(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な固体酸化物型電解質の一方の面に多孔質の酸化剤極、他方の面に多孔質の燃料極を有する発電要素と、
積層方向に位置する発電要素間に供給する燃料ガス及び酸化ガスを分離するとともに発電要素間の電気的接続を行うセパレータと、
前記発電要素と前記セパレータとの間に介在し、セパレータと発電要素とを接続して、多孔質導電体からなる第１集電層と、
前記セパレータと前記第１集電層との間に配置されてセパレータの上面及び下面に形成された複数の溝部であるガス供給流路と、
前記第１集電層と前記発電要素の酸化剤極または燃料極とが当接する領域であり、かつ前記セパレータに形成された前記ガス供給流路から多孔質導電体の第１集電層を経てガスが供給される前記発電要素の酸化剤極または燃料極の領域である第１種の領域と、
前記第１集電層の発電要素側に対向する面に目止めされた溝として形成されたガス排出流路と、 
前記発電要素の酸化剤極または燃料極の領域であり、前記ガス排出流路に対向して、前記発電要素の酸化剤極または燃料極から反応済みガスを前記ガス排出流路に排出する第２種の領域と、
を備えたことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。
【請求項２】
前記発電要素と第１集電層との間に、多孔質導電体からなる第２集電層を有することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項３】
前記ガス排出流路の数が発電要素中心付近よりも外周側が多いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項４】
前記ガス排出流路の断面積が発電要素中心付近よりも外周側が大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項５】
前記第１集電層が前記ガス供給流路側表面に複数の開口部を有する金属フレーム部を備え、当該開口部を第１集電層上に配置したことを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項６】
前記金属フレーム部の周辺部の開口部の大きさが中央部の開口部の大きさより大きいことを特徴とする請求項５記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項７】
前記高密度フレーム部と多孔質導電体との重ね合わせ部の接合幅が、多孔質導電体の厚さよりも広いことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項８】
前記ガス排出流路が第１、第２集電層よりも気孔率が大きい多孔質導電体を用いた第３集電層にて形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項９】
前記燃料極に対向する第１集電層に燃料改質触媒を担持させたことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の固体酸化物型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。燃料電池は、電解質の種類により、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体高分子型燃料電池（ＰＥＣＦ）に分類される。
【０００３】
この中で固体酸化物型燃料電池は、電解質として酸素イオン導電性の固体酸化物を用いるため取り扱いが容易であること、発電効率が高く、高温度の廃熱が得られること、利用可能な燃料ガスの範囲が広い等の理由により、移動体用電源やオンサイト用コジェネレーションシステムへの応用が期待されている。
【０００４】
従来の固体酸化物型燃料電池は、構造上の特徴から円筒構造型と平板構造型に分類される。円筒構造型は、円筒状の電解質の内面及び外面にそれぞれ電極を形成したものである。平板構造型は、方形または円形の平板状電解質の両面に電極を形成したものであり、円筒構造型より高出力密度化できる可能性が大きい。
【０００５】
従来の平板構造型燃料電池においては、電解質層の両面に燃料極層と空気極層とを積層した平板状の発電要素と、一方の面に燃料ガス流路、他方の面に空気流路を形成したセパレータ兼インターコネクタとを交互に積層した後、積層方向に大きな加重を印加してガスシールと電気的接続を確保している。
【０００６】
電気抵抗を減少するため電解質層を薄膜化する際に、多孔質の燃料極あるいは空気極のいずれか一方の電極層を支持体として、この支持体の上に電解質層と他方の電極層を形成した電極支持型構造も提案されている。
【０００７】
ところで燃料電池では、燃料ガスが酸化する際の化学エネルギーを電気エネルギーとして取り出すが、残りのエネルギーは熱として消費される。また、発電セルで発生した電流が流れる際に電池の内部抵抗のため、ジュール熱が発生する。これらの発熱は各場所の電流密度に比例して発生するため、電流密度の発電面内の不均衡はそのまま、温度の発電面内不均衡を生じる。
【０００８】
たとえば、固体酸化物型燃料電池において、発電セルがセラミックスの場合、熱伝導率が小さく、発電セルの面内の温度差を緩和しにくい。そしてさらに、セラミックス製セパレータを用いると、構成部品が全てセラミックスで構成されることになり、より面内温度差が大きくなる。従って、発電により発熱した発電セルを冷却するのは、燃料ガスや酸化剤ガスとなる。その中でも、流量の大きい酸化剤ガスが冷却の中心となる。
【０００９】
一方で、固体酸化物型燃料電池の特性上、温度が高い場所では酸素イオン移動度が増し内部抵抗が減少するため、もともと電流密度の大きな燃料ガス流入口側がより高い電流密度となりさらに発電セルの面内温度差が大きくなる。これにより酸化剤ガス流入口部は温度が低く、燃料ガス流入部は温度が高い分布となり、熱応力により歪みが生じる。
【００１０】
このような発電面内の温度差を発生させるガスの濃度分布、温度差を防止する対策として、ガスを予熱するとともに多数の吹出し口からセルに対向して吹出す構造の燃料電池が知られている（特許文献１）。
【００１１】
このような構造においては、ガスが余熱されていることから、吹出されたガスでの冷却による温度分布は発生しにくくなる。しかし一方で吹出されたガスはすべてセル面上を通過し外周部に排気されることになる。すなわちセル中央部付近で吹出されセル上で反応を終えたガスが、外周部において吹出されたガスと交じり合うことになる。
【特許文献１】特開２００２−２０３５７９号公報（第９頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１記載の燃料電池においても、やはりガスの濃度は中心部において高く、周辺に向かって低くなる分布をもつことになり、中央部の温度が高く外周部が低い温度となり面内に熱応力分布を発生させる。特にメタンやメタノール、ジメチルエーテル等のハイドロカーボン系燃料を用いた場合、燃料極側では１〔ｍｏｌ〕の燃料に対して数〔ｍｏｌ〕の反応済ガスが発生するため、より一層のガス濃度勾配が発生することになり、より大きな熱応力の分布が発電面内に生じるという問題点があった。
【特許文献１】特開２００２−２０３５７９号公報（第９頁、図１）
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するため、平坦な固体酸化物型電解質の一方の面に多孔質の酸化剤極、他方の面に多孔質の燃料極を有する発電要素と、積層方向に位置する発電要素間に供給する燃料ガス及び酸化ガスを分離するとともに発電要素間の電気的接続を行うセパレータと、前記発電要素と前記セパレータとの間に介在し、セパレータと発電要素とを接続して、多孔質導電体からなる第１集電層と、前記セパレータと前記第１集電層との間に配置されてセパレータの上面及び下面に形成された複数の溝部であるガス供給流路と、前記第１集電層と前記発電要素の酸化剤極または燃料極とが当接する領域であり、かつ前記セパレータに形成された前記ガス供給流路から多孔質導電体の前記第１集電層を経てガスが供給される前記発電要素の酸化剤極または燃料極の領域である第１種の領域と、前記第１集電層の発電要素側に対向する面に目止めされた溝として形成されたガス排出流路と、前記発電要素の酸化剤極または燃料極の領域であり、前記ガス排出流路に対向して、前記発電要素の酸化剤極または燃料極から反応済みガスを前記ガス排出流路に排出する第２種の領域と、を備えたこと要旨とする固体酸化物型燃料電池である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発電要素の電極面にガスを供給するガス供給流路と、ガスを排出するガス排出流路とを分離したため、供給ガスと排出ガスとが混合することなく、発電要素表面に均一の濃度のガスを供給するとともに、反応済ガスを周囲の発電要素上のガス濃度に影響することなく排気することが可能となり、発電要素表面のガス濃度を均一化し、発電効率を高めるとともに、熱応力分布の発生を抑制して、燃料電池の信頼性及び耐久性を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、特に限定されないが、以下に示す各実施例は、移動体用電源やオンサイト用コジェネレーションシステムに好適な発電効率の高い固体酸化物型燃料電池である。
【実施例１】
【００１６】
次に、図１、図２を参照して、本発明に係る固体酸化物型燃料電池の実施例１を説明する。図１（ａ）は、本実施例における固体酸化物型燃料電池のスタック構造を示す断面図、図１（ｂ）は酸化剤極近傍のガスフロー模式図を示す。
【００１７】
燃料電池のスタック１は、発電要素２０の両面に、多孔質導電体を用いた集電層３１を設けて、発電要素２０とセパレータ２とを交互に積層したものである。
【００１８】
発電要素２０は、構造的に支持部材を兼ねる電解質層２１と、その両面に形成された酸化剤極２２，燃料極２３からなる。
【００１９】
発電要素２０は、例えば電解質層２１として、８〔mol%〕イットリア安定化ジルコニア（以下８ＹＳＺと略す）、電解質層２１上面に酸化剤極２２としてLaxSr1-xCoO3（以下ＬＳＣと略す）、同下面に燃料極２３としてNiO-YSZ サーメットが焼き付けられている。
【００２０】
集電層３１は、ステンレススチール等の耐熱性金属による金属細線メッシュまたは発泡金属等の多孔質導電体を板状に成形し、発電要素２０に当接する面に縦横に溝状の目止め部３２ａを形成したものである。
【００２１】
この溝状の目止め部３２ａは、集電層３１が酸化剤極２２側に用いられたとき酸化ガス排出流路１３となり、集電層３１が燃料極２３側に用いられたとき燃料ガス排出流路１４となる。
【００２２】
集電層３１に酸化ガス排出流路１３または燃料ガス排出流路１４を形成する際には、格子状に集電層３１の表面を部分的に押しつぶしたり、溶接処理等によって目止め処理を行って、目止め部３２ａを形成する。また、発電要素２０、集電層３１及びセパレータ２を積層してスタック１を構成した場合、集電層側面部からのガス漏れ防止のために集電層３１の側面部も同様に目止め処理がされて目止め部３２ｂが形成されている。
【００２３】
セパレータ２は、例えばフェライト系ステンレスなどの耐熱金属からなり、複数の発電要素を積層化してスタック１を構成した場合に、各層に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給マニホールド３と、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給マニホールド４と、各層で使い終わったガスをスタック外へ排気するための酸化ガス排出マニホールド５（図２参照）と、燃料ガス排出マニホールド６（図２参照）とを備えている。
【００２４】
またセパレータ２の上面及び下面には、複数の突起部１１が４行×４列、計１６個配置され、突起部１１相互の間の縦横の溝部が燃料ガス供給流路８または酸化ガス供給流路７になっている。
【００２５】
スタック１を構成する各発電要素においては、例えば酸化ガスは酸化ガスガス供給マニホールド３を経由して各セパレータ２と集電層３１との間の酸化ガス供給流路７に供給され、その後集電層３１内部の酸化ガス供給分岐流路９を経て、ガス吹出し部１２からこれに対向する位置の発電要素２０表面の領域である第１種の領域４１に吹き出されることになる。
【００２６】
そして発電要素２０の酸化剤極２２表面において、酸化ガス中の酸素がイオン化し発電要素２０に取り込まれる。そして、酸素濃度の低下した使用済ガスは、発電要素２０の表面の前記第１種の領域４１とは異なる第２種の領域４２から酸化ガス排出流路１３を通り、酸化ガス排出マニホールドを経由してスタックの外へ排出されることになる。
【００２７】
このようなガスのフローは、燃料極側でも同様であり、燃料ガスは燃料ガス供給マニホールド４→燃料ガス供給流路８→燃料ガス供給分岐流路１０→ガス吹出し部１２を経由して発電要素に供給される。発電要素に供給された燃料ガスは、燃料極２３の表面において酸素イオンと反応し、その有効なガス成分の濃度が低下したガスは燃料ガス排出流路１４→燃料ガス排出マニホールドを経由してスタック外へ排出される。
【００２８】
図２（ａ）は実施例１におけるセパレータの平面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ’線に沿う断面図、図２（ｃ）はＢ−Ｂ’線に沿う断面図、図２（ｄ）は、集電層発電要素側平面図、図２（ｅ）はＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
【００２９】
図２において、セパレータ２は、例えばフェライト系ステンレスなどの耐熱金属からなり、複数の発電要素を積層化してスタック１を構成した場合に、各層に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給マニホールド３と、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給マニホールド４と、各層で使い終わったガスをスタック外へ排気するための酸化ガス排出マニホールド５と、燃料ガス排出マニホールド６とを備えている。
【００３０】
またセパレータ２の上面及び下面には、複数の突起部１１が４行×４列、計１６個配置され、突起部１１相互の間の縦横の溝部が燃料ガス供給流路８または酸化ガス供給流路９になっている。
【００３１】
酸化ガス供給流路７は、集電層３１内でそれぞれ多数の連続細孔からなる複数の酸化ガス供給分岐流路９に分岐し、それぞれの酸化ガス供給分岐流路９の下端部は、集電層３１の下面に設けられた複数のガス吹出し部１２として酸化剤極の第１種の領域４１に接している。
【００３２】
同様に、燃料ガス供給流路８は、集電層３１内でそれぞれ多数の連続細孔からなる複数の燃料ガス供給分岐流路１０に分岐し、それぞれの燃料ガス供給分岐流路１０の上端部は、集電層３１の上面に設けられた複数のガス吹出し部１２として燃料極の第１種の領域４１に接している。
【００３３】
本実施例では、集電層３１の上面または下面に設けられたガス吹出し部１２は、各面それぞれ４行×４列の計１６としているが、ガス吹出し部１２の個数は、セパレータ及び発電要素の寸法やガス消費率等に基づいて適宜決定することができる。
【００３４】
各ガス吹出し部１２の間には、集電層３１を溝状に目止めする目止め部３２ｂにより、酸化ガス排出流路１３，または燃料ガス排出流路１４が形成されている。
【００３５】
尚、本実施例では図示しなかったが、酸化ガス排出マニホールド５または燃料ガス排出マニホールド６を経由してスタック外に排出された排ガス（反応済みガス）を吸引するポンプを備えて、排ガス流路を減圧して運転するようにしてもよい。このような排ガス流路の減圧運転により、排ガスを高速に排気し、スタック全体の温度バランスを向上させるとともに、反応部での排ガス拡散速度を上げ、供給ガスの多孔質電極への供給を改善することができるという効果がある。
【００３６】
以上説明したように本実施例によれば、ガス供給流路から分岐した複数のガス供給分岐流路により反応ガスを発電要素の第１種の領域に供給するとともに、この第１種の領域とは異なる第２種の領域に連通するガス排出流路を介して反応済みのガスを排出する構成としているので、発電要素に供給するガスが反応済みガスと直接混合することなく、発電要素の全面に亘ってほぼ均一に供給することができる。
【００３７】
また本実施例によれば、供給されるガスがセパレータ内のガス供給流路部において余熱されるとともに、その濃度を発電要素面内で均質に供給することができる。
【００３８】
また、発泡金属、金属細線メッシュなどを用いた集電層がセパレータと発電要素との間の弾力性緩衝材となり、スタック化した場合の締め付けによる応力や温度の上げ下げによる熱応力による発電要素へのストレスを軽減することが可能となる。
【００３９】
また、従来の燃料電池であれば、発電要素中心付近で反応に寄与した使用済ガスは外側に向かって発電要素上をフローするため、発電要素面内でガス濃度を均一に供給したとしても外周部では供給されたガスと中心部で使用された使用済ガスが交じり合うことになり濃度勾配を生じさせることになる。
【００４０】
しかし、本発明に係る固体電解質型燃料電池では、使用済ガスは供給されたフレッシュなガスに押し出され、反応場である発電要素表面からガス排出流路を経由して外へ排出される。そのため発電要素面内でのマクロなガス濃度勾配は解消され、発電要素表面のガス濃度を均質化することができる。このように本発明では十分余熱されたガスを面内で均質な濃度で供給するとともに、供給されたフレッシュなガスが使用済ガスと交じり合うことが防止できるため、結果として発電要素面内での濃度勾配が解消される。
【００４１】
これにより、発電要素面内においてガスの温度分布、ガスの濃度分布の両方を均質化でき、その反応も均質化されることから発電要素面内の温度分布、ひいてはスタック全体の温度分布が改善さる。これにより発電要素面内、スタック全体での熱応力の発生も抑制されることからスタックの信頼性、長寿命化を図ることができる。
【００４２】
この実施例では燃料ガス、酸化ガス両方に吹出し口、ガス排出流路を設けているがどちらか一方でも従来のものに比べ温度分布の改善は可能である。
【００４３】
また、この実施例においては四角形の発電要素構造について適用しているが、この発電要素形状に限定されるものではなく、円形等平板タイプの発電要素であれば適用可能であることは明らかである。
【実施例２】
【００４４】
次に、図３を参照して、本発明に係る固体酸化物型燃料電池の実施例２を説明する。本実施例は、発電要素と第１集電層との間に第２集電層を設けた点が実施例１と異なっている。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００４５】
図３（ａ）は、本実施例における固体酸化物型燃料電池のスタック構造を示す断面図、図３（ｂ）は酸化剤極近傍のガスフロー模式図を示す。
【００４６】
図３（ｂ）において、本実施例では、多孔質導電体で構成された集電層を第１集電層３１（実施例１の集電層３１に相当）と第２集電層３３の２層構成とし、その層間にガス排出流路を設けている。第１集電層３１は、実施例１と同様に、ステンレススチール等の耐熱性金属による金属細線メッシュまたは発泡金属等の多孔質導電体を板状に成形し、発電要素２０に対向する面に縦横に溝状の目止め部３２ａを形成したものである。
【００４７】
この溝状の目止め部３２ａは、集電層３１が酸化剤極２２側に用いられたとき酸化ガス排出流路１３となり、集電層３１が燃料極２３側に用いられたとき酸化ガス排出流路１４となる。
【００４８】
集電層３１に酸化ガス排出流路１３または燃料ガス排出流路１４を形成する際には、格子状に集電層３１の表面を部分的に押しつぶしたり、溶接処理等によって目止め処理を行って、目止め部３２ａを形成する。また、発電要素２０、集電層３１、集電層３３及びセパレータ２を積層してスタック１を構成した場合、集電層側面部からのガス漏れ防止のために集電層３１、集電層３３の側面部も同様に目止め処理がされて目止め部が形成されている。
【００４９】
この実施例では実施例１における効果に加え、集電層３３を発電要素表面の全面に配していることから、集電層と電極間の電気的な接触抵抗の低減を図ることができ、より発電効率の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００５０】
次に、図４乃至６を参照して、本発明に係る固体酸化物型燃料電池の実施例３を説明する。この実施例は集電層部に形成されたガス排出流路が発電要素の中心部より外側において実質的に断面積が大きくなっていることを特徴としている。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００５１】
従来の固体酸化物型燃料電池において、発電要素外側の流路へは外側の領域で吹出され反応の終わった排気ガスに加えて、内側で反応に寄与したガスも流れ込むため、その流量が外側ほど多くなる傾向にある。特に炭化水素系燃料を使用した場合、顕著にその傾向は現れることになる。この時、外側の流量に合わせて流路の幅を設定すると、内側の領域ではその幅は過剰となり、ガスの吹出し領域を狭めるとともに、集電部の領域を削ることから集電抵抗の増加を招くことになる。この実施例においてはガス排出流路の断面積を発電要素の中心部より外側において実質的に大きくすることにより、このような問題を解消している。
【００５２】
図４（ａ）は、方形発電要素の燃料電池において、ガス排出流路１３の密度（本数）を内側の領域よりも外側の領域において増加した例を示す集電層平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【００５３】
図４（ｃ）は円形発電要素の燃料電池において、ガス排出流路１３の密度（本数）を内側の領域よりも外側の領域において増加した例を示す集電層平面図である。
【００５４】
円形発電要素ではガス排出流路を放射状に配置したほうがガスの排気が効果的に行えるが、一方で外側に行くほどガス排出流路への排気ガスの流入量は多くなり、内側の排気がスムーズに行うことが難しくなる。
【００５５】
この実施例のように発電要素の外側ほど、ガス排出流路の本数を増やすことでより発電要素表面でのガスの排気が均一に、スムーズになされることになる。
【００５６】
図５は、外周部ほどガス排出流路の幅を広くすることで流路断面積を拡大した例である。図５において、発電要素内側から発電要素外側へ向かって順にガス排出流路１３ａ、１３ｂ、１３ｃというように、ガス排出流路の幅を広くして断面積が大きくなっている。
【００５７】
図６は、外周部ほどガス排出流路の高さを高くすることで流路断面積を拡大した例である。図６において、発電要素内側のガス排出流路１３ａよりも発電要素外側のガス排出流路１３ｂの流路の高さを高くすることにより断面積が大きくなっている。
【実施例４】
【００５８】
次に、図７を参照して実施例４を説明する。図７（ａ）は、本実施例における固体酸化物型燃料電池のスタック構造を示す断面図、図７（ｂ）は酸化剤極近傍のガスフロー模式図を示す。
【００５９】
この実施例は集電層を第１集電層３１と第２集電層３３との２層構造とし、第１集電層３１を金属フレーム３４と発泡金属、もしくは金属細線メッシュからなる多孔質導電体３１ａにより形成している点が実施例１とは異なっている。その他の構成は実施例１と同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００６０】
この実施例では第１集電層３１の側面に目止めを施し、金属フレーム３４に接合することで金属フレームと集電層の目止め部３２との間に囲まれた空間を酸化剤ガスのガス排出流路１３（燃料ガス側では、ガス排出通路１４）としている。発泡金属や金属細線メッシュは大口径化した場合に、その厚さ方向の寸法精度が低いこと、もろさ・やわらかすぎることが問題となるが、このような構造とすることにより大面積の集電層の作製、取り扱いが非常に簡便になる。
【００６１】
また、この実施例においても実施例３と同様、発電要素外側の領域において内側の領域より流路の数を増やす、流路の断面積を広げる等の手法が適用可能である。
【実施例５】
【００６２】
次に、図８を参照して実施例５を説明する。図８（ａ）は、本実施例における第１集電層の構造を示す断面図、図８（ｂ）はＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【００６３】
この実施例においては、金属フレーム３４の開口部の寸法を中央部の開口部３５ａは小さく、外周部の開口部３５ｂを大きくしている点が第４の実施例とは異なっている。その他の構成は実施例４と同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００６４】
本実施例では、金属フレーム３４の開口部の寸法を中央部の開口部３５ａは小さく、外周部の開口部３５ｂを大きくした構造により、供給されるガス量が発電要素内側を少なく、発電要素外側を多くすることになり、発電要素の反応が外周部は活発に、中心部をやや低く押さえることができる。このように金属フレーム３４の開口部の大きさに変化を付けることにより、発電要素内側からの発熱を抑制することができ、大口径化などでスタック内側に熱がこもることによる、熱応力による破損を防止することができる。
【実施例６】
【００６５】
次に、図９，１０を参照して実施例６を説明する。図９は、本実施例における酸化剤極側の第１集電層の構造を示す断面図、図１０（ａ）は本実施例の燃料極側の第１集電層の構造を示す断面図、図１０（ｂ）は拡大断面図である。この実施例では実施例４に対し第１集電層３１の側面を目止めしていない点が異なっている。その他の構成は実施例４と同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００６６】
この実施例を酸化剤極に適応した場合、第１集電層の側面に目止めをしていないため、より多くの酸化ガスを酸化剤極側に投入することができる。これにより発電要素中心部（スタックの内部）に蓄積しやすい熱を酸化ガスをより多く流すことにより外部へ強制的に運び出し、冷却することで大口径化などでスタック内側に熱がこもることによる、熱応力等による破損を防止することができる。
【００６７】
この実施例では実施例４に適用した例を示したが実施例１〜３に適用した場合においても同様の効果を得ることができる。
【００６８】
また、この実施例を燃料極２３に適用した場合、図１０（ｂ）に示すように、この構造においては第１集電層３１の厚さｔは第１集電層３１と金属フレーム３４との接合幅ｗ以下であることが望ましく（ｔ≦ｗ）、また第１集電層の気孔率より第２集電層の気孔率が低いことが望ましい。このような構造とすることにより、第１集電層３１の集電体側面部に目止め処理を施さなくとも、燃料ガスがガス排出流路に直接漏れ出す量を極少なく保ちながら燃料極表面へ供給することが可能となる。
【実施例７】
【００６９】
次に、図１１を参照して実施例７を説明する。図１１は、本実施例の燃料電池の酸化剤極付近の断面図である。図１１において、酸化ガス排出流路１３（燃料ガス排出流路１４も同様）が第１の集電層３１および第２集電層３３に用いた多孔質導電材料よりもより気孔率の高い多孔質導電材料からなる第３集電層３５からなる点が実施例４とは異なっている。その他の構成は実施例４と同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００７０】
第３集電層３５の材料の気孔率を他の集電材料の気孔率よりも高くしていることから、ガス排出流路として更に良く機能するとともに、より燃料電池の内部抵抗を低減させることができる。この実施例では実施例４に適用した例を示したが実施例１〜５に適用した場合においても同様の効果を得ることができる。
【実施例８】
【００７１】
次に、図１２を参照して実施例８を説明する。図１２は、本実施例の燃料電池の燃料極極付近の断面図である。図１２において、本実施例は燃料極２３の表面に設けた集電層３１を構成する多孔質集電体３６に燃料ガスの改質触媒を担持させた点が実施例４とは異なっている。その他の構成は実施例４と同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００７２】
多孔質集電体３６の担持させる改質触媒としては、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），ルテニウム（Ｒｕ），鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ）等がある。これらの改質触媒により、燃料ガス中の炭化水素は、水素や一酸化炭素に分解され易くなって反応性が高まり、燃料利用効率を更に高めることができる。
【００７３】
この実施例では第１集電層に改質触媒が担持されていることから、この第１集電層によって集電のみならずガスの余熱、均質濃度のガスの発電要素への供給、使用済ガスの排気に加え燃料ガスの改質が可能となり、温度分布の改善に加え、燃料電池出力の向上が可能となる。また、この実施例８は、実施例４だけでなく他の実施例にも適用可能なのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】（ａ）本発明に係る固体酸化物型燃料電池の実施例１を説明するスタック断面図、（ｂ）酸化剤極側表面でのガスフロー模式図である。
【図２】（ａ）本発明に係る固体酸化物型燃料電池の実施例１を説明するセパレータ平面図、（ｂ）セパレータのＡ−Ａ’断面図、（ｃ）セパレータのＢ−Ｂ’断面図、（ｄ）実施例１の集電層の発電要素側平面図、（ｅ）集電層のＣ−Ｃ’断面図である。
【図３】（ａ）本発明に係る固体酸化物型燃料電池の実施例２を説明するスタック断面図、（ｂ）酸化剤極側表面でのガスフロー模式図である。
【図４】（ａ）実施例３における方形発電要素の集電層に形成したガス排出流路の形状を説明する平面図、（ｂ）Ａ−Ａ’断面図、（ｃ）実施例３における円形発電要素の集電層に形成したガス排出流路の形状を説明する平面図である。
【図５】（ａ）実施例３の変形例における集電層に形成したガス排出流路の形状を説明する平面図、（ｂ）Ａ−Ａ’断面図である。
【図６】（ａ）実施例３の他の変形例における集電層に形成したガス排出流路の形状を説明する平面図、（ｂ）Ａ−Ａ’断面図である。
【図７】（ａ）本発明に係る固体酸化物型燃料電池の実施例４を説明するスタック断面図、（ｂ）酸化剤極側表面でのガスフロー模式図である。
【図８】（ａ）実施例５における集電層の構造を説明する平面図、（ｂ）Ａ−Ａ’断面図である。
【図９】実施例６における酸化剤極側表面でのガスフロー模式図である。
【図１０】（ａ）実施例６における燃料極側表面でのガスフロー模式図、（ｂ）同拡大図である。
【図１１】実施例７における酸化剤極側表面でのガスフロー模式図である。
【図１２】実施例８における酸化剤極側表面でのガスフロー模式図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…スタック
２…セパレータ
３…酸化ガス供給マニホールド
４…燃料ガス供給マニホールド
５…酸化ガス排出マニホールド
６…燃料ガス排出マニホールド
７…酸化ガス供給流路
８…燃料ガス供給流路
９…酸化ガス供給分岐流路
１０…燃料ガス供給分岐流路
１１…突起部
１２…ガス吹出し部
１３…酸化ガス排出流路
１４…燃料ガス排出流路
２０…発電要素
２１…電解質層
２２…酸化剤極
２３…燃料極
３１…集電層
４１…第１種の領域
４２…第２種の領域
【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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