(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極側に配置され、前記特定電極の表面に接する複数の凸部を有する集電部材と、を備える集電部材−電気化学反応単セル複合体において、
前記特定電極は、前記第１の方向視で前記凸部と重なる凸部重複領域の少なくとも一部分である第１の部分であって、前記第１の方向に直交する第２の方向において前記第１の部分の隣に位置すると共に前記第１の方向視で前記凸部と重ならない部分である第２の部分より気孔率が低い第１の部分を有し、
前記特定電極は、前記第１の方向視で複数の前記凸部のそれぞれと重なる複数の前記第１の部分を有することを特徴とする、集電部材−電気化学反応単セル複合体。
【請求項２】
請求項１に記載の集電部材−電気化学反応単セル複合体において、
前記特定電極は、導電性金属を含み、
前記第１の部分の前記導電性金属の含有率（ｖｏｌ％）は、前記第２の部分の前記導電性金属の含有率（ｖｏｌ％）より高いことを特徴とする、集電部材−電気化学反応単セル複合体。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の集電部材−電気化学反応単セル複合体において、
前記特定電極は、酸化物イオン伝導性セラミックス粒子を含み、
前記第１の部分の前記酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率（ｖｏｌ％）は、前記第２の部分の前記酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率（ｖｏｌ％）より高いことを特徴とする、集電部材−電気化学反応単セル複合体。
【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集電部材−電気化学反応単セル複合体において、
前記第１の部分は、前記凸部重複領域における前記電解質層側の表面から前記集電部材側の表面までのすべての部分であることを特徴とする、集電部材−電気化学反応単セル複合体。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の集電部材−電気化学反応単セル複合体において、
前記第１の方向において、前記凸部重複領域の厚さに対する、前記凸部重複領域における前記第１の部分により占められる領域の厚さの比は、５０％以下であることを特徴とする、集電部材−電気化学反応単セル複合体。
【請求項６】
前記第１の方向に並べて配列された複数の集電部材−電気化学反応単セル複合体を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の集電部材−電気化学反応単セル複合体の少なくとも１つは、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の集電部材−電気化学反応単セル複合体であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
【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、集電部材−電気化学反応単セル複合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物を含む電解質層を備える固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣの構成単位である燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という）は、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。
【０００３】
ＳＯＦＣには、単セルにおける発電反応により得られた電気エネルギーを集める集電部材が設けられる。集電部材は、電極内部への反応ガスの供給を阻害することなく集電機能を発揮するため、電極の表面に接する複数の凸部を有するように構成される（例えば、特許文献１参照）。なお、本明細書では、単セルと集電部材とから構成される構造体を、集電部材−燃料電池単セル複合体という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１６２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の集電部材−燃料電池単セル複合体では、集電部材の複数の凸部が電極の表面に接する構成であるため、集電部材からの荷重が電極における複数の凸部との接触箇所に集中的に作用し、単セルの割れが発生するおそれがあった。
【０００６】
なお、このような問題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という）の構成単位である電解単セルと集電部材とから構成される集電部材−電解単セル複合体にも共通の問題である。なお、本明細書では、集電部材−燃料電池単セル複合体と集電部材−電解単セル複合体とをまとめて集電部材−電気化学反応単セル複合体と呼ぶ。また、このような問題は、ＳＯＦＣやＳＯＥＣに限らず、他のタイプの電気化学反応単セルと集電部材とから構成される集電部材−電気化学反応単セル複合体にも共通の問題である。
【０００７】
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】
【０００８】
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。
【０００９】
（１）本明細書に開示される集電部材−電気化学反応単セル複合体は、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を含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極側に配置され、前記特定電極の表面に接する複数の凸部を有する集電部材と、を備える集電部材−電気化学反応単セル複合体において、前記特定電極は、前記第１の方向視で前記凸部と重なる凸部重複領域の少なくとも一部分である第１の部分であって、前記第１の方向に直交する第２の方向において前記第１の部分の隣に位置すると共に前記第１の方向視で前記凸部と重ならない部分である第２の部分より気孔率が低い第１の部分を有する。本集電部材−電気化学反応単セル複合体によれば、特定電極において、集電部材からの荷重が集中的に作用する凸部重複領域の少なくとも一部分である第１の部分の気孔率が低いため、第１の部分の強度を上げることができ、集電部材からの荷重集中を原因とした電気化学反応単セルの割れが発生することを抑制することができる。また、特定電極において、第１の方向視で凸部と重ならない第２の部分については気孔率が高い状態とされるため、特定電極における反応ガスの拡散性の低下を抑制することができる。
【００１０】
（２）上記集電部材−電気化学反応単セル複合体において、前記特定電極は、導電性金属を含み、前記第１の部分の前記導電性金属の含有率（ｖｏｌ％）は、前記第２の部分の前記導電性金属の含有率（ｖｏｌ％）より高い構成としてもよい。本集電部材−電気化学反応単セル複合体によれば、特定電極において、集電部材との間の主たる導通経路に位置する第１の部分の導電性金属の含有率を高くすることができ、電気化学反応単セルの導電性を向上させることができる。
【００１１】
（３）上記集電部材−電気化学反応単セル複合体において、前記特定電極は、酸化物イオン伝導性セラミックス粒子を含み、前記第１の部分の前記酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率（ｖｏｌ％）は、前記第２の部分の前記酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率（ｖｏｌ％）より高い構成としてもよい。本集電部材−電気化学反応単セル複合体によれば、特定電極において、集電部材からの荷重が集中的に作用する部分である第１の部分の強度を効果的に向上させることができ、電気化学反応単セルの割れが発生することを効果的に抑制することができる。
【００１２】
（４）上記集電部材−電気化学反応単セル複合体において、前記第１の部分は、前記凸部重複領域における前記電解質層側の表面から前記集電部材側の表面までのすべての部分である構成としてもよい。本集電部材−電気化学反応単セル複合体によれば、特定電極の凸部重複領域における電解質層側の表面から集電部材側の表面までのすべての部分が気孔率の低い第１の部分となるため、電気化学反応単セルの割れが発生することを効果的に抑制することができる。
【００１３】
（５）上記集電部材−電気化学反応単セル複合体において、前記第１の方向において、前記凸部重複領域の厚さに対する、前記凸部重複領域における前記第１の部分により占められる領域の厚さの比は、５０％以下である構成としてもよい。本集電部材−電気化学反応単セル複合体によれば、特定電極全体として気孔率をある程度高く保つことによりガス拡散性の低下を抑制しつつ、電気化学反応単セルの割れが発生することを抑制することができる。
【００１４】
（６）上記集電部材−電気化学反応単セル複合体において、前記特定電極は、複数の前記第１の部分を有する構成としてもよい。本集電部材−電気化学反応単セル複合体によれば、特定電極全体としてのガス拡散性の低下を抑制しつつ、強度の高い第１の部分を複数設けることにより、電気化学反応単セルの割れの発生を効果的に抑制することができる。
【００１５】
（７）上記集電部材−電気化学反応単セル複合体において、前記特定電極は、前記第１の方向視で複数の前記凸部のそれぞれと重なる複数の前記第１の部分を有する構成としてもよい。本集電部材−電気化学反応単セル複合体によれば、特定電極全体としてのガス拡散性の低下を抑制しつつ、強度の高い第１の部分を第１の方向に直交する方向に並べて複数設けることにより、電気化学反応単セルの割れの発生をさらに効果的に抑制することができる。
【００１６】
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、集電部材−電気化学反応単セル複合体（集電部材−燃料電池単セル複合体または集電部材−電解単セル複合体）、集電部材−電気化学反応単セル複合体を備える電気化学反応単位（燃料電池発電単位または電解セル単位）、複数の集電部材−電気化学反応単セルまたは電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、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】
【００１７】
【図１】第１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】燃料極１１６の詳細構成を示す説明図である。
【図７】燃料極１１６の各位置における気孔率を示す説明図である。
【図８】第２実施形態における燃料極１１６ａの詳細構成を示す説明図である。
【図９】第２実施形態における第１の部分ＰＡ１の厚さＴｘの特定方法を示す説明図である。
【図１０】第３実施形態における燃料極１１６ｂの詳細構成を示す説明図である。
【図１１】第４実施形態における燃料極１１６ｃの詳細構成を示す説明図である。
【図１２】各実施形態の集電部材−単セル複合体１０７についての実施例の構成を示す説明図である。
【図１３】変形例における燃料極１１６の詳細構成を示す説明図である。
【図１４】変形例における第１の部分ＰＡ１の厚さＴｘの特定方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．装置構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、第１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。
【００１９】
燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という）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。
【００２０】
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。
【００２１】
各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿通されており、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。
【００２２】
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が挿通された連通孔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が挿通された連通孔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。
【００２３】
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が挿通された連通孔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が挿通された連通孔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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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。
【００２７】
図４および図５に示すように、発電単位１０２は、単セル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が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。
【００２８】
インターコネクタ１５０は、Ｚ方向視で単セル１１０より大きい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）。
【００２９】
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および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。
【００３０】
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）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等の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、ペロブスカイト型酸化物（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））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。燃料極１１６は、特許請求の範囲における特定電極に相当する。燃料極１１６の構成については、後に詳述する。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。本実施形態では、燃料極側集電体１４４は、Ｎｉ箔により形成されている。電極対向部１４５における燃料極１１６に対向する側の表面の略全面には、導電性の接合層３１０が配置されている。本実施形態では、接合層３１０は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）により形成されている。電極対向部１４５の表面に配置された接合層３１０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（すなわち、燃料極１１６における燃料極側集電体１４４に対向する側の表面であり、以下、「集電部材対向面Ｓ１」という）に接触している。また、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および接合層３１０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。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態では、燃料極側集電体１４４は、矩形の平板形状部材に切り込みを入れ、複数の矩形部分を曲げ起こすように加工することにより製造される。曲げ起こされた矩形部分が電極対向部１４５となり、曲げ起こされた部分以外の穴あき状態の平板部分がインターコネクタ対向部１４６となり、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ部分が連接部１４７となる。なお、図４に示す部分拡大図では、燃料極側集電体１４４の製造方法を示すため、複数の矩形部分の一部の曲げ起こし加工が完了する前の状態を示している。また、本実施形態では、電極対向部１４５および接合層３１０は、Ｚ方向視で略格子状（格子の各交点上）に配置されている。Ｚ方向視で、各電極対向部１４５の面積（すなわち、接合層３１０の面積）は、例えば１〜１０００（ｍｍ２）である。
【００３６】
なお、本明細書では、各発電単位１０２において、単セル１１０の燃料極１１６側に位置する接合層３１０と燃料極側集電体１４４とインターコネクタ１５０との集合体を、燃料極側集電部材４００という。燃料極側集電部材４００は、上述した通りの構成であるため、Ｚ方向視で単セル１１０より大きい平板形状部材（インターコネクタ１５０）と、燃料極１１６の集電部材対向面Ｓ１に接する複数の凸部（燃料極側集電体１４４における電極対向部１４５と、該電極対向部１４５の表面に設けられた接合層３１０との集合体であり、以下、「集電部材凸部４１０」という）とを有すると言える（図６参照）。燃料極側集電部材４００は、特許請求の範囲における集電部材に相当し、複数の集電部材凸部４１０は、特許請求の範囲における複数の凸部に相当する。また、本明細書では、単セル１１０と燃料極側集電部材４００（燃料極側集電体１４４、接合層３１０、インターコネクタ１５０）とから構成される構造体を、集電部材−燃料電池単セル複合体（以下、単に「集電部材−単セル複合体」という）１０７という。
【００３７】
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、本実施形態では、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する平板形の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素１３５が空気極側集電体１３４として機能する。また、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極１１４と空気極側集電体１３４との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。
【００３８】
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。
【００３９】
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に含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素と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。
【００４０】
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。
【００４１】
Ａ−３．燃料極１１６の詳細構成：
図６は、燃料極１１６の詳細構成を示す説明図である。図６には、図４のＸ１部の構成が拡大して示されている。図６に示すように、燃料極１１６は、基板層２２０と活性層２１０とを備える。基板層２２０は、Ｚ方向において燃料極側集電体１４４に近い側（下側）の部分であり、集電部材対向面Ｓ１を含む部分である。また、活性層２１０は、Ｚ方向において基板層２２０と電解質層１１２との間に位置する部分であり、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する表面（以下、「電解質層対向面Ｓ２」という）を含む部分である。
【００４２】
燃料極１１６の基板層２２０は、主として、単セル１１０を構成する他の層（活性層２１０、電解質層１１２、空気極１１４）を支持すると共に、燃料室１７６から供給される燃料ガスＦＧを拡散させ、さらに、発電反応により得られた電気を集電する場として機能する層である。また、活性層２１０は、主として、電解質層１１２から供給される酸化物イオンと燃料室１７６から基板層２２０を介して供給される燃料ガスＦＧに含まれる水素との反応の場として機能する層である。
【００４３】
本実施形態では、燃料極１１６の活性層２１０および基板層２２０は、共に、導電性金属であるＮｉと酸化物イオン伝導性セラミックスであるＹＳＺの粒子とのサーメットにより形成されている。また、本実施形態では、活性層２１０の活性を高めるため、活性層２１０におけるＮｉの含有率（ｖｏｌ％）は、基板層２２０におけるＮｉの含有率より高い。また、基板層２２０の強度を高めるため、Ｚ方向において、基板層２２０の厚さは、活性層２１０の厚さより厚い。また、基板層２２０のガス拡散性を高めるために、基板層２２０の気孔率（ｖｏｌ％）は、活性層２１０の気孔率より高い。
【００４４】
また、本実施形態では、基板層２２０における、活性層２１０との界面ＢＯから厚さＴｘの領域（以下、「特定領域ＳＡ」という）を、Ｚ方向に直交する方向（以下、「面方向」という）に並ぶ第１の部分ＰＡ１と第２の部分ＰＡ２とに分けると、第１の部分ＰＡ１における気孔率は、第２の部分ＰＡ２における気孔率より低くなっている。ここで、第１の部分ＰＡ１は、Ｚ方向視で、集電部材凸部４１０（電極対向部１４５と接合層３１０との集合体）の先端面（すなわち、接合層３１０の燃料極１１６に対向する側の表面）と重なる凸部重複領域ＡＲ１に含まれる部分である。そのため、第１の部分ＰＡ１は、燃料極側集電部材４００からの荷重が集中的に作用する部分であると共に、燃料極側集電部材４００との間の主たる導通経路に位置する部分であると言える。また、第２の部分ＰＡ２は、Ｚ方向視で、集電部材凸部４１０の先端面と重ならない凸部非重複領域ＡＲ２に含まれる部分である。このように、本実施形態では、基板層２２０における特定領域ＳＡの内、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０の先端面と重なる第１の部分ＰＡ１において、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０の先端面と重ならない第２の部分ＰＡ２より、気孔率が低くなっている。
【００４５】
なお、本実施形態では、第１の部分ＰＡ１は、第２の部分ＰＡ２と比較して、気孔率が低い分、導電性金属（Ｎｉ）および酸化物イオン伝導性セラミックス（ＹＳＺ）粒子の含有率（ｖｏｌ％）が高くなっている。また、本実施形態では、基板層２２０における特定領域ＳＡ以外の領域の構成（気孔率や導電性金属の含有率等）は、第２の部分ＰＡ２の構成と略同一となっている。また、本実施形態では、基板層２２０に、複数の第１の部分ＰＡ１および複数の第２の部分ＰＡ２が存在し、面方向において、各第２の部分ＰＡ２は２つの第１の部分ＰＡ１の間に位置している。
【００４６】
図７は、燃料極１１６の各位置における気孔率を示す説明図である。図７の上段には、燃料極１１６の断面において、凸部重複領域ＡＲ１を面方向に等分する仮想線Ｌ１（図６参照）上の各位置における気孔率を示す曲線Ｃ（Ｌ１）が示されている。すなわち、曲線Ｃ（Ｌ１）は、燃料極１１６の凸部重複領域ＡＲ１の各位置における気孔率を示している。なお、図６に示すように、図７の上段における点Ｐ１１〜１４は、仮想線Ｌ１と燃料極１１６における各部分の境界との交点である。また、図７の下段には、燃料極１１６の断面において、凸部非重複領域ＡＲ２を面方向に等分する仮想線Ｌ２（図６参照）上の各位置における気孔率を示す曲線Ｃ（Ｌ２）が示されている。すなわち、曲線Ｃ（Ｌ２）は、燃料極１１６の凸部非重複領域ＡＲ２の各位置における気孔率を示している。なお、図６に示すように、図７の下段における点Ｐ２１〜２４は、仮想線Ｌ２と燃料極１１６における各部分の境界との交点である。
【００４７】
図７の下段に示すように、燃料極１１６における凸部非重複領域ＡＲ２では、第２の部分ＰＡ２を含む基板層２２０全体において、気孔率は略一定となっている。また、活性層２１０においても、気孔率は略一定となっている。上述したように、活性層２１０の気孔率は、基板層２２０の気孔率より低くなっている。
【００４８】
一方、図７の上段に示すように、燃料極１１６における凸部重複領域ＡＲ１では、基板層２２０における第１の部分ＰＡ１以外の部分の気孔率は、図７の下段に示す凸部非重複領域ＡＲ２の基板層２２０の気孔率と略同一となっているが、基板層２２０における第１の部分ＰＡ１の気孔率は、基板層２２０における他の部分の気孔率より低くなっている。すなわち、基板層２２０における第１の部分ＰＡ１の気孔率は、第２の部分ＰＡ２の気孔率より低くなっている。なお、凸部非重複領域ＡＲ２と同様に、活性層２１０の気孔率は、基板層２２０の気孔率より低くなっている。
【００４９】
また、本実施形態では、燃料極１１６全体（の凸部重複領域ＡＲ１）の厚さＴｏに対する、第１の部分ＰＡ１により占められる領域の厚さＴｘの比は、５０％以下となっている。そのため、燃料極１１６全体に占める第１の部分ＰＡ１の割合は比較的小さくなっている。
【００５０】
Ａ−４．燃料電池スタック１００の製造方法：
上述した構成の燃料電池スタック１００の製造方法は、例えば、以下の通りである。はじめに、単セル１１０を作製する。単セル１１０の作製方法は、例えば、以下の通りである。
【００５１】
（燃料極基板層用グリーンシートの作製）
ＮｉＯ粉末（５０重量部）とＹＳＺ粉末（５０重量部）との混合粉末（１００重量部）に対して、造孔材である有機ビーズ（混合粉末に対して１５重量％）と、ブチラール樹脂と、可塑剤であるＤＯＰと、分散剤と、トルエン＋エタノール混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合して、スラリーを調整する。有機ビーズは、例えば、ポリメタクリル酸メチルやポリスチレンなどの高分子により形成された球状粒子である。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さの燃料極基板層用グリーンシートを複数作製する。なお、燃料極基板層用グリーンシートのＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との比率は、その性能を満足する限り適宜変更可能であり、例えばＮｉＯ粉末：ＹＳＺ粉末が６０：４０や４０：６０であっても構わない。つまり、ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との混合粉末が１００重量部となるように、ＮｉＯ粉末は４０〜６０重量部の間で適宜変更でき、残りをＹＳＺ粉末とすることができる。
【００５２】
作製した複数の燃料極基板層用グリーンシートの内、上述した基板層２２０における特定領域ＳＡに対応する燃料極基板層用グリーンシートの表面に、集電部材凸部４１０の配置に対応するパターンのマスク（焼成による収縮を考慮したもの）を用いて、上述した第１の部分ＰＡ１に対応する領域に低粘度のＮｉＯをスプレーまたは印刷により塗布する。低粘度のＮｉＯの塗布後、所定の時間放置することにより、対象の燃料極基板層用グリーンシートの内部にＮｉＯが含浸する。これにより、特定領域ＳＡに対応する燃料極基板層用グリーンシートにおける第１の部分ＰＡ１に対応する領域のＮｉＯの含有率を高めることができ、それに伴って、第１の部分ＰＡ１に対応する領域の気孔率を低下させることができる。
【００５３】
（燃料極活性層用グリーンシートの作製）
ＮｉＯ粉末（６０重量部）とＹＳＺ粉末（４０重量部）との混合粉末（１００重量部）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＋エタノール混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合して、スラリーを調整する。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さ（例えば、１０μｍ〜３０μｍ）の燃料極活性層用グリーンシートを作製する。なお、燃料極活性層用グリーンシートのＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との比率は、その性能を満足する限り適宜変更可能であり、例えばＮｉＯ粉末：ＹＳＺ粉末が５０：５０や４０：６０であっても構わない。つまり、ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との混合粉末が１００重量部となるように、ＮｉＯ粉末は４０〜６０重量部の間で適宜変更でき、残りをＹＳＺ粉末とすることができる。
【００５４】
（電解質層用グリーンシートの作製）
ＹＳＺ粉末（１００重量部）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＋エタノール混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合して、スラリーを調整する。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さ（例えば、１０μｍ）の電解質層用グリーンシートを作製する。
【００５５】
（電解質層１１２と燃料極１１６との積層体の作製）
燃料極基板層用グリーンシートと燃料極活性層用グリーンシートと電解質層用グリーンシートとを貼り付けて約２８０℃で脱脂する。さらに、約１３５０℃にて焼成を行うことにより、電解質層１１２と燃料極１１６（活性層２１０および基板層２２０）との積層体を得る。作製された積層体における燃料極１１６の基板層２２０には、上述した構成の第１の部分ＰＡ１および第２の部分ＰＡ２が形成されている。
【００５６】
（空気極１１４の形成）
Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３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する。作成した混合液を、上記積層体における電解質層１１２の表面に噴霧塗布し、１１００℃で焼成することによって空気極１１４を形成する。以上の工程により、単セル１１０が作製される。
【００５７】
その後、残りの組み立て工程（例えば、燃料極側集電体１４４と単セル１１０（燃料極１１６）との接合やボルト２２による締結）を行う。例えば、燃料極側集電体１４４と単セル１１０（燃料極１１６）との接合の際には、単セル１１０における燃料極１１６の基板層２２０側の表面（集電部材対向面Ｓ１）の内、燃料極側集電体１４４の電極対向部１４５に対向する領域（すなわち、第１の部分ＰＡ１の表面）に接合層用のペーストを印刷し、電極対向部１４５をペーストに押し付けた状態で所定の条件で焼成を行うことにより、燃料極側集電体１４４の電極対向部１４５と燃料極１１６の基板層２２０とを接合する接合層３１０を形成する。その他、残りの組み立て工程を行うことにより、上述した構成の燃料電池スタック１００の製造が完了する。
【００５８】
Ａ−５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７は、単セル１１０と、単セル１１０の燃料極１１６側に配置され、燃料極１１６の表面に接する複数の集電部材凸部４１０（燃料極側集電体１４４の電極対向部１４５、接合層３１０）を有する燃料極側集電部材４００（燃料極側集電体１４４、接合層３１０、インターコネクタ１５０）とを備える。また、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６（の基板層２２０）が、第１の部分ＰＡ１と第２の部分ＰＡ２とを有する。第１の部分ＰＡ１は、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０（電極対向部１４５と接合層３１０との集合体）と重なる凸部重複領域ＡＲ１の一部分である。すなわち、第１の部分ＰＡ１は、燃料極側集電部材４００からの荷重が集中的に作用する部分であると共に、燃料極側集電部材４００との間の主たる導通経路に位置する部分である。また、第２の部分ＰＡ２は、Ｚ方向に直交する方向（面方向）において第１の部分ＰＡ１の隣に位置すると共に、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０と重ならない部分である。本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、第１の部分ＰＡ１は、第２の部分ＰＡ２より気孔率（ｖｏｌ％）が低い。
【００５９】
このように、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極側集電部材４００の複数の集電部材凸部４１０が燃料極１１６の表面に接する構成であるため、燃料極側集電部材４００からの荷重が燃料極１１６における各凸部重複領域ＡＲ１に集中的に作用する。しかし、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極側集電部材４００からの荷重が集中的に作用する凸部重複領域ＡＲ１の一部分である第１の部分ＰＡ１の気孔率が低いため、第１の部分ＰＡ１の強度を上げることができ、燃料極側集電部材４００からの荷重集中を原因とした単セル１１０の割れが発生することを抑制することができる。
【００６０】
なお、例えば、燃料極１１６における上記特定領域ＳＡ全体の気孔率を低くすることによっても、単セル１１０の割れが発生することを抑制することができる。しかし、このような構成では、燃料極１１６の特定領域ＳＡ全体において燃料ガスＦＧの拡散性が低下し、発電性能が低下するおそれがある。これに対し、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６の特定領域ＳＡの内、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０と重なる第１の部分ＰＡ１のみについて気孔率が低くされており、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０と重ならない第２の部分ＰＡ２については気孔率が高い状態に維持されている。そのため、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６における燃料ガスＦＧの拡散性の低下を抑制しつつ、単セル１１０の割れが発生することを抑制することができる。
【００６１】
また、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６が導電性金属（Ｎｉ）を含み、第１の部分ＰＡ１の導電性金属の含有率（ｖｏｌ％）は、第２の部分ＰＡ２の導電性金属の含有率より高い。そのため、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７によれば、燃料極１１６において、燃料極側集電部材４００との間の主たる導通経路に位置する第１の部分ＰＡ１の導電性金属の含有率を高くすることができ、単セル１１０の導電性を向上させることができる。
【００６２】
また、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６が酸化物イオン伝導性セラミックス（ＹＳＺ）の粒子を含み、第１の部分ＰＡ１の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率（ｖｏｌ％）は、第２の部分ＰＡ２の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率より高い。そのため、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７によれば、燃料極側集電部材４００からの荷重が集中的に作用する部分である第１の部分ＰＡ１の強度を効果的に向上させることができ、単セル１１０の割れが発生することを効果的に抑制することができる。
【００６３】
また、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６全体（の凸部重複領域ＡＲ１）の厚さＴｏに対する、第１の部分ＰＡ１により占められる領域の厚さＴｘの比は、５０％以下となっている。そのため、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７によれば、燃料極１１６全体として気孔率をある程度高く保つことによりガス拡散性の低下を抑制しつつ、単セル１１０の割れが発生することを抑制することができる。
【００６４】
また、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６は、Ｚ方向視で複数の集電部材凸部４１０のそれぞれと重なる複数の第１の部分ＰＡ１を有する。そのため、本実施形態の集電部材−単セル複合体１０７によれば、燃料極１１６全体としてのガス拡散性の低下を抑制しつつ、強度の高い第１の部分ＰＡ１を面方向に並べて複数設けることにより、単セル１１０の割れの発生をさらに効果的に抑制することができる。
【００６５】
Ａ−６．燃料極１１６の分析方法：
燃料極１１６の分析方法は、例えば、以下の通りである。
【００６６】
（導電性金属および酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率の特定方法）
燃料極１１６の各位置（各領域）における導電性金属や酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率は、以下の方法により特定される。面方向に直交する単セル１１０の断面を設定し、該断面における上記含有率を特定すべき位置（領域）で、ＦＩＢ−ＳＥＭ（加速電圧１．５ｋＶ）による元素マッピング画像（例えば５０００倍）を得る。得られた画像における上記位置（領域）で、対応する元素の面積割合を算出することにより、導電性金属や酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率を特定する。
【００６７】
（気孔率の特定方法）
燃料極１１６の各位置（各領域）における気孔率は、以下の方法により特定される。上述した含有率の特定方法と同様に、ＦＩＢ−ＳＥＭによるＳＥＭ画像（例えば５０００倍）を得て、得られた画像における上記位置（領域）で、面方向に平行な複数の線を所定の間隔（例えば１μｍから５μｍ間隔）で引く。各直線上の気孔にあたる部分の長さを測定し、直線の全長に対する気孔にあたる部分の長さの合計の比を、当該線上における気孔率とする。気孔率を特定すべき位置（領域）に引かれた複数の直線における気孔率の平均値を算出することにより、当該位置（領域）における気孔率を特定する。
【００６８】
なお、図６に示すように、燃料極１１６の断面において、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０の先端面と重なる（すなわち、凸部重複領域ＡＲ１内に位置する）厚さＴｗ（例えば１０μｍ）の第１ウィンドウＷ１と、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０の先端面と重ならず（すなわち、凸部非重複領域ＡＲ２内に位置し）、面方向において第１ウィンドウＷ１の隣に位置する厚さＴｗの第２ウィンドウＷ２とのペアを、Ｚ方向に所定距離（例えば１μｍ）ずつずらしながら順に設定し、第１ウィンドウＷ１により規定される領域の気孔率と第２ウィンドウＷ２により規定される領域の気孔率とを特定する。ある第１ウィンドウＷ１と第２ウィンドウＷ２とのペアにおいて、第１ウィンドウＷ１により規定される領域の気孔率が第２ウィンドウＷ２により規定される領域の気孔率より低い場合には、該第１ウィンドウＷ１により規定される領域が第１の部分ＰＡ１に該当し、該第２ウィンドウＷ２により規定される領域が第２の部分ＰＡ２に該当することとなる。
【００６９】
（第１の部分ＰＡ１の厚さＴｘの特定方法）
第１実施形態における第１の部分ＰＡ１の厚さＴｘは、以下の方法により特定される。図７の上段に示すように、仮想線Ｌ１上の各位置における気孔率を示す曲線Ｃ（Ｌ１）は、集電部材対向面Ｓ１との交点Ｐ１１からＺ軸正方向に向けて略直線状となり、他の部分と第１の部分ＰＡ１との境界付近において気孔率が低下し、その後、第１の部分ＰＡ１において再び略直線状となる。曲線Ｃ（Ｌ１）における上記２つの略直線状の部分から等距離にある仮想線Ｌｍを特定し、仮想線Ｌｍと曲線Ｃ（Ｌ１）との交点を特定し、該交点の位置（点Ｐ１２）から、基板層２２０と活性層２１０との界面ＢＯ上の点Ｐ１３までの距離を、第１の部分ＰＡ１の厚さＴｘとして特定するものとする。
【００７０】
Ｂ．第２実施形態：
図８は、第２実施形態における燃料極１１６ａの詳細構成を示す説明図である。以下では、第２実施形態における燃料極１１６ａ（単セル１１０ａ）の構成の内、上述した第１実施形態における燃料極１１６（単セル１１０）の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。
【００７１】
図８に示すように、第２実施形態では、燃料極１１６ａにおける特定領域ＳＡの位置が、上述した第１実施形態と異なっている。具体的には、第２実施形態では、特定領域ＳＡは、基板層２２０における集電部材対向面Ｓ１から厚さＴｘの領域である。第２実施形態においても、特定領域ＳＡの内、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０の先端面と重なる第１の部分ＰＡ１は、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０の先端面と重ならない第２の部分ＰＡ２と比較して、気孔率が低く、導電性金属の含有率が高く、酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率が高くなっている。
【００７２】
第２実施形態の単セル１１０ａと燃料極側集電部材４００とを備える集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態の集電部材−単セル複合体１０７と同様に、燃料極側集電部材４００からの荷重が集中的に作用する部分である第１の部分ＰＡ１の気孔率が低いため、第１の部分ＰＡ１の強度を上げることができ、燃料極側集電部材４００からの荷重集中を原因とした単セル１１０ａの割れが発生することを抑制することができる。また、第２実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６ａの特定領域ＳＡの内、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０と重なる第１の部分ＰＡ１のみについて気孔率が低くされており、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０と重ならない第２の部分ＰＡ２については気孔率が高い状態に維持されているため、燃料極１１６ａにおける燃料ガスＦＧの拡散性の低下を抑制することができる。
【００７３】
また、第２実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態と同様に、第１の部分ＰＡ１の導電性金属の含有率が第２の部分ＰＡ２の導電性金属の含有率より高いため、燃料極１１６ａにおいて、燃料極側集電部材４００との間の主たる導通経路に位置する第１の部分ＰＡ１の導電性金属の含有率を高くすることができ、単セル１１０ａの導電性を向上させることができる。
【００７４】
また、第２実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態と同様に、第１の部分ＰＡ１の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率が第２の部分ＰＡ２の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率より高いため、燃料極側集電部材４００からの荷重が集中的に作用する部分である第１の部分ＰＡ１の強度を効果的に向上させることができ、燃料極側集電部材４００からの荷重集中を原因とした単セル１１０ａの割れが発生することを効果的に抑制することができる。
【００７５】
また、第２実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態と同様に、燃料極１１６ａ全体の厚さＴｏに対する、第１の部分ＰＡ１により占められる領域の厚さＴｘの比は、５０％以下となっているため、燃料極１１６ａ全体として気孔率をある程度高く保つことによりガス拡散性の低下を抑制しつつ、単セル１１０ａの割れが発生することを抑制することができる。
【００７６】
また、第２実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態と同様に、燃料極１１６ａがＺ方向視で複数の集電部材凸部４１０のそれぞれと重なる複数の第１の部分ＰＡ１を有するため、燃料極１１６ａ全体としてのガス拡散性の低下を抑制しつつ、強度の高い第１の部分ＰＡ１を面方向に並べて複数設けることにより、単セル１１０ａの割れの発生をさらに効果的に抑制することができる。
【００７７】
なお、第２実施形態における第１の部分ＰＡ１の厚さＴｘは、以下の方法により特定される。図９は、第２実施形態における第１の部分ＰＡ１の厚さＴｘの特定方法を示す説明図である。図９には、第２実施形態の燃料極１１６ａの断面において、凸部重複領域ＡＲ１を面方向に等分する仮想線Ｌ１（図８参照）上の各位置における気孔率を示す曲線Ｃ（Ｌ１）が示されている。図９に示すように、第２実施形態では、曲線Ｃ（Ｌ１）は、集電部材対向面Ｓ１側に配置された第１の部分ＰＡ１において略直線状となり、第１の部分ＰＡ１と他の部分との境界付近において気孔率が上昇し、その後、他の部分において再び略直線状となる。曲線Ｃ（Ｌ１）における上記２つの略直線状の部分から等距離にある仮想線Ｌｍを特定し、仮想線Ｌｍと曲線Ｃ（Ｌ１）との交点を特定し、該交点の位置から集電部材対向面Ｓ１までの距離を、第１の部分ＰＡ１の厚さＴｘとして特定するものとする。
【００７８】
Ｃ．第３実施形態：
図１０は、第３実施形態における燃料極１１６ｂの詳細構成を示す説明図である。以下では、第３実施形態における燃料極１１６ｂ（単セル１１０ｂ）の構成の内、上述した第１実施形態における燃料極１１６（単セル１１０）の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。
【００７９】
図１０に示すように、第３実施形態では、燃料極１１６ｂ全体が特定領域ＳＡとなっている点が、上述した第１実施形態と異なっている。すなわち、第３実施形態では、燃料極１１６ｂの凸部重複領域ＡＲ１における集電部材対向面Ｓ１から電解質層対向面Ｓ２までのすべての部分が第１の部分ＰＡ１であり、燃料極１１６ｂの凸部非重複領域ＡＲ２における集電部材対向面Ｓ１から電解質層対向面Ｓ２までのすべての部分が第２の部分ＰＡ２となっている。第３実施形態においても、特定領域ＳＡの内、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０の先端面と重なる第１の部分ＰＡ１は、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０の先端面と重ならない第２の部分ＰＡ２と比較して、気孔率が低く、導電性金属の含有率が高く、酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率が高くなっている。
【００８０】
第３実施形態の単セル１１０ｂと燃料極側集電部材４００とを備える集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態の集電部材−単セル複合体１０７と同様に、燃料極側集電部材４００からの荷重が集中的に作用する部分である第１の部分ＰＡ１の気孔率が低いため、第１の部分ＰＡ１の強度を上げることができ、燃料極側集電部材４００からの荷重集中を原因とした単セル１１０ｂの割れが発生することを抑制することができる。特に、第３実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６ｂの凸部重複領域ＡＲ１における集電部材対向面Ｓ１から電解質層対向面Ｓ２までのすべての部分が、気孔率の低い第１の部分ＰＡ１となっているため、単セル１１０ｂの割れが発生することを効果的に抑制することができる。また、第３実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６ｂの特定領域ＳＡの内、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０と重なる第１の部分ＰＡ１のみについて気孔率が低くされており、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０と重ならない第２の部分ＰＡ２については気孔率が高い状態に維持されているため、燃料極１１６ｂにおける燃料ガスＦＧの拡散性の低下を抑制することができる。
【００８１】
また、第３実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態と同様に、第１の部分ＰＡ１の導電性金属の含有率が第２の部分ＰＡ２の導電性金属の含有率より高いため、燃料極１１６ｂにおいて、燃料極側集電部材４００との間の主たる導通経路に位置する第１の部分ＰＡ１の導電性金属の含有率を高くすることができ、単セル１１０ｂの導電性を向上させることができる。特に、第３実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６ｂの凸部重複領域ＡＲ１における集電部材対向面Ｓ１から電解質層対向面Ｓ２までのすべての部分が、導電性金属の含有率が高い第１の部分ＰＡ１となっているため、単セル１１０ｂの導電性を効果的に向上させることができる。
【００８２】
また、第３実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態と同様に、第１の部分ＰＡ１の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率が第２の部分ＰＡ２の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率より高いため、燃料極側集電部材４００からの荷重が集中的に作用する部分である第１の部分ＰＡ１の強度を効果的に向上させることができ、燃料極側集電部材４００からの荷重集中を原因とした単セル１１０ｂの割れが発生することを効果的に抑制することができる。特に、第３実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６ｂの凸部重複領域ＡＲ１における集電部材対向面Ｓ１から電解質層対向面Ｓ２までのすべての部分が、酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率が高い第１の部分ＰＡ１となっているため、単セル１１０ｂの割れが発生することを効果的に抑制することができる。
【００８３】
また、第３実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態と同様に、燃料極１１６ｂがＺ方向視で複数の集電部材凸部４１０のそれぞれと重なる複数の第１の部分ＰＡ１を有するため、燃料極１１６ｂ全体としてのガス拡散性の低下を抑制しつつ、強度の高い第１の部分ＰＡ１を面方向に並べて複数設けることにより、単セル１１０ｂの割れの発生をさらに効果的に抑制することができる。
【００８４】
Ｄ．第４実施形態：
図１１は、第４実施形態における燃料極１１６ｃの詳細構成を示す説明図である。以下では、第４実施形態における燃料極１１６ｃ（単セル１１０ｃ）の構成の内、上述した第１実施形態における燃料極１１６（単セル１１０）の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。
【００８５】
図１１に示すように、第４実施形態では、燃料極１１６ｃに２つの特定領域ＳＡが存在している点が、上述した第１実施形態と異なっている。具体的には、第４実施形態では、燃料極１１６ｃに、基板層２２０における活性層２１０との界面ＢＯから厚さＴｘ（１）の領域である第１の特定領域ＳＡ１と、基板層２２０における集電部材対向面Ｓ１から厚さＴｘ（２）の領域である第２の特定領域ＳＡ２とが存在する。第４実施形態においても、各特定領域ＳＡの内、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０の先端面と重なる第１の部分ＰＡ１は、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０の先端面と重ならない第２の部分ＰＡ２と比較して、気孔率が低く、導電性金属の含有率が高く、酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率が高くなっている。
【００８６】
なお、第４実施形態では、燃料極１１６ｃ全体の厚さＴｏに対する、各特定領域ＳＡにおける第１の部分ＰＡ１により占められる領域の厚さＴｘの合計（＝Ｔｘ（１）＋Ｔｘ（２））の比は、５０％以下となっている。
【００８７】
第４実施形態の単セル１１０ｃと燃料極側集電部材４００とを備える集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態の集電部材−単セル複合体１０７と同様に、燃料極側集電部材４００からの荷重が集中的に作用する部分である第１の部分ＰＡ１の気孔率が低いため、第１の部分ＰＡ１の強度を上げることができ、燃料極側集電部材４００からの荷重集中を原因とした単セル１１０ｃの割れが発生することを抑制することができる。特に、第４実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、各凸部重複領域ＡＲ１に、気孔率の低い第１の部分ＰＡ１が２つ存在するため、単セル１１０ｃの割れが発生することを効果的に抑制することができる。また、第４実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、燃料極１１６ｃの特定領域ＳＡの内、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０と重なる第１の部分ＰＡ１のみについて気孔率が低くされており、Ｚ方向視で集電部材凸部４１０と重ならない第２の部分ＰＡ２については気孔率が高い状態に維持されているため、燃料極１１６ｃにおける燃料ガスＦＧの拡散性の低下を抑制することができる。
【００８８】
また、第４実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態と同様に、第１の部分ＰＡ１の導電性金属の含有率（ｖｏｌ％）が第２の部分ＰＡ２の導電性金属の含有率より高いため、燃料極１１６ｃにおいて、燃料極側集電部材４００との間の主たる導通経路に位置する第１の部分ＰＡ１の導電性金属の含有率を高くすることができ、単セル１１０ｃの導電性を向上させることができる。特に、第４実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、各凸部重複領域ＡＲ１に、導電性金属の含有率が高い第１の部分ＰＡ１が２つ存在するため、単セル１１０ｃの導電性を効果的に向上させることができる。
【００８９】
また、第４実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態と同様に、第１の部分ＰＡ１の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率（ｖｏｌ％）が第２の部分ＰＡ２の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率より高いため、燃料極側集電部材４００からの荷重が集中的に作用する部分である第１の部分ＰＡ１の強度を効果的に向上させることができ、燃料極側集電部材４００からの荷重集中を原因とした単セル１１０ｃの割れが発生することを効果的に抑制することができる。特に、第４実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、各凸部重複領域ＡＲ１に、酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率が高い第１の部分ＰＡ１が２つ存在するため、単セル１１０ｃの割れが発生することを効果的に抑制することができる。
【００９０】
また、第４実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態と同様に、燃料極１１６ｃ全体の厚さＴｏに対する、第１の部分ＰＡ１により占められる領域の厚さＴｘの合計の比は、５０％以下となっているため、燃料極１１６ｃ全体として気孔率をある程度高く保つことによりガス拡散性の低下を抑制しつつ、単セル１１０ｃの割れが発生することを抑制することができる。
【００９１】
また、第４実施形態の集電部材−単セル複合体１０７では、上述した第１実施形態と同様に、燃料極１１６ｃがＺ方向視で複数の集電部材凸部４１０のそれぞれと重なる複数の第１の部分ＰＡ１を有するため、燃料極１１６ｃ全体としてのガス拡散性の低下を抑制しつつ、強度の高い第１の部分ＰＡ１を面方向に並べて複数設けることにより、単セル１１０ｃの割れの発生をさらに効果的に抑制することができる。
【００９２】
Ｅ．実施例：
図１２は、上述した各実施形態の集電部材−単セル複合体１０７についての実施例の構成を示す説明図である。図１２には、実施例１〜３のそれぞれについて、第１の部分ＰＡ１および第２の部分ＰＡ２における導電性金属（Ｎｉ）の含有率、酸化物イオン伝導性セラミックス（ＹＳＺ）粒子の含有率、気孔率が示されている。
【００９３】
実施例１，３では、第１の部分ＰＡ１は、第２の部分ＰＡ２と比較して、気孔率が低く、導電性金属の含有率が高い。なお、酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率については、第１の部分ＰＡ１と第２の部分ＰＡ２とで略同一である。そのため、実施例１では、燃料極１１６における燃料ガスＦＧの拡散性の低下を抑制しつつ、単セル１１０の割れが発生することを抑制することができると共に、単セル１１０の導電性を向上させることができる。
【００９４】
実施例２では、第１の部分ＰＡ１は、第２の部分ＰＡ２と比較して、気孔率が低く、導電性金属の含有率が高く、酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率が高い。そのため、実施例２では、燃料極１１６における燃料ガスＦＧの拡散性の低下を抑制しつつ、単セル１１０の割れが発生することを効果的に抑制することができると共に、単セル１１０の導電性を向上させることができる。
【００９５】
Ｆ．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。
【００９６】
上記実施形態における燃料電池スタック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、燃料極１１６が、活性層２１０と基板層２２０との２層により構成されるとしているが、燃料極１１６は、単層構成であってもよいし、３層以上により構成されるとしてもよい。
【００９７】
また、上記実施形態において、燃料極１１６における特定領域ＳＡの位置は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記第１実施形態では、特定領域ＳＡは基板層２２０における活性層２１０との界面ＢＯから厚さＴｘの領域であるとしており、上記第２実施形態では、特定領域ＳＡは基板層２２０における集電部材対向面Ｓ１から厚さＴｘの領域であるとしているが、図１３に示すように、特定領域ＳＡは、基板層２２０における活性層２１０との界面ＢＯからも、集電部材対向面Ｓ１からも離間した領域であるとしてもよい。
【００９８】
また、図１３に示す変形例における第１の部分ＰＡ１の厚さＴｘは、以下の方法により特定される。図１４は、図１３に示す変形例における第１の部分ＰＡ１の厚さＴｘの特定方法を示す説明図である。図１４には、図１３に示す変形例の燃料極１１６の断面において、凸部重複領域ＡＲ１を面方向に等分する仮想線Ｌ１（図１３参照）上の各位置における気孔率を示す曲線Ｃ（Ｌ１）が示されている。図１４に示すように、曲線Ｃ（Ｌ１）は、集電部材対向面Ｓ１からＺ軸正方向に向けて略直線状となり、他の部分と第１の部分ＰＡ１との境界付近において気孔率が低下し、その後、第１の部分ＰＡ１において再び略直線状となる。曲線Ｃ（Ｌ１）におけるこれら２つの略直線状の部分から等距離にある仮想線Ｌｍ１を特定し、仮想線Ｌｍ１と曲線Ｃ（Ｌ１）との交点（交点が複数ある場合には集電部材対向面Ｓ１に最も近い交点）を特定し、該交点の位置を第１の部分ＰＡ１の集電部材対向面Ｓ１側の境界とする。また、図１４に示すように、曲線Ｃ（Ｌ１）は、第１の部分ＰＡ１における略直線状の部分からＺ軸正方向に向けて、第１の部分ＰＡ１と他の部分との境界付近において気孔率が上昇し、他の部分において再び略直線状となる。曲線Ｃ（Ｌ１）におけるこれら２つの略直線状の部分から等距離にある仮想線Ｌｍ２を特定し、仮想線Ｌｍ２と曲線Ｃ（Ｌ１）との交点（交点が複数ある場合には界面ＢＯに最も近い交点（ただし界面ＢＯ上の交点を除く））を特定し、該交点の位置を第１の部分ＰＡ１の界面ＢＯ側の境界とする。上述した２つの境界間の距離を、第１の部分ＰＡ１の厚さＴｘとして特定するものとする。
【００９９】
また、上記実施形態では、燃料極側集電体１４４の電極対向部１４５と燃料極１１６の集電部材対向面Ｓ１との間に接合層３１０が介在しているが、接合層３１０が設けられず、燃料極側集電体１４４の電極対向部１４５が燃料極１１６の集電部材対向面Ｓ１に直接接しているとしてもよい。すなわち、集電部材凸部４１０が電極対向部１４５により構成されるとしてもよい。このような構成においても、燃料極１１６の第１の部分ＰＡ１における気孔率を第２の部分ＰＡ２における気孔率より低くすれば、単セル１１０の割れの発生を抑制することができる。
【０１００】
また、上記実施形態における燃料極側集電体１４４の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、燃料極側集電体１４４は、上記実施形態における空気極側集電体１３４およびインターコネクタ１５０の一体部材と同様の構成、すなわち、Ｚ方向に直交する平板形の部分（インターコネクタ１５０）と、該平板形の部分から燃料極１１６に向けて突出するように形成された複数の凸部（空気極側集電体１３４）とを備える構成であるとしてもよい。また、このような構成において、上記平板形の部分における上記複数の凸部が形成された側とは反対側の面が、平面ではなく、凹凸が形成された面であるとしてもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態では、燃料極１１６におけるすべての第１の部分ＰＡ１について、第１の部分ＰＡ１における気孔率は、該第１の部分ＰＡ１の隣の第２の部分ＰＡ２における気孔率より低いとしているが、必ずしもそうような構成である必要は無い。燃料極１１６における少なくとも１つの第１の部分ＰＡ１について、第１の部分ＰＡ１における気孔率は、該第１の部分ＰＡ１の隣の第２の部分ＰＡ２における気孔率より低いとすればよい。このような構成であれば、該第１の部分ＰＡ１の位置付近における単セル１１０の割れの発生を抑制することができる。なお、単セル１１０の割れの発生を効果的に抑制するために、燃料極１１６におけるすべての第１の部分ＰＡ１の内の５割以上について、第１の部分ＰＡ１における気孔率が、該第１の部分ＰＡ１の隣の第２の部分ＰＡ２における気孔率より低い構成であることが好ましい。なお、燃料極１１６における第１の部分ＰＡ１の個数が２０個以内である場合には、すべての第１の部分ＰＡ１について、上記特定方法により気孔率を特定するものとする。また、燃料極１１６における第１の部分ＰＡ１の個数が２０個を超える場合には、任意の２０個の第１の部分ＰＡ１について、上記特定方法により気孔率を特定し、特定された気孔率に基づき他の第１の部分ＰＡ１の構成を推定するものとする。
【０１０２】
また、上記各実施形態では、第１の部分ＰＡ１の導電性金属の含有率（ｖｏｌ％）は、第２の部分ＰＡ２の導電性金属の含有率（ｖｏｌ％）より高いとしているが、必ずしもそのような関係である必要は無く、例えば、第１の部分ＰＡ１の導電性金属の含有率が第２の部分ＰＡ２の導電性金属の含有率と等しいとしてもよい。また、上記実施形態では、第１の部分ＰＡ１の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率（ｖｏｌ％）は、第２の部分ＰＡ２の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率（ｖｏｌ％）より高いとしているが、必ずしもそのような関係である必要は無く、例えば、第１の部分ＰＡ１の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率が第２の部分ＰＡ２の酸化物イオン伝導性セラミックス粒子の含有率と等しいとしてもよい。
【０１０３】
また、燃料極１１６に代えて、または、燃料極１１６と共に、空気極１１４についても、上述した燃料極１１６と同様の構成であるとしてもよい。すなわち、空気極１１４が、Ｚ方向視で空気極側集電体１３４と重なる領域（凸部重複領域）の少なくとも一部分である第１の部分であって、面方向において第１の部分の隣に位置すると共にＺ方向視で空気極側集電体１３４と重ならない部分である第２の部分より気孔率が低い第１の部分を有する構成としてもよい。このようにすれば、空気極１１４における酸化剤ガスＯＧの拡散性の低下を抑制しつつ、単セル１１０の割れが発生することを抑制することができると共に、単セル１１０の導電性を向上させることができる。
【０１０４】
また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる単セル１１０の個数は、あくまで一例であり、単セル１１０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。
【０１０５】
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、燃料極１１６は、導電性金属であるＮｉと酸化物イオン伝導性セラミックスであるＹＳＺの粒子とのサーメットにより形成されているとしているが、導電性金属としてＮｉ以外の金属（例えば、ＣｕやＭｏ）が用いられてもよいし、酸化物イオン伝導性セラミックスとしてＹＳＺ以外のセラミックス（例えば、ＣＳＺやＳｃＳＺ）が用いられてもよい。
【０１０６】
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ていてもよい。このような構成であっても、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。
【０１０７】
また、上記実施形態における燃料電池スタック１００の製造方法は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、特定の燃料極基板層用グリーンシートの表面への低粘度のＮｉＯの塗布は、電解質層１１２と燃料極１１６との積層体を作製するための焼成工程の前に行われるが、低粘度のＮｉＯの塗布が該焼成工程の後に行われるとしてもよい。また、燃料極１１６に気孔率の低い第１の部分ＰＡ１を形成するために、必ずしも導電性金属やその酸化物（例えばＮｉＯ）の塗布が行われる必要は無く、他の方法によりそのような構成の単セル１１０が製造されるとしてもよい。
【０１０８】
また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の構成単位である電解単セルや、複数の電解単セルを備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１４−２０７１２０号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替え、単セル１１０を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極１１４がプラス（陽極）で燃料極１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔１０８を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室１７６で水素ガスが発生し、連通孔１０８を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。
【０１０９】
また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池（または電解セル）にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
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：燃料電池発電単位  １０４：エンドプレート  １０６：エンドプレート  １０７：集電部材−燃料電池単セル複合体  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  ２１０：活性層  ２２０：基板層  ３１０：接合層  ４００：燃料極側集電部材  ４１０：集電部材凸部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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