(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物を含む電解質層と、
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、
前記電解質層と前記空気極との間に配置され、少なくともガドリニウムを含む中間層と、を備える燃料電池単セルにおいて、
前記中間層は、前記電解質層側の領域を含む第１の中間層と、前記第１の中間層と前記空気極との間に配置され、前記空気極側の領域を含む第２の中間層とを備え、
前記空気極側の領域におけるガドリニウムの濃度（ｍｏｌ％）は、前記電解質層側の領域におけるガドリニウムの濃度（ｍｏｌ％）に比べて低く、
前記第２の中間層の前記第１の方向における厚さは、前記第１の中間層の前記第１の方向における厚さに比べて薄いことを特徴とする、燃料電池単セル。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池単セルであって、
前記電解質層側の領域の少なくとも一部は、前記空気極側の領域に比べて緻密であることを特徴とする、燃料電池単セル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池単セルであって、
前記空気極は、ランタンとストロンチウムとの少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする、燃料電池単セル。
【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燃料電池単セルであって、
前記電解質層は、ジルコニウムを含むことを特徴とする、燃料電池単セル。
【請求項５】
複数の燃料電池単セルを備える燃料電池スタックにおいて、
前記複数の燃料電池単セルの少なくとも１つは、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池単セルであることを特徴とする、燃料電池スタック。
【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、燃料電池単セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」ともいう）が知られている。ＳＯＦＣを構成する燃料電池単セル（以下、単に「単セル」ともいう）は、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向（以下、「配列方向」ともいう）に互いに対向する空気極および燃料極とを備える。
【０００３】
単セルにおいて、空気極に含まれる元素（例えばＳｒ（ストロンチウム）やＬａ（ランタン））と電解質層に含まれる元素（例えばＺｒ（ジルコニウム））とが反応して高抵抗層（例えばＳｒＺｒＯ３）が形成されることによって発電性能が低下することを抑制するため、空気極と電解質層との間に中間層を配置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。中間層は、高抵抗層の生成源である元素が空気極から電解質層へと拡散することを抑制することによって、高抵抗層の形成を抑制する。なお、中間層のイオン伝導性を確保するため、中間層は、少なくともＧｄ（ガドリニウム）を含むように形成される。例えば、中間層は、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）により形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−６０１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
中間層における電解質層側の領域でＧｄが拡散すると、拡散したＧｄと電解質層を構成する物質とが互いに溶け合った固溶層が生成される。この固溶層により、高抵抗層の生成源である元素が空気極から電解質層へと拡散することが効果的に抑制される。一方、中間層における空気極側の領域でＧｄが拡散すると、拡散したＧｄが空気極内に進入し、空気極を構成する物質（例えばＬＳＣＦ）がＧｄと反応して変質し、空気極の触媒性能の低下や空気極のイオン伝導性が低下する等の問題が発生する。上記従来の技術では、電解質層と空気極との間にガドリニウムを含む中間層を配置するにあたり、そのような問題が考慮されておらず、高抵抗層の形成抑制と空気極を構成する物質の変質抑制との両立の点で向上の余地がある。
【０００６】
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】
【０００７】
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。
【０００８】
（１）本明細書に開示される燃料電池単セルは、固体酸化物を含む電解質層と、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、前記電解質層と前記空気極との間に配置され、少なくともガドリニウムを含む中間層と、を備える燃料電池単セルにおいて、前記中間層は、前記電解質層側の領域を含む第１の中間層と、前記第１の中間層と前記空気極との間に配置され、前記空気極側の領域を含む第２の中間層とを備え、前記空気極側の領域におけるガドリニウムの濃度（ｍｏｌ％）は、前記電解質層側の領域におけるガドリニウムの濃度（ｍｏｌ％）に比べて低い。本燃料電池単セルによれば、中間層における電解質層側の領域におけるＧｄの濃度が相対的に高いため、この領域においてＧｄの拡散量を比較的多くすることができ、Ｇｄと電解質層を構成する物質とが互いに溶け合って形成される固溶層を確実に形成することができ、高抵抗層の生成源である元素が空気極から電解質層へと拡散することを効果的に抑制することによって、高抵抗層の形成を効果的に抑制することができる。また、中間層における空気極側の領域におけるＧｄの濃度が相対的に低いため、この領域においてＧｄの拡散量を比較的少なくすることができ、Ｇｄが空気極内に進入して空気極を構成する物質が変質することが抑制され、そのような変質によって空気極における触媒性能の低下やイオン伝導性低下等の問題が発生することを抑制することができる。従って、この燃料電池単セルによれば、高抵抗層の形成抑制と空気極を構成する物質の変質抑制とを両立させることができる。
【０００９】
（２）上記燃料電池単セルにおいて、前記電解質層側の領域の少なくとも一部は、前記空気極側の領域に比べて緻密である構成としてもよい。本燃料電池単セルによれば、電解質層側の領域における比較的緻密質な部分によって、高抵抗層の生成源である元素の空気極から電解質層への拡散をより効果的に抑制することができ、比較的多孔質な空気極側の領域によって、空気極と中間層との境界付近における応力を緩和することができ、クラックの発生を抑制することができる。
【００１０】
（３）上記燃料電池単セルにおいて、前記空気極は、ランタンとストロンチウムとの少なくとも１つの元素を含む構成としてもよい。本燃料電池単セルによれば、高抵抗層の生成源であるランタンやストロンチウムが空気極から電解質層へと拡散することを効果的に抑制することによって、高抵抗層の形成を効果的に抑制することができる。
【００１１】
（４）上記燃料電池単セルにおいて、前記電解質層は、ジルコニウムを含む構成としてもよい。本燃料電池単セルによれば、高抵抗層の生成源である元素が空気極から電解質層へと拡散することを効果的に抑制することによって、空気極に含まれる元素と電解質層に含まれるＺｒとが反応して高抵抗層が形成されることを効果的に抑制することができる。
【００１２】
（５）上記燃料電池単セルにおいて、前記第２の中間層の前記第１の方向における厚さは、前記第１の中間層の前記第１の方向における厚さに比べて薄い構成としてもよい。本燃料電池単セルによれば、第２の中間層は、Ｇｄの濃度が比較的低い空気極側の領域を含むためにイオン伝導性が比較的低い。この第２の中間層の厚さが、第１の中間層の厚さに比べて薄いため、中間層全体としてのイオン伝導性の低下を抑制することができる。従って、燃料電池単セルとして、高抵抗層の形成抑制と空気極を構成する物質の変質抑制との両立を実現することができる。
【００１３】
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池単セル、燃料電池単セルを備える燃料電池発電単位、複数の燃料電池単セルまたは複数の燃料電池発電単位を備える燃料電池スタック、燃料電池スタックを備える発電モジュール、発電モジュールを備える燃料電池システム、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。
【図４】図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図５】図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。
【図６】中間層１８０の詳細構成を示す説明図である。
【図７】変形例における燃料電池スタック１００ａの構成を概略的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。
【００１６】
燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）発電単位１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。
【００１７】
燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。
【００１８】
各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿入されており、ボルト２２とボルト２２の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。なお、図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成するエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成するエンドプレート１０６の下側表面との間には、絶縁シート２６が介在している。ただし、後述のガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４とエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート２６とが介在している。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。
【００１９】
各ボルト２２の軸部の外径は各連通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）と、そのボルト２２Ａが挿入された連通孔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が挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。
【００２０】
また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）と、そのボルト２２Ｄが挿入された連通孔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が挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。
【００２１】
燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。また、図２に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を形成するボルト２２Ｂの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１を形成するボルト２２Ｄの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス導入マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２を形成するボルト２２Ｅの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。
【００２２】
（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。
【００２３】
（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。
【００２４】
図４および図５に示すように、発電の最小単位である発電単位１０２は、燃料電池単セル（以下、単に、「単セル」という）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が挿入される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。
【００２５】
インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。
【００２６】
単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６と、電解質層１１２と空気極１１４との間に配置される中間層１８０とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２と中間層１８０と空気極１１４とを支持する燃料極支持形の単セルである。
【００２７】
電解質層１１２は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）等のＺｒを含む固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、略矩形の平板形状部材であり、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）等のＳｒとＬａとの少なくとも一方を含む材料により形成されている。燃料極１１６は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。
【００２８】
中間層１８０は、略矩形の平板形状部材であり、空気極１１４に含まれる元素（例えばＳｒやＬａ）と電解質層１１２に含まれる元素（例えばＺｒ）とが反応して高抵抗層（例えばＳｒＺｒＯ３）が形成されることを抑制する反応防止層として機能する。なお、中間層１８０は、少なくともＧｄを含むように形成されている。そのため、中間層１８０は、イオン伝導性を有し、空気極１１４において生成された酸化物イオンを電解質層１１２へと移動させる。中間層１８０の構成については、後に詳述する。
【００２９】
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。なお、セパレータ１２０が接合された単セル１１０をセパレータ付き単セルともいう。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、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。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。
【００３３】
空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電体１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、空気極側集電体１３４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てもよい。
【００３４】
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。
【００３５】
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を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
Ａ−３．中間層１８０の詳細構成：
図６は、中間層１８０の詳細構成を示す説明図である。図６には、中間層１８０を挟んで電解質層１１２の少なくとも一部と空気極１１４の少なくとも一部とが含まれるように設定した範囲における単セル１１０のＸＺ断面構成が示されている。中間層１８０は、電解質層１１２に隣接している固溶層１８２と、空気極１１４に隣接している第２基礎層１８６と、固溶層１８２と第２基礎層１８６との間に配置された第１基礎層１８４とを含む。
【００３８】
第１基礎層１８４および第２基礎層１８６は、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）を含む材料により形成されている。ＧＤＣを含む材料により形成された第１基礎層１８４および第２基礎層１８６の存在により、燃料電池スタック１００の運転動作時のような高温条件下において、空気極１１４に含まれる元素（例えばＳｒやＬａ）が電解質層１１２へと拡散することが抑制され、空気極１１４に含まれる該元素と電解質層１１２に含まれる元素（例えばＺｒ）とが反応して高抵抗層（例えばＳｒＺｒＯ３）が形成されることが抑制される。
【００３９】
固溶層１８２は、第１基礎層１８４（または第２基礎層１８６）から拡散したＧｄと、電解質層１１２を構成する物質（例えばＹＳＺ）とが互いに溶け合って形成された層である。そのため、固溶層１８２も、第１基礎層１８４および第２基礎層１８６と同様に、Ｇｄを含んでいる。また、固溶層１８２は、第２基礎層１８６と比較して緻密質である。固溶層１８２の存在により、高抵抗層の生成源である元素が空気極１１４から電解質層１１２へと拡散することが効果的に抑制される。
【００４０】
上述したように、中間層１８０を構成する各層は、Ｇｄを含んでいる。ここで、本実施形態では、第２基礎層１８６におけるＧｄの濃度（ｍｏｌ％）は、固溶層１８２と第１基礎層１８４との積層体におけるＧｄの濃度（ｍｏｌ％）に比べて低い。例えば、第２基礎層１８６におけるＧｄの濃度は１０（ｍｏｌ％）程度であり、固溶層１８２と第１基礎層１８４との積層体におけるＧｄの濃度は２０（ｍｏｌ％）程度である。なお、Ｇｄの濃度（ｍｏｌ％）は、単位体積あたりに含まれるＧｄとＣｅとの総量（ｍｏｌ）に対するＧｄの量（ｍｏｌ）の割合（含有率）を意味する。
【００４１】
また、本実施形態では、第２基礎層１８６の上下方向（Ｚ軸方向）における厚さ（以下、単に「厚さ」という）Ｔ２は、固溶層１８２と第１基礎層１８４との合計厚さＴ１より薄い。
【００４２】
なお、第２基礎層１８６は、特許請求の範囲おける「空気極側の領域」および「第２の中間層」に相当し、固溶層１８２と第１基礎層１８４との積層体は、特許請求の範囲おける「電解質層側の領域」および「第１の中間層」に相当する。
【００４３】
Ａ−４．単セル１１０の製造方法：
上述した構成の中間層１８０を含む単セル１１０は、例えば以下の方法に従い製造される。まず、ＢＥＴ法による比表面積が例えば５〜７ｍ２／ｇであるＹＳＺの粉末に対して、ブチラール樹脂と、可塑剤であるジオクチルフタレート（ＤＯＰ）と、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合してスラリーを調製する。得られたスラリーをドクターブレード法によって薄膜化することにより、例えば厚さ１０μｍの電解質層用グリーンシートを得る。
【００４４】
また、ＢＥＴ法による比表面積が例えば３〜４ｍ２／ｇであるＮｉＯの粉末を、Ｎｉ重量に換算して例えば５５質量部となるように秤量し、ＢＥＴ法による比表面積が例えば５〜７ｍ２／ｇである例えば４５質量部のＹＳＺ粉末と混合して混合粉末を得る。この混合粉末に対して、ブチラール樹脂と、可塑剤であるＤＯＰと、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合してスラリーを調製する。得られたスラリーをドクターブレード法によって薄膜化することにより、例えば厚さ１０μｍの燃料極用グリーンシートを得る。
【００４５】
電解質層用グリーンシートと燃料極用グリーンシートとを貼り合わせて乾燥させ、例えば１４００℃にて同時焼成を行い、電解質層１１２と燃料極１１６との積層体を得る。
【００４６】
次に、ＧＤＣ粉末に、アクリルバインダーとイソプロピルアルコールとからなる溶媒を添加し、混合し、中間層形成用の２種類のスラリーを調製する。２種類のスラリーは、Ｇｄ濃度が互いに異なる。２種類のスラリーの内のＧｄ濃度が高い方である第１のスラリーを、電解質層１１２と燃料極１１６との積層体における電解質層１１２側の表面にスクリーン印刷法にて印刷する。さらに、印刷された第１のスラリーの表面に、２種類のスラリーの内のＧｄ濃度が低い方である第２のスラリーを、スクリーン印刷法にて印刷する。
【００４７】
各スラリーの印刷後、例えば１１８０℃にて焼成を行うことにより、中間層１８０を形成する。Ｇｄ濃度の低い方の第２のスラリーは、焼成によって中間層１８０における第２基礎層１８６となる。また、Ｇｄ濃度の高い方の第１のスラリーは、焼成によって中間層１８０における第１基礎層１８４となる。ただし、第１のスラリーにおける電解質層１１２側の一部は、電解質層１１２における第１のスラリー側の一部と互いに溶け合い、中間層１８０における固溶層１８２となる。つまり、上述したように、電解質層用グリーンシートと燃料極用グリーンシートとの同時焼成によって電解質層１１２と燃料極１１６との積層体が一時的に得られるが、この積層体に第１のスラリー等を印刷して焼成を行うことによって、焼成前に積層体を構成していた電解質層１１２の内、固溶層１８２になる第１のスラリー側の一部を除く部分が、最終的に電解質層１１２になる。
【００４８】
なお、第１のスラリーと第２のスラリーとのＧｄ濃度を適切に設定することにより、上述したような、第２基礎層１８６におけるＧｄの濃度（ｍｏｌ％）が固溶層１８２と第１基礎層１８４との積層体におけるＧｄの濃度（ｍｏｌ％）に比べて低いという構成が実現される。また、第１のスラリーと第２のスラリーとの印刷時の膜厚を適切に設定することにより、上述したような、第２基礎層１８６の厚さＴ２が固溶層１８２と第１基礎層１８４との合計厚さＴ１より薄いという構成が実現される。
【００４９】
次に、ＬＳＣＦ（例えばＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３）の粉末とイソプロピルアルコールとからなる混合液を作成し、この混合液を、中間層１８０が形成された上記積層体における中間層１８０側の表面に塗布し、例えば１１００℃にて焼成を行うことにより、空気極１１４を形成する。以上の工程により、上述した構成の単セル１１０が製造される。
【００５０】
Ａ−５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態では、中間層１８０における各領域のＧｄ濃度に差を持たせている。すなわち、本実施形態では、中間層１８０における空気極１１４側の領域である第２基礎層１８６のＧｄの濃度（ｍｏｌ％）は、中間層１８０における電解質層１１２側の領域である固溶層１８２と第１基礎層１８４との積層体のＧｄの濃度（ｍｏｌ％）に比べて低い。このように、中間層１８０における電解質層１１２側の領域におけるＧｄの濃度が相対的に高いため、この領域においてＧｄの拡散量を比較的多くすることができ、Ｇｄと電解質層１１２を構成する物質とが互いに溶け合って形成される固溶層１８２を確実に形成することができ、高抵抗層の生成源である元素が空気極１１４から電解質層１１２へと拡散することを効果的に抑制することによって、高抵抗層の形成を効果的に抑制することができる。また、中間層１８０における空気極１１４側の領域におけるＧｄの濃度が相対的に低いため、この領域においてＧｄの拡散量を比較的少なくすることができ、Ｇｄが空気極１１４内に進入して空気極１１４を構成する物質（例えばＬＳＣＦ）が変質することが抑制され、そのような変質によって空気極１１４のイオン伝導性低下等の問題が発生することを抑制することができる。従って、本実施形態の単セル１１０によれば、高抵抗層の形成抑制と空気極１１４を構成する物質の変質抑制とを両立させることができる。
【００５１】
また、本実施形態では、中間層１８０における電解質層１１２側の領域を構成する固溶層１８２は、中間層１８０における空気極１１４側の領域を構成する第２基礎層１８６と比較して緻密質である（気孔率が低い）。そのため、比較的緻密質な（低気孔率な）固溶層１８２によって、高抵抗層の生成源である元素の空気極１１４から電解質層１１２への拡散をより効果的に抑制することができる。また、比較的多孔質な（高気孔率な）第２基礎層１８６によって、空気極１１４と中間層１８０との境界付近における応力を緩和することができ、クラックの発生を抑制することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、中間層１８０における空気極１１４側の領域である第２基礎層１８６の厚さＴ２は、中間層１８０における電解質層１１２側の領域である固溶層１８２と第１基礎層１８４との合計厚さＴ１より薄い。上述したように第２基礎層１８６におけるＧｄの濃度は比較的低いため、第２基礎層１８６におけるイオン伝導性は比較的低い。本実施形態では、イオン伝導性が比較的低い第２基礎層１８６の厚さが比較的薄いため、空気極１１４を構成する物質の変質抑制と高抵抗層の形成抑制との両立を実現しつつ、中間層１８０全体としてのイオン伝導性の低下を抑制することができる。
【００５３】
Ａ−６．中間層１８０の分析方法：
（中間層１８０の各領域におけるＧｄの濃度（ｍｏｌ％）の特定方法）
中間層１８０の各領域におけるＧｄの濃度（ｍｏｌ％）は、以下の方法により特定される。Ｇｄ濃度の特定対象である中間層１８０の領域の画像を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により取得し、得られたＳＥＭ画像上の当該領域内に等間隔で上下方向（Ｚ軸方向）に並ぶ５点を設定し、各点においてＳＥＭ―ＥＤＳまたは電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）の面分析によりＧｄ濃度を特定し、各点での濃度値の平均を当該領域におけるＧｄの濃度とする。なお、上述した通り、中間層１８０の各領域におけるＧｄ濃度は、単位体積あたりに含まれるＧｄとＣｅとの総量（ｍｏｌ）に対するＧｄの量（ｍｏｌ）の割合（含有率）である。
【００５４】
（中間層１８０と電解質層１１２との境界の特定方法）
単セル１１０における、中間層１８０と電解質層１１２との境界と推定される箇所が写るＳＥＭ画像を取得し、得られたＳＥＭ画像上において中間層１８０と電解質層１１２とが対向する方向（Ｚ軸方向）に等間隔（Ｄｗｅｌｌ  ｔｉｍｅ：１ｓｅｃ）で並ぶ複数点について、ライン分析を行う。ライン分析では、各点において、中間層１８０と電解質層１１２とが対向する方向（Ｚ軸方向）に直交する直線上におけるＺｒおよびＧｄを分析する。ライン分析の結果から、ＳＥＭ画像中の最もＺｒの割合が高いところをＺｒ割合＝１００％とし、ＳＥＭ画像中の最もＧｄの割合が高いところをＧｄ割合＝１００％とする。また、ＳＥＭ画像中の最もＺｒの割合が低いところをＺｒ割合＝０％とし、ＳＥＭ画像中の最もＧｄの割合が低いところをＧｄ割合＝０％とする。このとき、Ｚｒ割合が９０％以上あり、かつ、Ｇｄ割合が１０％未満であるという条件を満たす領域を、電解質層１１２と規定する。各直線上におけるＺｒ割合およびＧｄ割合を特定し、Ｚｒ割合およびＧｄ割合が上記条件を満たす直線の内、空気極１１４に最も近い直線を、電解質層１１２と中間層１８０との境界として特定する。
【００５５】
（第１基礎層１８４と第２基礎層１８６との境界の特定方法）
中間層１８０と電解質層１１２とが対向する方向（Ｚ軸方向）における中間層１８０の全体が写るＳＥＭ画像を取得し、得られたＳＥＭ画像上において、空気極１１４と中間層１８０との境界と、上述の方法で決定した電解質層１１２と中間層１８０との境界との間に等間隔（Ｄｗｅｌｌ  ｔｉｍｅ：１ｓｅｃ）で並ぶ５００点について、ライン分析を行う。ライン分析では、各点において、中間層１８０と電解質層１１２とが対向する方向（Ｚ軸方向）に直交する直線上におけるＧｄを分析する。ライン分析の結果から、５００点の位置と、ライン分析から特定されるＧｄの割合との関係を示すグラフ（以下、「Ｇｄの割合のグラフ」という）を作成する。そして、作成したＧｄの割合のグラフの内、Ｇｄの割合が増加傾向から減少傾向に変わる変曲部分（変曲部分が複数存在する場合、電解質層１１２に最も近い変曲部分）において、最もＧｄの割合の高い点を特定する。特定した最もＧｄの割合の高い点から電解質層１１２側および空気極層側のそれぞれに５０点ずつ、合計１０１点分におけるＧｄの割合の平均値Ａｖｅ．１を算出する。次に、空気極１１４と中間層１８０との境界から電解質層１１２側に１００点分におけるＧｄの割合の平均値Ａｖｅ．２を算出する。算出した平均値Ａｖｅ．１と平均値Ａｖｅ．２との中心値（＝（Ａｖｅ．１＋Ａｖｅ．２）／２）を通り、且つ、中間層１８０と電解質層１１２とが対向する方向（Ｚ軸方向）に直交する直線を、仮想線Ｌ１としてグラフ上に書き加え、Ｇｄの割合のグラフと仮想線Ｌ１との交点を求める。この交点が１点の場合には、この交点を通り、且つ、中間層１８０と電解質層１１２とが対向する方向（Ｚ軸方向）に直交する直線を、第１基礎層１８４と第２基礎層１８６との境界とする。また、例えば、第１基礎層１８４と第２基礎層１８６との間に他の層が存在すること等により、Ｇｄの割合のグラフと仮想線Ｌ１との交点が複数存在する場合には、平均値Ａｖｅ．１と平均値Ａｖｅ．２との間であり、且つ、上記で求めた電解質層１１２に最も近い変曲部分の内、最もＧｄの割合の高い点を基準に空気極１１４側の交点を第１基礎層１８４と他の層の境界とし、平均値Ａｖｅ．１と平均値Ａｖｅ．２との間であり、且つ、平均値Ａｖｅ．２に最も近い交点を第２基礎層１８６と他の層の境界とする。
【００５６】
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。
【００５７】
上記実施形態では、第２基礎層１８６の厚さＴ２は、固溶層１８２と第１基礎層１８４との合計厚さＴ１より薄いとしているが、第２基礎層１８６の厚さＴ２は、固溶層１８２と第１基礎層１８４との合計厚さＴ１と同じであってもよいし、固溶層１８２と第１基礎層１８４との合計厚さＴ１より厚いとしてもよい。ただし、第２基礎層１８６の厚さＴ２を固溶層１８２と第１基礎層１８４との合計厚さＴ１より薄くすれば、上述したように、高抵抗層の形成抑制と空気極１１４を構成する物質の変質抑制との両立を実現しつつ、中間層１８０全体としてのイオン伝導性の低下を抑制することができるため、好ましい。
【００５８】
また、上記実施形態では、中間層１８０は、固溶層１８２と第１基礎層１８４と第２基礎層１８６との３層構成であるとしているが、中間層１８０を構成する層数は３つに限られない。例えば、上記実施形態では、中間層１８０の第１基礎層１８４と第２基礎層１８６とは、Ｇｄ濃度がある程度以上互いに異なる別の層であるとしているが、中間層１８０の第１基礎層１８４および第２基礎層１８６の部分が、明確な２層構成ではなく、上下方向においてＧｄ濃度がなだらかに変化する単層構成であってもよい。また、中間層１８０の第１基礎層１８４および第２基礎層１８６の部分が、Ｇｄ濃度がある程度以上互いに異なる３つ以上の層で構成されていてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、第２基礎層１８６が特許請求の範囲おける「空気極側の領域」に相当し、固溶層１８２と第１基礎層１８４との積層体が特許請求の範囲おける「電解質層側の領域」に相当するとしているが、「空気極側の領域」が「電解質層側の領域」より空気極１１４に近い位置に存在する限り、そのような対応関係に限定されない。例えば、第２基礎層１８６における一部の領域が特許請求の範囲おける「空気極側の領域」に相当し、第１基礎層１８４における一部の領域が特許請求の範囲おける「電解質層側の領域」に相当するとしてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。例えば、上記実施形態では、中間層１８０の第１基礎層１８４と第２基礎層１８６とは、ＧＤＣにより形成されるとしているが、少なくともＧｄを含むように形成されれば、他の材料により形成されてもよい。なお、第１基礎層１８４と第２基礎層１８６とが少なくともＧｄを含むように形成されれば、Ｇｄの拡散によって、固溶層１８２はＧｄを含むこととなる。また、上記実施形態では、電解質層１１２はＺｒを含むとしているが、電解質層１１２は必ずしもＺｒを含む必要は無い。また、上記実施形態では、空気極１１４はＳｒとＬａとの少なくとも１つを含むとしているが、空気極１１４は必ずしもＳｒおよびＬａを含む必要は無い。
【００６１】
また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の個数は、あくまで一例であり、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、上記実施形態において、燃料電池スタック１００の締結に使用されるボルト２２の個数は、あくまで一例であり、ボルト２２の個数は燃料電池スタック１００に要求される締結力等に応じて適宜決められる。
【００６２】
また、上記実施形態では、ボルト２２の両側にナット２４が嵌められているとしているが、ボルト２２が頭部を有し、ナット２４はボルト２２の頭部の反対側にのみ嵌められているとしてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、エンドプレート１０４，１０６が出力端子として機能するとしているが、エンドプレート１０４，１０６の代わりに、エンドプレート１０４，１０６のそれぞれと接続された別部材（例えば、エンドプレート１０４，１０６のそれぞれと発電単位１０２との間に配置された導電板）が出力端子として機能するとしてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間の空間を各マニホールドとして利用しているが、これに代えて、各ボルト２２の軸部に軸方向の孔を形成し、その孔を各マニホールドとして利用してもよい。また、各マニホールドを各ボルト２２が挿入される各連通孔１０８とは別に設けてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合には、１つのインターコネクタ１５０が隣接する２つの発電単位１０２に共有されるとしているが、このような場合でも、２つの発電単位１０２がそれぞれのインターコネクタ１５０を備えてもよい。また、上記実施形態では、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の上側のインターコネクタ１５０や、最も下に位置する発電単位１０２の下側のインターコネクタ１５０は省略されているが、これらのインターコネクタ１５０を省略せずに設けてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態において、燃料極側集電体１４４は、空気極側集電体１３４と同様の構成であってもよく、燃料極側集電体１４４と隣接するインターコネクタ１５０とが一体部材であってもよい。また、空気極側フレーム１３０ではなく燃料極側フレーム１４０が絶縁体であってもよい。また、空気極側フレーム１３０や燃料極側フレーム１４０は、多層構成であってもよい。
【００６７】
また、上記実施形態において、都市ガスを改質して水素リッチな燃料ガスＦＧを得るとしているが、ＬＰガスや灯油、メタノール、ガソリン等の他の原料から燃料ガスＦＧを得るとしてもよいし、燃料ガスＦＧとして純水素を利用してもよい。
【００６８】
本明細書において、部材（または部材のある部分、以下同様）Ａを挟んで部材Ｂと部材Ｃとが互いに対向するとは、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとが隣接する形態に限定されず、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとの間に他の構成要素が介在する形態を含む。例えば、電解質層１１２と空気極１１４との間に他の層が設けられた構成であっても、空気極１１４と燃料極１１６とは電解質層１１２を挟んで互いに対向すると言える。
【００６９】
また、上記実施形態（または変形例）において、燃料電池スタック１００に含まれるすべての単セル１１０が上述した構成である必要は無く、燃料電池スタック１００に含まれる少なくとも１つの単セル１１０が上述した構成であればよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００が複数の平板形の発電単位１０２が積層された構成であるが、本発明は、他の構成、例えば特開２００８−５９７９７号に記載されているように、複数の略円筒形の発電単位が直列に接続された構成にも同様に適用可能である。図７は、変形例における燃料電池スタック１００ａの構成を概略的に示す説明図である。図７に示す変形例における燃料電池スタック１００ａは、Ｚ方向に互いに所定間隔をあけて並べて配置された複数の発電単位１０２ａを備える。複数の発電単位１０２ａは、隣り合う発電単位１０２ａ間に配置された集電部８７０を介して電気的に直列に接続されている。各発電単位１０２ａは、扁平柱形状の外観を有し、電極支持体８３０と、単セル１１０ａと、インターコネクタ８１０とを備える。単セル１１０ａは、燃料極８４０と、電解質層８５０と、空気極８６０と、中間層９００とを含む。なお、図７に示す変形例におけるＺ方向は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。
【００７１】
電極支持体８３０は、略楕円形状の断面を有する柱状体であり、多孔質材料で形成されている。電極支持体８３０の内部には、柱状体の延伸方向に延びる複数の燃料ガス流路８２０が形成されている。燃料極８４０は、電極支持体８３０の側面の内、互いに平行な一対の平坦面の一方と、各平坦面の端部同士をつなぐ２つの曲面とを覆うように設けられている。電解質層８５０は、燃料極８４０の側面を覆うように設けられている。空気極８６０は、電解質層８５０の側面の内、電極支持体８３０の平坦面上に位置する部分を覆うように設けられている。ただし、電解質層８５０と空気極８６０との間には、中間層９００が配置されている。インターコネクタ８１０は、燃料極８４０および電解質層８５０が設けられていない側の電極支持体８３０の平坦面上に設けられている。上述した集電部８７０は、発電単位１０２ａの空気極８６０と、その発電単位１０２ａに隣り合う発電単位１０２ａのインターコネクタ８１０とを電気的に接続する。空気極８６０の外側に酸化剤ガスが供給され、電極支持体８３０に形成された燃料ガス流路８２０に燃料ガスが供給され、所定の作動温度まで加熱されると、燃料電池スタック１００ａにおいて発電が行われる。
【００７２】
このような構成の燃料電池スタック１００ａにおいても、上記実施形態と同様に、中間層９００における空気極８６０側の領域のＧｄの濃度（ｍｏｌ％）は、中間層９００における電解質層８５０側の領域のＧｄの濃度（ｍｏｌ％）に比べて低いとすれば、高抵抗層の形成抑制と空気極８６０を構成する物質の変質抑制とを両立させることができる。
【符号の説明】
【００７３】
２２：ボルト  ２４：ナット  ２６：絶縁シート  ２７：ガス通路部材  ２８：本体部  ２９：分岐部  １００：燃料電池スタック  １０２：発電単位  １０４：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  １４０：燃料極側フレーム  １４１：孔  １４２：燃料ガス供給連通孔  １４３：燃料ガス排出連通孔  １４４：燃料極側集電体  １４５：電極対向部  １４６：インターコネクタ対向部  １４７：連接部  １４９：スペーサー  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  １８２：固溶層  １８４：第１基礎層  １８６：第２基礎層  ８１０：インターコネクタ  ８２０：燃料ガス流路  ８３０：電極支持体  ８４０：燃料極  ８５０：電解質層  ８６０：空気極  ８７０：集電部  ９００：中間層
【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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