沿ってスタック状に整列している。複数のセル１００に対して、セル１００の幅方向における第１側（ｙ軸正方向側）に、空気マニホールド６００が配置される。セル１００の幅方向における第１側の側端面が隣り合うセルの前記第１側の側端面に対して幅方向における前記第１側（ｙ軸正方向側）に位置する第１セル１００Ａと、セル１００の前記第１側の側端面が隣り合うセルの前記第１側の側端面に対して幅方向における前記第１側と反対の第２側（ｙ軸負方向側）に位置する第２セル１００Ｂと、が、ｚ軸方向に沿って、交互に、且つ、互いに離れて配置されている。
【選択図】図２０【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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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図１５】
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