(57)【要約】  カソード層１２２は電解質層１２３の下面に設けられ、アノード層１２４は電解質層１２３の上面に設けられる。また、カソード側導体層１２１はカソード層１２２の下面に設けられ、アノード側導体層１２５はアノード層１２４の上面に設けられる。カソード側導体層１２１には、カソードＣＴ１〜ＣＴ４に沿って酸素ガスを伝搬させる溝ＧＲａ，ＧＲａ，…が形成され、アノード側導体層１２５には、アノードＡＮ１〜ＡＮ４に沿って水素ガスを伝搬させる溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…が形成される。溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…の排出口とアノードＡＮ１〜ＡＮ４との間には、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６が設けられる。アノードＡＮ１〜ＡＮ４の酸化は、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６によって抑制される。
2015186370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状に形成された電解質、
前記電解質の一方主面側に設けられた燃料極、
前記電解質の他方主面側に設けられた空気極、および
前記燃料極に沿って燃料極ガスを流す燃料極ガス流路と前記空気極に沿って空気極ガスを流す空気極ガス流路とを有するセパレータを備える燃料電池ユニットであって、
酸化抑制部が前記燃料極ガス流路の排出口と前記燃料極との間に設けられている、燃料電池ユニット。
【請求項２】
前記酸化抑制部の材料は前記電解質の材料と同じである、請求項１記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
前記酸化抑制部の材料は前記セパレータの材料と同じである、請求項１記載の燃料電池ユニット。
【請求項４】
前記電解質の主面に直交する方向から眺めたとき前記酸化抑制部は前記燃料極および前記空気極が重複する領域の外側に位置する、請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池ユニット。
【請求項５】
前記セパレータは、前記燃料極を介して前記電解質と対向しかつ前記燃料極ガス流路を有する第１部分セパレータ、および前記空気極を介して前記電解質と対向しかつ前記空気極ガス流路を有する第２部分セパレータを含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池ユニットに関し、特に、電解質を挟む燃料極および空気極に燃料極ガスおよび空気極ガスをそれぞれ供給して電力を発生する、燃料電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
高温で動作する固体酸化物型の燃料電池（ＳＯＦＣ）は熱自立を必要とするところ、大抵の場合は、余剰燃料を燃料電池セルの近傍で燃焼させている。特許文献１においても、燃料ガスの一部を燃料電池セルから排出して高温の外気で燃焼させる燃料電池ユニットが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４４４２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の燃料電池ユニットは、燃料極が外気に晒される構造を有する。このため、燃料極を構成する金属ニッケルが外気によって酸化され、さらに酸化物イオンが燃料極内で固相拡散する。この結果、酸化ニッケルを還元するための無駄な燃料消費によってＯＣＶ(Open Circuit Voltage)が低下するとともに、酸化・還元の繰り返しによって燃料極が損傷するという問題がある。この問題は、詰まるところ、発電効率の低下をもたらす。【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、発電効率を高めることができる、燃料電池ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の燃料電池ユニットは、板状に形成された電解質、電解質の一方主面側に設けられた燃料極、電解質の他方主面側に設けられた空気極、および燃料極に沿って燃料極ガスを流す燃料極ガス流路と空気極に沿って空気極ガスを流す空気極ガス流路とを有するセパレータを備える燃料電池ユニットであって、酸化抑制部が燃料極ガス流路の排出口と燃料極との間に設けられている。【０００７】
好ましくは、酸化抑制部の材料は電解質の材料と同じである。【０００８】
好ましくは、酸化抑制部の材料はセパレータの材料と同じである。【０００９】
好ましくは、電解質の主面に直交する方向から眺めたとき酸化抑制部は燃料極および空気極が重複する領域の外側に位置する。【００１０】
好ましくは、セパレータは、燃料極を介して電解質と対向しかつ燃料極ガス流路を有する第１部分セパレータ、および空気極を介して電解質と対向しかつ空気極ガス流路を有する第２部分セパレータを含む。
【発明の効果】
【００１１】
燃料極ガス流路から排出された燃料極ガスは、空気極ガス流路から排出された空気極ガスと反応して燃焼する。これによって熱自立が図られる。ここで、燃料極ガス流路の排出口と燃料極との間には、燃料極の酸化を抑制する酸化抑制部が設けられる。これによって、燃料極内での酸化物イオンの固相拡散が抑制され、ひいては還元のための無駄な燃料消費によるＯＣＶの低下や、酸化・還元の繰り返しによる燃料極の損傷が抑制される。こうして、発電効率の向上が図られる。【００１２】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この実施例の燃料電池ユニットの外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す燃料電池ユニットを分解した状態を示す図解図である。
【図３】図２に示す燃料電池セルを分解した状態を示す図解図である。
【図４】図３に示すアノード側導体層を斜め下から眺めた状態を示す斜視図である。
【図５】図３に示すカソード層およびアノード層を拡大して示す斜視図である。
【図６】図２に示す燃料電池セルの或る断面を示す断面図である。
【図７】燃料極ガスの流量とＯＣＶとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１および図２を参照して、この実施例の燃料電池ユニット１０は、固体酸化物型の燃料電池ユニットであり、直方体状の燃料電池スタック１２を含む。燃料電池スタック１２は板状のホルダ１４によって支持され、燃料電池スタック１２の上面はエンドプレート１６によって覆われる。なお、この実施例では、燃料電池ユニット１０の幅方向，奥行き方向および高さ方向にＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸を割り当てる。
【００１５】
図２を参照して、燃料電池スタック１２は、各々が板状に形成されてＺ軸方向に積層された複数の燃料電池セル１２ｃｌ，１２ｃｌ，…からなる。複数の燃料電池セル１２ｃｌ，１２ｃｌ，…の各々には、水素ガス（燃料極ガス）用の２つのマニホールドＭＦｆ１およびＭＦｆ２と、酸素ガス（空気極ガス）用の２つのマニホールドＭＦａ１およびＭＦａ２とが形成される。マニホールドＭＦｆ１，ＭＦｆ２，ＭＦａ１およびＭＦａ２のいずれも、Ｚ軸に沿って燃料電池セル１２ｃｌを貫通し、燃料電池セル１２ｃｌの両主面に開口する。
【００１６】
Ｚ軸方向から眺めると、マニホールドＭＦｆ１およびＭＦｆ２は燃料電池セル１２ｃｌの主面中央を基点としてＹ軸方向に延びる直線上に帯状に形成され、マニホールドＭＦａ１およびＭＦａ２は燃料電池セル１２ｃｌの主面中央を基点としてＸ軸方向に延びる直線上に帯状に形成される。より詳しくは、マニホールドＭＦｆ１は主面中央よりもＹ軸方向の正側に位置し、マニホールドＭＦｆ２は主面中央よりもＹ軸方向の負側に位置する。また、マニホールドＭＦａ１は主面中央よりもＸ軸方向の正側に位置し、マニホールドＭＦａ２は主面中央よりもＸ軸方向の負側に位置する。
【００１７】
ホルダ１４の上面には、図示しない水素ガス導入口から導入された水素ガスを排出する２つの水素ガス排出口ＨＬｆ１およびＨＬｆ２と、図示しない酸素ガス導入口から導入された酸素ガスを排出する２つの酸素ガス排出口ＨＬａ１およびＨＬａ２とが設けられる。Ｚ軸方向から眺めて、水素ガス排出口ＨＬｆ１の位置およびサイズはマニホールドＭＦｆ１の位置およびサイズと一致し、水素ガス排出口ＨＬｆ２の位置およびサイズはマニホールドＭＦｆ２の位置およびサイズと一致する。同様に、酸素ガス排出口ＨＬａ１の位置およびサイズはマニホールドＭＦａ１の位置およびサイズと一致し、酸素ガス排出口ＨＬａ２の位置およびサイズはマニホールドＭＦａ２の位置およびサイズと一致する。
【００１８】
したがって、ホルダ１４に導入された水素ガスは、水素ガス排出口ＨＬｆ１およびマニホールドＭＦｆ１に導入されるとともに、水素ガス排出口ＨＬｆ２およびマニホールドＭＦｆ２に導入される。同様に、ホルダ１４に導入された酸素ガスは、酸素ガス排出口ＨＬａ１およびマニホールドＭＦａ１に導入されるとともに、酸素ガス排出口ＨＬａ２およびマニホールドＭＦａ２に導入される。
【００１９】
図３を参照して、燃料電池セル１２ｃｌは、セパレータＳＰ１を基材とするカソード側導体層１２１，セパレータＳＰ２を基材とするカソード層１２２，電解質ＥＬを基材とする電解質層１２３，セパレータＳＰ４を基材とするアノード層１２４，およびセパレータＳＰ５を基材とするアノード側導体層１２５がこの順で積層されてなる。なお、セパレータＳＰ２は部分セパレータＳＰ２０１およびＳＰ２０２を含み、セパレータＳＰ４は、部分セパレータＳＰ４０１およびＳＰ４０２を含み、さらに部分セパレータ（酸化抑制部）ＳＰ４０３〜ＳＰ４０６を含む。詳しくは、図５を参照して後述する。
【００２０】
マニホールドＭＦｆ１は、カソード側導体層１２１に形成されたマニホールドＭＦｆ１１，カソード層１２２に形成されたマニホールドＭＦｆ１２，電解質層１２３に形成されたマニホールドＭＦｆ１３，アノード層１２４に形成されたマニホールドＭＦｆ１４，およびアノード側導体層１２５に形成されたマニホールドＭＦｆ１５からなる。
【００２１】
マニホールドＭＦｆ２は、カソード側導体層１２１に形成されたマニホールドＭＦｆ２１，カソード層１２２に形成されたマニホールドＭＦｆ２２，電解質層１２３に形成されたマニホールドＭＦｆ２３，アノード層１２４に形成されたマニホールドＭＦｆ２４，およびアノード側導体層１２５に形成されたマニホールドＭＦｆ２５からなる。
【００２２】
マニホールドＭＦａ１は、カソード側導体層１２１に形成されたマニホールドＭＦａ１１，カソード層１２２に形成されたマニホールドＭＦａ１２，電解質層１２３に形成されたマニホールドＭＦａ１３，アノード層１２４に形成されたマニホールドＭＦａ１４，およびアノード側導体層１２５に形成されたマニホールドＭＦａ１５からなる。
【００２３】
マニホールドＭＦａ２は、カソード側導体層１２１に形成されたマニホールドＭＦａ２１，カソード層１２２に形成されたマニホールドＭＦａ２２，電解質層１２３に形成されたマニホールドＭＦａ２３，アノード層１２４に形成されたマニホールドＭＦａ２４，およびアノード側導体層１２５に形成されたマニホールドＭＦａ２５からなる。
【００２４】
カソード側導体層１２１をなすセパレータＳＰ１には、複数のビア導体ＶＨａ，ＶＨａ，…が設けられる。いずれのビア導体ＶＨａもマニホールドＭＦｆ１１，ＭＦｆ２１，ＭＦａ１１およびＭＦａ２１を回避する位置に設けられ、その一方端および他方端はそれぞれセパレータＳＰ１の上面および下面に露出する。
【００２５】
また、セパレータＳＰ１の上面には、各々がＹ軸に沿って延びるようにＸ軸方向に並ぶ複数の溝（空気極ガス流路）ＧＲａ，ＧＲａ，…が設けられる。溝ＧＲａ，ＧＲａ，…の一部はマニホールドＭＦａ１１を跨ぎ、溝ＧＲａ，ＧＲａ，…の他の一部はマニホールドＭＦａ２１を跨ぐ。ただし、いずれの溝ＧＲａについても、一方端はＹ軸方向の正側を向くセパレータＳＰ１の側面に達し、他方端はＹ軸方向の負側を向くセパレータＳＰ１の側面に達する。したがって、溝ＧＲａの両端は酸素ガスの排出口をなす。
【００２６】
カソード層１２２には、セパレータＳＰ２の厚みと同じ厚みを有する板状のカソード（空気極）ＣＴ１〜ＣＴ４が設けられる。ここで、カソードＣＴ１は、マニホールドＭＦｆ１２よりもＸ軸方向における正側の位置でかつマニホールドＭＦａ１２よりもＹ軸方向における正側の位置に設けられる。カソードＣＴ２は、マニホールドＭＦｆ２２よりもＸ軸方向における正側の位置でかつマニホールドＭＦａ１２よりもＹ軸方向における負側の位置に設けられる。
【００２７】
また、カソードＣＴ３は、マニホールドＭＦｆ１２よりもＸ軸方向における負側の位置でかつマニホールドＭＦａ２２よりもＹ軸方向における正側の位置に設けられる。カソードＣＴ４は、マニホールドＭＦｆ２２よりもＸ軸方向における負側の位置でかつマニホールドＭＦａ２２よりもＹ軸方向における負側の位置に設けられる。
【００２８】
つまり、セパレータＳＰ２はカソードＣＴ１〜ＣＴ４が設けられる領域において部分的に欠落し、セパレータＳＰ２とカソードＣＴ１〜ＣＴ４とによってカソード層１２２が形成される。
【００２９】
Ｙ軸方向の正側を向くカソードＣＴ１の側面は、Ｙ軸方向の正側を向くカソード層１２２の外側面の一部をなし、Ｙ軸方向の負側を向くカソードＣＴ１の側面は、Ｙ軸方向の負側を向くマニホールドＭＦａ１２の内側面の全部をなす。Ｘ軸に直交するカソードＣＴ１の２つの側面は、セパレータＳＰ２によって覆われる。
【００３０】
Ｙ軸方向の負側を向くカソードＣＴ２の側面は、Ｙ軸方向の負側を向くカソード層１２２の外側面の一部をなし、Ｙ軸方向の正側を向くカソードＣＴ２の側面は、Ｙ軸方向の正側を向くマニホールドＭＦａ１２の内側面の全部をなす。Ｘ軸に直交するカソードＣＴ２の２つの側面は、セパレータＳＰ２によって覆われる。
【００３１】
Ｙ軸方向の正側を向くカソードＣＴ３の側面は、Ｙ軸方向の正側を向くカソード層１２２の外側面の一部をなし、Ｙ軸方向の負側を向くカソードＣＴ３の側面は、Ｙ軸方向の負側を向くマニホールドＭＦａ２２の内側面の全部をなす。Ｘ軸に直交するカソードＣＴ３の２つの側面は、セパレータＳＰ２によって覆われる。
【００３２】
Ｙ軸方向の負側を向くカソードＣＴ４の側面は、Ｙ軸方向の負側を向くカソード層１２２の外側面の一部をなし、Ｙ軸方向の正側を向くカソードＣＴ４の側面は、Ｙ軸方向の正側を向くマニホールドＭＦａ２２の内側面の全部をなす。Ｘ軸に直交するカソードＣＴ４の２つの側面は、セパレータＳＰ２によって覆われる。なお、マニホールドＭＦｆ１２およびＭＦｆ２２は、セパレータＳＰ２をＺ軸方向に貫通してなる。
【００３３】
アノード層１２４には、セパレータＳＰ４の厚みと同じ厚みを有する板状のアノード（燃料極）ＡＮ１〜ＡＮ４が設けられる。ここで、アノードＡＮ１は、マニホールドＭＦｆ１４よりもＸ軸方向における正側の位置でかつマニホールドＭＦａ１４よりもＹ軸方向における正側の位置に設けられる。アノードＡＮ２は、マニホールドＭＦｆ２４よりもＸ軸方向における正側の位置でかつマニホールドＭＦａ１４よりもＹ軸方向における負側の位置に設けられる。
【００３４】
また、アノードＡＮ３は、マニホールドＭＦｆ１４よりもＸ軸方向における負側の位置でかつマニホールドＭＦａ２４よりもＹ軸方向における正側の位置に設けられる。アノードＡＮ４は、マニホールドＭＦｆ２４よりもＸ軸方向における負側の位置でかつマニホールドＭＦａ２４よりもＹ軸方向における負側の位置に設けられる。
【００３５】
つまり、セパレータＳＰ４はアノードＡＮ１〜ＡＮ４が設けられる領域において部分的に欠落し、セパレータＳＰ４とアノードＡＮ１〜ＡＮ４とによってアノード層１２４が形成される。
【００３６】
Ｘ軸方向の負側を向くアノードＡＮ１の側面は、Ｘ軸方向の負側を向くマニホールドＭＦｆ１４の内側面の全部をなす。アノードＡＮ１の残りの側面はいずれも、セパレータＳＰ４によって覆われる。Ｘ軸方向の負側を向くアノードＡＮ２の側面は、Ｘ軸方向の負側を向くマニホールドＭＦｆ２４の内側面の全部をなす。アノードＡＮ２の残りの側面はいずれも、セパレータＳＰ４によって覆われる。
【００３７】
Ｘ軸方向の正側を向くアノードＡＮ３の側面は、Ｘ軸方向の正側を向くマニホールドＭＦｆ１４の内側面の全部をなす。アノードＡＮ３の残りの側面はいずれも、セパレータＳＰ４によって覆われる。Ｘ軸方向の正側を向くアノードＡＮ４の側面は、Ｘ軸方向の正側を向くマニホールドＭＦｆ２４の内側面の全部をなす。アノードＡＮ４の残りの側面はいずれも、セパレータＳＰ４によって覆われる。なお、マニホールドＭＦａ１４およびＭＦａ２４は、セパレータＳＰ４をＺ軸方向に貫通してなる。
【００３８】
アノード側導体層１２５をなすセパレータＳＰ５には、複数のビア導体ＶＨｆ，ＶＨｆ，…が設けられる。いずれもビア導体ＶＨｆもマニホールドＭＦｆ１５，ＭＦｆ２５，ＭＦａ１５およびＭＦａ２５を回避する位置に設けられ、その一方端および他方端はそれぞれセパレータＳＰ５の上面および下面に露出する。
【００３９】
また、図４をさらに参照して、セパレータＳＰ１の下面には、各々がＸ軸に沿って延びるようにＹ軸方向に並ぶ複数の溝（燃料極ガス流路）ＧＲｆ，ＧＲｆ，…が設けられる。溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…の一部はマニホールドＭＦｆ１５を跨ぎ、溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…の他の一部はマニホールドＭＦｆ２５を跨ぐ。ただし、いずれの溝ＧＲｆについても、一方端はＸ軸方向の正側を向くセパレータＳＰ５の側面に達し、他方端はＸ軸方向の負側を向くセパレータＳＰ５の側面に達する。したがって、溝ＧＲｆの両端は水素ガスの排出口をなす。
【００４０】
電解質層１２３は、電解質ＥＬにマニホールドＭＦｆ１３，ＭＦｆ２３，ＭＦａ１３，ＭＦａ２３を形成してなる。カソード層１２２に設けられたカソードＣＴ１〜ＣＴ４の上面は電解質層１２３の下面に配置され、アノード層１２４に設けられたアノードＡＮ１〜ＡＮ４の下面は電解質層１２３の上面に配置される。
【００４１】
つまり、セパレータＳＰ１は、カソードＣＴ１〜ＣＴ４を介して電解質ＥＬと対向し、かつ複数の溝ＧＲａ，ＧＲａ，…を有する。また、セパレータＳＰ５は、アノードＡＮ１〜ＡＮ４を介して電解質ＥＬと対向し、かつ複数の溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…を有する。
【００４２】
マニホールドＭＦａ１およびＭＦａ２を流れた酸素ガスは、溝ＧＲａ，ＧＲａ，…を経て燃料電池スタック１２の外部に排出される。また、マニホールドＭＦｆ１およびＭＦｆ２を流れた水素ガスは、溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…を経て燃料電池スタック１２の外部に排出される。
【００４３】
酸素ガスは、マニホールドＭＦａ１２，ＭＦａ２２および溝ＧＲａ，ＧＲａ，…を流れるときに、カソードＣＴ１〜ＣＴ４と接触する。また、水素ガスは、マニホールドＭＦｆ１４，ＭＦｆ２４および溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…を流れるときに、アノードＡＮ１〜ＡＮ４と接触する。酸素ガスおよび水素ガスには化学式１および２に従う化学反応が生じ、この結果、プラス電圧およびマイナス電圧が電解質ＥＬの両面に現れる。
［化１］
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
［化２］
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
【００４４】
溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…を流れた水素ガスの一部は、化学反応を起こすことなく、燃料電池セル１２ｃｌの外部に排出される。排出された水素ガスは、燃料電池スタック１２の外部の酸素と反応して燃焼する。これによって熱自立が図られる。
【００４５】
なお、セパレータＳＰ１〜ＳＰ２およびＳＰ４〜ＳＰ５としてはいずれも、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），ＬａＧａＯ３（ランタンガレート），またはＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）を材料とする。また、電解質ＥＬは、９２ＺｒＯ２−８Ｙ２Ｏ３，９０ＺｒＯ２−１０Ｙ２Ｏ３，９７ＺｒＯ２−３Ｙ２Ｏ３，または８９ＺｒＯ２−１０Ｓｃ２Ｏ３−１ＣｅＯ２などが挙げられる。
【００４６】
さらに、ビア導体ＶＨａおよびＶＨｆとしてはＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガナイト），Ａｇ−Ｐｄ合金，またはＮｉＯを材料とし、カソードＣＴ１〜ＣＴ４としてはＬＳＣＦ（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３−δ）を材料とし、アノードＡＮ１〜ＡＮ４は１０ＳｃＳＺなどが挙げられる。
【００４７】
図５を参照して、Ｘ軸方向の正側を向くカソードＣＴ１およびＣＴ２の側面は部分セパレータＳＰ２０１によって覆われ、Ｘ軸方向の負側を向くカソードＣＴ３およびＣＴ４の側面もまた部分セパレータＳＰ２０２によって覆われる。
【００４８】
また、Ｘ軸方向の正側を向くアノードＡＮ１の側面は部分セパレータＳＰ４０３によって覆われ、Ｘ軸方向の正側を向くアノードＡＮ２の側面は部分セパレータＳＰ４０４によって覆われる。同様に、Ｘ軸方向の負側を向くアノードＡＮ３の側面は部分セパレータＳＰ４０５によって覆われ、Ｘ軸方向の負側を向くアノードＡＮ４の側面は部分セパレータＳＰ４０６によって覆われる。
【００４９】
ここで、部分セパレータＳＰ２０１およびＳＰ２０２の各々のＸ軸方向における長さは互いに共通し、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６の各々のＸ軸方向における長さもまた互いに共通する。さらに、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６の各々のＸ軸方向における長さは、部分セパレータＳＰ２０１およびＳＰ２０２の各々のＸ軸方向における長さよりも短い。
【００５０】
図６を参照して、水素ガスは、マニホールドＭＦｆ１１〜ＭＦｆ１５および溝ＧＲｆを流れて、燃料電池セル１２ｃｌの外部に排出される。燃料電池セル１２ｃｌをＸ軸方向から眺めると、部分セパレータＳＰ４０３は溝ＧＲｆの排出口とアノードＡＮ１との間に設けられ、部分セパレータＳＰ４０４は溝ＧＲｆの排出口とアノードＡＮ２との間に設けられ、部分セパレータＳＰ４０５は溝ＧＲｆの排出口とアノードＡＮ３との間に設けられ、そして部分セパレータＳＰ４０６は溝ＧＲｆの排出口とアノードＡＮ４との間に設けられる。
【００５１】
部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６をこのように設けることで、アノードＡＮ１〜ＡＮ４を構成する金属ニッケルが外気によって酸化される現象、ひいては酸化物イオンがアノードＡＮ１〜ＡＮ４内で固相拡散する現象が抑制される。この結果、酸化ニッケルを還元するための無駄な燃料消費によるＯＣＶの低下や、酸化・還元の繰り返しによるアノードＡＮ１〜ＡＮ４の損傷を極力回避することができる。このことは、発電効率の低下の抑制に繋がる。
【００５２】
また、電力が発生する領域は、Ｚ軸方向から眺めてアノードＡＮ１〜ＡＮ４とカソードＣＴ１〜ＣＴ４とが互いに重複する領域であるところ、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６は、Ｚ軸方向から眺めてこの重複領域の外側に位置する。したがって、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６を設けることによる発電出力の低下を回避することができる。
【００５３】
参考までに、実験によって得られた水素ガスの流量とＯＣＶとの関係を図７に示す。図７おいて、ＯＣＶの理論値は直線Ａを描く。また、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６を設けることなくアノードＡＮ１〜ＡＮ４の側面を外気に晒したとき、ＯＣＶは曲線Ｂを描く。部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６を設けたとき、ＯＣＶは曲線Ｃを描く。これより、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６を設けた場合に、特に水素ガスの流量が小さい範囲においてＯＣＶが改善されることが理解できる。
【００５４】
以上の説明から分かるように、カソード層１２２は電解質層１２３の下面に設けられ、アノード層１２４は電解質層１２３の上面に設けられる。また、カソード側導体層１２１はカソード層１２２の下面に設けられ、アノード側導体層１２５はアノード層１２４の上面に設けられる。カソード側導体層１２１には、カソードＣＴ１〜ＣＴ４に沿って酸素ガスを流す溝ＧＲａ，ＧＲａ，…が形成され、アノード側導体層１２５には、アノードＡＮ１〜ＡＮ４に沿って水素ガスを流す溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…が形成される。溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…の排出口とアノードＡＮ１〜ＡＮ４との間には、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６が設けられる。アノードＡＮ１〜ＡＮ４の酸化は、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６によって抑制される。
【００５５】
部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６を設けることで、アノードＡＮ１〜ＡＮ４内での酸化物イオンの固相拡散が抑制され、ひいては還元のための無駄な燃料消費によるＯＣＶの低下や、酸化・還元の繰り返しによるアノードＡＮ１〜ＡＮ４の損傷が抑制される。この結果、発電効率が向上する。
【００５６】
なお、この実施例では、カソード側導体層１２１の上面に溝ＧＲａ，ＧＲａ，…を形成し、アノード側導体層１２５の下面に溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…を形成するようにしている。しかし、積層方向に並ぶ２つの燃料電池セル１２ｃｌに注目すると、下側の燃料電池セル１２ｃｌのアノード側導体層１２５が上側の燃料電池セル１２ｃｌのカソード側導体層１２１と隣接する。したがって、このように隣接する２つの導体層については、一方の導体層を省き、他方の導体層の上面および下面に溝ＧＲａ，ＧＲａ，…および溝ＧＲｆ，ＧＲｆ，…をそれぞれ形成するようにしてもよい。
【００５７】
また、この実施例では、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６の材料はセパレータＳＰ４の材料に合わせられる。しかし、部分セパレータＳＰ４０３〜ＳＰ４０６の材料は電解質ＥＬの材料と合わせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０  …燃料電池ユニット
１２ｃｌ  …燃料電池セル
ＳＰ１〜ＳＰ２，ＳＰ４〜ＳＰ５  …セパレータ
ＥＬ  …電解質
ＡＮ１〜ＡＮ４  …アノード（燃料極）
ＣＴ１〜ＣＴ４  …カソード（空気極）
ＧＲｆ  …溝（燃料極ガス流路）
ＧＲａ  …溝（空気極ガス流路）
ＳＰ４０３〜ＳＰ４０６  …部分セパレータ（酸化抑制部）
【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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【国際調査報告】
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