(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間、及び前記内部空間と外部とを連通する貫通孔、を有するマニホールドと、
前記貫通孔内に配置され、前記マニホールドに固定される絶縁性部材と、
前記貫通孔を介して前記内部空間と連通するガス流路を有し、幅方向の両端部が前記絶縁性部材上に載置される燃料電池セルと、
を備え、
前記絶縁性部材は、前記幅方向において間隔をあけて配置される一対のベース部を有している、
燃料電池スタック。
【請求項２】
前記絶縁性部材は、前記燃料電池セルの幅方向に延びて前記一対のベース部を連結する連結部を有する、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記絶縁性部材は、前記ベース部上に配置されて前記燃料電池セルの近位端部を囲むように構成された支持壁部を有する、
請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記絶縁性部材のベース部と前記マニホールドとを接合する第１接合材と、
前記絶縁性部材の支持壁部と前記燃料電池セルとを接合する第２接合材と、
をさらに備える、請求項３に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記燃料電池セルと前記マニホールドとを接合する第１接合材をさらに備える、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記絶縁性部材は、絶縁性セラミックスから構成される、
請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記燃料電池セルの近位端部は、前記貫通孔よりも遠位側に位置する、
請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記燃料電池セルは、発電素子部と、前記発電素子部と電気的に接続されて前記燃料電池セルの近位端部へ延びる電解質とを有し、
前記電解質は、前記貫通孔よりも遠位側に位置する、
請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記マニホールドは、前記貫通孔の内壁面から内側に突出する支持部を有し、
前記絶縁性部材は、前記支持部上に載置される、
請求項１から８のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
内部空間、及び前記内部空間と外部とを連通する貫通孔、を有するマニホールドと、
前記貫通孔内に配置され、前記マニホールドに固定される絶縁性部材と、
前記貫通孔を介して前記内部空間と連通するガス流路を有し、幅方向の両端部が前記絶縁性部材上に載置される燃料電池セルと、
前記燃料電池セルと前記マニホールドとを接合する第１接合材と、
を備える、燃料電池スタック。
【請求項１１】
内部空間、及び前記内部空間と外部とを連通する貫通孔、を有するマニホールドと、
前記貫通孔内に配置され、前記マニホールドに固定される絶縁性部材と、
前記貫通孔を介して前記内部空間と連通するガス流路を有し、幅方向の両端部が前記絶縁性部材上に載置される燃料電池セルと、
を備え、
前記燃料電池セルは、発電素子部と、前記発電素子部と電気的に接続されて前記燃料電池セルの近位端部へ延びる電解質とを有し、
前記電解質は、前記貫通孔よりも遠位側に位置する、
燃料電池スタック。
【請求項１２】
内部空間、及び前記内部空間と外部とを連通する貫通孔、を有するマニホールドと、
前記貫通孔内に配置され、前記マニホールドに固定される絶縁性部材と、
前記貫通孔を介して前記内部空間と連通するガス流路を有し、幅方向の両端部が前記絶縁性部材上に載置される燃料電池セルと、
を備え、
前記マニホールドは、前記貫通孔の内壁面から内側に突出する支持部を有し、
前記絶縁性部材は、前記支持部上に載置される、
燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、マニホールドと、複数の燃料電池セルと、を備えている。マニホールドは内部空間を有している。また、マニホールドは、複数の貫通孔が形成された天板を有している。この天板に形成された貫通孔は、マニホールドの内部空間と外部とを連通している。各燃料電池セルは、この貫通孔に挿入されている。そして、各燃料電池セルは、各挿入孔に挿入された状態で、接合材によってマニホールドの天板に接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１４４１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、燃料電池スタックにおいて、マニホールドと燃料電池セルとの絶縁を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある側面に係る燃料電池スタックは、マニホールドと、絶縁性部材と、燃料電池セルとを備えている。マニホールドは、内部空間及び貫通孔を有する。貫通孔は、内部空間と外部とを連通する。絶縁性部材は、貫通孔内に配置されている。また、絶縁性部材は、マニホールドに固定される。燃料電池セルは、ガス流路を有する。このガス流路は、貫通孔を介して内部空間と連通する。燃料電池セルの幅方向の両端部は、絶縁性部材上に載置される。
【０００６】
従来の燃料電池スタックでは、接合材によって燃料電池セルを支持している。このため、燃料電池セルの重みによって接合材にクラックが発生するおそれがある。この接合材のクラックを防止するため、例えば、マニホールドによって燃料電池セルを下方から支持する構成が考えられる。しかしながら、この構成では、マニホールドと燃料電池セルとの絶縁を十分に確保できない可能性がある。これに対して、本発明に係る燃料電池スタックでは、燃料電池セルが絶縁性部材上に支持されている。燃料電池セルとマニホールドとの間に絶縁性部材が介在しているため、燃料電池セルからマニホールドへリーク電流が流れることを抑制できる。このため、燃料電池セルとマニホールドとの絶縁を確保することができる。
【０００７】
好ましくは、絶縁性部材は、幅方向において間隔をあけて配置される一対のベース部を有している。
【０００８】
好ましくは、絶縁性部材は、燃料電池セルの幅方向に延びて前記一対のベース部を連結する連結部を有する。この構成によれば、絶縁性部材の取り扱い性を向上させることができる。
【０００９】
好ましくは、絶縁性部材は、支持壁部を有する。この支持壁部は、ベース部上に配置されており、燃料電池セルの近位端部を囲むように構成されている。この構成によれば、燃料電池セルの近位端部が支持壁部に囲まれているため、燃料電池セルとマニホールドとが接触することをより確実に防止することができる。
【００１０】
燃料電池スタックは、第１接合材と第２接合材とをさらに備えていてもよい。第１接合材は、絶縁性部材のベース部とマニホールドとを接合する。第２接合材は、絶縁性部材の支持壁部と燃料電池セルとを接合する。この構成によれば、燃料電池セルをマニホールドに固定するための接合材が、第１接合材と第２接合材とに分かれているため、燃料電池セルから接合材を介してマニホールドにリーク電流が流れることをより確実に防止することができる。
【００１１】
燃料電池スタックは、燃料電池セルとマニホールドとを接合する第１接合材をさらに備えていてもよい。
【００１２】
好ましくは、絶縁性部材は、絶縁性セラミックスから構成される。
【００１３】
好ましくは、燃料電池セルの近位端部は、貫通孔よりも遠位側に位置する。すなわち、燃料電池セルの近位端部は、貫通孔内に挿入されていない。燃料電池セルを貫通孔内に挿入する場合、ガスシール性の観点から、通常、貫通孔の内壁面と燃料電池セルの側面との隙間を小さくするとともに、この隙間に接合材を充填させることが好ましい。しかし、このように構成すると、接合材を介して、燃料電池セルからマニホールドへとリーク電流が流れてしまうおそれがある。これに対して、燃料電池セルの近位端部を貫通孔よりも遠位側に位置することによって、接合材を介して燃料電池からマニホールドへとリーク電流が流れることをより確実に防止することができる。
【００１４】
好ましくは、燃料電池セルは、発電素子部と、電解質とを有する。電解質は、発電素子部と電気的に接続されており、燃料電池セルの近位端部へ延びるような構成とすることができる。この場合、電解質は、貫通孔よりも遠位側に位置することが好ましい。なお、燃料電池セルの近位端部には電解質以外の緻密膜によって覆われていてもよい。
【００１５】
好ましくは、マニホールドは、貫通孔の内壁面から内側に突出する支持部を有する。そして、絶縁性部材は、支持部上に載置される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、接合材にクラックが発生することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料電池スタックの斜視図。
【図２】燃料電池スタックの断面図。
【図３】天板の平面図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。
【図５】絶縁性部材の平面図。
【図６】燃料電池セルの斜視図。
【図７】絶縁性部材と燃料電池セルとの配置関係を示す平面図。
【図８】燃料電池セルの拡大断面図。
【図９】燃料電池セルの近位端部を示す断面図。
【図１０】変形例に係る天板を示す平面図。
【図１１】変形例に係る絶縁性部材を示す平面図。
【図１２】変形例に係る絶縁性部材と燃料電池セルとの配置関係を示す平面図。
【図１３】変形例に係る燃料電池スタックの断面図。
【図１４】変形例に係る絶縁性部材の平面図。
【図１５】変形例に係る燃料電池スタックの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、特に断りの無い限り、幅方向とは、燃料電池セルの幅方向（ｙ軸方向）を意味する。また、近位とは、マニホールドに近い位置を意味し、遠位とは、近位とは逆の位置、すなわち、マニホールドから遠い位置を意味する。
【００１９】
［燃料電池スタック］
図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１００は、マニホールド２と、複数の燃料電池セル１と、複数の絶縁性部材３と、接合材４とを備えている。
【００２０】
［マニホールド］
マニホールド２は、各燃料電池セル１にガスを分配するように構成されている。マニホールド２は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド２の内部空間には、導入管２０１を介して燃料ガスなどのガスが供給される。マニホールド２は、この内部空間と外部とを連通する複数の貫通孔２６（図３参照）を有している。
【００２１】
マニホールド２は、各燃料電池セル１を支持している。マニホールド２は、マニホールド本体２１と、天板２２とを備えている。マニホールド本体２１と天板２２とは、互いに接合されている。なお、マニホールド本体２１と天板２２とは、一体的に形成されていてもよい。
【００２２】
マニホールド本体２１は、直方体状であって、上面が開口した内部空間を有する。詳細には、マニホールド本体２１は、底壁２３と、側壁２４と、フランジ部２５とを有している。底壁２３は、平面視（ｘ軸方向視）が矩形状である。側壁２４は、底壁２３の周縁部から上方に延びている。フランジ部２５は、側壁２４の上端部から外方に延びる部分である。
【００２３】
マニホールド本体２１は、１つの部材によって構成されている。すなわち、底壁２３と側壁２４とフランジ部２５とは、１つの部材によって構成されている。例えば、マニホールド本体２１は、耐熱性を有するような金属によって形成される。より具体的には、マニホールド本体２１は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びＮｉ基合金よりなる群から選ばれる少なくとも１種から形成されている。
【００２４】
天板２２は、マニホールド本体２１の上面を塞ぐように、マニホールド本体２１上に配置されている。詳細には、天板２２は、フランジ部２５上に配置されている。マニホールド２の内部空間を密閉するため、天板２２が全周に亘ってマニホールド本体２１と接合されている。天板２２は、例えば、溶接によってマニホールド本体２１に接合されている。
【００２５】
図３に示すように、天板２２は、複数の貫通孔２６を有している。各貫通孔２６は、マニホールド２の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。また、各貫通孔２６は、マニホールド２の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。
【００２６】
各貫通孔２６内には、後述する絶縁性部材３が配置される。詳細には、図３及び図４に示すように、天板２２は、貫通孔２６の内壁面から内側に突出する複数の支持部２７を有する。各貫通孔２６に一対の支持部２７が形成されている。各支持部２７は、貫通孔２６の両端部から互いに向かって突出している。すなわち、各支持部２７は、幅方向（ｙ軸方向）に延びている。この各支持部２７上に、絶縁性部材３が載置される。なお、支持部２７が内側に突出しているため、貫通孔２６内に段差部２８が形成されている。この段差部２８によって、絶縁性部材３が支持されている。
【００２７】
天板２２は、例えば、導電性を有するような金属によって形成される。より具体的には、天板２２は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びＮｉ基合金よりなる群から選ばれる少なくとも１種から形成されている。なお、マニホールド本体２１と天板２２とは、互いに材質が異なっていてもよい。
【００２８】
［絶縁性部材］
図２に示すように、各絶縁性部材３は、マニホールド２の各貫通孔２６内に配置されている。絶縁性部材３の上面は、天板２２の上面と同じ位置、又は天板２２の上面よりも遠位側に位置していることが好ましい。絶縁性部材３は、マニホールド２に固定されている。詳細には、絶縁性部材３は、天板２２に固定されている。絶縁性部材３は、例えば、絶縁性セラミックスから構成されている。より具体的には、絶縁性部材３は、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、ＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）、又は結晶化ガラスなどから構成されている。
【００２９】
図５に示すように、絶縁性部材３は、一対のベース部３１と、連結部３２とを有している。ベース部３１と連結部３２とは、一つの部材によって構成されている。各ベース部３１は、幅方向において、互いに間隔をあけて配置されている。なお、図２に示すように、各ベース部３１の間隔ｄ１は、後述する燃料電池セル１の幅方向の両端部に位置する各ガス流路１２１の端と端との距離ｄ２よりも大きいことが好ましい。また、絶縁性部材３の長さｄ３は、貫通孔２６の長さｄ４と略同じとすることが好ましい。
【００３０】
連結部３２は、一対のベース部３１を連結している。連結部３２は、幅方向（ｙ軸方向）に延びている。また、連結部３２は、貫通孔２６の内壁面に沿って延びている。貫通孔２６の幅ｄ５は、連結部３２の幅ｄ６よりも大きい。このため、絶縁性部材３が貫通孔２６内に配置された状態でも、マニホールド２の内部空間と外部とは連通されている。
【００３１】
［燃料電池セル］
図１及び図２に示すように、各燃料電池セル１は、マニホールド２から遠位側に延びている。本実施形態では、各燃料電池セル１は、マニホールド２から上方に延びている。なお、燃料電池セル１の近位端部１０１は、貫通孔２６よりも遠位側に位置している。すなわち、燃料電池セル１の近位端部１０１は、貫通孔２６内に挿入されていない。
【００３２】
各燃料電池セル１は、マニホールド２の長手方向（ｚ軸方向）に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。各燃料電池セル１は、集電部材３０２（図９参照）を介して互いに電気的に接続されている。集電部材３０２は、各燃料電池セル１の間に配置されており、隣り合う各燃料電池セル１を接続している。集電部材３０２は、導電性を有する材料から形成されている。例えば、集電部材３０２は、酸化物セラミックスの焼成体又は金属などによって形成されている。
【００３３】
図６に示すように、燃料電池セル１は、複数の発電素子部１１と、支持基板１２とを備えている。各発電素子部１１は、支持基板１２の両面に支持されている。なお、各発電素子部１１は、支持基板１２の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部１１は、燃料電池セル１の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル１は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。各発電素子部１１は、電気的接続部１７（図８参照）によって互いに電気的に接続されている。
【００３４】
支持基板１２は、燃料電池セル１の長手方向に延びる複数のガス流路１２１を内部に有している。ガス流路１２１は、マニホールド２の貫通孔２６を介して、マニホールド２の内部空間と連通している。
【００３５】
支持基板１２の長手方向（ｘ軸方向）は、燃料電池セル１の長手方向と同じ方向である。各ガス流路１２１は、互いに実質的に平行に延びている。各ガス流路１２１は、燃料電池セル１の長手方向の両端部において開口している。各ガス流路１２１は、燃料電池セル１の幅方向（ｙ軸方向）の両端部１２２に形成されていない。図７に示すように、このガス流路１２１が形成されていない燃料電池セル１の幅方向の両端部１２２は、絶縁性部材３上に載置されている。詳細には、燃料電池セル１の幅方向の両端部１２２は、絶縁性部材３のベース部３１上に載置されている。このため、ガス流路１２１は、絶縁性部材３のベース部３１によって塞がれない。また、各ガス流路１２１は、絶縁性部材３の連結部３２によっても塞がれないように構成されている。
【００３６】
図８に示すように、支持基板１２は、複数の第１凹部１２３を有している。各第１凹部１２３は、支持基板１２の両面に形成されている。各第１凹部１２３は支持基板１２の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。
【００３７】
支持基板１２は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板１２は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板１２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板１２の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。
【００３８】
各発電素子部１１は、燃料極１３、電解質１４、及び空気極１５を有している。また、各発電素子部１１は、反応防止膜１６をさらに有している。燃料極１３は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。燃料極１３は、燃料極集電部１３１と燃料極活性部１３２とを有する。
【００３９】
燃料極集電部１３１は、第１凹部１２３内に配置されている。詳細には、燃料極集電部１３１は、第１凹部１２３内に充填されており、第１凹部１２３と同様の外形を有する。各燃料極集電部１３１は、第２凹部１３１ａ及び第３凹部１３１ｂを有している。燃料極活性部１３２は、第２凹部１３１ａ内に配置されている。詳細には、燃料極活性部１３２は、第２凹部１３１ａ内に充填されている。
【００４０】
燃料極集電部１３１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部１３１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部１３１の厚さ、並びに第１凹部１２３の深さは、５０〜５００μｍ程度である。
【００４１】
燃料極活性部１３２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部１３２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部１３２の厚さは、５〜３０μｍである。
【００４２】
電解質１４は、燃料極１３上を覆うように配置されている。詳細には、電解質１４は、あるインターコネクタ１７１から他のインターコネクタ１７１まで長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル１の長手方向において、電解質１４とインターコネクタ１７１とが交互に配置されている。
【００４３】
電解質１４は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。電解質１４は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、電解質１４は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質１４の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００４４】
反応防止膜１６は、緻密な材料からなる焼成体であり、平面視（ｚ軸方向視）において、燃料極活性部１３２と略同一の形状であり、燃料極活性部１３２と略同じ位置に配置されている。反応防止膜１６は、電解質１４内のＹＳＺと空気極１５内のＳｒとが反応して電解質１４と空気極１５との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜１６は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜１６の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００４５】
空気極１５は、反応防止膜１６上に配置されている。空気極１５は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極１５は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極１５は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極１５は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極１５の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００４６】
電気的接続部１７は、隣り合う発電素子部１１を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部１７は、インターコネクタ１７１及び空気極集電膜１７２を有する。インターコネクタ１７１は、第３凹部１３１ｂ内に配置されている。詳細には、インターコネクタ１７１は、第３凹部１３１ｂ内に埋設（充填）されている。インターコネクタ１７１は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。インターコネクタ１７１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ１７１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ１７１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００４７】
空気極集電膜１７２は、隣り合う発電素子部１１のインターコネクタ１７１と空気極１５との間を延びるように配置される。例えば、図８の左側に配置された発電素子部１１の空気極１５と、図８の右側に配置された発電素子部１１のインターコネクタ１７１とを電気的に接続するように、空気極集電膜１７２が配置されている。空気極集電膜１７２は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。
【００４８】
空気極集電膜１７２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極集電膜１７２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、空気極集電膜１７２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜１７２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。
【００４９】
図９に示すように、燃料電池セル１の近位端部１０１は、緻密膜１８によって覆われている。詳細には、緻密膜１８は、支持基板１２を覆っている。緻密膜１８は、発電素子部１１と電気的に接続されている。詳細には、緻密膜１８は、電気的接続部１７と電気的に接続されている。緻密膜１８は、空気極集電膜１７２と支持基板１２との間から近位側に向かって延びている。
【００５０】
緻密膜１８は、緻密膜１８の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密膜１８の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。このガスシール機能を発揮するため、この緻密膜１８の気孔率は、例えば、１０％以下である。また、緻密膜１８は、絶縁性セラミックスで構成されている。
【００５１】
具体的には、緻密膜１８は、上述した電解質１４と反応防止膜１６とによって構成することができる。電解質１４は、支持基板１２を覆っており、インターコネクタ１７１から支持基板１２の近位端近傍まで延びている。反応防止膜１６は、電解質１４を覆っている。なお、燃料電池セル１の長さ方向（ｘ軸方向）において、電解質１４の方が反応防止膜１６よりも長い。このため、電解質１４の両端部は、反応防止膜１６に覆われていない。
【００５２】
［接合材］
接合材４は、燃料電池セル１をマニホールド２に固定する。詳細には、接合材４は、絶縁性部材３上に配置された燃料電池セル１を、マニホールド２に接合している。接合材４は、燃料電池セル１の近位端部１０１とマニホールド２の天板２２とを接合している。また、接合材４は、電解質１４と接触している。なお、燃料電池セル１がマニホールド２に固定された状態において、貫通孔２６とガス流路１２１とが連通している。
【００５３】
接合材４は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを指す。なお、接合材４の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、接合材４は、ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３系及びＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
【００５４】
［発電方法］
以上のように構成された燃料電池スタック１００は、次のようにして発電する。マニホールド２を介して各燃料電池セル１のガス流路１２１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板１２の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝すことにより、電解質１４の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック１００を外部の負荷に接続すると、空気極１５において下記（１）式に示す電気化学反応が起こり、燃料極１３において下記（２）式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−      …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−          …（２）
【００５５】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００５６】
変形例１
上記実施形態では、天板２２は、複数の貫通孔２６を有していたが、図１０に示すように、天板２２は、１つの貫通孔２６を有していてもよい。この場合、支持部２７は、貫通孔２６の内壁面から内側に突出するとともに、天板２２の長手方向（ｚ軸方向）に延びている。また、この場合において、図１１に示すように、絶縁性部材３は、各ベース部３１が天板２２の長手方向に延びていることが好ましい。各ベース部３１には、複数の燃料電池セル１の両端部１２２が載置される。また、各ベース部３１は、２本の連結部３２によって連結されている。なお、上記実施形態と同様に、１本の連結部３２によって各ベース部３１を連結していてもよい。
【００５７】
変形例２
上記実施形態では、燃料電池セル１は、複数の発電素子部１１を有している横縞型であったが、燃料電池セル１は、長手方向に延びる一つの発電素子部を有するような縦縞型であってもよい。
【００５８】
変形例３
図１２に示すように、絶縁性部材３は、連結部３２を有していなくてもよい。すなわち、絶縁性部材３は、幅方向に互いに離れた一対のベース部３１のみを有する構成であってもよい。
【００５９】
変形例４
図１３に示すように、絶縁性部材３は、支持壁部３３をさらに有していてもよい。支持壁部３３は、ベース部３１上に配置されている。ベース部３１と支持壁部３３とは一体的に形成されている。支持壁部３３は、燃料電池セル１の近位端部１０１を囲むように構成されている。なお、変形例４に係る絶縁性部材３において、連結部３２は有していなくてもよい。
【００６０】
この場合において、燃料電池セル１をマニホールド２に固定するための接合材４は、第１接合材４１と、第２接合材４２とを有している。第１接合材４１は、絶縁性部材３のベース部３１とマニホールド２とを接合している。詳細には、第１接合材４１は、ベース部３１と、天板２２とを接合している。
【００６１】
第２接合材４２は、絶縁性部材３の支持壁部３３と、燃料電池セル１とを接合している。詳細には、燃料電池セル１の近位端部１０１が支持壁部３３で囲まれた空間内に挿入されている。そして、この空間内に挿入された燃料電池セル１の外周面と支持壁部３３とを第２接合材４２によって接合する。
【００６２】
第１接合材４１と第２接合材４２とは、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、第１接合材４１と第２接合材４２とは、互いに接触していない。このため、燃料電池セル１からマニホールド２へ第１及び第２接合材４１、４２を介してリーク電流が流れることを防止することができる。
【００６３】
変形例５
図１４に示すように、絶縁性部材３の連結部３２に、貫通孔３２１が形成されていてもよい。絶縁性部材３上に燃料電池セル１を載置した際、燃料電池セル１のガス流路１２１と絶縁性部材３の貫通孔３２１とが連通するような位置に貫通孔３２１は形成されている。この結果、燃料電池セル１のガス流路１２１は、絶縁性部材３の貫通孔３２１を介して、マニホールド２の内部空間と連通する。
【００６４】
変形例６
上記実施形態では、絶縁性部材３の上面は、天板２２の上面と同じ位置、又は天板２２の上面よりも遠位側に位置していたが、特にこれに限定されない。例えば、図１５に示すように、絶縁性部材３の上面は、天板２２の上面おりも近位側に位置していてもよい。この場合、燃料電池セル１の近位端部１０１は、天板２２の貫通孔２６内に挿入されている。
【符号の説明】
【００６５】
１００    ：燃料電池スタック
１        ：燃料電池セル
１１      ：発電素子部
１４      ：電解質
１０１    ：近位端部
１２１    ：ガス流路
１２２    ：両端部
２        ：マニホールド
２６      ：貫通孔
２７      ：支持部
３        ：絶縁性部材
３１      ：ベース部
３２      ：連結部
３３      ：支持壁部
４        ：接合材
４１      ：第１接合材
４２      ：第２接合材
【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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【図１５】
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