(57)【要約】  実施形態に係る電気化学セルスタックは、電気化学セル、第１、第２のセパレータ、第１、第２の集電体、シール材、部材を備える。電気化学セルは、水素極、電解質層、および酸素極を備え、第1、第２の主面を有する。第１、第２のセパレータは、前記第１、第２の主面とそれぞれ対向する。第１の集電体は、前記第１の主面と前記第１のセパレータの間に配置され、前記電気化学セルと前記第１のセパレータを電気的に接続する。第２の集電体は、前記第２の主面と前記第２のセパレータの間に配置され、前記電気化学セルと前記第２のセパレータを電気的に接続する。シール材は、前記第１の主面と前記第１のセパレータの間に配置され、前記電気化学セルと前記第１のセパレータの間に空間を形成する。前記部材は、前記第２の主面と前記第２のセパレータの間に配置され、前記第２の集電体より圧縮強度が大きい。
2018146809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素極、電解質層、および酸素極を備え、第1、第２の主面を有する電気化学セルと、
前記第１、第２の主面とそれぞれ対向する第１、第２のセパレータと、
前記第１の主面と前記第１のセパレータの間に配置され、前記電気化学セルと前記第１のセパレータを電気的に接続する第１の集電体と、
前記第１の主面と前記第１のセパレータの間に配置され、前記電気化学セルと前記第１のセパレータの間に空間を形成するシール材と、
前記第２の主面と前記第２のセパレータの間に配置され、前記電気化学セルと前記第２のセパレータを電気的に接続する第２の集電体と、
前記第２の主面と前記第２のセパレータの間に配置される、前記第２の集電体より圧縮強度の大きい部材と、
を具備する電気化学セルスタック。
【請求項２】
前記部材は、導電性を有し、前記電気化学セルと前記第２のセパレータを電気的に接続する第３の集電体として機能する
請求項１記載の電気化学セルスタック。
【請求項３】
前記シール材は、前記第１の集電体を囲み、
前記部材は、前記第２の集電体を囲む
請求項１記載の電気化学セルスタック。
【請求項４】
前記部材は、前記電気化学セルに対して前記シール材の反対側に配置される
請求項１記載の電気化学セルスタック。
【請求項５】
前記第１の集電体の圧縮強度は、前記部材の圧縮強度よりも小さい、
請求項１記載の電気化学セルスタック。
【請求項６】
前記部材は、前記第２のセパレータと同一の材料から構成される
請求項１記載の電気化学セルスタック。
【請求項７】
前記部材は、前記第２のセパレータと一体化している
請求項６記載の電気化学セルスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気化学セルスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形電気化学セルは、発電用の燃料電池、水素製造用の電解セル、これらを組み合わせた電力貯蔵システムとして開発が進められている。固体酸化物形電気化学セルは、電解質として固体酸化物を用いていることから、作動温度が高く（例えば、６００〜１０００℃）、高価な貴金属触媒を用いなくても、大きな反応速度を得ることが可能となる。このため、これを燃料電池（固体酸化物形燃料電池：ＳＯＦＣ）として動作させると高い発電効率が得られ、電解セル（固体酸化物形電解セル：ＳＯＥＣ）として動作させると、低い電解電圧で高効率に水素を製造できる。【０００３】
多くの電力や水素を発生するために、複数の電気化学セルを積層して、電気化学セルスタックとする。このとき、電気化学セルでのガスリークを防ぐため、シール材を押圧して封止する。この結果、シール材から電気化学セルに応力が加わる。固体酸化物形電気化学セルは一般的にセラミックス系材料から構成されるため、この応力（特に曲げ応力）によって、変形、破損するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０４１７０４号公報
【特許文献２】特開２０１６−１２６８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電気化学セルを破損せずにシールすることを容易とする電気化学セルスタック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】
実施形態に係る電気化学セルスタックは、電気化学セル、第１、第２のセパレータ、第１、第２の集電体、シール材、部材を備える。電気化学セルは、水素極、電解質層、および酸素極を備え、第1、第２の主面を有する。第１、第２のセパレータは、前記第１、第２の主面とそれぞれ対向する。第１の集電体は、前記第１の主面と前記第１のセパレータの間に配置され、前記電気化学セルと前記第１のセパレータを電気的に接続する。第２の集電体は、前記第２の主面と前記第２のセパレータの間に配置され、前記電気化学セルと前記第２のセパレータを電気的に接続する。シール材は、前記第１の主面と前記第１のセパレータの間に配置され、前記電気化学セルと前記第１のセパレータの間に空間を形成する。前記部材は、前記第２の主面と前記第２のセパレータの間に配置され、前記第２の集電体より圧縮強度が大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る電気化学セルスタック１０の分解斜視図である。
【図２】実施形態に係る電気化学セルスタック１０の分解断面図である。
【図３】実施形態に係る電気化学セルスタック１０の断面図である。
【図４】変形例１に係る電気化学セルスタック１０ａの断面図である。
【図５】変形例２に係る電気化学セルスタック１０ｂの断面図である。
【図６】変形例３に係る電気化学セルスタック１０ｃの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態に係る固体酸化物電気化学セルスタックについて説明するが、本発明は以下の実施の形態や実施例に限定されるものではない。また、以下の説明で参照する模式図は、各構成の位置関係を示す図であり、粒子の大きさや各層の厚さの比等は実際のものと必ずしも一致するものではない。
【０００９】
図１は、実施形態に係る電気化学セルスタック１０の構成を表す分解斜視図である。図２、図３は、実施形態に係る電気化学セルスタック１０の一部の断面を模式的に表す分解断面図および断面図である。
電気化学セルスタック１０は、平板型であり、電気化学セル１１，セパレータ１２、１３，絶縁層１４、シール材１５，集電体１６，１７が積層されている。
【００１０】
ここでは、判り易さのために、１つの電気化学セル１１のみを示しているが、数個から数十個の電気化学セル１１を積層するのが通例である。すなわち、通例、電気化学セル１１，セパレータ１２、１３，絶縁層１４、シール材１５，集電体１６，１７から構成されるセルユニットが上下に複数積層される。
【００１１】
電気化学セルスタック１０の上下端には、電極、エンドプレートが付加される（図示せず）。また、必要に応じて、ヒーター、電源、制御器が付加される。ヒーターは、電源からの電流で発熱し、電気化学セル１１を加熱する。制御器は、ヒーター、電源などを制御する。
【００１２】
電気化学セル１１は、平面形状を有する水素支持型であり、支持基板１１１上に、水素極１１２，電解質層１１３，酸素極１１４が順に積層されている。すなわち、電気化学セル１１は、水素極１１２、電解質層１１３、および酸素極１１４を備え、第1、第２の主面を有する。
発電時には、例えば、水素等の還元剤と酸素等の酸化剤とが電気化学的に反応して電気エネルギーと水蒸気が生成される。電解時には、水素極１１２で水蒸気等を電気分解により還元し、酸素極１１４から酸素イオンを放出する。
【００１３】
支持基板１１１は、電気化学セル１１の支持体となる層であり、電気化学セル１１の機械的強度の維持または向上が図られる。
【００１４】
支持基板１１１は、ガスを透過するために適度な気孔率を有する多孔質材料から構成される。支持基板１１１の厚さは、例えば２００μｍ〜２ｍｍの範囲が好ましい。機械的強度とガス透過性の双方を確保できる。
【００１５】
水素極１１２は、触媒の粒子および酸素イオン伝導性の酸化物の粒子を含む。触媒には、例えば、ニッケル、銀、または白金などの金属や、酸化ニッケル、または酸化コバルトなどの金属酸化物が挙げられる。酸素イオン伝導性の酸化物には、例えば、サマリア安定化セリア（ＳＤＣ）、またはガドリニア安定化セリア（ＧＤＣ）などのセリア系酸化物、またはイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのジルコニア系酸化物が挙げられる。酸素イオン伝導性の酸化物として、電解質層１１３を構成する酸化物を使用してもよい。
【００１６】
水素極１１２の厚さは、適宜に設定でき、例えば、５０μｍ〜１０００μｍの範囲内とできる。
【００１７】
電解質層１１３は、電子絶縁性と酸素イオン伝導性を有する固体酸化物の層である。固体酸化物には、例えば、安定化ジルコニア、ペロブスカイト型酸化物、またはセリア（ＣｅＯ２）系電解質固溶体が挙げられる。
安定化ジルコニアとは、安定化剤をジルコニア中に固溶させたジルコニアである。安定化剤としては、例えば、Ｙ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯが挙げられる。また、ペロブスカイト型酸化物としては、例えば、ＬａＳｒＧａＭｇ酸化物、ＬａＳｒＧａＭｇＣｏ酸化物、およびＬａＳｒＧａＭｇＣｏＦｅ酸化物が挙げられる。また、セリア系電解質固溶体としては、ＣｅＯ２を含む材料に、Ｓｍ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、またはＬａ２Ｏ３などを固溶させた固溶体が挙げられる。
【００１８】
電解質層１１３は、例えば、６００〜１０００℃の温度範囲内で電子絶縁性と酸素イオン伝導性を有する。この温度範囲内で、酸素イオンが電解質層１１３を通過できる。
また、電解質層１１３の厚さは、適宜に設定でき、例えば、５μｍ〜５００μｍの範囲とできる。
【００１９】
酸素極１１４は、酸素を効率よく解離でき、かつ電子伝導性を有する材料で構成される。この材料には、例えば、ランタン・ストロンチウム・マンガン（ＬａＳｒＭｎ）系ペロブスカイト型酸化物（ＬＳＭ）、ＬａＳｒＣｏ酸化物（ＬＳＣ）、ＬａＳｒＣｏＦｅ酸化物（ＬＳＣＦ）、ＬａＳｒＦｅ酸化物（ＬＳＦ）、ＬａＳｒＭｎＣｏ酸化物（ＬＳＭＣ）、ＬａＳｒＭｎＣｒ酸化物（ＬＳＭＣ）、ＬａＣｏＭｎ酸化物（ＬＣＭ）、ＬａＳｒＣｕ酸化物（ＬＳＣｕ）、ＬａＳｒＦｅＮｉ酸化物（ＬＳＦＮ）、ＬａＮｉＦｅ酸化物（ＬＮＦ）、ＬａＢａＣｏ酸化物（ＬＢＣ）、ＬａＮｉＣｏ酸化物（ＬＮＣ）、ＬａＳｒＡｌＦｅ酸化物（ＬＳＡＦ）、ＬａＳｒＣｏＮｉＣｕ酸化物（ＬＳＣＮＣ）、ＬａＳｒＦｅＮｉＣｕ酸化物（ＬＳＦＮＣ）、ＬａＮｉ酸化物（ＬＮ）、ＧｄＳｒＣｏ酸化物（ＧＳＣ）、ＧｄＳｒＭｎ酸化物（ＧＳＭ）、ＰｒＣａＭｎ酸化物（ＰＣａＭ）、ＰｒＳｒＭｎ酸化物（ＰＳＭ）、ＰｒＢａＣｏ酸化物（ＰＢＣ）、ＳｍＳｒＣｏ酸化物（ＳＳＣ）、ＮｄＳｍＣｏ酸化物（ＮＳＣ）、ＢｉＳｒＣａＣｕ酸化物（ＢＳＣＣ）、ＢａＬａＦｅＣｏ酸化物（ＢＬＦＣ）、ＢａＳｒＦｅＣｏ酸化物（ＢＳＦＣ）、ＹＳｒＦｅＣｏ酸化物（ＹＬＦＣ）、ＹＣｕＣｏＦｅ酸化物（ＹＣＣＦ）、またはＹＢａＣｕ酸化物（ＹＢＣ）が挙げられる。
【００２０】
酸素極１１４は、これらの酸化物の混合体、例えば、ＬＳＭ−ＹＳＺ、ＬＳＣＦ−ＳＤＣ、ＬＳＣＦ−ＧＤＣ、ＬＳＣＦ−ＹＤＣ、ＬＳＣＦ−ＬＤＣ、ＬＳＣＦ−ＣＤＣ、ＬＳＭ−ＳｃＳＺ、ＬＳＭ−ＳＤＣ、ＬＳＭ−ＧＤＣでもよい。
さらに、酸素極１１４に、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄなどの成分を添加してもよい。
酸素極１１４の厚さは、適宜に設定でき、例えば、１０μｍ〜１００μｍの範囲とできる。
【００２１】
セパレータ１２、１３は、それぞれの電極への反応ガス（酸化剤、還元剤、または水蒸気）の供給と、電極全面からの均等な集電の機能を有する。セパレータ１２、１３は、それぞれの電極に反応ガスを供給するため、酸素流路および燃料流路となる貫通孔１８を有する。貫通孔１８は、例えば、それぞれ対向する辺に沿い、セパレータ１２、１３の板厚方向に貫通した空間である。
【００２２】
セパレータ１２、１３はそれぞれ、凹部１２１，１３１，溝１２２，１３２を有し、電気化学セル１１の第１、第２の主面とそれぞれ対向する。
凹部１２１，１３１内に電気化学セル１１が配置される。
溝１２２は、凹部１２１の底面に複数配置され、Ｘ軸方向に水素極１１２の反応ガスを供給するための流路である。
溝１３２は、凹部１３１の上面に複数配置され、Ｙ軸方向に酸素極１１４の反応ガスを供給するための流路である。
【００２３】
水素極１１２の反応ガス（水素極ガス）は、Ｘ軸方向に対向する一対の貫通孔１８の一方から凹部１２１に入り、溝１２２に沿ってＸ軸方向に流れ、水素極１１２に到達する。水素極１１２で反応済みの反応ガスは、水素極１１２から溝１２２を通って、他方の貫通孔１８から排出される。
酸素極１１４の反応ガス（酸素極ガス）は、Ｙ軸方向に対向する一対の貫通孔１８の一方から凹部１３１に入り、溝１３２に沿ってＹ軸方向に流れ、酸素極１１４に到達する。酸素極１１４で反応済みの反応ガスは、酸素極１１４から溝１３２を通って、他方の貫通孔１８から排出される。
【００２４】
図１では、水素極ガス、酸素極ガスは互いに直交する方向に流れているが（クロスフロー）、これ以外の構成も採用できる。例えば、水素極ガス、酸素極ガスが、電気化学セル１１の面内で同じ方向に流れたり（並行流：コフロー）、逆方向に流れたり（対向流：カウンターフロー）してもよい。
【００２５】
セパレータ１２、１３は、水素極１１２、酸素極１１４の全面から均等に集電するため、一般に板状の導電性材料から形成される。電気化学セル１１は、集電体１６、１７およびセパレータ１２、１３と電気的に接続される。このセパレータ１２、１３を介して、電気化学セル１１に外部から電力が供給され、または電気化学セル１１から外部に電力が供給される。
【００２６】
セパレータ１２、１３は、動作温度（６００〜１０００℃）で導電性があり、かつ電気化学セル１１と熱膨張係数が近い材料、例えば、鉄鋼、ステンレス鋼、フェライト系合金から構成することが好ましい。フェライト系合金としては、Ｃｒｏｆｅｒ２２系材料やＺＭＧ系材料が、ステンレス鋼としては、ＳＵＳ３１０やＳＵＳ４３０（ＪＩＳ規格）などが好ましい。
セパレータ１２の厚さは、０．３〜３ｍｍが好ましい。
【００２７】
セパレータ１２、１３、絶縁層１４は、積層方向に貫通する貫通孔１９を有する。通常、貫通孔１９は、電気化学セルスタック１０の周囲に複数設けられる。
【００２８】
貫通孔１９に、締付部（例えば、ボルト）が挿入され、その端部に固定部（例えば、ナット）が嵌め合わされて固定される。これら締付部および固定部により、電気化学セル１１，セパレータ１２、１３，絶縁層１４、シール材１５，集電体１６，１７が積層して固定される。
【００２９】
絶縁層１４は、セパレータ１２間に配置され、これらの間を電気的に絶縁する。
絶縁層１４は、電気的な絶縁性が高く、かつ高温に耐える材料、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、少なくともこれらが含まれる材料から構成できる。絶縁層１４は、緻密であるのが望ましいが、多孔質でもよい。なお、絶縁層１４の形状は特に問わない。
【００３０】
シール材１５は、電気化学セル１１の電解質層１１３とセパレータ１３の間に配置され、これらの間からのガスリークを防止する。シール材１５は、電気化学セル１１の辺に沿って、環状に１周し、集電体１７を囲む。すなわち、シール材１５は、電気化学セル１１とセパレータ１３の間に空間を形成、密封する。但し、反応ガスは溝１３２（セパレータ１３の上面とシール材１５間）を通って、この空間内（酸素極１１４）に流入、流出できる。
【００３１】
シール材１５は、電気的な絶縁性が高く、かつ高温に耐える材料、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、少なくともこれらが含まれる材料から構成できる。この材料は、絶縁層１４と同じとしてもよい。
ガスリークを防ぐため、シール材１５は緻密なものが望ましい。但し、シール材１５は室温では多孔質で、圧力をかけて高温に暴露することにより、緻密になる材料で構成してもよい。
なお、シール材１５の形状は特に問わない。すなわち、環状（リング状）であれば、円形、四角形など種々の形状とすることができる。
【００３２】
集電体１６は、電気化学セル１１とセパレータ１２の間に配置され、水素極１１２とセパレータ１２を電気的に接続する。
集電体１７（第1の集電体）は、電気化学セル１１とセパレータ１３の間に配置され、酸素極１１４とセパレータ１３を電気的に接続する。
【００３３】
集電体１６は、圧縮強度の異なる集電体１６１、１６２に区分される。集電体１６１（第２の集電体）は、圧縮強度が相対的に小さく、電気化学セル１１の中央部に配置される。集電体１６２（第２の集電体より圧縮強度の大きい部材：第３の集電体）は、圧縮強度が相対的に大きく、シール材１５と反対側の電気化学セル１１の外周に配置される。
【００３４】
ここで言う圧縮強度は、同じ圧力に対する圧縮量（変形量）の大小で表され、ヤング率と対応する量である。圧縮強度が大きいと、同じ圧力に対する圧縮量は小さく（潰れ難く）、ヤング率は大きい。すなわち、圧縮強度は、破断強度と異なり、概ね弾性変形範囲での圧力に対する耐性を表す。
【００３５】
集電体１６２の対面には、酸素極１１４は配置されておらず、電解質層１１３が配置されており、電解質層１１３上にシール材１５が配置されている。
【００３６】
このように、集電体１６１、１６２の圧縮強度が異なるのは、電気化学セル１１、セパレータ１２，１３などの部材を積層、シールしたときの曲げ応力を低減するためである。既述のように、複数の部材が締付部（例えば、ボルト）、固定部（例えば、ナット）によって締め付け、固定される。このとき、シール材１５は、ある程度圧縮されることで、気化学セル１１とセパレータ１３の間の空間を密封する。このため、シール材１５から電気化学セル１１に応力（曲げ応力）が印加され、電気化学セル１１が曲がったり、破損したりする畏れがある。
【００３７】
集電体１６２は、圧縮強度が比較的大きいため、シール材１５から応力が加わっても潰れず、電気化学セル１１が曲げられること（曲げ応力が加わること）が防止される。仮に、シール材１５からの応力で集電体１６２が潰れると、電気化学セル１１が曲げられて、破損する畏れがある。
【００３８】
集電体１７は、ある程度圧縮強度が小さく、例えば、集電体１６１に近いか、同等の圧縮強度を有することが望ましい。集電体１７の圧縮強度が大きすぎると、シール材１５および集電体１７から電気化学セル１１に印加される応力の分布が不均一になるので好ましくない。すなわち、集電体１７から電気化学セル１１に印加される応力が、シール材１５から電気化学セル１１に印加される応力よりも、著しく大きくなる可能性がある。
【００３９】
集電体１６、１７は、動作温度（６００〜１０００℃）で導電性を有することが好ましい。
集電体１６は、還元性のガスに耐える材料、例えば、金属（一例として、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｕより選ばれる一種もしくはそれら二種以上からなる合金）から構成できる。
集電体１７は、酸化性のガスに耐える材料、例えば、金属（一例として、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔより選ばれる一種もしくはそれら二種以上からなる合金）、導電性酸化物（例えば、ＬＳＭ、ＬＳＣ、ＬＳＣＦ、ＬＳＦ、ＬＳＭＣ、ＬＳＭＣ、ＬＣＭ、ＬＳＣｕ、ＬＳ、ＬＮ、ＧＳＣ、ＧＳＭ、ＰＣａＭ、ＰＳＭ、ＰＢＣ、ＳＳＣ、ＮＳＣ、ＢＳＣＣ、ＢＬＦＣ、ＢＳＦＣ、ＹＬＦＣ、ＹＣＣＦ、ＹＢＣ）から構成できる。
【００４０】
集電体１６１，１６２間で圧縮強度を異ならせるには次の手法（１）、（２）を用いることができる。
（１）集電体１６１，１６２で異なる材料を用いる。
例えば、次のような組み合わせとする。
集電体１６１：Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、またはＰｔ
集電体１６２：Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、またはこれらの合金
好ましくは、集電体１６１をＮｉ、集電体１６２をＮｉ合金とし、より好ましくは集電体１６１を多孔質Ｎｉ、集電体１６２をＮｉ合金とする。
【００４１】
次のように、集電体１６２をセパレータ１２と同一の材料としてもよい。
集電体１６１：Ｎｉ、Ａｕ、またはＰｔ
集電体１６２：鉄鋼、ステンレス鋼、またはフェライト系合金
好ましくは、集電体１６１をＮｉ、集電体１６２をフェライト系合金とし、より好ましくは集電体１６１を多孔質Ｎｉ、集電体１６２をＣｒｏｆｅｒ２２ＡＰＵとする。
【００４２】
さらに、集電体１６２に導電性が小さい、あるいは事実上ない材料を用いることも可能である。この場合、集電体１６２は、集電体として機能しないが、集電体１６１の接触面積が大きければ、水素極１１２とセパレータ１２間に十分な導電性を確保できる。
集電体１６１：Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ
集電体１６２：酸化物（例えば、酸化ガリウム、ジルコニア、セリア）
好ましくは、集電体１６１をＮｉ、集電体１６２を安定化ジルコニアもしくはドープセリアとし、より好ましくは集電体１６１を多孔質Ｎｉ、集電体１６２をＹＳＺもしくはＧＤＣとする。
【００４３】
（２）集電体１６１，１６２の空孔率を異ならせる。
集電体１６１、１６２の少なくとも一方に多孔質金属を用いる。
多孔質金属は多数の空孔を有する金属材料である。多孔質金属は、（ａ）金属粉末や金属繊維を焼結することで、または（ｂ）溶融金属中にガスの気泡を発生させた状態で冷却することで、作成できる。
集電体１６１，１６２に用いられる金属材料自体は同一の場合でも、集電体１６１を多孔質とすることで、集電体１６１の圧縮強度を集電体１６２より小さくできる。
また、集電体１６１，１６２の双方を多孔質金属で形成し、集電体１６１の空孔率を集電体１６２より大きくすることで、集電体１６１の圧縮強度を集電体１６２より小さくできる。
好ましくは集電体１６１を空孔率の大きい多孔質Ｎｉ、集電体１６２を空孔率の小さい多孔質Ｎｉ（または非多孔質Ｎｉ）とする。
【００４４】
本実施形態では、集電体１６は、圧縮強度の異なる集電体１６１，１６２から構成され、圧縮強度の大きい集電体１６２は電気化学セル１１を挟んで、シール材１５の反対側に配置される。このため、シール材１５に圧力が印加されていても、集電体１６２は潰れず、集電体１６２が潰れることで、電気化学セル１１に印加される応力の不均一性が緩和される。すなわち、ガスシール時の電気化学セル１１への曲げ応力が低減される。
【００４５】
（変形例１）
図４は、変形例１に係る電気化学セルスタック１０ａの一部の断面を模式的に表す断面図である。
ここでは、集電体１６２をセパレータ１２と同一の材料とし、かつ一体化している。
【００４６】
（変形例２）
図５は、変形例２に係る電気化学セルスタック１０ｂの一部の断面を模式的に表す断面図である。
電気化学セルスタック１０ｂは、平板型であり、電気化学セル１１ａ，セパレータ１２、１３，絶縁層１４、シール材１５，集電体１６，１７が積層されている。
【００４７】
電気化学セル１１ａは、平面形状を有する酸素支持型であり、支持基板１１１上に、酸素極１１４，電解質層１１３，水素極１１２が順に積層されている。すなわち、電気化学セルスタック１０ｂは、電気化学セルスタック１０と比較すると、水素極１１２と酸素極１１４が入れ替わっている。
【００４８】
集電体１７は、電気化学セル１１とセパレータ１２の間に配置され、水素極１１２とセパレータ１２を電気的に接続する。
集電体１６は、電気化学セル１１とセパレータ１３の間に配置され、酸素極１１４とセパレータ１３を電気的に接続する。
【００４９】
集電体１６は、圧縮強度の異なる集電体１６１、１６２を有する。集電体１６１は、圧縮強度が相対的に小さく、電気化学セル１１の中央部に配置される。集電体１６２は、圧縮強度が相対的に大きく、電気化学セル１１の外周に配置される。
集電体１６２の対面には、水素極１１２は配置されておらず、電解質層１１３が配置されており、電解質層１１３上にシール材１５が配置されている。
【００５０】
集電体１６２は、圧縮強度が比較的大きいため、シール材１５から応力が加わっても潰れず、電気化学セル１１が曲げられること（曲げ応力が加わること）が防止される。
【００５１】
既述のように、集電体１７は、ある程度圧縮強度が小さく、例えば、集電体１６１に近いか、同等の圧縮強度を有することが望ましい。
【００５２】
集電体１７は、還元性のガスに耐える材料、例えば、金属（一例として、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｕより選ばれる一種もしくはそれら二種以上からなる合金）から構成できる。
集電体１６は、酸化性のガスに耐える材料、例えば、金属（一例として、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔより選ばれる一種もしくはそれら二種以上からなる合金）、導電性酸化物（例えば、ＬＳＭ、ＬＳＣ、ＬＳＣＦ、ＬＳＦ、ＬＳＭＣ、ＬＳＭＣ、ＬＣＭ、ＬＳＣｕ、ＬＳ、ＬＮ、ＧＳＣ、ＧＳＭ、ＰＣａＭ、ＰＳＭ、ＰＢＣ、ＳＳＣ、ＮＳＣ、ＢＳＣＣ、ＢＬＦＣ、ＢＳＦＣ、ＹＬＦＣ、ＹＣＣＦ、ＹＢＣ）から構成できる。
電気化学セルスタック１０ｂは、電気化学セルスタック１０と、集電体１６、１７が曝される雰囲気が逆なので、その構成材料が入れ替わっている。
【００５３】
集電体１６１，１６２間で圧縮強度を異ならせるには次の手法（１）、（２）を用いることができる。
（１）集電体１６１，１６２で異なる材料を用いる。
例えば、次のような組み合わせとする。
集電体１６１：Ａｇ、Ａｕ、またはＰｔ
集電体１６２：Ａｇ、Ａｕ、またはＰｔを含む合金
好ましくは、集電体１６１をＡｇ、集電体１６２をＡｇ合金とし、より好ましくは集電体１６１を多孔質Ａｇ、集電体１６２を（非多孔質の）Ａｇ合金とする。
【００５４】
次のように、集電体１６２をセパレータ１２と同一の材料としてもよい。
集電体１６１：Ａｇ、Ａｕ、またはＰｔ
集電体１６２：鉄鋼、ステンレス鋼、またはフェライト系合金
好ましくは、集電体１６１をＡｇ、集電体１６２をフェライト系合金とし、より好ましくは集電体１６１を多孔質Ａｇ、集電体１６２をＣｒｏｆｅｒ２２ＡＰＵとする。
【００５５】
さらに、集電体１６２に導電性が小さい、あるいは事実上ない材料を用いることも可能である。この場合、集電体１６２は、集電体として機能しないが、集電体１６１の接触面積が大きければ、酸素極１１４とセパレータ１２間に十分な導電性を確保できる。
集電体１６１：Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ
集電体１６２：セラミック一般、酸化物（好ましくは、酸化ガリウム、ジルコニア、セリア）
好ましくは、集電体１６１をＡｇ、集電体１６２を安定化ジルコニアもしくはドープセリアとし、より好ましくは集電体１６１を多孔質Ａｇ、集電体１６１をＹＳＺもしくはＧＤＣとする。
【００５６】
（２）集電体１６１，１６２の空孔率を異ならせる。
集電体１６１，１６２の少なくとも一方に多孔質金属を用いる。
集電体１６１，１６２に用いられる金属材料自体は同一の場合でも、集電体１６１を多孔質とすることで、集電体１７１の圧縮強度を集電体１６２より小さくできる。
また、集電体１６１，１６２の双方を多孔質金属で形成し、集電体１６１の空孔率を集電体１６２より大きくすることで、集電体１６１の圧縮強度を集電体１６２より小さくできる。
好ましくは集電体１６１を空孔率の大きい多孔質Ａｇ、集電体１６１を空孔率の小さい多孔質Ａｇ（または非多孔質Ａｇ）とする。
【００５７】
（変形例３）
図６は、変形例３に係る電気化学セルスタック１０ｃの一部の断面を模式的に表す断面図である。
電気化学セルスタック１０ｃは、電気化学セルスタック１０ｂと同様、電気化学セル１１ａを有するが、集電体１６２をセパレータ１２と同一の材料とし、かつ一体化している。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【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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【国際調査報告】
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