(57)【要約】【課題】温度分布の不均一が発生することを防止すると共に発電効率を高めることができる燃料電池用構造体、これを用いた燃料電池、及び、電極層前駆グリーンシートを提供する。【解決手段】電解質層３と、電解質層３の一方面に膜状に形成された燃料極層４あるいは空気極層５のいずれか一方の電極層とを備える燃料電池用構造体であって、前記電極層の少なくとも一部は、膜面方向に沿って反応ガス消費率が変化するように形成されている燃料電池用構造体。【選択図】図２
2008305692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と、該電解質層の一方面に膜状に形成された燃料極層あるいは空気極層のいずれか一方の電極層とを備える燃料電池用構造体であって、
前記電極層の少なくとも一部は、膜面方向に沿って反応ガス消費率が変化するように形成されている燃料電池用構造体。
【請求項２】
前記電極層の少なくとも一部は、連続的に又は段階的に反応ガス消費率が変化するように形成されている請求項１に記載の燃料電池用構造体。
【請求項３】
前記電極層の少なくとも一部は、段階的に前記反応ガス消費率が変化するように形成されており、
反応ガス消費率が変化する境界部は、前記電解質層の表面が露出する溝を備えている請求項１に記載の燃料電池用構造体。
【請求項４】
前記電極層は、金属触媒と酸化物イオン導電体との混合物から形成されており、前記混合物における前記金属触媒を構成する金属の配合比率を変化させることにより反応ガス消費率が変化するように形成されている請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池用構造体。
【請求項５】
前記電極層は、ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物から形成されており、前記金属酸化物の組成を変化させることにより反応ガス消費率が変化するように形成されている請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池用構造体。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池用構造体を備える燃料電池。
【請求項７】
反応ガスを前記電極層に導くガス供給口を更に備えており、
前記ガス供給口から離れる従い、前記電極層の反応ガス消費率が高くなるように形成されている請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
シート状の基材の一方面に膜状に形成された燃料極層あるいは空気極層のいずれか一方の電極層を備える電極層前駆グリーンシートであって、
前記電極層の少なくとも一部は、膜面方向に沿って反応ガス消費率が変化するように形成されている電極層前駆グリーンシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用構造体、燃料電池および電極層前駆グリーンシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球規模で環境問題、エネルギー問題が大きな課題となっているが、その解決に貢献しうる有力な発電装置として、燃料電池が注目されている。燃料電池は、それを構成する電解質の種類により、固体酸化物形、リン酸形、溶融炭酸塩形、高分子電解質形などに分類される。固体酸化物形燃料電池を例にとり、その構造を説明すると、酸化物イオン導電体から成る固体電解質層の一方面に空気極層を有し、他方面に燃料極層を有する発電セルを、セパレータを介して複数積層してスタック化した積層構造を有する（例えば、特許文献１等）。
【０００３】
このように構成された燃料電池においては、例えば、セパレータの一方面（空気極層と接合する面）の中央部に設けた酸化剤ガス供給口から空気極層に酸化剤ガス（空気、酸素）を供給すると共に、セパレータの他方面（燃料極層と接合する面）の中央部に設けた燃料ガス供給口から燃料極層に燃料ガス（Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４等）を供給することにより発電を行う。空気極層側に供給された酸素は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で空気極層から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ２−）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極層に向かって固体電解質層内を拡散移動し、燃料極層との界面近傍に到達した酸化物イオンはこの部分で燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２等）を生じ、燃料極層に電子を放出する。電極反応で生じた電子は、別ルートの外部負荷にて起電力として取り出すことができる。
【特許文献１】特開２００６−０８６０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような燃料電池においては、セパレータに形成された燃料ガス供給口から燃料極層に供給された燃料ガスの濃度が、燃料極層の中央部から外縁部に向かうに従って低下するという現象が生じる。このように燃料極層において燃料ガス濃度の不均一が生じると、発電セル内での電池反応が均一に行われずに、発電セルの発電効率が低下するという問題があった。また、燃料ガスの濃度が高い領域では発熱量が大きく、燃料ガスの濃度が低い領域では発熱量が小さくなり、発電セルにおいて温度分布の不均一が発生する。この結果、燃料極層に熱応力歪みが発生し、当該燃料極層が固体電解質層から剥離して破損するおそれもあった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、温度分布の不均一が発生することを防止すると共に発電効率を高めることができる燃料電池用構造体、これを用いた燃料電池、及び、電極層前駆グリーンシートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、電解質層と、該電解質層の一方面に膜状に形成された燃料極層あるいは空気極層のいずれか一方の電極層とを備える燃料電池用構造体であって、前記電極層の少なくとも一部は、膜面方向に沿って反応ガス消費率が変化するように形成されている燃料電池用構造体により達成される。
【０００７】
また、この燃料電池用構造体において、前記電極層の少なくとも一部は、連続的に又は段階的に反応ガス消費率が変化するように形成されていることが好ましい。
【０００８】
また、前記電極層の少なくとも一部は、段階的に前記反応ガス消費率が変化するように形成されており、反応ガス消費率が変化する境界部は、前記電解質層の表面が露出する溝を備えているであることが好ましい。
【０００９】
また、前記電極層は、金属触媒と酸化物イオン導電体との混合物から形成されており、前記混合物における前記金属触媒を構成する金属の配合比率を変化させることにより反応ガス消費率が変化するように形成されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記電極層は、ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物から形成されており、前記金属酸化物の組成を変化させることにより反応ガス消費率が変化するように形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の上記目的は、上述の燃料電池用構造体を備える燃料電池により達成される。
【００１２】
この燃料電池において、反応ガスを前記電極層に導くガス供給口を更に備えており、前記ガス供給口から離れる従い、前記電極層の反応ガス消費率が高くなるように形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の上記目的は、シート状の基材の一方面に膜状に形成された燃料極層あるいは空気極層のいずれか一方の電極層を備える電極層前駆グリーンシートであって、前記電極層の少なくとも一部は、膜面方向に沿って反応ガス消費率が変化するように形成されている電極層前駆グリーンシートにより達成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度分布の不均一が発生することを防止すると共に発電効率を高めることができる燃料電池用構造体、これを用いた燃料電池、及び、電極層前駆グリーンシートを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る燃料電池について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の概略構成を示す側面図であり、図２（ａ）は、図１に示す燃料電池の要部拡大断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）における矢示Ａ方向から見た平面図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本発明に係る燃料電池１は、いわゆる平板形の２室型固体酸化物形燃料電池であり、複数の発電セル２を備えている。この燃料電池１は、発電セル２がセパレータ６を介して複数個積層されるスタック構造を有しており、発電セル２のそれぞれにおいて発電反応により発生した電流が、発電セル２の積層方向に直列的に流れるように構成されている。
【００１７】
各発電セル２は、薄膜状の固体電解質層３の両面にそれぞれ電極層４，５を備え、平面視円形状に形成されている。固体電解質層３の一方面が備える電極層は、反応ガスとしての燃料ガスが供給される燃料極層４であり、他方面が備える電極層は、反応ガスとしての酸化剤ガスが供給される空気極層５である。ここで、固体電解質層３の一方面に燃料極層４を備える構造体を燃料電池用構造体と称する。
【００１８】
固体電解質層３を形成する材料としては、例えば、固体酸化物形燃料電池用の電解質材料として広く知られている蛍石型又はペロブスカイト型の結晶構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型の結晶構造を有するものとしては、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、サマリウムドープ酸化セリウム（ＳＤＣ）、ガドリニムドープ酸化セリウム（ＧＤＣ）等を挙げることができる。また、ペロブスカイト型の結晶構造を有するものとしては、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物等を挙げることができる。
【００１９】
燃料極層４は、平面視円形の薄膜状に形成されており、後述するセパレータ６の燃料ガス供給口６２ｂを介して供給された反応ガスとしての燃料ガスが固体電解質層３との界面に到達することができるよう、多孔質の層となるように形成されている。燃料極層４を形成する材料としては、セラミックス粉末材料等の酸化物イオン伝導体と金属触媒とを含む混合物を用いることができる。酸化物イオン伝導体としては、蛍石型又はペロブスカイト型の結晶構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型の結晶構造を有するものとしては、例えばＳＤＣ、ＧＤＣ、ＳｃＳＺ、ＹＳＺ等を挙げることができる。また、ペロブスカイト型の結晶構造を有するものとしては、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物等を挙げることができる。金属触媒を構成する金属としては、還元性雰囲気中で安定であり、かつ、水素酸化活性を有する材料を用いることができ、例えば、ニッケル、鉄、コバルト等や、貴金属（白金、ルテニウム、パラジウム等）等が使用できる。上記金属の中では、水素酸化の活性が高いニッケルが好ましい。金属としてニッケルを用いた金属触媒と酸化物イオン伝導体とを含む混合物として、例えば、ＮｉＯ／ＹＳＺ（ＹＳＺ：イットリア安定化ジルコニア）複合粒子、ＮｉＯ／ＳＤＣ（ＳＤＣ：サマリアドープトセリア）複合粒子、ＮｉＯ／ＳｃＳｚ複合粒子、ＮｉＯ／ＹＤＣ（ＹＤＣ：イットリアドープトセリア）複合粒子、ＮｉＯ／ＬＳＧＭ（ＬＳＧＭ：ランタンストロンチウムガリウムマグネシウム酸化物）複合粒子等を挙げることができる。
【００２０】
また、この燃料極層４の少なくとも一部は、膜面方向（面内方向）に沿って反応ガスである燃料ガスの消費率が変化するように形成されている。具体的に説明すると、図２に示すように、燃料極層４は、平面視において当該燃料極層４の中央部から外縁部に向けて同心円状に３つの領域４ａ，４ｂ，４ｃに分割され、それぞれの領域４ａ，４ｂ，４ｃにおいて、反応ガスである燃料ガスの消費率が異なるように形成されている。燃料極層４の中央部領域４ａの燃料ガス消費率が他の領域４ｂ，４ｃに比べて最も低く、燃料極層４の外縁部領域４ｃの燃料ガス消費率が他の領域４ａ，４ｂに比べて最も高くなるように形成されている。つまり、燃料極層４は、当該燃料極層４の中央部から外縁部に向けて、段階的に燃料ガス消費率が高くなるように構成されている。ここで、燃料ガス消費率は、任意の領域において発電に消費される燃料ガス流量と、その領域に供給される燃料ガス流量との比として定義される。
【００２１】
このように、膜面方向に沿って、燃料ガス消費率が変化するように燃料極層４を形成する方法として、燃料極層４を形成する材料である酸化物イオン伝導体と金属触媒とを含む混合物に含まれる金属触媒を構成する金属の配合比率を変化させることにより行う方法が挙げられる。例えば、上述したＮｉＯ／ＹＳＺ（ＹＳＺ：イットリア安定化ジルコニア）複合粒子、ＮｉＯ／ＳＤＣ（ＳＤＣ：サマリアドープトセリア）複合粒子等の各材料におけるＮｉの配合比率を領域毎に変化させることにより、膜面方向に沿って、燃料ガス消費率が変化するように燃料極層４を形成することができる。Ｎｉの配合比率を変化させることにより、各領域４ａ，４ｂ，４ｃにおける電極反応を高めたり低めたりすることができる。この結果、各領域４ａ，４ｂ，４ｃにおいて発電に使用される燃料ガス流量が変化し、燃料ガス消費率を変化させることができる。本実施形態においては、燃料極層４を形成する材料として、ＮｉＯ／ＳＤＣ（ＳＤＣ：サマリアドープトセリア）複合粒子であるＮｉ−Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２複合粒子を採用し、各領域において、Ｎｉの体積比率を変化させることにより、燃料ガス消費率を変化させるようにしている。燃料極層４の中央部領域４ａにおいては、Ｎｉ−Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２複合粒子におけるＮｉの体積比率が３０％〜４５％の範囲となるように調整することが好ましい。また、燃料極層４の外縁部領域４ｃにおいては、同体積比率が４６％〜６５％の範囲となるように調整することが好ましい。そして、燃料極層４の中央部領域４ａと外縁部領域４ｃとで挟まれる領域においては、同体積比率が６６％〜８０％の範囲となるように調整することが好ましい。
【００２２】
空気極層５は、平面視円形の薄膜状に形成されており、後述のセパレータ６の酸化剤ガス供給口６１ｂを介して供給された反応ガスとしての酸化剤ガスが固体電解質層３との界面に到達することができるよう、多孔質の層となるように形成されている。空気極層５を形成する材料としては、例えば、ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物粒子を用いることができる。具体的には、ＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物、ＳｍＣｏＯ３系酸化物等の金属酸化物粒子を例示することができる。上述した金属酸化物粒子は、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を混合して使用してもよい。また、空気極層５を形成する材料として、白金、ルテニウム、パラジウム等の貴金属を使用することもできる。
【００２３】
固体電解質層３の一方面に燃料極層４を備え、他方面に空気極層５を備える発電セル２は、例えば、燃料極層４及び空気極層５をそれぞれ形成する電極層前駆グリーンシート間に、固体電解質層前駆グリーンシートを介在させて積層・圧着し、焼成することにより製造することができる。
【００２４】
上記各種グリーンシートは、例えば、燃料極層４、空気極層５及び固体電解質層３をそれぞれ形成する材料に、有機結合剤、界面活性剤及び溶媒等を混合してペースト状物を生成し、スクリーン印刷法やドクターブレード法等により、シート状の基材の一方面に所定厚み塗布して製造される。なお、各種グリーンシートにおけるシート状の基材は、焼成時に燃焼により取り除くことができる発泡ウレタンなどの炭化水素系または炭素繊維からなる材料で形成されている。ここで、燃料極層４用の電極層前駆グリーンシートを製造する際に、公知のマスキング技術を用いて、燃料極層４の所定領域を燃料ガス消費率の異なる材料にて塗り分けることにより、燃料極層４の膜面方向に沿って燃料ガス消費率が変化するように形成された燃料極層４用の電極層前駆グリーンシートを製造することができる。
【００２５】
セパレータ６は、図２（ｂ）に示すように平面視円形状の薄膜状に形成されており、上下に隣接する発電セル２の空気極層５と燃料極層４とを電気的に接続するように構成されている。このセパレータ６は、図２（ａ）に示すように、酸化剤ガス流路６１及び燃料ガス流路６２を内部に備えている。酸化剤ガス流路６１の一方の端部は、酸化剤ガスが導入される酸化剤ガス導入口６１ａを構成しており、セパレータ６の側面６ａに開口している。酸化剤ガス流路６１の他方の端部は、酸化剤ガスを空気極層５に供給する酸化剤ガス供給口６１ｂを構成しており、セパレータ６の一方面（空気極層５と接合する面）の中央部に開口している。また、燃料ガス流路６２の一方の端部は、燃料ガスが導入される燃料ガス導入口６２ａを構成しており、セパレータ６の側面６ａに開口している。燃料ガス流路６２の他方の端部は、燃料ガスを燃料極層４に供給する燃料ガス供給口６２ｂを構成しており、セパレータ６の他方面（燃料極層４と接合する面）の中央部に開口している。このような構成により、セパレータ６は、発電セル２の空気極層５に反応ガスとしての酸化剤ガス（空気、酸素）を供給できると共に、燃料極層４に反応ガスとしての燃料ガス（Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４等）を供給することができる。
【００２６】
セパレータ６を形成する材料としては、例えば、白金、金、銀、ニッケル、銅、ＳＵＳ等の導電性金属、或いは金属系材料，又はＬａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ３などのランタン・クロマイト系等の導電性セラミックス材料を用いることができる。これらのうちの１種を単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。
【００２７】
このように構成された燃料電池１の作動について以下に説明する。まず、セパレータ６の酸化剤ガス供給口６１ｂを介して空気極層５側に酸化剤ガス（空気、酸素）を供給し、燃料ガス供給口６２ｂを介して燃料極層４側に燃料ガス（Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４等）を供給する。空気極層５側に供給された酸素は、空気極層５内の気孔を通って固体電解質層３との界面近傍に到達し、この部分で空気極層５から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ２−）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極層４に向かって固体電解質層３内を拡散移動し、燃料極層４との界面近傍に到達した酸化物イオンはこの部分で燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２等）を生じ、燃料極層４に電子を放出する。発生した電子は、起電力として取り出される。
【００２８】
このように、燃料極層４と空気極層５との間で、固体電解質層３を介した酸化物イオン伝導が起こり、発電が行われる。この発電により、発電セル２内の内部抵抗等によるジュール熱が発生し、この熱エネルギーが外部に放熱される。
【００２９】
ここで、本発明に係る燃料電池１における燃料極層４は、膜面方向に沿って、燃料ガス供給口６２ｂから離れるにしたがい、燃料ガス消費率が段階的に高くなるように形成されている。したがって、燃料ガス供給口６２ｂから供給される燃料の濃度が、燃料ガス供給口６２ｂから燃料極層４の外縁部に向けて低下する現象が発生しても、燃料極層４の全領域において、燃料消費量を均一化することができ、発電セル２内での電池反応を均一に行わせることができる。この結果、発電セル２の発電効率を向上させることが可能になる。また、発電セル２内での電池反応を均一に行わせることができる結果、各領域４ａ，４ｂ，４ｃにおける発熱量も略同一とすることができ、発電セル２内において温度分布の不均一が発生することを防止することが可能になる。これにより、熱応力歪みによって燃料極層４が固体電解質層３から剥離するような事態を効果的に抑制することができる。
【００３０】
以上、本発明に係る燃料電池１の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な構成は、上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、発電セル２を構成する燃料極層４が、当該燃料極層４の中央部から外縁部に向けて、反応ガスである燃料ガスの消費率が段階的に変化するように構成されているが、例えば、当該燃料極層４の中央部から外縁部に向けて連続的に燃料ガスの消費率が変化するように構成することもできる。通常、燃料ガス供給口６２ｂから供給された燃料ガスは、燃料ガス供給口６２ｂに最も近い燃料極層４の中央部から燃料極層４の側縁部に向けて連続的に濃度が低下していくので、このような構成を採用することにより、発電セル２内での電池反応がより一層均一に行われ、発電セル２の発電効率を向上させると共に、発電セル２内において温度分布の不均一が発生することをより確実に防止することができる。
【００３１】
また、上記実施形態においては、燃料極層４のみが、反応ガスである燃料ガスの消費率が膜面方向に変化するように構成されているが、例えば、このような燃料極層４の構成に加えて、空気極層５も同様に、反応ガスである酸化剤ガスの消費率が膜面方向に変化するように構成することもできる。あるいは、空気極層５のみが、反応ガスである酸化剤ガスの消費率が膜面方向に変化するように構成することもできる。この場合、固体電解質層３の他方面に空気極層５を備える構造体が燃料電池用構造体となる。ここで、酸化剤ガス消費率は、任意の領域において発電に消費される酸化剤ガス流量と、その領域に供給される酸化剤ガス流量との比として定義される。
【００３２】
空気極層５において、反応ガスである酸化剤ガスの消費率が膜面方向に変化するように構成する方法としては、空気極層５を形成する材料の組成を膜面方向に沿って変化させる方法を例示することができる。空気極層５を形成する材料の組成を変化させることにより、材料の組成が異なる領域毎に電極反応を高めたり低めたりすることができる。この結果、材料の組成が異なる領域毎に発電に使用される酸化剤ガス流量が変化し、酸化剤ガス消費率を変化させることができる。例えば、空気極層５を形成する材料として、下記化学式（１）にて表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物を採用する場合、式中のｘを変化させて金属酸化物におけるＡ及びＢの組成比率を変化させることにより、反応ガスである酸化剤ガスの空気極層５における消費率を膜面方向に沿って変化するように構成することができる。
【００３３】
Ａ１−ｘＢｘＭＯ３            化学式（１）
ここで、式中のＡは、Ｌａ又はＳｍであり、Ｂは、Ｓｒ、Ｃａ及びＢａから選ばれる１種の物質であり、Ｍは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅから選ばれる１種の物質である。また、ｘは０＜ｘ≦０．５の範囲である。
【００３４】
また、図３に示すように、燃料極層４おいて、燃料ガス消費率が異なる各領域４ａ，４ｂ，４ｃの境界部４ｄが、固体電解質層３が露出する溝７を備えるように構成することもできる。このように、燃料極層４の燃料ガス消費率が変化する境界部４ｄが溝７を有することにより、燃料極層４の各領域４ａ，４ｂ，４ｃを形成する材質の相違に起因して、各領域４ａ，４ｂ，４ｃの熱伸び量に差が生じる場合であっても、当該熱伸び量の差を溝が吸収し、上記境界部４ｄに割れや剥離等の損傷が生じることを効果的に防止することが可能になる。
【００３５】
また、図４に示すように、燃料極層４を多層構造４Ａ，４Ｂとし、各層４Ａ，４Ｂにおいて、反応ガスである燃料ガスの消費率が膜面方向に向けて変化するように構成することもできる。このような構成により、燃料極層４において消費される燃料消費量を燃料極層４全域において高精度で均一化することができ、発電セル２中において温度分布の不均一が発生することを防止しつつ、発電セル２の発電効率を向上させることができる。
【００３６】
また、上記実施形態においては、いわゆる２室型の燃料電池１を採用しているが、例えば、単室型の燃料電池１を採用することもできる。単室型の燃料電池１を採用する場合、図５（ａ）の要部拡大断面図、及び、その矢示Ｂ方向から見た燃料極層４の平面図（図５（ｂ））における矢印Ｄにて示すように、反応ガスとしての燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスが、発電セル２の半径方向外側から当該発電セル２に供給されることになる。このような場合、燃料極層４の外縁部領域４ｃ、外縁部領域４ｃと中央部領域４ａとで挟まれる領域４ｂ、中央部領域４ａの順に、燃料極層４の燃料ガス消費率が高くなるように燃料極層４を構成すればよい。なお、図５に示すような燃料電池１の場合、燃料極層４の側面４ｈが燃料ガス供給口６２ｂを構成する。
【００３７】
また、燃料電池１の使用態様によっては、種々の位置に局所的な温度分布の不均一が発生する場合がある。このような場合には、温度分布の不均一が発生している燃料極層４の局所部分における燃料ガス消費率を変化させて燃料極層４を形成することにより、温度分布の不均一が発生することを防止することができる。例えば、燃料電池１の近傍に、別途、燃料ガスを水蒸気改質するために用いられる水蒸気発生器や改質器などを備える場合もあり、これらの機器の熱的影響により、燃料極層４の外縁部領域４ｃの温度が、当該外縁部領域４ｃと燃料極層４の中央部領域４ａとで挟まれる領域の温度よりも高くなる場合がある。このような場合には、燃料極層４の外縁部領域４ｃにおける燃料ガス消費率を、燃料極層４の中央部領域４ａと外縁部領域４ｃとで挟まれる領域における燃料ガス消費率よりも低く設定することにより、外縁部領域４ｃの温度を下げて、温度分布の不均一が発生することを抑制できる。
【００３８】
また、上記実施形態においては、セパレータ６が、その内部に燃料ガス流路６２を有し、当該セパレータ６の他方面（燃料極層４と接合する面）の中央部に形成される燃料ガス供給口６２ｂを介して、燃料極層４の中央部に燃料ガスを吐出するように構成されているが、このような構成に特に限定されない。例えば、図６（ａ）の要部拡大断面図に示すように、燃料ガスが燃料極層４の外縁部に吐出されるように、セパレータ６の他方面の外縁部に燃料ガス供給口６２ｂを形成することもできる。このような構成の場合、図６（ａ）における矢示Ｃ方向から見た燃料極層４の平面図である図６（ｂ）に示すように、燃料極層４を複数の帯状領域４ｅ，４ｆ，４ｇに分割し、燃料ガス供給口６２ｂから離れるに従って、各領域における燃料ガス消費率が高くなるように燃料極層４を形成する。
【００３９】
また、本実施形態においては、燃料電池１は、平板形の燃料電池１であるが、このような形態に特に限定されず、例えば、円筒形の燃料電池１であってもよい。また、燃料極層４、固体電解質層３、空気極層５、及びセパレータ６は、平面視円形状であるが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、平面視矩形状にするなど種々の形状にすることができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、燃料電池１として、固体電解質形燃料電池を採用しているが、例えば、リン酸形、溶融炭酸塩形、高分子電解質形等の種々の燃料電池を採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池の概略構成を示す側面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す燃料電池の要部拡大断面図であり、（ｂ）は、その矢示Ａ方向から見た燃料極層の平面図である。
【図３】図１に示す燃料電池の変形例を示す要部拡大断面図である。
【図４】図１に示す燃料電池の変形例を示す要部拡大断面図である。
【図５】（ａ）は、図１に示す燃料電池の変形例を示す要部拡大断面図であり、（ｂ）は、その矢示Ｂ方向から見た燃料極層の平面図である。
【図６】（ａ）は、図１に示す燃料電池の変形例を示す要部拡大断面図であり、（ｂ）は、その矢示Ｃ方向から見た燃料極層の平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  燃料電池
２  発電セル
３  固体電解質層
４  燃料極層（電極層）
５  空気極層（電極層）
６  セパレータ
６１  酸化剤ガス流路
６１ａ  酸化剤ガス導入口
６１ｂ  酸化剤ガス供給口
６２  燃料ガス流路
６２ａ  燃料ガス導入口
６２ｂ  燃料ガス供給口
７  溝
【図１】
2008305692.tif 000003
【図２】
2008305692.tif 000004
【図３】
2008305692.tif 000005
【図４】
2008305692.tif 000006
【図５】
2008305692.tif 000007
【図６】
2008305692.tif 000008