(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）ベースプレートと、
（ｉｉ）前記ベースプレート上に載置された少なくとも１つの中温固体酸化物燃料電池スタックと、
（ｉｉｉ）エンドプレートと、
（ｉｖ）前記ベースプレートと前記エンドプレートとの間の前記少なくとも１つの燃料電池スタック上に圧縮力を加えるように構成されたクランプ手段と、
を備える中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリであって、
各燃料電池スタックは第１および第２端部を有し、各燃料電池スタックは前記ベースプレートと前記エンドプレートとの間に載置されて構成され、少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層ならびに
（ａ）前記ベースプレートと前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置された少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層、および
（ｂ）前記エンドプレートと前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置された少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層
の少なくとも１つを備え、
各電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層は、金属基板、前記金属基板上に載置されたアノード、電解質およびカソード層、ならびに金属インターコネクトプレート、前記金属基板と前記金属インターコネクトプレートとの間に位置する金属スペーサーを備え、酸化剤導入口から酸化剤排出口までの酸化剤流路、および燃料導入口から燃料排出口までの燃料流路を画定し、
各電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、電気化学的機能を行うことができないように構成され、金属基板、前記金属基板上に載置されたアノード、電解質およびカソード層、ならびに金属インターコネクトプレート、前記金属基板と前記金属インターコネクトプレートとの間に位置する金属スペーサーを備え、酸化剤導入口から酸化剤排出口までの酸化剤流路を画定する、中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項２】
各燃料電池スタックが少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層、ならびに
（ａ）前記ベースプレートと前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置された少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層、および
（ｂ）前記エンドプレートと前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置された少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層
の両方を備える、請求項１に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項３】
各燃料電池スタックが前記ベースプレートから前記エンドプレートへの方向に構成された、
（Ａ）第１の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層と
（Ｂ）前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層と、
（Ｃ）第２の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層と、
を備える、請求項２に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項４】
前記金属基板がシートまたはホイルから形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項５】
少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層が、前記燃料導入口から前記燃料排出口までの燃料流をブロックするように構成された金属スペーサーを備える、請求項４に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項６】
少なくとも１つの燃料電池スタック繰り返し層が隣接する燃料電池スタック繰り返し層を有し、前記少なくとも１つの燃料電池スタック繰り返し層がこれと前記隣接する燃料電池スタック繰り返し層との間の少なくとも１つの電気絶縁ガスケットをさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項７】
各燃料電池スタック繰り返し層が少なくとも１つの隣接する燃料電池スタック繰り返し層を有し、各燃料電池スタック繰り返し層と前記少なくとも１つの隣接する燃料電池スタック繰り返し層との間の少なくとも１つの電気絶縁ガスケットをさらに備える、請求項６に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項８】
（ａ）前記第１の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層と前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置されたエンドポール、および
（ｂ）前記第２の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層と前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置されたエンドポール
の少なくとも１つをさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの中温固体酸化物燃料電池スタックが平板型燃料電池スタックである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの中温固体酸化物燃料電池スタックを含有するフード容積を画定するフードをさらに備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項１１】
前記フードが前記ベースプレートに封着され、前記ベースプレートと前記フードとの間の前記フード容積を画定する、請求項１０に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項１２】
前記フードが前記エンドプレートにさらに封着され、前記ベースプレート、前記エンドプレートおよび前記フードの間の前記フード容積を画定する、請求項１１に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項１３】
（ａ）前記ベースプレートおよび前記少なくとも１つの燃料電池スタック、ならびに
（ｂ）前記エンドプレートおよび前記少なくとも１つの燃料電池スタック
の少なくとも１つの間に載置された熱および電気絶縁ガスケットをさらに備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項１４】
前記ベースプレートおよび前記エンドプレートが前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層から電気的に絶縁される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層と電気的に接触した第１および第２エンドポールをさらに備え、前記ベースプレートおよび前記エンドプレートが前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層から電気的に絶縁される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項１６】
前記第１エンドポールが前記ベースプレートに最も近い電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の一部である、請求項１５に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項１７】
前記第２エンドポールが前記エンドプレートに最も近い電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層に隣接する電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の一部である、請求項１５または１６に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項１８】
（ａ）燃料および酸化剤を前記中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリへのそれぞれの燃料導入口および酸化剤導入口に供給するステップと、
（ｂ）前記中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリを作動し、前記燃料を前記酸化剤で酸化させ、電気を生成するステップ
を含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリの作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は向上した燃料電池スタックアセンブリ構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、燃料電池スタック、燃料電池スタックアセンブリ、および熱交換器システム、構成および方法の教示は、当業者には周知であり、とくに国際公開第０２／３５６２８号、国際公開第０３／０７５８２号、国際公開第２００４／０８９８４８号、国際公開第２００５／０７８８４３号、国際公開第２００６／０７９８００号、国際公開第２００６／１０６３３４号、国際公開第２００７／０８５８６３号、国際公開第２００７／１１０５８７号、国際公開第２００８／００１１１９号、国際公開第２００８／００３９７６号、国際公開第２００８／０１５４６１号、国際公開第２００８／０５３２１３号、国際公開第２００８／１０４７６０号、国際公開第２００８／１３２４９３号、国際公開第２００９／０９０４１９号、国際公開第２０１０／０２０７９７号、国際公開第２０１０／０６１１９０号、および国際公開第２０１５／００４４１９号を含む。本明細書において参照されるすべての刊行物およびそれらの参考文献は、それらの全開示が本明細書に参照により組み入れられる。本明細書において用いられる用語の定義については、必要に応じて上記刊行物を参照することができる。とくに、本発明は、国際公開第２００７／０８５８６３号および国際公開第２００８／１０４７６０号において開示されるシステムおよび方法を向上させようとするものである。
【０００３】
燃料電池温度ばらつき、起動およびシャットダウン
起動、動的作動、およびシャットダウンの要求を満たす効果的な方法で作動する必要があるＳＯＦＣ（固体酸化物燃料電池）スタック、とくにＩＴ−ＳＯＦＣ（中温固体酸化物燃料電池）スタックを設計する際には、機械的、電気的および熱的設計における大きな課題に直面する。すべてのＳＯＦＣスタックの１つの特徴は、それらが作動する温度によりそれらの作動性能が影響され、よってそれらが作動する環境温度によりそれらが顕著に影響され得るということである。これは主に温度が、ＳＯＦＣ電気化学反応が起こる速度、ならびによって出力電圧、電流および効率の決定における重要な因子であるためである。
【０００４】
平板型ＳＯＦＣスタック構成において、電池のスタックは典型的には、スタックの１つの端部から（例えばベースプレート端部から）他の端部まで（例えばエンドプレート端部まで）積層方向に構成される。この構成において、いずれかの端部に配置された燃料電池／燃料電池スタック繰り返し層の作動性能は、ＳＯＦＣスタックの端部の温度により影響される。ＳＯＦＣスタックが作動時にその周囲とは異なる温度を有することは一般的である。燃料電池スタックにおける燃料電池の平板型構成とは、燃料電池の作動温度が直接隣接する層の温度により影響されることを意味する。ベースプレートおよびエンドプレートの比較的大きな熱質量は、典型的な起動中にはヒートシンクとして、典型的なシャットダウン中には熱源として作用し、作動中は燃料電池より熱動的に遅い。このように、隣接する燃料電池の作動温度は適宜低減または増加する。
【０００５】
燃料電池スタックアセンブリが起動後作動する際、燃料電池スタックが隣接する構成要素より高い温度で作動することは一般的であり、よってエンドおよびベースプレートはヒートシンクとして作用し、燃料電池スタックの端部の電池の作動温度を低下させることができる。これは燃料電池スタックの端部の燃料電池層のいくつかの温度を低減することができる。
【０００６】
よって、燃料電池スタックの中央の燃料電池の作動環境の温度は燃料電池スタックの端部の燃料電池の温度とは異なることが可能である。
【０００７】
この「端部効果」は、スタックの端部以外のものと比較される場合、スタックの端部の燃料電池の電気化学的な作動性能の低下（とくに、電圧低下）を引き起こし得る。これはひいてはスタックの全体的な効率を低減する。
【０００８】
燃料電池スタックの異なる部分（例えば（ａ）上部および底部、ならびに（ｂ）中央）における燃料電池間の温度のばらつきにより、燃料電池スタック内の個別の燃料電池の一連の異なる温度をもたらすため、スタック温度の制御も困難となり得る。よって、温度を最適化して最良の全体的な効率を達成するのは困難であり得る。
【０００９】
金属層が電流および熱エネルギーの効率的な導体である、金属支持ＳＯＦＣ設計において、これらの端部効果はかなりのものであり得る。よって、例えば、ＩＴ−ＳＯＦＣにおいて、中央電池と端部電池との間には８０℃の作動温度のばらつきがあり得る。例えば、１００個の層で構成され、定常状態作動点にある中央電池を備える金属支持ＩＴ−ＳＯＦＣスタックでは、中央電池と端部電池との間の温度差は、中央電池と端部電池との間に〜１５０ｍＶより大きな（以下の実験では、３４５ｍＶまでの）作動電圧差をもたらし得る。
【００１０】
燃料電池スタックにおける個別の燃料電池間の温度差が燃料電池スタック電圧および電力出力の問題を引き起こすだけでなく、「熱遅れ」の形態をとる問題にも直面し、燃料電池スタック構成要素（例えばベースプレートおよびエンドプレート）の熱質量（すなわち熱容量）が燃料電池構成要素に隣接する燃料電池と燃料電池スタックの内部（例えば中央）にある燃料電池との間で熱遅れ、およびよって性能のずれをもたらす。こうした熱遅れは急速起動（およびシャットダウンならびに作動時の動的変化）を阻害し、したがって、とくに例えば頻繁な電源のオン／オフを必要とし得る家庭用セントラルヒーティングシステム／ＣＨＰシステムにおいて望ましくない。例えば、代替電源（例えばバッテリー）の必要性を低減し、したがって関連システムコストを低減することができるため急速起動が大いに望ましい、補助電力装置および非常用発電機で同様の問題に直面する。
【００１１】
熱遅れは燃料電池スタックでは認識されている問題であり、例えば米国特許出願公開第２００３／０２１１３７９号により議論され、これは軽量燃料電池スタック圧力プレートおよび集電体プレート、ならびにまた集電体と圧力プレートとの間に固定された熱絶縁体を備えることを提案する。国際公開第２０１３／１６４５７３号も、燃料電池に存在する熱遅れの問題に言及し、スタックにおける最初および最後の燃料電池が過度な熱遅れなく均一に作動することを可能にする高電力ヒーターを用いることを教示する。こうしたヒーターの追加は、追加の構成部品、追加の測定および制御を必要とし、追加のヒーター電力消費に伴うコストの増加およびシステム効率の低下をもたらす。
【００１２】
このように、スタック高さにわたるより均一な電池作動温度を可能にし、（例えばスタックの１つの端部から他の端部までの、例えばスタックのベースプレート端部からスタックのエンドプレート端部までの）電池位置にかかわらず、スタックにわたるより均一な電池性能を可能にし、よって、とくにスタック起動およびシャットダウン時の、電池位置の電池性能とのカップリング（すなわち関連）を低減するスタック設計を有することが大いに望ましい。
【００１３】
スタック内の個別の燃料電池間の温度差を低減し、これにより出力電圧および／または電力レベルのばらつきを低減することにより、性能（とくに定常状態性能）またはコストに顕著な影響なく、スタックの起動、動的作動、冷却時にスタックにわたりより急速な熱バランスを達成することを可能にすることによる燃料電池スタックのより速い起動およびシャットダウンが可能となり得る。
【００１４】
他の刊行物としては、特開昭６２−２４１２６７号、特開平０７−２２０４９号、加国特許第２４２８９５９号、米国特許出願公開第２００４／２６５６６７号、米国特許出願公開第２００９／１４８７４６号、米国特許出願公開第２００６／１１０６４９号、米国特許出願公開第２０１０／２３３５６４号、米国特許出願公開第２００９／００４５３２号、特開２００７−２１３８８２号、特開２００７−２５０３３８号、特開２００８−１３０３５０号、特開２００８−２２６７１３号、欧州特許第２４２６７７２号、独国特許出願第１０２００７０６１０６１号、特開２０１０−０７３４４８号、中国特許第１０２４６８５１２号、韓国特許出願公開第２０１３００７５９９２号、欧州と挙第２７７５５５７号、特開平１０−２２８９１８号、および米国特許出願公開第２００３／２１５６９３号が挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
欧州特許第２４２６７７２号は、負荷を吸収し、他の燃料電池スタック層の電解質電極アセンブリへの損傷を低減し、隣接する改質器１６からのスタックの活性層の熱絶縁性を向上させることを意図して（段落[００１２]）、スタックの１つの端部に単一のダミー層８６を備える燃料電池スタック構成について開示する。ダミー層にわたる燃料流はブロックされ、電力取り出し（図８）はエンドプレート８８ａ、８８ｂからである。とりわけ、ダミー層はダミー電解質電極アセンブリを含む。ダミー電解質電極アセンブリまでまたはそれからの電流の流れは表面間金属接触による。製品の寿命中に関連金属表面には顕著な酸化および／または腐食が起こり、よってそれらの間の電気抵抗の顕著なまたは実質的な増加が起こる。このように、製品の寿命中にダミー層にわたる電気抵抗の顕著な増加が起こり、効率および電力出力の低下をもたらす。
【００１６】
本発明は、従来技術を向上させ、および／または従来技術の不利点の少なくとも１つを解決、克服もしくは軽減しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によると、
（ｉ）ベースプレートと、
（ｉｉ）前記ベースプレート上に載置された少なくとも１つの中温固体酸化物燃料電池スタックと、
（ｉｉｉ）エンドプレートと、
（ｉｖ）前記ベースプレートと前記エンドプレートとの間の前記少なくとも１つの燃料電池スタック上に圧縮力を加えるように構成されたクランプ手段と、
を備える中温固体酸化物燃料電池（ＩＴ−ＳＯＦＣ）スタックアセンブリが提供され、各燃料電池スタックは第１および第２端部を有し、各燃料電池スタックは前記ベースプレートと前記エンドプレートとの間に載置されて構成され、少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層ならびに
（ａ）前記ベースプレートと前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置された少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層、および
（ｂ）前記エンドプレートと前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置された少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層
の少なくとも１つを備え、
各電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層は、金属基板、前記金属基板上に載置されたアノード、電解質およびカソード層、ならびに金属インターコネクトプレートを備え、酸化剤導入口から酸化剤排出口までの酸化剤流路、および燃料導入口から燃料排出口までの燃料流路を画定し、
各電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、電気化学的機能を行うことができないように構成され、金属基板および金属インターコネクトプレートを備え、酸化剤導入口から酸化剤排出口までの酸化剤流路、および燃料導入口から燃料排出口までの燃料流路の少なくとも１つを画定する。
【００１８】
以下でより詳細に議論されるように、好適な実施形態において、各電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層は、前記金属基板と前記金属インターコネクトプレートとの間に配置された金属スペーサーをさらに備え、各電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、（ａ）前記金属基板と前記金属インターコネクトプレートとの間に配置された金属スペーサーをさらに備え、（ｂ）酸化剤導入口から酸化剤排出口までの酸化剤流路を画定する。より好適には、各電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、燃料導入口から燃料排出口までの燃料流路を画定しない。
【００１９】
典型的には、各電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層における燃料流路は、燃料導入口から、金属基板、金属インターコネクトプレートおよびいずれかの金属スペーサープレートの間で画定される容積を通って、燃料排出口までである。典型的には、各電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層における酸化剤流路は、酸化剤導入口から、金属基板および、例えば隣接する燃料電池スタック繰り返し層または電力取り出しプレート／エンドポールの、隣接するプレート、例えば隣接する金属インターコネクトプレートの間で画定される容積を通って、燃料排出口までである。
【００２０】
典型的には、各電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層における酸化剤流路は、酸化剤導入口から、金属基板および、例えば隣接する燃料電池スタック繰り返し層または電力取り出しプレート／エンドポールの、隣接するプレート、例えば隣接する金属インターコネクトプレートの間で画定される容積を通って、酸化剤排出口までである。
【００２１】
中温固体酸化物燃料電池（ＩＴ−ＳＯＦＣ）スタックアセンブリは、中温固体酸化物燃料電池（ＩＴ−ＳＯＦＣ）スタック構成と称することもできる。
【００２２】
以下で詳述されるように、本発明は性能の非常に顕著な向上を達成する−実験は、システムレベルの燃料消費の増加なく、総電力出力の約６％の増加、および個別の電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の作動電圧の差の顕著な低減を示した。この低減した作動電圧の範囲は、スタック電圧へのスタックの制御が簡略化されることを意味する。電池への損傷を防止するため特定の（安全な）電池作動電圧未満で固体酸化物燃料電池を作動しないことが好ましいことは知られる。各活性燃料電池スタック繰り返し層について６５０〜７５０ｍＶに設定された最小作動スタック電圧を有することは珍しくない。システム効率を増加させるため、より高い電池電圧で作動することが好ましい。電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層を組み込む燃料電池のスタックの場合と同様に、各繰り返し層の作動電圧が比較的類似する場合、すべての電池が最小電池電圧超で作動するようにスタック電圧を作動することがより簡単である。所定のスタック作動点について電池作動電圧間により大きな差がある対照的な状況について、燃料電池スタックへの損傷を防止するため、最小電圧、およびよってスタックから引き出すことができる電力の量は、最低電池作動電圧により限定される。以下で示される例において、電池電圧の偏差の低減および得られる平均電池電圧の増加は、同じ作動点についてスタックから６％多い電力を引き出すことができることを意味する。これは同じサイズのスタックについて顕著な電力上の利点を提供するが、この電力ポテンシャルの増加を用い、同じスタック電力定格についてスタックにおいて用いられる電気化学的に活性な燃料電池（すなわち電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層）の数を低減し、よってスタックのコストを低減することも可能である。
【００２３】
（電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の文脈において）「電気化学的機能を行うことができない」とは、各電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層が燃料電池スタックアセンブリの作動中に設計されたＳＯＦＣ電気化学反応を行うことができないことを意味する。好適には、電気化学変換による燃料の酸化から直接電気を生成することができない。よって、層は電気化学的に不活性となるように構成され、すなわち電気化学的機能を行うことができないように構成されると記載され得る。
【００２４】
各少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、「ダミー」または「バッファ」層と称することもできる。
【００２５】
燃料電池ベースプレートおよびエンドプレートは当技術分野において周知である。ベースプレートおよびエンドプレートに適した材料は、燃料電池スタックアセンブリ作動温度の範囲にわたりそれらの硬度を保持するものを含む。ＩＴ−ＳＯＦＣスタックについて、スタック作動温度は典型的には４５０〜６５０℃である。材料としては、これに限定されないが、ステンレス鋼３ＣＲ１２が挙げられる。
【００２６】
好適には金属基板および／または電力取り出しプレートは、ステンレス鋼、より好適にはフェライト系ステンレス鋼から製造される。
【００２７】
クランプ手段は、ベースプレート、エンドプレート、および少なくとも１つの燃料電池スタック上に力を加える。適切なクランプ手段は、例えば、ベースプレートおよびエンドプレートを一緒に引張り、よってそれらの間の構成要素、すなわち少なくとも１つの燃料電池スタック上に圧縮力を加えるように作用するタイボルト／タイバー／テンションロッドを含む。よって、圧縮力はベースプレートとエンドプレートとの間の構成要素上、すなわち少なくとも１つの中温固体酸化物燃料電池スタック上に加えられると言ってもよい。クランプ手段は当技術分野において周知であり、例えば国際公開第２００７／０８５８６３号において教示されるものを含む。他のクランプ手段は当業者には容易に明らかとなる。
【００２８】
タイバーは、特定の作動範囲および環境にわたり化学的および機械的に熱安定である材料から製造される。いくつかの例において、酸化物成長ならびに周辺の活性および不活性燃料電池スタック繰り返し層金属構成要素への短絡を防止するため、表面上に電気絶縁コーティングを備えることが望ましくあり得る。
【００２９】
各燃料電池スタックは、第１および第２端部、すなわち燃料電池スタックの対向する端部を画定する。よって、燃料電池スタックの第１端部はベースプレートに隣接または近接する端部とすることができ、第２端部はエンドプレートに隣接または近接する端部とすることができる。
【００３０】
各燃料電池スタックは、ベースプレートとエンドプレートとの間に載置されて構成される。以下で詳述されるように、追加の構成要素はベースプレートと燃料電池スタックとの間、およびエンドプレートと燃料電池スタックとの間に配置することができる。こうした構成要素としては、これらに限定されないが、電気絶縁ガスケット、熱絶縁ガスケット、インターコネクトプレート、エンドポール、モノポール、および電力取り出しプレートが挙げられる。よって、ベースプレートおよびエンドプレートは、少なくとも１つの燃料電池スタックにより直接接触される必要はない。ベースプレートと少なくとも１つの燃料電池スタックとの間、およびエンドプレートと少なくとも１つの燃料電池スタックとの間に追加の構成要素が存在する場合、ベースプレートおよびエンドプレートは、少なくとも１つの燃料電池スタックに近接、最近接または隣接すると考えられ得る。よって、好適には中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリは、前記ベースプレートおよび前記少なくとも１つの燃料電池スタックの少なくとも１つと、前記エンドプレートおよび前記少なくとも１つの燃料電池スタックとの間に載置された熱および電気絶縁ガスケットを備える。
【００３１】
よって、好適にはベースプレートおよびエンドプレートは、少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層から電気的に絶縁される。好適には、ベースプレートおよびエンドプレートは、少なくとも１つの中温固体酸化物燃料電池スタックから電気的に絶縁される。ベースプレートおよびエンドプレートの少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層からの電気的絶縁は、メンテナンスまたはテスト中に人間により最も接触されやすい燃料電池スタックアセンブリの構成部品が燃料電池スタックから電気的に絶縁されるという重要な安全上の利点を提供し、ベースプレートまたはエンドプレートに接触する他の電気伝導構成要素が電気的に活性となることを防止する簡単な方法であり、製品におけるこうした構成要素の効果的な安全接地を可能にする。
【００３２】
電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層および電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の構成は、３つの可能性、すなわち、
１．ベースプレート
少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層
少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層
少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層
エンドプレート
２．ベースプレート
少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層
少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層
エンドプレート
３．ベースプレート
少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層
少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層
エンドプレート
をもたらす。選択肢１が最も好ましい。
【００３３】
よって、好適には各燃料電池スタックは、少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層、ならびに、
（ａ）前記ベースプレートと前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置された少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層、および
（ｂ）前記エンドプレートと前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置された少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層
の両方を備える。
【００３４】
より好適には、各燃料電池スタックは、前記ベースプレートから前記エンドプレートへの方向に構成された
（Ａ）第１の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層、
（Ｂ）前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層、および
（Ｃ）第２の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層
を備える。
【００３５】
好適には、少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、燃料電池のアノード側にわたる燃料流をブロックするように構成される。以下の具体的な実施形態において示されるように、特定の実施形態において、これは燃料導入口から燃料排出口までの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層にわたる流路におけるブロックによりもたらされ（すなわち行われ）得、すなわち電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は燃料導入口および／または燃料排出口を備え得るが、電気化学的に不活性な燃料電池繰り返し層のアノード側にわたる導入口および／または排出口からの流れはブロックされる。例えば、こうしたブロックは、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層への燃料導入口に、またはこれにすぐ隣接して存在し得る。よって、こうした実施形態において、燃料は電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層から隣接する燃料電池スタック繰り返し層までのマニホールドを通過することが可能であり得る。よって、燃料はその底部で燃料電池スタックに入り、少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層におけるマニホールドを通過し、少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層まで移動する。同様に、こうしたブロックは電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の燃料排出口に、またはこれにすぐ隣接して存在し得る。
【００３６】
好適には、燃料電池スタック繰り返し層の燃料導入口は、燃料電池スタック燃料導入口から燃料電池スタック繰り返し層燃料導入口のそれぞれまでの流体流路を画定する燃料導入口マニホールドの一部である。好適には、燃料電池スタック繰り返し層の燃料排出口は、燃料電池スタック繰り返し層燃料排出口のそれぞれから燃料電池スタック燃料排出口までの流体流路を画定する燃料排出口マニホールドの一部である。よって、流体流路は、燃料電池スタック燃料導入口から燃料導入口マニホールドを通って燃料電池スタック繰り返し層燃料導入口まで、（こうした流路がブロックされていない）燃料電池スタック繰り返し層のアノード側にわたり燃料電池スタック繰り返し層燃料排出口まで、燃料排出口マニホールドを通って燃料電池スタック燃料排出口まで画定され得る。
【００３７】
好適には、燃料電池スタック繰り返し層の酸化剤導入口は開放マニホールド化される。あるいは、それらは燃料電池スタック酸化剤導入口から燃料電池スタック繰り返し層酸化剤導入口のそれぞれまでの流体流路を画定する酸化剤導入口マニホールドの一部であり得る。好適には、燃料電池スタック繰り返し層の酸化剤排出口は、燃料電池スタック繰り返し層酸化剤排出口のそれぞれから燃料電池スタック酸化剤排出口までの流体流路を画定する酸化剤排出口マニホールドの一部である。よって、開放マニホールド化された酸化剤導入口を備えるシステムについて、流体流路は、燃料電池スタック繰り返し層酸化剤導入口（すなわち開放マニホールド化された酸化剤導入口）から、（こうした流路がブロックされていない）燃料電池スタック繰り返し層のカソード側にわたり燃料電池スタック繰り返し層酸化剤排出口まで、酸化剤排出口マニホールドを通って燃料電池スタック酸化剤排出口まで画定され得る。あるいは、内部マニホールド化された酸化剤導入口を備えるシステムについて、流体流路は、燃料電池スタック酸化剤導入口から酸化剤導入口マニホールドを通って燃料電池スタック繰り返し層酸化剤導入口まで、（こうした流路がブロックされていない）燃料電池スタック繰り返し層のカソード側にわたり燃料電池スタック繰り返し層酸化剤排出口まで、酸化剤排出口マニホールドを通って燃料電池スタック酸化剤排出口まで画定され得る。
【００３８】
好適には、燃料電池スタック繰り返し層は、燃料導入口マニホールド、燃料排出口マニホールド、酸化剤導入口マニホールド（開放マニホールドまたは内部マニホールド）、および酸化剤排出口マニホールドを画定する。
【００３９】
よって、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層のアノード側にわたる流路がブロックされている実施形態において、流体流は、（ａ）燃料排出口もしくは燃料排出口マニホールドから、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層のインターコネクトおよび金属基板（およびいずれかの金属スペーサー）の間で画定される内部容積／空隙まで、または（ｂ）燃料導入口もしくは燃料導入口マニホールドから、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層のインターコネクトおよび金属基板（およびいずれかの金属スペーサー）の間で画定される内部容積／空隙までは可能でない場合があり得る。
【００４０】
あるいは、特定の実施形態において、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は燃料導入口を備えない場合があり得る。よって、こうした実施形態において、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層を通る燃料流は可能ではない。よって、こうした層はスタックへの燃料導入口に対向するスタックの端部で用いられる場合があり得る。例えば、スタックの上部の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は燃料排出口を備えない場合があり得る。よって、こうした層（またはこれより先の層）への燃料流はない。こうした層は燃料排出口も備えない場合があり、よって電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層へのいずれの排出燃料流も防止し得る。
【００４１】
あるいはまたはさらに、電気化学的に不活性なダミー燃料電池スタック層（少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層）は、
−非多孔質であり、これにより、燃料電池金属基板にわたり、例えばその上に載置されたアノード−電解質−カソード構造への燃料流を防止する、燃料電池金属基板を備え、および／または
−その上に載置されたアノード−電解質−カソード構造を有さない、燃料電池金属基板を備え得る。
【００４２】
好適には、少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層（例えば、すべての電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層）は、前記金属基板上に載置された安定な電気化学的に伝導性の層を備える。より好適には、これは前記金属基板上に直接、すなわち介在する層または材料なく、載置される。「安定な」とは、通常の作動条件下でその化学または物理特性が顕著に変化しない層を意味する。より好適には、カソード層は前記金属基板上に、より好適には非多孔質金属基板上に載置される。これはカソード材料が電気伝導性であり（電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層上で用いられ）、製品の寿命中に酸化状態の顕著なまたは実質的な変化が起こらず、これは製品の寿命中に電気抵抗の顕著なまたは実質的な増加が起こらないことを意味するので、とくに有益である。あるいは、前記金属基板上に載置された安定な電気化学的に伝導性の層はアノード層とすることができる。
【００４３】
以上で議論されたように、前記カソード材料は電気伝導性であり、こうした電気伝導層は熱絶縁性でもあり、すなわち熱的効果を緩衝し得る。前記カソードの代替材料を備えてもよい。前記代替材料は電気伝導、低熱伝導材料である。
【００４４】
電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層間の接触が電気伝導性である必要がない（以下で議論される）場合、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、前記金属基板上に載置された電気絶縁層を備え得る。より好適には、これは前記基板上に直接、すなわち介在する層または材料なく、載置される。このように、不活性層間の電気伝導性は防止することができ、すなわち不活性層は互いに電気的に絶縁することができる。こうした電気絶縁層は熱絶縁性でもあり得る。例えば、これは電気絶縁、高温ガスケット材料であり得る。
【００４５】
特定の実施形態において、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第１セット（すなわち、典型的にはベースプレートの、燃料電池スタックアセンブリへの燃料導入口と、電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットとの間に配置された、第１の少なくとも１つの電気的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層）への燃料導入口は、燃料が繰り返し層の他の側の酸化剤流の方向と逆に流れるように構成される。こうした電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第１セットは、燃料排出口を通って不活性燃料電池スタック繰り返し層から排出される燃料が電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットの燃料導入口へ供給されるように、マニホールド化することができる。よって、こうした電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第１セットにおける基板は、燃料および酸化剤流間の逆流熱交換器として作動することができる。ＳＯＦＣスタックにおいて、燃料が燃料電池スタックに入る前に燃料ガス供給が予備加熱されることは一般的であり、よってこの方法で不活性層を通って流れる場合、これは不活性層に加熱をもたらし、ベースプレートおよびエンドプレートの熱的効果をさらに緩衝することができる。
【００４６】
ベースプレートと少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の第１端部とベースプレートとの間にあると考えられ得る。少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層から離れた（すなわちベースプレートに近接する）少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の端部は、燃料電池スタックの第１端部を画定すると考えられ得る。
【００４７】
ベースプレートと少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層がない場合、ベースプレートに近接する少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の端部は、燃料電池スタックの第１端部を画定すると考えられ得る。
【００４８】
エンドプレートと少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の第２端部とエンドプレートとの間にあると考えられ得る。少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層から離れた（すなわちエンドプレートに近接する）少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の端部は、燃料電池スタックの第２端部を画定すると考えられ得る。
【００４９】
エンドプレートと少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層がない場合、エンドプレートに近接する少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の端部は、燃料電池スタックの第２端部を画定すると考えられ得る。
【００５０】
以上で詳述されたように、各電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層は、金属基板、金属基板上に載置されたアノード、電解質およびカソード層、ならびに金属インターコネクトプレートを備え、酸化剤導入口、酸化剤排出口、燃料導入口および燃料排出口を有し、酸化剤導入口から酸化剤排出口までの酸化剤流路、および燃料導入口から燃料排出口までの燃料流路を画定する。電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層は、「電気化学的に活性な金属燃料電池スタック繰り返し層」と称することもできる。
【００５１】
アノード、電解質およびカソード層はともに燃料電池を画定すると考えることができる。
【００５２】
好適には、少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のアノード、電解質およびカソード層は、ある厚さを有する。より好適には、複数の電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層がある場合、この厚さは各層において同じであり、または平均値の±２０％、より好適には±１０％、より好適には±５％以内で変動する。燃料電池について制御された厚さを有することは、（カソード材料から電流を回収する）燃料電池のカソード側の集電体を、例えば隣接する燃料電池スタック繰り返し層または電力取り出しプレート／エンドポールのインターコネクトの間の特定の距離の仮定に基づき製造することができるので、有益である。
【００５３】
好適には、少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のアノード、電解質およびカソード層は、５０〜２００ミクロン、より好適には８０〜１５０ミクロン、より好適には９０〜１００ミクロンの厚さを有する。好適には、アノード層は約２０ミクロンの厚さを有し、電解質層は約１５ミクロンの厚さを有し、カソード層は約６５ミクロンの厚さを有する。
【００５４】
好適には、燃料電池スタック酸化剤導入口は開放マニホールド化される。好適には、酸化剤排出口は内部マニホールド化される。
【００５５】
好適には、燃料電池スタック燃料導入口は内部マニホールド化される。好適には、燃料排出口は内部マニホールド化される。
【００５６】
好適には、金属基板はシートまたはホイルから形成される。より好適には、金属基板は一般的には平面または平板であり、より好適には平面である。これは例えば基板がその表面から突出する機構を有する製品に対して顕著な技術的利点を提供する−平面／平板金属基板の形成は簡単でわかりやすいプロセスであり、単に例えばホイルを所定のサイズに切断し、非多孔質領域により囲まれた多孔質領域を有する金属基板を画定するため、その一部を例えばレーザー穴あけにより穿孔することを必要とする。対照的に、それらから突出する機構を有する金属基板は複雑な多段階形成またはスタンピングプロセスを必要とする。例えば、スタンピングによる突出機構の形成は、必然的に突出部を画定する金属の薄化をもたらし、ひいては潜在的に突出部で金属基板の弱化をもたらし、および／またはスタンピングにより引き起こされる問題を低減するためより厚い金属基板材料を使用することになり、最終製品の材料コストおよび熱質量が増加し、したがって性能が損なわれる。
【００５７】
好適には、電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の金属基板は、非多孔質領域により囲まれた多孔質領域、多孔質領域上に堆積されたアノード、電解質およびカソード層を備える。よって、燃料流路に沿って通る燃料はアノード層まで多孔質領域を通過することができ、燃料電池アノードおよび電解質層と相互作用することができる。反応した燃料ガスは多孔質領域を通って戻ることができる。
【００５８】
好適には、多孔質領域は、金属基板の対向する面／表面間（すなわち第１および第２面／表面間）に延在する（すなわちその間で画定される）複数の穿孔／開口を備える。
【００５９】
特定の実施形態において、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の金属基板は、多孔質領域を備えず、より好適には非多孔質領域により囲まれた多孔質領域を備えない。
【００６０】
好適には、各燃料電池スタック繰り返し層は任意で、前記金属基板と前記金属インターコネクトプレートとの間に配置された金属スペーサーをさらに備える。スペーサーはマニホールド層またはマニホールドプレートとも称され得る。以下の具体的な実施形態において詳述されるように、金属インターコネクトプレート、マニホールドプレート、および金属基板の組み合わせは、それらの間の空隙を画定し、ともに燃料導入口から燃料排出口までの燃料流路を画定することができる。当然ながら、他の構成は当業者には容易に明らかとなる。
【００６１】
特定の実施形態において、燃料流路は、少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層において燃料導入口から燃料排出口まで画定されない。こうした実施形態において、燃料導入口はなく（もしくはいずれの燃料導入口もブロックされ）、よって空隙において画定される燃料流路はなく、または燃料流は空隙において燃料導入口から発生し得るが、（燃料導入口から離れた）燃料排出口は画定されず、もしくはいずれの燃料排出口もブロックされる。
【００６２】
金属スペーサーは、金属基板とインターコネクトとの間の空隙を画定し、これにより空隙におけるガスの低熱伝導性はこの点での熱伝導性を大幅に低減し、すなわち電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層にわたる熱伝導性を低減し、よって断熱層をもたらすと考えることができる。
【００６３】
断熱層は「熱バリア」、「熱バッファ」、または「熱緩衝」を有するものと称することもできる。
【００６４】
燃料流のブロックは、燃料電池マニホールドプレートへの適切な変更により容易に達成することができる。よって、少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、前記燃料導入口から前記燃料排出口までの燃料流をブロックするように構成された金属スペーサーを備え得る。他の燃料電池スタック繰り返し層構成要素（インターコネクト、基板、およびガスケット、等）は、電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のものと同じとすることができる。したがって、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の製造は、単に単一の構成要素（マニホールドプレート）を変更することにより容易に達成することができる。金属基板のレーザー穴あけならびにアノード、電解質およびカソード層の金属基板上への堆積のような他のステップを除外し、燃料電池スタックアセンブリ性能の顕著な向上を達成する構成要素の簡単で便利な低コストの製造プロセスをもたらすこともできる。
【００６５】
好適には、少なくとも１つの電気絶縁ガスケットは、各燃料電池スタック繰り返し層とその隣接する燃料電池スタック繰り返し層との間に配置される。あるいはまたはさらに、好適には、各燃料電池スタック繰り返し層は少なくとも１つの電気絶縁ガスケットをさらに備える。好適には、こうした少なくとも１つの電気絶縁ガスケットは金属インターコネクトプレートから離れた金属基板上、すなわち金属インターコネクトプレートと対向する側の反対側の金属基板上に載置される。ガスケットは、入口および出口側の燃料ガスならびに出口側の空気ガスのガスシールももたらす。
【００６６】
よって、好適にはアノード、電解質およびカソード層は金属基板の第１面上に載置され、少なくとも１つの電気絶縁ガスケットは同じ側の金属基板上に載置される。
【００６７】
よって、好適にはアノード、電解質およびカソード層は金属基板の第１面上に載置され、金属インターコネクトプレートはアノード、電解質およびカソード層の側と反対側の金属基板上に載置またはこれに結合もしくはそうでなければ付着（好適には融着、例えば溶接）される。
【００６８】
あるいはまたはさらに、好適には少なくとも１つの隣接する燃料電池スタック繰り返し層を有する各燃料電池スタック繰り返し層は、これと隣接する燃料電池スタック繰り返し層との間の電気絶縁ガスケットをさらに備える。
【００６９】
酸化剤流路は典型的には、基板と隣接する燃料電池スタック繰り返し層の金属インターコネクトプレート、または隣接する燃料電池スタック繰り返し層がない場合、追加の隣接する金属インターコネクトプレートとの間に形成される。金属基板上または第１繰り返し層の金属基板と隣接する繰り返し層の金属インターコネクトプレートとの間の少なくとも１つの電気絶縁ガスケットは、それらを分離し、よって酸化剤流路に必要な空隙を画定するように作用する。よって、酸化剤流路は構成要素が結合、接合、当接または並置される場合に画定される。
【００７０】
各電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、電気化学的機能を行うことができないように設計される。好適には、各電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、金属基板および金属インターコネクトプレートを備え、酸化剤導入口から酸化剤排出口までの酸化剤流路を画定する。
【００７１】
好適には、少なくとも１つの（例えば、各）電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、燃料導入口から燃料排出口までの燃料流路が画定されないように形成される。例えば、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層における機構は、燃料導入口から燃料排出口までの燃料流を防止（すなわちブロック）し得る。
【００７２】
あるいは、少なくとも１つの（例えば、各）電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、酸化剤導入口から酸化剤排出口までの酸化剤流路が画定されないように形成される。例えば、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層における機構は、酸化剤導入口から酸化剤排出口までの酸化剤流を防止（すなわちブロック）し得る。
【００７３】
あるいは、少なくとも１つの（例えば、各）電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、酸化剤導入口から酸化剤排出口までの酸化剤流路および燃料導入口から燃料排出口までの燃料流路の両方を画定し得るが、そうでなければ電気化学的に不活性であり得る。例えば、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、金属基板上に載置されたアノード、電解質およびカソード層を備え得るが、燃料がアノード層まで移動する流路を画定しない場合があり得る。
【００７４】
特定の実施形態において、少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の金属基板は多孔質領域を備えない。あるいはまたはさらに、特定の実施形態において、少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の金属基板は、その上に載置されたアノード、カソードおよび／または電解質層を有さない。
【００７５】
用いられる電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の数は、少なくとも１つの燃料電池スタックのベースプレートおよびエンドプレート端部で必要な熱緩衝によって決まる。例えば、１ｋＷスタックについて、実験は少なくとも１つの燃料電池スタックの各端部の２〜４つのこうした層がスタック高さにわたる熱勾配の最小化に対してコスト効果的な結果をもたらすことを確認した。これは以下の具体的な実施形態においてさらに詳述される。
【００７６】
よって、好適には燃料電池スタックアセンブリは、少なくとも１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは１０個の第１の電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層を備える。好適には燃料電池スタックアセンブリは、少なくとも１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは１０個の第２の電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層を備える。
【００７７】
より好適には、燃料電池スタックアセンブリは、２つ、３つまたは４つの第１および第２の電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層を備える。
【００７８】
用いられる電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の数は、必要な電力出力によって決まる。例えば、１ｋＷ電力出力を有する燃料電池スタックアセンブリについて、本発明の燃料電池スタックアセンブリは、各燃料電池の活性面積および電力密度に応じて９６〜１２０個の活性燃料電池スタック繰り返し層、５〜１２０個の活性燃料電池スタック繰り返し層、より典型的には７０〜１１０個の層を備え得る。例えば、活性燃料電池層当たり１０〜１５Ｗと仮定して、少なくとも９９、１００、１０５、１１０または１１５個の電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層を備え得る。より好適には、９９〜１１５個または１００〜１１０個の電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層を備え得る。より好適には、９９個の電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層を備え得る。
【００７９】
本明細書における燃料電池スタック電力出力は、燃料電池システム電力出力とは異なり、例えば制御手段および送風機等について、燃料電池システム自体により消費される電力を含まない。
【００８０】
好適には、燃料電池スタックは第１および第２電力取り出しプレート（負電力取り出しプレートおよび正電力取り出しプレート）をさらに備え、本明細書ではエンドポールとも称される。負電力取り出しプレートは「モノポール」とも称され、正電力取り出しプレートは「エンドポール」とも称される。
【００８１】
当然ながら、エンドポールは少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層と電気的に接触している。
【００８２】
第１電力取り出しプレート（すなわち第１エンドポール）は、燃料電池スタック第１端部に配置され得る。これは燃料電池スタック第１端部と電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットの隣接する端部（すなわち第１端部）との間、すなわち燃料電池スタック第１端部と最も近い電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置され得る。好適には、第１電力取り出しプレートは電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットの第１端部に配置される。
【００８３】
第２電力取り出しプレート（すなわち第２エンドポール）は、燃料電池スタック第２端部に配置され得る。これは燃料電池スタック第２端部と電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットの隣接する端部（すなわち第２端部）との間、すなわち燃料電池スタック第２端部と最も近い電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層との間に配置され得る。好適には、第２電力取り出しプレートは電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットの第２端部に配置される。
【００８４】
好適には、第１電力取り出しプレート（すなわちエンドポール）は、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第１セット（すなわち第１の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層）と電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセット（すなわち少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層）との間、例えば電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットの第１端部に配置される。好適には、第２電力取り出しプレートは、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第２セット（すなわち第２の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層）と電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットとの間、すなわち電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットの第２端部に配置される。このように、電流を電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第１および第２セットに通す必要がないので、電気回路の総電気抵抗は低減される。不活性電池を通過するスタック電流からもたらされる電力損失を削減するため、この構成は好ましい。
【００８５】
電流を１つ以上の電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層に通すには、電流を燃料電池スタック繰り返し層間の接触点を通して流すことが必要であり、とくに例えば金属接触表面上に形成される酸化物層で電気抵抗の問題に直面し得る。
【００８６】
さらに、ベースプレートおよびエンドプレート（すなわち端部プレート）で燃料電池スタック構成から電力を取り出すことは、スタック構成の端部が電気的に活性となる故障または設計のリスクをもたらす。エンドプレートが金属であり、周辺のフードが金属であるスタック設計において、いずれのこうした故障または設計も直接電気的短絡をもたらす。エンドポールをスタック層設計内（すなわち少なくとも１つの燃料電池スタック内）に配置することは、
（ｉ）人身傷害またはシステム故障を引き起こし得る特定の故障モードに対してスタック設計を向上させ、
（ｉｉ）導電性フード材料の使用を可能にし（よって適切な非導電性フード材料と比較してコストを低減し）、
（ｉｉｉ）スタック設計における接触に関連した電気的損失を低減する。
【００８７】
エンドポールの位置に応じて、不活性層間の接触のいくつかまたはすべては、エンドポールが少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層と電気的に接触するため電気伝導性である必要はない。よって、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットが複数の繰り返し層を備える場合、電力取り出しが起こった（すなわち少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層から少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層への方向でエンドポールまで到達した）後、不活性層間の接触は電気伝導性である必要はない。
【００８８】
好適には、例えばその回路上の負荷に対して、有用な電気的処理を行うため、第１および第２電力取り出しプレート（すなわちエンドポール）と中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリの外部の電力回路との間に電気接続部が備えられる。
【００８９】
特定の実施形態において、第１および第２電力取り出しプレート（すなわちエンドポール）は、燃料電池スタックにより生成される電力を電力回路に供給することを可能にするため、ベースプレートまで延在し、ベースプレート部材または機構（例えば、雄または雌部材、ソケット、開口部または凹部）と接合するアームを備える。当然ながら、ベースプレートが典型的には金属（すなわち電気伝導性）であり、第１および第２電力取り出し部が電気伝導性である場合、ベースプレートへおよび／または電力取り出し部間への短絡を回避するため、ベースプレートまたは第１および第２電力取り出し部のいずれかにおいて電気絶縁構成要素を備える必要があり、適切な構成要素は当業者には容易に明らかとなる。
【００９０】
よって、好適には中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリは：
（ａ）前記第１の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層および前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のいずれか１つまたはこれらの間に配置されたエンドポール、ならびに
（ｂ）前記第２の少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層および前記少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のいずれか１つまたはこれらの間に配置されたエンドポール
の少なくとも１つをさらに備える。
【００９１】
エンドポールは多数の物理的形態をとることができる。例えば、いくつかの実施形態において、それらは燃料電池スタック繰り返し層とは別の／異なる物理的プレート形態とすることができる。他の実施形態において、それらは燃料電池スタック繰り返し層への電気コネクタ、例えば、燃料電池スタック繰り返し層から、例えば繰り返し層金属インターコネクトプレートまたは金属基板から延びるアームのようなリムとすることができる。当然ながら、所望に応じて異なる形態のエンドポールを用いることができる。
【００９２】
特定の実施形態において、電力取り出しプレート（すなわちエンドポール）および／またはそれらの間の電気接続部ならびに外部回路は、第１電力取り出し部がベースプレートを通り、第２電力取り出し部がエンドプレートを通るように構成される。電力供給機構は関連構成要素において、例えばベースプレートおよびエンドプレートにおいて必要に応じて適切に備えることができる。電力取り出し部の他の構成／形態は当業者には容易に明らかとなる。
【００９３】
よって、好適には燃料電池スタックアセンブリは、少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層と電気的に接触した第１および第２エンドポール（すなわち電力取り出し部）をさらに備え、ベースプレートおよびエンドプレートは少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層から電気的に絶縁される。好適には、エンドポールは燃料電池スタック繰り返し層と物理的に接触し、またはこれから延在する。好適には、エンドポールは燃料電池スタック繰り返し層と融着される。
【００９４】
好適には、少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、好適には少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の金属基板上に載置されたアノード−電解質−カソード構造に対応する位置にある、金属基板上に載置された電気伝導材料を備える。これはカソード側にある、またはすなわち酸化剤導入口と酸化剤排出口との間の流体流路における、酸化剤側にあると記載することもできる。
【００９５】
好適には、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の電気伝導材料は、低熱伝導性を有する。
【００９６】
好適には、電気伝導材料の厚さは、電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のアノード、電解質およびカソード層と同じである。これは少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層において、少なくとも１つの電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層と同じ集電体を用いることができることを意味する。同時に、その材料は電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層にわたり熱絶縁をもたらし、すなわち熱緩衝／断熱層の形成を補助する。
【００９７】
これは（電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層を備える）燃料電池スタック全体を通して圧縮力の効果的な伝達を可能にし、電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層間の効果的な電気的接触が達成される。
【００９８】
金属基板中に多孔質領域がない電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の特定の実施形態において、少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の電気伝導材料はカソード材料である。カソード材料は好適には電気化学的に活性な燃料電池繰り返し層において用いられるような同じカソード材料であり、より好適には電気化学的に活性な燃料電池繰り返し層において用いられるような同じバルクカソード材料である。
【００９９】
代替の実施形態において、少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の電気伝導材料は、アノード、電解質およびカソード層である。
【０１００】
以前議論されたように、少なくとも１つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層が多孔質である燃料電池金属基板を備える場合、これは低熱伝導性、ならびに前記電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のアノード、電解質およびカソード層と等しい厚さを有する、電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層側の前記電気伝導材料をさらに備え得る。
【０１０１】
好適には、互いに電気的に接続した燃料電池スタック繰り返し層の金属構成要素はともに融着、例えば溶接される。例えば、燃料電池スタック繰り返し層の金属インターコネクトプレートおよび金属基板はともに融着され得、または金属インターコネクトプレート、金属スペーサー、および金属基板はともに融着され得る。よって、それらの間で表面間の接触抵抗の損失は発生せず、それらの間の電子流は主に融着／溶接経路を通る。
【０１０２】
好適には、前記少なくとも１つの中温固体酸化物燃料電池スタックは平板型燃料電池スタックである。
【０１０３】
好適には、燃料電池スタックアセンブリは、少なくとも１つの中温固体酸化物燃料電池スタックを封入するフード構成をさらに備える。よって、好適には前記中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリは、前記少なくとも１つの中温固体酸化物燃料電池スタックを含有するフード容積を画定するフードをさらに備える。フード構成については例えば国際公開第２００８／１０４７６０号において教示される。好適には、フード容積はベースプレート、エンドプレートおよびフードの間で画定される。
【０１０４】
好適には、フードはベースプレートに封着され、ベースプレートおよびフードの間の前記フード容積を画定する。好適には、フードはエンドプレートにさらに封着され、ベースプレート、エンドプレートおよびフードの間のフード容積を画定する。
【０１０５】
好適には、ベースプレートおよび／またはエンドプレートは、突出部またはその周囲に延在するスカート部のような機構を備え、これに対してフードを固定、載置または当接することができ、フードとベースプレートとの間およびフードとエンドプレートとの間のガスシールを（例えばガスシール溶接で）達成することができる。
【０１０６】
好適には、フードは電気伝導性である。より好適には、フードは金属フードである。これは、溶接を含む、既知の金属結合およびシール技術によるベースプレートのフードへの簡単で便利な付着を可能にするので、とくに有用である。これは以上で詳述されたような少なくとも１つの燃料電池スタックから電気的に絶縁したベースプレートを有する利点を強調する−これが少なくとも１つの燃料電池スタックから電気的に絶縁していない場合、（活性な）少なくとも１つの燃料電気スタックと電気的に接触し、その大きな露出表面積のため顕著な安全性のリスクならびに人間が接触する、および他の構成要素に接触し、これを短絡させるリスクをもたらすため、金属フードを用いることは可能でない。ベースプレートまたはエンドプレートが電気的に活性である設計においても、活性部分に接触するいずれの導電性構成要素もそれ自体が活性となる。活性燃料電池スタック繰り返し層をベースプレート、エンドプレートおよびフードから電気的に絶縁することにより、作動中の燃料電池スタックまたはその周辺での修理またはメンテナンスを行う人間を保護し、また製品における構成要素の簡単な接地をもたらす。
【０１０７】
好適には、ベースプレートおよびフードは、フード容積内にあるベースプレートの表面積および容積を最小化し、よってフード容積およびベースプレートにおける流体間の熱伝達の機会を最小化するように構成される。好適には、主にベースプレートの上部表面のみがフード容積内にある。好適にはベースプレートの側壁はフード容積内にはなく、フード容積内の流体流（すなわちガス流）は側壁まで延在しない。ベースプレートの側壁への流体流が完全に防止されない場合、好適にはこれは、例えばフードのベースプレートの側壁への近接性により、限定またはそうでなければ制限される。
【０１０８】
例えば、ガスシール溶接はフードとベースプレートとの間で形成することができ、フードはベースプレートの突出部またはスカート部等に当接する。こうしたスカード部または突出部はベースプレートのより低い部分にあり、すなわちその上に少なくとも１つの燃料電池スタックが載置される上部表面から離れ得る。ベースプレートの側壁を覆い、これに沿って延在するフードがある場合、追加のガスシール溶接は、ベースプレートの側壁とフードとの間のガス流を防止するため、ベースプレートとフードとの間でベースプレートの上部表面に向かって形成され得る。あるいは、ベースプレートとフードとの間の摩擦適合はベースプレート側壁とフードとの間のガス流を防止または最小化するのに十分であると考えられ得る。
【０１０９】
この構成はエンドプレートで行い、フード容積内にあるベースプレートの表面積および容積を最小化し、よってフード容積およびベースプレートにおける流体間の熱伝達の機会を最小化してもよい。
【０１１０】
この結果、ベースプレートおよびエンドプレートの全体はしたがってフード容積において作動温度を「見」ず、ベースプレートおよびエンドプレートは一般的にはより低温環境中にある。これは燃料電池スタック性能を、定常状態、起動およびシャットダウンを含むすべての段階で補助するのに役立つことができる。
【０１１１】
とくに、このベースプレートおよびエンドプレートの部分の作動温度の低減は、クランプ手段にとくに有用であり得る。例えば、クランプ手段がベースプレートおよびエンドプレートに付着したタイバーを備える場合、タイバーはベースプレートおよびエンドプレートに取り付けられてさえいればよい。したがって、例えばねじ山のような取り付け手段は、フード容積のより高い作動温度を見ず、したがってより低温環境において作動する。このより低温環境は、例えばタイバー材料の降伏点より低い温度であり得る。タイバーは、積層方向の少なくとも１つの燃料電池スタックと同じ膨張収縮率で熱機械的に作動するように設計し、よって中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリの作動範囲にわたって、タイバー張力、およびよって少なくとも１つの燃料電池スタックの圧縮を維持することができる。
【０１１２】
作動中、各燃料電池スタック繰り返し層は電流の流れおよび熱を生成する。本明細書において言及されるように、環境温度は電池の電力生成に影響を及ぼし、端部繰り返し層活性電池はスタックの中央にある繰り返し層電池より低い環境温度を見る傾向がある。
【０１１３】
以上で詳述されたように、電気化学的に不活性な燃料電池スタック層は、これらの不活性繰り返し層にわたる酸化剤（例えば空気）および／または燃料の流体流を可能にするように構成され、よって熱エネルギーの供給源をもたらす。これを行うことにより、これらの不活性繰り返し層は、活性層の端部で熱バッファ（すなわち断熱層）として作用する。
【０１１４】
好適には、起動時、導入酸化剤（空気）および／または導入燃料は、燃料電池スタックアセンブリに入る前に予備加熱器を通過し、これは加熱された空気および／または燃料を不活性燃料電池スタック繰り返し層にわたる流体流路に沿って通し、ひいてはそれらの加熱をもたらし、電気化学的に活性な層の端部で熱緩衝をもたらす。
【０１１５】
よって、好適には中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリは予備加熱器をさらに備える。同様に、導入酸化剤の加熱を行うため少なくとも１つの熱交換器を備えることができ、この加熱は作動のいずれの段階、例えば起動、定常状態および／またはシャットダウンでも行うことができる。適切な予備加熱器、熱交換器、バーナー、テールガスバーナー、燃焼器および構成は当技術分野において周知であり、例えば国際公開第２００８／１０４７６０号において教示される。
【０１１６】
よって、例えば、アセンブリは、排出ガス流と導入ガス流との間で熱を交換するように構成された、少なくとも１つの熱交換器をさらに備えることができる。排出ガス流は、例えば排出酸化剤流、排出燃料流、またはバーナーもしくは燃焼器排出流、例えばテールガスバーナー排出流であり得る。よって、少なくとも１つの熱交換器は、酸化剤または燃料導入口と排出口、例えば酸化剤排出口、燃料排出口、またはバーナー排出口との間に配置され得る。
【０１１７】
起動中、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、金属支持電池の動的モード加熱容量をエンドプレートのより大きな熱質量から分離し、よってより速い起動を可能にする。よって、電気化学的に不活性な層を電気化学的に活性な層とベースプレート／エンドプレートとの間に備えることは、それらを熱的にデカップリングするように作用し、すなわちベースプレートおよびエンドプレートの大きな熱質量、ならびにそれらの対応する高い熱慣性は低熱質量燃料電池および電気化学的に活性な繰り返し層からデカップリングされる。これはとくに追加の熱源が予備加熱器からの熱の形態でもたらされる場合に当てはまる。よって、少なくとも１つの電気化学的に不活性な繰り返し層に隣接または近接する電気化学的に活性な繰り返し層からの熱損失が低減されるだけでなく、加熱された酸化剤または燃料の導入口流は、少なくとも１つの電気化学的に不活性な繰り返し層の加熱をさらに行い、よって隣接または近接する電気化学的に活性な繰り返し層の加熱を行うことができる。
【０１１８】
ベースプレートおよびエンドプレート熱質量の時間遅れの効果の低減は、電気化学的に活性な電池の温度がより急速に、燃料電池材料の損傷または炭素堆積もしくは関連する炭素相互作用のリスクなく燃料電池作動を可能にするのに必要なレベルを超えることを可能にする。これはより急速な起動が必要である場合、または電力の顕著な段階的増加が必要である場合に有益であり得る。このデカップリング効果は、電池の損傷を防止するため活性燃料電池層の温度が特定の温度を下回る必要があり得る、シャットダウンを補助することができる。
【０１１９】
電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層は、起動および動的作動中のスタック端部の冷却効果も低減し、スタックの中央およびスタックの端部の活性繰り返し層間の作動環境温度差を低減する。活性燃料電池繰り返し層の作動温度の低下はその電池の作動性能に影響を及ぼし得、これは活性繰り返し層の作動電圧の低減として測定することができる。以下の実験において詳述されるように、ダミー層（電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層）なしではその差は３４５ｍＶと大きくなり得るが、ダミー層があるとこれは７５ｍＶ未満まで低減し得る。
【０１２０】
以下の実験データは、９９個の電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層を含有する比較燃料電池スタックで得られる−１つのスタックは電気化学的に不活性な繰り返し層を備えず、１つのスタックは活性スタックの各端部に３つの電気化学的に不活性な繰り返し層を備える。０．５ｋＷ出力で同じ見かけ定常状態作動点について、電気化学的に不活性な繰り返し層を備えるスタックは（電気化学的に不活性な繰り返し層を備えないスタックと比較して）平均スタック電圧の６％増加ならびに、電池電圧標準偏差の７０から８ｍＶまでの顕著な低減および電池電圧差の３４５から７１ｍＶまでの低減を示した。
【０１２１】
以下の具体的な実施形態において詳述されるように、本発明の燃料電池スタックアセンブリは、電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の平均電圧の増加、最大電圧の増加、最小電圧の顕著な増加、および標準偏差の減少を達成することができる。
【０１２２】
好適には、燃料電池スタックアセンブリは、ベースプレートと少なくとも１つの燃料電池スタックの第１端部との間に配置された少なくとも１つの電気絶縁（すなわち非電気伝導）ガスケットを備える。好適には、燃料電池スタックアセンブリは、少なくとも１つの燃料電池スタックの第２端部とエンドプレートとの間に配置された少なくとも１つの電気絶縁ガスケットを備える。
【０１２３】
好適には、少なくとも１つの電気絶縁ガスケットは熱絶縁性でもある。好適には、少なくとも１つの電気絶縁ガスケットはガスシールガスケットでもある。よって、好適には少なくとも１つの絶縁ガスケットは電気および熱絶縁ガスシールガスケットである。
【０１２４】
好適には、電気絶縁ガスケットは化学的に安定であり、スタック作動温度（より具体的には４５０〜６５０℃の温度範囲）で低いまたは無視できるクリープを有し、熱絶縁性であり、迎合的であり、燃料電池スタック構成部品寸法のばらつきの限られた許容差をもたらす。
【０１２５】
特定の実施形態において、燃料電池スタックアセンブリは、ベースプレートと少なくとも１つの燃料電池スタックの第１端部との間に配置された少なくとも２つ、３つ、４つまたは５つの電気絶縁ガスケットを備える。
【０１２６】
特定の実施形態において、燃料電池スタックアセンブリは、少なくとも１つの燃料電池スタックの第２端部とエンドプレートとの間に配置された少なくとも２つ、３つ、４つまたは５つの電気絶縁ガスケットを備える。
【０１２７】
電気絶縁ガスケットに適した材料としては、バーミキュライトおよびマイカ、好適にはマイカが挙げられる。供給業者としては、Ｆｌｅｘｉｔａｌｌｉｃ（ｗｗｗ．ｆｌｅｘｉｔａｌｌｉｃ．ｃｏｍ；Ｆｌｅｘｉｔａｌｌｉｃ  Ｌｔｄ．、英国）およびＧａｒｌｏｃｋ（ｗｗｗ．ｇａｒｌｏｃｋ．ｃｏｍ；ＥｎＰｒｏ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．、米国ノースカロライナ州）が挙げられる。
【０１２８】
好適には、エンドプレートはベースプレートと対向する（すなわち燃料電池スタック繰り返し層に面した）側に平面を有する。好適には、エンドプレートは圧縮手段に安定した硬い端部をもたらすように構成される。
【０１２９】
特定の実施形態において、それぞれエンドプレートを有する複数の燃料電池スタックはベースプレート上に載置される。特定の実施形態において、共通のエンドプレートを有する複数の燃料電池スタックはベースプレート上に載置される。特定の実施形態において、こうした複数の燃料電池スタックおよびエンドプレートの混合物が提供される。
【０１３０】
好適には、ＩＴ−ＳＯＦＣスタックアセンブリは、少なくとも１つの燃料電池スタック第１端部と少なくとも１つの燃料電池スタック第２端部との間に電気コネクタおよび電気負荷をさらに備え、電気回路を画定する。例えば、電気コネクタおよび電気負荷は電力取り出し部（エンドポール）の間にあり得る。
【０１３１】
好適には、燃料電池スタックアセンブリは、燃料側シールアセンブリ、酸化剤側シールアセンブリ、燃料電池スタック絶縁部、ならびに電気および制御／監視接続部の少なくとも１つをさらに備える。
【０１３２】
「燃料電池スタックシステムアセンブリ」の語は、本明細書において用いられる場合、システムエレクトロニクスを備える燃料電池スタックアセンブリを意味する。他の任意の構成要素としては、改質器（導入口燃料を改質する場合）、水回収システム、蒸気発生器ユニット、任意で熱交換器ストリームの１つの相変化に関与する少なくとも１つの熱交換器、システムエレクトロニクスおよびシステム制御手段、熱絶縁部、起動バーナー、テールガス燃焼器、ならびに複合起動およびテールガスバーナーが挙げられる。任意の構成要素は複合起動およびオフガスバーナーを含む。他の任意の構成要素は、少なくとも１つの酸化剤送風機、少なくとも１つの燃料送風機、酸化剤予備加熱器、および燃料予備加熱器を含む。
【０１３３】
好適には、燃料電池スタックアセンブリ、より好適には少なくとも１つの中温固体酸化物燃料電池スタックは、いずれかの隣接する改質器、バーナーまたは燃焼器、例えば起動バーナーまたはテールガス燃焼器から熱的に絶縁される。もちろん、こうした構成要素により加熱された流体（ガス）流によるこうした構成要素からの熱伝達はある。しかしながら、燃料電池スタックアセンブリ、より具体的には少なくとも１つの中温固体酸化物燃料電池スタックは熱的に絶縁し、それらからの直接熱伝達を低減することができる。
【０１３４】
よって、本発明によると、本発明による中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリを備える、燃料電池スタックシステムアセンブリも提供される。
【０１３５】
あるいは、本発明の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリは、上記燃料電池スタックシステムアセンブリ構成要素の少なくとも１つをさらに備えてもよい。
【０１３６】
本発明によると、本発明による中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリの作動方法も提供され、その方法は：
（ａ）燃料および酸化剤を前記中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリへのそれぞれの燃料および酸化剤導入口に供給するステップ、ならびに
（ｂ）前記中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリを作動し、前記燃料を前記酸化剤で酸化させ、電気を生成するステップ
を含む。
【０１３７】
好適には、前記酸化剤は加熱される。より好適には、前記酸化剤は起動バーナー、予備加熱器または燃焼器により起動時に加熱される。
【０１３８】
定義：
「システムエレクトロニクス」の語は、燃料電池スタックアセンブリまたはその近くにおいて、任意でともにまたは別々に配置された少なくとも１つのエレクトロニクスボードおよび／またはユニットがあり得る、制御エレクトロニクスおよび／またはいずれかのパワーエレクトロニクスを含む。
【０１３９】
「システム制御手段」の語は、ガスおよび流体制御弁およびポンプ、空気送風機ユニット、ならびに安全装置を含む。
【０１４０】
とくに文脈で指示のない限り、「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」等の語は、網羅的ではなく、包括的な意味で、すなわち「これらに限定されないが、〜を含む」という意味で解釈されるものである。その語はさらなる構成要素が存在しない実施形態を含む。
【０１４１】
「酸化剤排出口」およびこれを通って流れる酸化剤は「カソードオフガス」とも称することができる。同様に、「燃料排出口」およびこれを通って流れる排出燃料は「アノードオフガス」と称することができる。
【０１４２】
本発明の特定の好適な態様は添付の独立項において記載される。従属項からの機構の組み合わせは、単に特許請求の範囲において明記されるものだけでなく、望ましい適切な独立項の機構と組み合わせてもよい。
【０１４３】
その最適な態様を含む、本発明の実施可能な程度の開示は、当業者に、本明細書の残部においてより具体的に説明される。ここで本発明の実施形態が詳細に参照され、その１つ以上の実施例が以下に記載される。各実施例は、本発明の限定ではなく、本発明の説明のために提供される。図面は下記のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】燃料電池スタックアセンブリの分解図を示す。
【図２】そのフードを備える図１の燃料電池スタックアセンブリの分解図を示す。
【図３】図２の燃料電池スタックアセンブリの上部等角図を示す。
【図４】図２の燃料電池スタックアセンブリの底部等角図を示す。
【図５】電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の分解図を示す。
【図６】電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の分解図を示す。
【図７】代替の電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の分解図を示す。
【図８】実施形態３の燃料電池スタックアセンブリの分解図を示す。
【図９】（Ａ）燃料電池スタックにおける電気化学的に活性な繰り返し層の上部および底部に３つの電気化学的に不活性な「バッファ」繰り返し層を備える、ならびに（Ｂ）燃料電池スタックにおける電気化学的に活性な繰り返し層の上部または底部にいずれの電気化学的に不活性な「バッファ」繰り返し層も備えない、９９層スタックにおける電池電圧の比較を示す。Ｘ軸は電池層を示し、Ｙ軸は電池電圧（ｍＶ）を示す。太い黒色の実線（約７９０ｍＶで開始）は「バッファ不活性層あり」である。太い黒色の破線（約６００ｍＶで開始）は「バッファ不活性層なし」である。黒色の破線（約１８０ｍＶで開始）は「差」である。細い黒色の実線（約８４０ｍＶで開始）は「バッファ不活性層あり平均」である。細い黒色の破線（約８１０ｍＶで開始）は「バッファ不活性層なし平均」である。
【図１０】実施形態１および図１の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリの例示的な断面図を示す。
【図１１】実施形態３および図８の中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリの例示的な断面図を示す。
【図１２】電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の例示的な断面図を示す。
【図１３】電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の例示的な断面図を示す。
【図１４】電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の例示的な断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０１４５】
本明細書において用いられる参照符号のリストは、具体的な実施形態の最後に提供される。本明細書および図面における参照符号の繰り返し使用は、同じまたは類似する機構または要素を表すことを意図する。
【０１４６】
本発明の範囲から逸脱することなく、本発明においてさまざまな変更および変形を行うことができることは、当業者には明らかとなる。例えば、１つの実施形態の一部として記載される機構は別の実施形態上で用い、またさらなる実施形態をもたらすことができる。よって、本発明はこうした変更および変形を添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物の範囲内に入るものとして含むことが意図される。
【０１４７】
例示目的のみのため、図面は単一の燃料電池または単一の燃料電池スタック繰り返し層を示すのみであり得る。さまざまな実施形態（図示せず）において、複数の燃料電池が提供される。さまざまな実施形態（図示せず）において、複数の燃料電池スタック繰り返し層が提供される。さらなる実施形態（図示せず）において、複数の燃料電池スタックが提供され、またさらなる実施形態において、それぞれ複数の燃料電池を備える複数の燃料電池スタックが提供される。アノードおよびカソード入口、出口（オフガス）、ダクト、マニホールド、および温度センサならびにそれらの構成はこうした実施形態に適切に変更されることが理解され、当業者には容易に明らかとなる。
【０１４８】
下記の実施形態において、空気が酸化剤として用いられる。別の場所におけるいずれの「酸化剤」もしたがって下記の実施形態における「空気」と解釈することができ、逆もまた同様である。
【０１４９】
実施形態１
この実施形態は、国際公開第２００７／０８５８６３号に基づく変更された圧縮システム、ならびに国際公開第２００８／１０４７６０号に基づく変更されたフード構成ならびに燃料電池およびマニホールド構成を使用する。予備加熱器／起動バーナーおよび熱交換器は一般的には国際公開第２００８／１０４７６０号において教示されるとおりである。
【０１５０】
図１に示されるように、中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ１０は、
（ｉ）ベースプレート２０と、
（ｉｉ）ベースプレート２０上に載置された中温固体酸化物燃料電池スタック３０と、
（ｉｉｉ）エンドプレート４０と、
（ｉｖ）ベースプレート２０とエンドプレート４０との間の燃料電池スタック３０上に圧縮力を加えるように構成されたクランプ手段５０と、
を備える。
【０１５１】
ベースプレート２０およびエンドプレート４０はステンレス鋼３ＣＲ１２から製造される。
【０１５２】
燃料電池スタック３０は第１および第２端部３１、３２を有し、ベースプレート２０とエンドプレート４０との間に載置されて構成され、ベースプレート２０からエンドプレート４０への方向に構成された、
（ａ）３つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０の第１セット６０と、
（ｂ）電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層９０のセット８０と、
（ｃ）３つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０の第２セット１００と、
を備える。
【０１５３】
各電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層９０は、１つの燃料電池９１を備える（図示しない他の実施形態において、各電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層９０は複数の燃料電池９１を含有する）。各燃料電池９１は、金属基板１１０上に載置され、金属基板非多孔質領域１１０Ｂにより囲まれた金属基板多孔質領域１１０Ａを覆う、アノード１２０、電解質１３０およびカソード１４０を備える。金属基板１１０は電気伝導金属インターコネクトプレート１５０上に載置され、燃料流のマニホールドをもたらす。
【０１５４】
各燃料電池スタック繰り返し層７０、９０は電気絶縁ガスシールガスケット４３０、４４０も備える。
【０１５５】
第１燃料電池スタック繰り返し層９０または７０の金属基板１１０は、電気絶縁ガスケット４３０、４４０により（例えば、第２の隣接する燃料電池スタック繰り返し層９０または７０の）隣接する金属インターコネクトプレート１５０との直接電気的接触が防止される。酸化剤流路１６０は、各第１燃料電池スタック繰り返し層９０、７０のそれぞれの金属基板１１０と（例えば、第２の隣接する燃料電池スタック繰り返し層９０または７０の）隣接する金属インターコネクトプレート１５０との間で画定され、開放マニホールド化された酸化剤導入口１７０から内部マニホールド化された酸化剤排出口１８０まで通る。
【０１５６】
燃料流路１９０は、金属基板１１０と金属インターコネクトプレート１５０との間で内部マニホールド化された燃料導入口２００から内部マニホールド化された燃料排出口２１０まで画定される。
【０１５７】
各電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０は、電気化学的機能を行うことができないように構成され、金属基板２２０および金属インターコネクトプレート１５０を備え、酸化剤導入口１７０から酸化剤排出口１８０までの酸化剤流路１６０を画定する。
【０１５８】
ベースプレート２０は酸化剤導入口２６０、燃料導入口、酸化剤排出口２８０および燃料排出口２９０を組み込む。ベースプレート２０は、タイバー３１０のねじ付き端部３１０Ａ、３１０Ｂ（ねじ切り図示せず）を受容するように構成された４つのねじ付き凹部３００のセットも組み込む。
【０１５９】
タイバー３１０は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（ＲＴＭ）Ｃ−２７６（Ｈａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．、ｗｗｗ．ｈａｙｎｅｓｉｎｔｌ．ｃｏｍ）から製造され、短絡を防止するため電気絶縁コーティングを有する。タイバー３１０の他の適切な材料は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（ＲＴＭ）合金７１８（Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；ｗｗｗ．ｓｐｅｃｉａｌｍｅｔａｌｓ．ｃｏｍ）を含む。
【０１６０】
タイバー３１０のねじ付き端部３１０Ａはベースプレート２０におけるねじ付き凹部３００にねじ込まれる。タイバー３１０はベースプレート２０と直交し、燃料電池スタック３０のアセンブリのガイドとして作用する。
【０１６１】
燃料電池スタック３０構成要素を組み立て中それらがタイバー３１０上（とくに、タイバー３１０のねじ付き端部３１０Ｂ上）を滑る際の損傷から保護するため、ねじ付き保護装置（「弾丸状端部ねじ保護装置」）４２０はタイバー３１０のねじ付き端部３１０Ｂ上にねじ込まれ、燃料電池スタック３０の組み立て中に燃料電池スタック３０構成要素（例えば繰り返し層７０および９０）がタイバー３１０上を簡単に通ることを可能にする。
【０１６２】
以下で詳述されるように、燃料電池スタックアセンブリ１０は、９９個の電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層９０、および（３つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第１セット６０、および３つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第２セット１００として）６つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０を備え、約１Ｋｗの持続的な電力出力を達成することができる。より少ない燃料電池スタック繰り返し層７０、９０を備える（例えば、２０個未満の電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層９０を有する）燃料電池スタックアセンブリでの他の実施形態（図示せず）において、適切な材料は、Ａｐｔｉｃｏｔｅ  ８００（Ｐｏｅｔｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｌｔｄ、英国；ｗｗｗ．ｐｏｅｔｏｎ．ｃｏ．ｕｋ）または同等のアルミナ系コーティングでコーティングされたＩｎｃｏｎｅｌ（ＲＴＭ；Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、米国）タイバーも含む。
【０１６３】
ベースプレート２０は一般的には、その上に燃料電池スタック３０が載置された平面の上部表面２０Ａを有する。電気および熱絶縁マイカ系ガスケット３２０はベースプレート２０の上部表面２０Ａ上に載置され、ベースプレート２０とその上に配置された燃料電池スタック層との間に電気および熱絶縁をもたらす。
【０１６４】
３つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０の第１セット６０は次に、電気および熱絶縁ガスケット３２０の上に配置される。以上で詳述されたように、各電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０は、金属基板２２０、金属インターコネクトプレート１５０、およびそれらの間の不活性燃料電池スペーサー１５１を備える。電気絶縁ガスシールガスケット４３０、４４０も備える。
【０１６５】
以上で詳述されたように、酸化剤流路２３０は酸化剤導入口２４０から酸化剤排出口２５０まで画定される。
【０１６６】
不活性燃料電池スペーサー１５１は（金属基板２２０とインターコネクトプレート１５０との間で燃料排出口２１０に向かって画定される空隙２２０Ａにわたる燃料流を可能にする）燃料導入口２００を備えない。代わりに、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０の隣接する構成要素（基板２２０およびインターコネクト１５０）の間の燃料流を可能にしながら空隙２００Ａへの燃料流を防止する燃料ガス流マニホールド２００Ａを備える。
【０１６７】
電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層９０の金属基板１１０とは異なり、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０の金属基板２２０は、多孔質領域１１０Ａを備えず、アノード１２０、電解質１３０およびカソード１４０層を備える燃料電池９１を有さない。
【０１６８】
負電力取り出しプレート３３０は次に、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０の第１セット６０の上に配置され、そこから延在し、ベースプレート２０におけるベースプレート電力供給部３４０に接合する負電力取り出し部３３１を有する。
【０１６９】
負電力取り出しプレート３３０はグレード４４１のようなフェライト系ステンレス鋼から製造される。厚さは２００ミクロンである。
【０１７０】
定格ＩＴ−ＳＯＦＣ作動に適切な金属は当業者には容易に明らかとなる。
【０１７１】
他の実施形態において、電力取り出しプレートは２００〜５００ミクロンの厚さを有する。
【０１７２】
電気絶縁ガスシールガスケット４３０、４４０は、負電力取り出しプレート３３０の上に配置され、その後の燃料電池スタック繰り返し層７０、９０の金属インターコネクトプレート１５０の下側集電体突出部１５０Ａに十分な空間をもたらす。
【０１７３】
９９個の電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層９０のセット８０は次に、モノポール３３０の上に配置される。各電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層９０は、金属インターコネクトプレート１５０、電気化学的に活性な燃料電池スペーサー１５２、金属基板１１０、金属基板１１０上に載置されたアノード、電解質およびカソード層（それぞれ１２０、１３０、１４０）を有する燃料電池９１を備える。
【０１７４】
酸化剤流路１６０は排出酸化剤導入口１７０から酸化剤出口１８０まで画定される。
【０１７５】
電気化学的に活性な燃料電池スペーサー１５２は燃料導入口２００を備え、金属基板２２０と金属インターコネクトプレート１５０との間で燃料排出口２１０に向かって画定される空隙２２０Ａにわたる燃料流を可能にする。よって、燃料流路１９０は燃料導入口２００から燃料排出口２１０まで画定される。
【０１７６】
エンドポール３５０は次に電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層９０のセット８０の上に配置され、そこから延在し、ベースプレート２０におけるベースプレート電力供給部３６０に接合する、正電力取り出し部３５１を有する。
【０１７７】
３つの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０の第２セット１００は次にエンドポール３５０の上に配置され、燃料電池スタック第２端部３２を画定する。
【０１７８】
電気および熱絶縁ガスケット３７０は次に燃料電池スタック第２端部３２の上に配置される。電気および熱絶縁ガスケット３７０は電気および熱絶縁ガスケット３２０のとおりであり、電気および熱絶縁の両方をもたらす（すなわち限られた熱伝導性を有する）。
【０１７９】
フード４００は次に燃料電池スタック３０上に、ベースプレート２０の外側および周囲に延在するスカート部２０Ｂに当接するように配置される。
【０１８０】
エンドプレート４０は電気および熱絶縁ガスケット３７０の上に配置される。
【０１８１】
制御された一軸プレス（図示せず）を用い、燃料電池スタック３０上にエンドプレート４０とベースプレート２０との間で所望の圧縮力を加え、よって構成要素間で必要なガスシールおよび熱伝導性を達成する。この状態において、燃料電池スタックアセンブリ１０の圧縮高さ（すなわちベースプレート２０からエンドプレート４０までの距離）が達成される。
【０１８２】
必要な圧縮が達成されると、これは制御された一軸プレスにより保持され、弾丸状端部ねじ保護装置４２０はタイバー３１０のねじ付き端部３１０Ｂから取り外され、ロッキングドームナット３９０およびワッシャー３８０はタイバー３１０のねじ付き端部３１０Ｂ上に配置される。ロッキングドームナット３９０を締め付け、圧縮高さを維持する。一軸プレスにより生成される圧縮はその後除去される。
【０１８３】
ロッキングドームナット３９０の締め付け度を確認し、クランプ手段５０による第１圧縮力吸収により生成されるいずれかの初期引張緩和を補正することが望ましい場合、圧縮力は一軸プレスおよびいずれかの必要な測定／変更により再印加することができる。
【０１８４】
タイバー３１０はエンドプレート４０を通って延在し、ワッシャー３８０およびロッキングドームナット３９０は次にタイバー３１０のねじ付き端部上に配置される。ロッキングドームナット３９０を締め付け、圧縮力を加える。
【０１８５】
このように、クランプ手段５０は、ベースプレート２０のねじ付き凹部３００、タイバー３１０、およびロッキングドームナット３９０を備える。
【０１８６】
エンドプレート４０は、エンドプレート４０の外側および周囲に延在するスカート部４０Ａも備える。エンドプレート４０が電気および熱絶縁ガスケット３７０の上に配置され、クランプ手段５０が燃料電池スタック３０に圧縮力を加える場合、フード４００はスカート部４０Ａに当接する。
【０１８７】
フード４００はベースプレート２０およびエンドプレート４０に溶接され、ガスシールをもたらす。フード容積４１０はベースプレート２０、エンドプレート４０およびフード４００の間で画定される。
【０１８８】
負電力取り出し部３３１および正電力取り出し部３５１は、それらとベースプレート２０との間に電気的接触がないように、ベースプレート２０を通過する。これは電気絶縁インサート（図示せず）の使用により達成される。これらのインサートは、燃料電池スタック作動温度の範囲にわたって気密であり、化学的に不活性である。
【０１８９】
この製造段階では、燃料電池スタックアセンブリ１０について電気およびガス流の確認が行われ、アセンブリ適合性が確認される。
【０１９０】
以上の説明から理解されるように、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０は、燃料導入口から燃料排出口までの燃料流路を画定せず、したがってそれらにわたるいずれの燃料流もあり得ない。これはひいては、電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層９０において見られるその他の構成要素または構造の存在に関係なく、燃料電池スタック繰り返し層７０は電気化学的に不活性であることを意味する。
【０１９１】
電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０は本明細書において「ダミー電池」とも称される。
【０１９２】
作動中、起動時に予備加熱器（図示せず）が用いられ、入口酸化剤を加熱し、これを電気化学的に不活性な繰り返し層７０および電気化学的に活性な繰り返し層９０の両方に通し、電気化学的に活性な繰り返し層９０を作動温度まで上げるためそれらの加熱を行い、電気化学的に活性な繰り返し層９０からの熱損失も低減する。
【０１９３】
熱交換器（図示せず）は排出流体／ガスから入口流体／ガスへの熱伝達を行う。とくに、熱交換は排出ガスと導入酸化剤との間で起こり、加熱された酸化剤の酸化剤導入口１７０への供給をもたらす。
【０１９４】
実施形態２
この具体的な実施形態において、一般的な燃料電池スタックアセンブリ１０は実施例１のとおりである。しかしながら、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層１００の第２セットの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０はそれらにおけるいずれの燃料流も防止するように変更される。
【０１９５】
この実施形態において、不活性な燃料電池スペーサー１５１は不活性な燃料電池スペーサー１５１Ａで置き換えられる。
【０１９６】
図７からわかるように、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層１５１Ａはいずれの燃料マニホールドも備えず、すなわち燃料ガス流マニホールド２００Ａを備えず、燃料排出口２１０を備えない。
【０１９７】
これらの繰り返し層１５１Ａは電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層８０Ｂのセットの第２端部の先にあるため、燃料はそれらを通って電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層まで流れる必要はない。したがって、それらの燃料マニホールドの欠如は燃料電池スタックアセンブリ１０の性能に悪影響を及ぼさない。
【０１９８】
実施形態３
この具体的な実施形態において、構成部品は一般的には実施形態１のとおりである。しかしながら、図８に示されるように、負電力取り出しプレート３３０および正電力取り出しプレート３５０はそれぞれ燃料電池スタック第１端部３１と電気および熱絶縁ガスケット３２０との間、ならびに燃料電池スタック第２端部３２と電気および熱絶縁ガスケット３７０との間に配置される。
【０１９９】
実施形態４
この具体的な実施形態において、構成部品は実施形態１のとおりであり（実施例２または３のとおりでもあり得）、フード４００は燃料電池スタック３０上に配置され、ロッキングドームナット３９０が適用された後、ベースプレート２０およびエンドプレート４０に封着される。ベースプレート２０およびエンドプレート４０の機構ならびに／またはフード４００の寸法および機構は適宜変更される。ガスシールは前記実施形態のとおり、ベースプレート２０およびエンドプレート４０の対応する縁部機構への気密溶接で達成される。
【０２００】
さまざまな実施形態
電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層の説明図が図１２に示される。図１３は、不活性燃料電池マニホールドプレート１５１を備える電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の説明図を提供する。図１４は、金属基板１１０が多孔質領域１１０Ａを有さず、（アノード、電解質およびカソード層１２０、１３０、１４０を有する）燃料電池９１を備えない、代替の電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の説明図を提供する。他の燃料電池スタック繰り返し層へのマニホールドは図示されない。
【０２０１】
さまざまな実施形態において、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層７０の金属基板２２０は、電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層９０のアノード、電解質およびカソード層１２０、１３０、１４０と同じ厚さのバルクカソード材料の層を備える。
【実施例】
【０２０２】
実施例１
燃料電池スタックアセンブリにおける電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の組み込みの効果を測定するため、第１および第２中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリから比較データを得た。
【０２０３】
第１中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ（「バッファ不活性層あり」とも称される）は実施形態１（上記）のとおりである燃料電池スタックアセンブリである。
【０２０４】
第２中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ（「バッファ不活性層なし」と称される）は、いずれの電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層も備えず、すなわち電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第１セットを備えず、電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第２セットを備えない以外、第１中温固体酸化物燃料電池スタックアセンブリと同じである。
【０２０５】
実験において、両方のスタックアセンブリを、同じ周辺機器装置および同じ試験／測定装置を備えるトールスタックテストスタンド上で同じ定常状態条件下で作動させた。両方のスタックアセンブリへの燃料および酸化剤供給は同じであり、燃料は水蒸気改質天然ガスであった。燃料電池スタックにわたる外部電気負荷は０．５ｋＷであった。
【０２０６】
標準的な起動手順後、両方のスタックを定常状態条件で４８時間、見かけ０．５ｋＷ試験点で作動させた。スタック電圧を全試験期間中モニターした。
【０２０７】
定常状態結果の概要を表１（以下）に示す。詳しい定常状態結果を図９に示す。
【０２０８】
結果からわかるように、平均繰り返し層電圧の顕著な増加がある。最大繰り返し層電圧も顕著に増加し、最小繰り返し層電圧の極めて実質的かつ顕著な増加および対応する繰り返し層電圧の範囲の低減がある。繰り返し層電圧の標準偏差は相応して低減される。
【０２０９】
全体として、これは燃料電池スタック性能の非常に顕著な向上に対応する。
【０２１０】
とりわけ、燃料電池スタックの端部に繰り返し層を有する燃料電池はより良好に作動するため、より多くの燃料を消費することができ、スタックから排出される未使用の燃料がより少なくなり、燃料電池スタックの電気効率の１〜２％の増加をもたらし、これは全体的なシステム効率を向上させる。
【０２１１】
試験システム構成は、ダミー繰り返し層を備えない燃料電池スタックについて見かけ０．５ｋＷ電力出力試験点で設定され、固定電流負荷で、スタックおよび電池電圧をモニターしながら作動させた。ダミー繰り返し層を備える燃料電池スタックについて（同じ固定電流負荷を含む）同じシステム構成を用い、電力出力の変化を同じ電流測定点で変化した電池電圧の関数として割り出した。結果は、ダミー繰り返し層を備える燃料電池スタックについて約３．５％の総電力出力の増加を示す。
【０２１２】
見かけ１ｋＷ電力出力試験点で同じ実験を繰り返し、結果（図示せず）はダミー繰り返し層を備える燃料電池スタックについて約６％の総電力出力の増加となった。
【０２１３】
【表１】
0006517835.tif 000002
【０２１４】
参照符号は、単にそれらの理解を容易にするために特許請求の範囲に組み入れられ、特許請求の範囲を限定しない。本発明は、上記実施形態のみに限定されず、他の実施形態は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく当業者には容易に明らかとなる。
【符号の説明】
【０２１５】
１０  燃料電池スタックアセンブリ
２０  ベースプレート
２０Ａ  ベースプレート上部表面
２０Ｂ  スカート部
３０  燃料電池スタック
３１  燃料電池スタック第１端部
３２  燃料電池スタック第２端部
４０  エンドプレート
４０Ａ  スカート部
５０  クランプ手段
６０  電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第１セット
７０  電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層
８０  電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセット
８０Ａ  電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットの第１端部
８０Ｂ  電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層のセットの第２端部
９０  電気化学的に活性な燃料電池スタック繰り返し層
９１  燃料電池
１００  電気化学的に不活性な燃料電池スタック繰り返し層の第２セット
１１０  金属基板
１１０Ａ  金属基板多孔質領域
１１０Ｂ  金属基板非多孔質領域
１２０  アノード層
１３０  電解質層
１４０  カソード層
１５０  金属インターコネクトプレート
１５０Ａ  集電体突出部
１５１  不活性燃料電池マニホールドプレート
１５１Ａ  不活性燃料電池マニホールドプレート
１５２  電気化学的に活性な燃料電池マニホールドプレート
１６０  酸化剤流路
１７０  酸化剤導入口
１８０  酸化剤排出口
１９０  燃料流路
２００  燃料導入口
２００Ａ  燃料ガス流マニホールド
２１０  燃料排出口
２２０  ［電気化学的に不活性な燃料電池繰り返し層の］金属基板
２２０Ａ  空隙
２６０  酸化剤導入口
２７０  燃料導入口
２８０  酸化剤排出口
２９０  燃料排出口
３００  ねじ付き凹部
３１０  タイバー
３１０Ａ  ねじ付き端部
３１０Ｂ  ねじ付き端部
３２０  電気および熱絶縁ガスケット
３３０  負電力取り出しプレート
３３１  負電力取り出し部
３４０  ベースプレート電力供給部
３５０  正電力取り出しプレート
３５１  正電力取り出し部
３６０  ベースプレート電力供給部
３７０  電気および熱絶縁ガスケット
３８０  ワッシャー
３９０  ロッキングドームナット
４００  フード
４１０  フード容積
４２０  弾丸状端部ねじ保護装置
４３０  電気絶縁ガスシールガスケット
４４０  電気絶縁ガスシールガスケット
【図１】
0006517835.tif 000003
【図２】
0006517835.tif 000004
【図３】
0006517835.tif 000005
【図４】
0006517835.tif 000006
【図５】
0006517835.tif 000007
【図６】
0006517835.tif 000008
【図７】
0006517835.tif 000009
【図８】
0006517835.tif 000010
【図９】
0006517835.tif 000011
【図１０】
0006517835.tif 000012
【図１１】
0006517835.tif 000013
【図１２】
0006517835.tif 000014
【図１３】
0006517835.tif 000015
【図１４】
0006517835.tif 000016