(57)【要約】      （修正有）【課題】積層方向の厚みを薄くすることができ、セル面内の発電分布の均一化を図ることが可能な燃料電池スタックを提供する【解決手段】燃料電池スタックは、固体電解質層２１と、固体電解質層２１の一方面に設けられた燃料極層２２と、固体電解質層２１の他方面に設けられた空気極層２３とを備えた単セル２を、セパレータを介して複数積層してなり、単セル２とセパレータとの間に集電体４ａ、４ｃを有する。集電体４ａ、４ｃは、セパレータに接する第１層４１と、第１層４１および単セルに接する第２層４２とを備える。第１層４１は、単セル２に導入されたガスを単セル２の面方向に沿って流す第１ガス流路４１１を有する。第２層４２は、第１ガス流路４１１を流れたガスを、単セル２の面方向と交差する方向に誘導する第２ガス流路４２１を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層と、該固体電解質層の一方面に設けられた燃料極層と、上記固体電解質層の他方面に設けられた空気極層とを備えた単セルを、セパレータを介して複数積層してなる燃料電池スタックであって、
上記単セルと上記セパレータとの間に集電体を有し、
該集電体のうち、少なくとも１つ以上は、上記セパレータに接する第１層と、該第１層および上記単セルに接する第２層とを備え、
上記第１層は、上記単セルに導入するためのガスを上記単セルの面方向に沿って流す第１ガス流路を有し、
上記第２層は、上記第１ガス流路を流れたガスを、上記単セルの面方向と交差する方向に誘導する第２ガス流路を有することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池スタックにおいて、上記第２ガス流路は、上記第１層側の端部に、上記第１ガス流路に連通する連通口を有していることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池スタックにおいて、上記集電体は、上記第１層の気孔率＜上記第２層の気孔率の関係を満たすことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、上記単セルの積層方向から見た場合に、上記第１ガス流路と上記第２ガス流路とが重ねて配置されていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、上記第１ガス流路は、上記第１層における上記第２層との境界面側に形成された多数の溝部から構成されており、上記第２ガス流路は、上記第２層の厚み方向に形成された多数の穴部から構成されていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池スタックにおいて、上記多数の溝部の幅は、ガス導入側で相対的に狭く、ガス排出側で相対的に広くなるように形成されていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項５に記載の燃料電池スタックにおいて、上記多数の溝部のピッチは、上記ガスの流れの中央部で疎であり、上記ガスの流れの縁部で密とされていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、上記多数の穴部の径は、ガス導入側で相対的に小さく、ガス排出側で相対的に大きくなるように形成されていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池スタックを有することを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質として固体電解質を利用した燃料電池スタックおよび燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、反応物質（燃料）と酸化剤（空気や酸素）とを電池内部に供給することによって電気エネルギーを発生させる変換器である。燃料電池の構造としては、固体電解質層の一方面に燃料極層、他方面に空気極層を配置した単セルを、セパレータを介して複数積層してスタック化し、さらにこの燃料電池スタックを複数積層してなる燃料電池が知られている。また、単セルの燃料極層および空気極層とセパレータとの間に、電気的な接続を向上させるために集電体が配設されることもある。
【０００３】
上記燃料電池スタック、燃料電池においては、特許文献１に記載されるように、セパレータの一方面に燃料ガスを流すためのガス流路を形成するとともに、セパレータの他方面に酸化剤ガスを流すためのガス流路を形成することが広く知られている。他にも、単セル自体にガス流路を形成する技術（特許文献２参照）や、気孔径を調整した集電体をガス流路として利用し、単セルにガスを供給する技術（特許文献３参照）なども提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１０７００号公報
【特許文献２】特開２００６−１０００９１号公報
【特許文献３】特開２００９−１８７８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、セパレータにガス流路を形成する技術は、両面にガス流路を形成する必要があるため、セパレータが厚くなる。そのため、スタック化したときに、積層方向の厚みが厚くなるという問題がある。また、単セル自体にガス流路を形成する技術も、単セルが厚くなり、上記と同様の問題がある。
【０００６】
一方、気孔径を調整した集電体をガス流路とする技術は、集電体の気孔径のみでガスの流れが決定される。そのため、セル面内において、発電分布が不均一になるという問題がある。また、セパレータにガス流路を形成する技術も、均一な発電分布を実現するためにはセパレータへ複雑な加工が必要となり、高コストな加工技術（エッチング等）を要する。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、積層方向の厚みを薄くすることができ、セル面内の発電分布の均一化を図ることが可能な燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、固体電解質層と、該固体電解質層の一方面に設けられた燃料極層と、上記固体電解質層の他方面に設けられた空気極層とを備えた単セルを、セパレータを介して複数積層してなる燃料電池スタックであって、上記単セルと上記セパレータとの間に集電体を有し、該集電体のうち、少なくとも１つ以上は、上記セパレータに接する第１層と、該第１層および上記単セルに接する第２層とを備え、上記第１層は、上記単セルに導入されたガスを上記単セルの面方向に沿って流す第１ガス流路を有し、上記第２層は、上記第１ガス流路を流れたガスを、上記単セルの面方向と交差する方向に誘導する第２ガス流路を有することを特徴とする燃料電池スタックにある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃料電池スタックは、上記のように、単セルとセパレータとの間に集電体を有し、集電体のうち、少なくとも１つ以上は、セパレータに接する第１層と、第１層および単セルに接する第２層とを備える。そして、第１層は、単セルに導入するためのガスを単セルの面方向に沿って流す第１ガス流路を有し、第２層は、第１ガス流路を流れたガスを、単セルの面方向と交差する方向に誘導する第２ガス流路を有する。
【００１０】
本発明によれば、集電体がガス流路を有している。そのため、セパレータや単セルへガス流路を形成しなくて済み、その分、積層方向の厚みを薄くすることができる。それ故、スタックの小型化を図ることが可能となる。
また、上記の集電体に供給されたガスは、第１層の第１ガス流路内をセルの面方向に沿って流れる。そしてその後、第１ガス流路を流れたガスは、第２層の第２ガス流路に誘導され、単セルに導入される。そのため、集電体に供給されたガスをセル全面に拡散させることができ、セル面内の発電分布の均一化を図ることができる。それ故、スタックに生じる熱応力を緩和でき、スタックの信頼性向上に寄与することができる。
以上のように、本発明によれば、積層方向の厚みを薄くすることができ、セル面内の発電分布の均一化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における、燃料電池スタックの構成を模式的に示す説明図である。
【図２】実施例１における、燃料電池スタックの単セルを拡大して示す説明図である。
【図３】実施例１における、燃料電池スタックに適用される集電体を示す説明図であって、（ａ）は図２のＡ―Ａ断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）の第１ガス流路の位置を（ｂ）に模式的に重ね合わせた図である。
【図４】実施例１における、燃料電池スタックに適用される集電体全体を示す説明図であって、（ａ）は図２のＡ―Ａ断面図、（ｂ）は図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】実施例２における、燃料電池スタックに適用される集電体を示す説明図であって、（ａ）は図２のＡ―Ａ断面と同じ位置における断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面と同じ位置における断面図、（ｃ）は（ａ）の第１ガス流路の位置を（ｂ）に模式的に重ね合わせた図である。
【図６】実施例３における、燃料電池スタックに適用される集電体を示す説明図であって、（ａ）は図２のＡ―Ａ断面と同じ位置における断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面と同じ位置における断面図、（ｃ）は（ａ）の第１ガス流路の位置を（ｂ）に模式的に重ね合わせた図である。
【図７】実施例４における、燃料電池スタックに適用される集電体を示す説明図であって、（ａ）は図２のＡ―Ａ断面と同じ位置における断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面と同じ位置における断面図、（ｃ）は（ａ）の第１ガス流路の位置を（ｂ）に模式的に重ね合わせた図である。
【図８】実施例５における、燃料電池スタックに適用される集電体全体を示す説明図であって、（ａ）は図２のＡ―Ａ断面と同じ位置における断面図、（ｂ）は図２のＣ−Ｃ断面と同じ位置における断面図である。
【図９】実施例６における、燃料電池スタックに適用される集電体全体を示す説明図であって、（ａ）は図２のＡ―Ａ断面と同じ位置における断面図、（ｂ）は図２のＣ−Ｃ断面と同じ位置における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の燃料電池スタックは、好ましくは、比較的スタック化が容易な平板型であるとよい。また、本発明の燃料電池スタックに含まれる上記単セルは、燃料極層、固体電解質層、空気極層のいずれの発電主要素を支持体として機能させてもよい。発電主要素以外のものを別途支持体として具備することもできる。
【００１３】
上記固体電解質層を構成する固体電解質としては、例えば、イットリア、スカンジア等の酸化物が固溶されたジルコニアやセリア系固溶体などの固体酸化物セラミックス、フッ素系炭化水素等の高分子にスルホン酸基等の電解質基が導入された固体高分子電解質、リン酸塩ガラス等のイオン導電性ガラスなどを例示することができる。固体電解質層を構成する固体電解質としては、好ましくは、酸素イオン導電性を示す固体電解質であり、より好ましくは、ジルコニア系の固体酸化物セラミックスである。但し、本発明は、固体電解質層として固体酸化物層を用いた固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という。）スタックに限定されるものではない。固体電解質層の厚みは、１０〜１００μｍ程度が好ましい。
【００１４】
上記燃料極層を構成する材料としては、例えば、ＳＯＦＣスタックの場合、金属ニッケル、酸化ニッケル、これらとイットリア安定化ジルコニア等のジルコニア系の固体酸化物セラミックスとのサーメットなどを例示することができる。燃料極層の厚みは、５００〜１０００μｍ程度が好ましい。
【００１５】
上記空気極層を構成する材料としては、例えば、ＳＯＦＣスタックの場合、ランタン−マンガン系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、ランタン−鉄系酸化物などの導電性を有するペロブスカイト型酸化物などを例示することができる。空気極層の厚みは、２０〜８０μｍ程度が好ましい。
【００１６】
上記セパレータを構成する材料としては、例えば、ＳＯＦＣスタックの場合、セラミックス材料、金属（合金含む）材料などを例示することができる。セラミックス材料としては、例えば、ランタン−クロム系酸化物などを例示することができ、金属材料としては、例えば、フェライト系、マルテンサイト系、オーステナイト系等のステンレス鋼、Ｃｒ基合金、Ｎｉ基合金などを例示することができる。セパレータを構成する材料は、好ましくは、金属材料であるとよい。燃料電池スタックの低コスト化を図ることができるからである。
【００１７】
また、上記セパレータは、基本的に、その表面に燃料ガスや酸化剤ガス等のガスを流すためのガス流路を有していないことが好ましい。表面を平坦にすることができるので、スタックの積層方向の厚みを薄くすることが可能となり、スタックの小型化を図ることができるからである。また、セパレータに流路加工を施さなくても済むので、スタックの低コスト化にも寄与することができる。上記セパレータの厚みは、１００〜３００μｍ程度が好ましい。なお、本発明の燃料電池スタックは、ガス流路を有さない集電体を含む態様を除外するものではない。そのため、ガス流路を有さない集電体を用いる場合には、セパレータ側にガス流路が形成されていてもよい。
【００１８】
本発明の燃料電池スタックにおいて、第１層および第２層を含む積層構造を有する集電体は、少なくとも１つ以上含まれておればよい。例えば、燃料極層とセパレータとの間に挟持される集電体の全てが、上記積層構造を有していてもよいし、空気極層とセパレータとの間に挟持される集電体の全てが、上記積層構造を有していてもよい。あるいは、燃料極層とセパレータとの間に挟持される集電体の全て、および、空気極層とセパレータとの間に挟持される集電体の全てが、上記積層構造を有していてもよい。この場合には、積層方向の厚みを薄くしやすく、セル面内の発電分布の均一化も図りやすくなる。なお、第１層、第２層は、さらに層状に形成されていてもよい。
【００１９】
上記集電体のうち、燃料極層側の集電体を構成する材料としては、例えば、ＳＯＦＣスタックの場合、Ｎｉ、Ｎｉ合金（Ｎｉ−Ｃｕ系合金、Ｎｉ−Ｍｏ系合金など）等のフェルト、多孔質体などを例示することができる。一方、上記集電体のうち、空気極層側の集電体を構成する材料としては、例えば、ＳＯＦＣスタックの場合、フェライトＣｒ系金属（合金）、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼等のフェルト、多孔質体などを例示することができる。また、上記集電体の熱膨張係数は、９．５〜１４．５×１０−６／Ｋの範囲内にあることが好ましい。熱歪による部品間の接合部の剥離を防ぎやすくなるなどの利点があるからである。
【００２０】
また、上記第１層、第２層は、多孔質であることが好ましい。第１ガス流路、第２ガス流路以外の多孔質部位からもガス拡散が可能になるため、ガス拡散性が向上するからである。なお、第１層は、一部に緻密質な部分を含んでいてもよい。例えば、第１層を層状に構成し（第１層を２層構造にする等）、セパレータ面側の層を緻密質にすることもできる。このようにした場合には、セパレータ面側へガスが拡散し難くなる。そのため、単セルの面方向に沿って第１層中を流れたガスが、効率よく第２層へ誘導されやすくなる。さらに、セパレータにガスが接触し難くなるので、ガスに起因するセパレータの劣化を抑制しやすくなる。
【００２１】
上記集電体のうち、燃料極層側の集電体の厚みは、２００〜１０００μｍ程度が好ましい。上記集電体のうち、空気極層側の集電体の厚みは、２００〜１０００μｍ程度が好ましい。また、第１層の厚みは、１００〜２００μｍ程度が好ましい。母材機能としてガス拡散が必要なく、強度を確保しやすくなる範囲で薄くする方が有利なためである。第２層の厚みは、３００〜５００μｍ程度が好ましい。母材機能としてガス拡散が必要なため、できる限り厚くする方が有利だからである。
【００２２】
また、上記第１層における第１ガス流路は、多数の流路群から構成することができる。第１ガス流路の形状は、単セルに導入するためのガスを単セルの面方向に沿って流すことができれば、特に限定されるものではない。第１ガス流路の形状は、例えば、ガス導入側からガス排出側に向かって、直線状、波状等の曲線状、これらを組合せた形状などから構成することができる。
【００２３】
また、第１ガス流路は、例えば、ガス導入側で相対的に狭く、ガス排出側で相対的に広くなるように形成されていてもよい。この場合には、ガス流れ方向のガス流量を均質化することができる。そのため、ガス流れ方向における発電分布の均一化に寄与することができる。また、第１ガス流路は、例えば、ガスの流れの中央部で疎であり、ガスの流れの縁部で密とされていてもよい。この場合には、ガス流れ方向と垂直な方向のガス流量を均質化することができる。そのため、ガス流れ方向と垂直な方向における発電分布の均一化に寄与することができる。
【００２４】
上記第１ガス流路は、第１層の厚み方向に垂直な面に沿って形成することができる。上記第１ガス流路は、好ましくは、第２層との境界面側に接して形成されているとよい。第２層へのガス拡散性、流路の形成性に優れるからである。この場合、第１ガス流路は、略矩形状、略Ｕ字状、略Ｖ字状などの溝部から構成することができる。
【００２５】
上記第２層における第２ガス流路は、単セルの面方向と交差する方向に、第１ガス流路を流れたガスを誘導することが可能であればよい。好ましくは、第２ガス流路は、単セルの面方向と略垂直な方向に、第１ガス流路を流れたガスを誘導することができるとよい。第１ガス流路が最短距離となり、単セルにガスを誘導しやすくなるし、流路の形成性にも優れるからである。
【００２６】
上記第２ガス流路は、例えば、多数の穴部などから構成することができる。穴部の形状としては、例えば、丸穴、長穴、スリット状などの形状を例示することができる。好ましくは、均一なガス拡散性を確保しやすい、形成容易性などの観点から、穴部の形状は、略丸穴形状であるとよい。
【００２７】
また、第２ガス流路は、第２層を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。第２層の材質を多孔質とすれば、多孔質部位を通じてガスを拡散させることができるからである。上記第２ガス流路は、好ましくは、上記第１層側の端部に、上記第１ガス流路に連通する連通口を有しているとよい（請求項２）。
この場合には、第１層の第１ガス流路を流れたガスが、連通口を介して第２層の第２ガス流路に誘導されやすくなる。そのため、セル面内のうち、必要な部分にガスを拡散させやすくなり、セル面内の発電分布の均一化を図りやすくなるからである。さらに好ましくは、ガス拡散性を向上させる観点から、第２ガス流路は、単セル側の端部に、単セル側の集電体表面に連通する連通口を有しているとよい。
【００２８】
また、上記集電体は、上記第１層の気孔率＜上記第２層の気孔率の関係を満たすことが好ましい（請求項３）。
この場合には、第１層の第１ガス流路内をセルの面方向に沿って流れたガスが、第１層よりも第２層に優先して拡散しやすくなる。そのため、集電体に供給したガスをセル面全体に効率よく拡散させやすくなり、セル面内の発電分布の均一化に寄与しやすくなる。また、相対的に第１層中の気孔が少ないため、セパレータとの接触面積、電気導電経路が増加し、電気抵抗を低減することができる。そのため、メッシュ部材からなる集電体を用いた場合に比べ、電気的なスタッキングロスを低減させることができ、スタックの高出力化を図ることが可能になる。
【００２９】
第１層の気孔率は、好ましくは、１５〜５０％、より好ましくは、２０〜３０％の範囲内にあるとよい。一方、第２層の気孔率は、好ましくは、５０〜９５％、より好ましくは、８０〜９０％の範囲内にあるとよい。さらには、上記集電体は、（第２層の気孔率）／（第１層の気孔率）≧２の関係を満たしていることが好ましい。第１層、第２層の気孔率が上記範囲内、上記関係を満たす場合には、セパレータとの接触面積、電気導電経路の増加による第１層の電気抵抗低減の効果と、第２層の良好なガス拡散性の確保とのバランスに優れる。なお、いずれか一方の気孔率が５０％である場合、他方の気孔率は５０％以外の数値から選択される。上記気孔率は、水銀ポロシメーターにより測定することができる。
【００３０】
また、上記燃料電池スタックは、上記単セルの積層方向から見た場合に、上記第１ガス流路と上記第２ガス流路とが重ねて配置されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、第１ガス流路および第２ガス流路の流路パターンが連動するので、第１層の第１ガス流路を流れたガスが、第２層の第２ガス流路に誘導されやすくなる。そのため、セル面内のうち、必要な部分にガスを拡散させやすくなり、セル面内の発電分布の均一化を図りやすくなる。
【００３１】
また、上記第１ガス流路は、上記第１層における上記第２層との境界面側に形成された多数の溝部から構成されており、上記第２ガス流路は、上記第２層の厚み方向に形成された多数の穴部から構成されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、第１層の溝部から第２層の穴部にガスが誘導されやすくなる。また、第２層における第１層との境界面のうち、穴部以外の部分も溝部の開口に接する。そのため、この部分からもガスの拡散を図ることができ、ガス拡散性を向上させることが可能となる。それ故、セル面内の発電分布の均一化を図りやすくなる。
【００３２】
また、上記多数の溝部の幅は、ガス導入側で相対的に狭く、ガス排出側で相対的に広くなるように形成されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、ガス流れ方向のガス流量を均質化することができる。そのため、ガス流れ方向における発電分布の均一化に寄与することができる。より好ましくは、上記効果をより大きくする観点から、多数の溝部の幅は、ガス導入側からガス排出側に向かって漸次広くなるように形成されているとよい。
【００３３】
また、具体的には、溝部の幅は、好ましくは、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内、より好ましくは、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲内にあるとよい。溝部の幅が１ｍｍ以上であると、安価な加工方法でも高精度な構造体を形成できるなどの利点がある。一方、溝部の幅が５ｍｍ以下であると、セル面内に流れるガスの均一性を高めることができ、セル面内の発電分布を均一に保ちやすくなるなどの利点がある。また、溝部の幅のうち、ガス導入側端部の幅をｘ１、ガス排出側端部の幅をｘ２とした場合に、好ましくは、１＜ｘ２／ｘ１≦４、より好ましくは、２≦ｘ２／ｘ１≦３の関係を満たしているとよい。１＜ｘ２／ｘ１の関係を満たしていると、ガス導入側端部での消費燃料を絞ることでガス排出側端部まで均一にガスを供給しやすくなり、セル面内の発電分布の均一化を図りやすくなるなどの利点がある。一方、ｘ２／ｘ１≦４の関係を満たしていると、ガス導入時に十分なガス供給口を確保しやすくなるため、内部での圧力損失を抑制しやすくなり、セルに十分なガスを供給でき、高いガス利用率を達成可能になるなどの利点がある。
【００３４】
また、上記多数の溝部のピッチは、上記ガスの流れの中央部で疎であり、上記ガスの流れの縁部で密とされていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、ガス流れ方向と垂直な方向のガス流量を均質化することができる。そのため、ガス流れ方向と垂直な方向における発電分布の均一化に寄与することができる。より好ましくは、上記効果をより大きくする観点から、多数の溝部のピッチは、ガスの流れの中央部から縁部に向かって連続的に疎から密へ変化するように形成されているとよい。
【００３５】
また、具体的には、ガスの流れの中央部における溝部のピッチをｙ１、上記ガスの流れの縁部における溝部のピッチをｙ２とした場合に、ピッチ比率ｙ１／ｙ２は、１＜ｙ１／ｙ２≦８、より好ましくは、２≦ｙ１／ｙ２≦５の関係を満たしているとよい。１＜ｙ１／ｙ２の関係を満たしていると、セル中央部での消費燃料を絞ることでセル端部まで均一にガスを供給しやすくなり、セル面内の発電分布の均一化を図りやすくなるなどの利点がある。一方、ｙ１／ｙ２≦８の関係を満たしていると、セル端部での消費燃料を絞ることでセル中央部まで均一にガスを供給しやすくなり、セル面内の発電分布の均一化を図りやすくなるなどの利点がある。
【００３６】
また、上記多数の穴部の径は、ガス導入側で相対的に小さく、ガス排出側で相対的に大きくなるように形成されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、ガス流れ方向において、穴部に誘導されるガス流量を均質化することができる。そのため、ガス流れ方向における発電分布の均一化に寄与することができる。より好ましくは、上記効果をより大きくする観点から、多数の穴部の径は、ガス導入側からガス排出側に向かって漸次大きくなるように形成されているとよい。また、溝部の幅と穴部の径とは略同等の寸法に形成されているとよい。
【００３７】
また、具体的には、穴部の径は、好ましくは、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内、より好ましくは、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲内にあるとよい。穴部の径が１ｍｍ以上であると、ガス導入時に十分なガス供給口を確保しやすくなるため、内部での圧力損失を抑制しやすくなり、セルに十分なガスを供給でき、高いガス利用率を達成可能になるなどの利点がある。一方、穴部の径が５ｍｍ以下であると、ガスをセル全体へ均一に供給しやすくなり、セル面内の発電分布の均一化を図りやすくなるなどの利点がある。また、穴部の径のうち、ガス導入側端部にあるものの直径をｚ１、ガス排出側端部にあるものの直径をｚ２とした場合に、好ましくは、１＜ｚ２／ｚ１≦４、より好ましくは、２≦ｚ２／ｚ１≦３の関係を満たしているとよい。１＜ｚ２／ｚ１の関係を満たしていると、ガス導入側端部での消費燃料を絞ることでガス排出側端部まで均一にガスを供給しやすくなり、セル面内の発電分布の均一化を図りやすくなるなどの利点がある。一方、ｚ２／ｚ１≦４の関係を満たしいていると、ガス導入時に十分なガス供給口を確保しやすくなるため、内部での圧力損失を抑制しやすくなり、セルに十分なガスを供給でき、高いガス利用率を達成可能になるなどの利点がある。
【００３８】
なお、上記集電体は、例えば、多孔質体、フェルトを機械加工、プレス加工、レーザー加工することなどにより製造することができる。
【００３９】
また、上記燃料電池スタックにおいて、燃料極層側の集電体に燃料ガスを、空気極層側の集電体に酸化剤ガスをそれぞれ流す場合、単セルの積層方向から見て、燃料ガスと酸化剤ガスとが平行に流れるように各集電体が配置されていることが好ましい。この場合には、単セルの積層方向から見て燃料ガスと酸化剤ガスとが直交して流れるように各集電体が配置されている場合に比べ、セル面内の発電を制御しやすく、セル面内の発電分布を均一化しやすくなる。それ故、スタックに生じる熱応力を緩和しやすく、スタックの信頼性向上に寄与することができる。各集電体は、単セルの積層方向から見て、燃料ガスと酸化剤ガスとが同方向に平行に流れるように各集電体が配置されていてもよいし（コフロー配置）、燃料ガスと酸化剤ガスとが反対方向に平行に流れるように各集電体が配置されていてもよい（カウンターフロー配置）。
【００４０】
本発明の燃料電池は、上述した燃料電池スタックを有している（請求項９）。
そのため、スタックの小型化を図ることができる。また、セル面内の発電分布の不均一に起因する熱応力が緩和されるので、熱応力による破壊などが生じ難く、信頼性を向上させることができる。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
本発明の実施例に係る燃料電池スタック、燃料電池について、図１〜図４を用いて説明する。
本例の燃料電池スタック１は、平板型のスタックであり、図１に示すように、４つの単セル２が、セパレータ３を介して積層されている。単セル２は、図２に抜き出して示すように、固体電解質層２１と、固体電解質層２１の一方面に設けられた燃料極層２２と、固体電解質層２１の他方面に設けられた空気極層２３とを備えている。なお、固体電解質層２１には、イットリア安定化ジルコニア（厚み１０μｍ）を用いた。燃料極層２２には、酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとのサーメット（厚み５００μｍ）を用いた。空気極層２３には、Ｌａ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ３（厚み３０μｍ）を用いた。
【００４２】
セパレータ３は、平板状のステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）から構成されている。セパレータ３の厚みは２００μｍとした。セパレータ３は、単セル２の燃料極層２２側の面および空気極層２３側の面のいずれも平坦面とされており、ガス流路は形成されていない。
【００４３】
ここで、本例の燃料電池スタック１は、図１、図２に示すように、単セル２とセパレータ３との間に集電体４ａ、４ｃを有し、集電体４ａ、４ｃは、セパレータ３に接する第１層４１と、第１層４１および単セル２に接する第２層４２とを備えている。なお、本例は、集電体４ａ、４ｃの全てが第１層４１および第２層４２を有している場合の例であるが、これに限定されるものではない。単セル２の燃料極層２２とセパレータ３との間に配置される集電体４ａには、多孔質Ｎｉを用いた。一方、単セル２の空気極層２３とセパレータ３との間に配置される集電体４ｃには、多孔質フェライトＣｒ系金属を用いた。
【００４４】
また、集電体４ａ、４ｃは、いずれも（第１層４１の気孔率）＜（第２層４２の気孔率）の関係、かつ、（第２層４２の気孔率）／（第１層４１の気孔率）≧２の関係を満たしている。具体的には、単セル２の燃料極層２２とセパレータ３との間に配置される集電体４ａについては、第１層４１の気孔率は２０％、第２層４２の気孔率は９０％とした。単セル２の空気極層２３とセパレータ３との間に配置される集電体４ｃについては、第１層４１の気孔率は２０％、第２層４２の気孔率は９０％とした。なお、上記気孔率は、水銀ポロシメーターにより測定した値である。また、単セル２の燃料極層２２とセパレータ３との間に配置される集電体４ａにおいて、第１層４１の厚みは、２００μｍ、第２層４２の厚みは、４００μｍとした。単セル２の空気極層２３とセパレータ３との間に配置される集電体４ｃにおいて、第１層４１の厚みは、２００μｍ、第２層４２の厚みは、４００μｍとした。
【００４５】
集電体４ａ、４ｃにおいて、第１層４１は、単セル２に導入するためのガスを単セル２の面方向に沿って流す第１ガス流路４１１を有している。なお、単セル２に導入するためのガスとは、単セル２の燃料極層２２とセパレータ３との間に配置される集電体４ａの場合には燃料ガス（水素ガス等）であり、単セル２の空気極層２３とセパレータ３との間に配置される集電体４ｃの場合には酸化剤ガス（空気、酸素ガス等）である。
【００４６】
図２、図３に示すように、本例において、第１ガス流路４１１は、第１層４１における第２層４２との境界面側に形成された多数の溝部４１２から構成されている。多数の溝部４１２は、互いに平行に形成されている。溝部４１２の幅は、ガス導入側からガス排出側にかけて一定の１．５ｍｍとした。また、溝部４１２のピッチは、ガスの流れの中央部、ガスの流れの縁部ともに一定の２ｍｍとした。
【００４７】
集電体４ａ、４ｃにおいて、第２層４２は、第１ガス流路４１１を流れたガスを、単セル２の面方向と交差する方向に誘導する第２ガス流路４２１を有する。本例において「単セル２の面方向と交差する方向」は、単セル２の面方向と直交する方向とした。
【００４８】
図２、図３に示すように、本例において、第２ガス流路４２１は、第２層４２の厚み方向に形成された多数の穴部４２２から構成されている。多数の穴部４２２は、単セル２の積層方向から見た場合に、第１ガス流路４１１と重ねて配置されており、第１ガス流路４１１と第２ガス流路４２１とは連動して形成されている。
【００４９】
また、第２ガス流路４２１は、第１層４１側の端部に、第１ガス流路４１１に連通する連通口４２３を有している。一方、第２ガス流路は、単セル２側の端部に、単セル２側の集電体４ａ、４ｃ表面に連通する連通口４２４を有している。つまり、第２ガス流路４２１は、第２層４２の厚み方向に貫通する貫通穴として形成されている。なお、穴部４２２の形状は、単セル２の積層方向からみて略丸形状とした。多数の穴部４２２の径は、ガス導入側からガス排出側にかけて一定の２ｍｍとした。また、ガス流れ方向の穴部の間隔は、一定の１．５ｍｍとした。
【００５０】
図４に示すように、本例において、集電体４ａ、４ｃは、第１層４１および第２層４２の外部のガス導入側の縁部に接するガス導入流路４３を有している。ガス導入流路４３は、第１層４１が有する第１ガス流路４１１と連通しており、後述するガス供給マニフォルド１６から供給されたガスを第１ガス流路４１１へ導くための流路である。ガス導入流路４３における第１層４１および第２層４２の一方の縁部には、ガス供給マニフォルド１６と連通する供給口４３１が形成されている。ガス導入流路４３は、第１層４１および第２層４２の一方の縁部から他方の縁部に向かって流路幅が漸次狭くなるように形成されている。
【００５１】
また、集電体４ａ、４ｃは、第１層４１および第２層４２の外部のガス排気側の縁部に接するガス排気流路４４を有している。ガス排気流路４４は、第１層４１が有する第１ガス流路４１１と連通しており、第１ガス流路４１１から排気されたガスをまとめて、後述するガス排気マニフォルド１７へ排気するための流路である。ガス排気流路４４における第１層４１および第２層４２の他方の縁部には、ガス供給マニフォルド１６と連通する排気口４４１が形成されている。ガス排気流路４４は、第１層４１および第２層４２の一方の縁部から他方の縁部に向かって流路幅が漸次広くなるように形成されている。なお、空気極層２３側に配置される集電体４ｃと、燃料極層２２側に配置される集電体４ａとは、積層方向から見たときに、第１層４１を流れるガスの流れの中央部を中心に対称となるように、ガス導入流路４３とガス排気流路４４とが構成されている。
【００５２】
なお、単セル２の燃料極層２２側に配置される集電体４ａは、機械加工による切削により作製した。一方、単セル２の空気極層２３側に配置される集電体４ｃは、機械加工による切削により作製した。
【００５３】
本例の燃料電池スタック１は、図１に示すように、上記の単セル２、セパレータ３、集電体４ａ、４ｃ以外に、シール部材１３、一対の絶縁体１４、一対の固定部材１５、ガス供給マニフォルド１６、ガス排気マニフォルド１７などを有している。
【００５４】
シール部材１３は、単セル２の側端面に設けられている。本例では、シール部材１３としてガラスシール材を用いた。
【００５５】
一対の絶縁体１４は、マイカを使用し、板状に形成されている。一対の絶縁体１４は、セパレータ３を介して積層された両端の単セル２の外側に積層されている。また、これら一対の絶縁体１４の外側には、一対の固定部材１５が積層されている。燃料電池スタック１は、一方の固定部材１５から他方の固定部材１５にかけて、発電に影響がでないように、積層方向と垂直な方向にスタック１を貫通する貫通孔（不図示）を４つ有している。これら貫通孔には、締結部材としてのボルト（不図示）が挿通されるとともに、ボルトの先端には、相手側の締結部材であるナット（不図示）が取り付けられている。これら締結部材の締結力により、燃料電池スタック１は一対の固定部材１５間に挟持されている。
【００５６】
ガス供給マニフォルド１６は、単セル２の一方の側端面に設けられている。ガス供給マニフォルド１６は、その内部に、燃料ガス（矢印Ｆ）としての水素を、単セル２の燃料極層２２側に配置された集電体４ａの第１層４１へ供給する燃料ガス供給路１６１と、酸化剤ガス（矢印Ａ）としての空気を、単セル２の空気極層２３側に配置された集電体４ｃの第１層４１へ供給する酸化剤ガス供給路１６２とを有している。積層配置されたガス供給マニフォルド１６間において、燃料ガス供給路１６１、酸化剤ガス供給路１６２はそれぞれ連通している。燃料ガス供給路１６１の上流側端部は、ガス供給システム（不図示）に接続されている。一方、酸化剤ガス供給路１６２の上流側端部は、空気供給システム（不図示）に接続されている。
【００５７】
ガス排気マニフォルド１７は、単セル２の他方の側端面に設けられている。ガス排気マニフォルド１７は、その内部に、発電に使用されなかった燃料ガスをスタック１外へ排気する燃料ガス排気路１７１と、発電に使用されなかった酸化剤ガスをスタック１外へ排気する酸化剤ガス排気路１７２とを有している。積層配置されたガス排気マニフォルド１７間において、燃料ガス排気路１７１、酸化剤ガス排気路１７２はそれぞれ連通している。燃料ガス排気路１７１の下流側端部は、燃料ガス排気システム（不図示）に接続されている。一方、酸化剤ガス排気路１７２の下流側端部は、酸化剤ガス排気システム（不図示）に接続されている。
【００５８】
上記の燃料電池スタック１は、次のようにして作動させることができる。ガス供給マニフォルド１６の燃料ガス供給路１６１の上流側端部（Ｉｎ）から、水素ガス（燃料ガス）を供給する。水素ガスは、燃料ガス供給路１６１を流れ、各単セル２の燃料極層２２側に配置された集電体４ａに達する。集電体４ａに達した水素ガスは、集電体４ａの供給口４３１からガス導入流路４３内に流入し、第１層４１の縁部から第１ガス流路４１１（多数の溝部４１２内）内に流入する。第１ガス流路４１１内に流入した水素ガスは、第１ガス流路４１１内をセルの面方向に沿って流れる。その後、第１ガス流路４１１を流れた水素ガスは、第２層４２の第２ガス流路４２１（多数の穴部４２２）に誘導され、各単セル２の燃料極層２２に供給される。
【００５９】
一方、ガス排気マニフォルド１７の酸化剤ガス供給路１６２の上流側端部（Ｉｎ）から、空気（酸化剤ガス）を供給する。空気は、酸化剤ガス供給路１６２を流れ、各単セル２の空気極層２３側に配置された集電体４ｃに達する。集電体４ｃに達した空気は、集電体４ｃの供給口４３１からガス導入流路４３内に流入し、第１層４１の縁部から第１ガス流路４１１（多数の溝部４１２内）内に流入する。第１ガス流路４１１内に流入した空気は、第１ガス流路４１１内をセルの面方向に沿って流れる。その後、第１ガス流路４１１を流れた空気は、第２層４２の第２ガス流路４２１（多数の穴部４２２）に誘導され、各単セル３の空気極層２３に供給される。
【００６０】
各単セル２に供給された水素ガス、空気は、電池反応に供されて消費される。一方、各単セル２に供給されなかった水素ガスは、燃料極層２２側に配置された集電体４ａにおいては、第１層４１の第１ガス流路４１１（多数の溝部４１２）の下流側端部からガス排気流路４４に流入し、ガス排気流路４４内を流れ、排気口４４１よりガス排気マニフォルド１７内に流入する。ガス排気マニフォルド１７内に流入した水素ガスは、燃料ガス排気路１７１を流れ、燃料ガス排気路１７１の下流側端部（Ｏｕｔ）から排気される。同様に、各単セル２に供給されなかった空気は、空気極層２３側に配置された集電体４ｃにおいては、第１層４１の第１ガス流路４１１（多数の溝部４１２）の下流側端部からガス排気流路４４に流入し、ガス排気流路４４内を流れ、排気口４４１よりガス排気マニフォルド１７内に流入する。ガス排気マニフォルド１７内に流入した空気は、酸化剤ガス排気路１７２を流れ、酸化剤ガス排気路１７２の下流側端部（Ｏｕｔ）から排気される。
【００６１】
上記により、燃料電池スタック１は、各単セル２の燃料極層２２と空気極層２３と間に起電力が生じ、発電装置として機能することができる。発電による電力は、燃料極層２２側においては、燃料極層２２とセパレータ３との間に配設された集電体４ａを介して燃料電池スタック１の下方に配置されている単セル２の燃料極層２２側の端部に取り出される。一方、空気極層２３側においては、空気極層２３とセパレータ３との間に配設された集電体４ｃを介して燃料電池スタック１の上方に配置されている単セル２の空気極層２３側の端部に取り出される。燃料電池スタック１全体の電力は、スタック両端部の間で取り出される。なお、本例の燃料電池スタック１は、６００〜９００℃の温度で好適に作動させることができる。
【００６２】
以上説明した本例によれば、集電体４ａ、４ｃがガス流路を有している。そのため、セパレータ３や単セル２へガス流路を形成しなくて済み、その分、積層方向の厚みを薄くすることができる。それ故、スタック１の小型化を図ることが可能となる。また、集電体４ａ、４ｃに供給されたガス（水素ガス、空気）は、第１層４１の第１ガス流路４１１内をセルの面方向に沿って流れた後、第２層４２の第２ガス流路４２１に誘導され、単セル２に導入される。そのため、集電体４ａ、４ｃに供給されたガスをセル全面に拡散させることができ、セル面内の発電分布の均一化を図ることができる。それ故、スタック１に生じる熱応力を緩和でき、スタック１の信頼性向上に寄与することができる。以上のように、本例によれば、積層方向の厚みを薄くすることができ、セル面内の発電分布の均一化を図ることが可能である。
【００６３】
また、本例の場合、スタック１中に含まれる集電体４ａ、４ｃの全てに上記のガス流路が形成されている。そのため、積層方向におけるスタック１の薄層化効果、セル面内の発電分布の均一化効果が大きい。また、第２ガス流路４２１は、第２層４２の厚み方向に貫通している。そのため、第１層４１の第１ガス流路４１１を流れたガスが、第１ガス流路４１１に連通する連通口４２３を介して第２層４２の第２ガス流路４２１に誘導されやすい上、単セル２側の集電体４ａ、４ｃ表面に連通する連通口４２４を介して単セル２へ導入されやすくなる。それ故、セル面内のうち、必要な部分にガスを拡散させやすくなり、セル面内の発電分布の均一化を図りやすくなる。
【００６４】
また、本例の場合、図４に示すように、各集電体４ａ、４ｃは、単セルの積層方向から見て、水素ガスと空気とが同方向に平行に流れるように各集電体４ａ、４ｃが配置されている（コフロー配置）。そのため、ガス流れ方向と垂直な方向におけるセル面内の発電を制御しやすく、同方向におけるセル面内の発電分布を均一化することができる。それ故、スタック１に生じる熱応力を緩和しやすく、スタック１の信頼性向上に寄与することができる。
【００６５】
次に、本例の燃料電池（モジュール）について説明する。本例の燃料電池（不図示）は、上記した本例の燃料電池スタック１を有している。具体的には、本例の燃料電池は、燃料電池スタック１が５つ積層配置されており、各燃料電池スタック１間が直列に接続されている。
【００６６】
本例の燃料電池によれば、電池の小型化を図ることができる。また、セル面内の発電分布の不均一に起因する熱応力が緩和されるので、熱応力による破壊などが生じ難く、信頼性を向上させることができる。なお、本例では、燃料電池スタック１を３つ積層配置したが、これに限定されることはなく、必要とする電圧値を考慮して、複数個積層配置することができる。
【００６７】
（実施例２）
本例は、図５に示すように、実施例１の燃料電池スタック１において、集電体４ａ、４ｃの構造を変更した例である。
本例の燃料電池スタック１における集電体４ａ、４ｃは、図５に示すように、第１層４１における多数の溝部４１２の幅が、ガス導入側で相対的に狭く、ガス排出側で相対的に広くなるように形成されている。また、第２層４２における多数の穴部４２２の直径は、ガス導入側で相対的に小さく、ガス排出側で相対的に大きくなるように形成されている。そして、多数の溝部４１２と多数の穴部４２２とは、単セル２の積層方向から見た場合に、重ねて配置されている。
【００６８】
具体的には、第１層４１の溝部４１２は、ガス導入側からガス排出側に向かって溝部４１２の幅が漸次被広くなるように形成されている。溝部４１２の幅のうち、ガス導入側端部の幅をｘ１、ガス排出側端部の幅をｘ２とした場合、ｘ１は１．５ｍｍ、ｘ２は３ｍｍとした（ｘ２／ｘ１＝２）。また、第２層４２の穴部４２２は、ガス導入側からガス排出側に向かって穴部４２２の直径が漸次広くなるように形成されている。穴部４２２の直径のうち、ガス導入側端部にあるものの直径をｚ１、ガス排出側端部にあるものの直径をｚ２とした場合、ｚ１は１．５ｍｍ、ｚ２は３ｍｍとした（ｚ２／ｚ１＝２）。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００６９】
このように構成した場合には、ガスが不足しやすいガス排出側において必要なガスを確保しやすくなる。そのため、第１層４１におけるガス流れ方向のガス流量、第２層４２における穴部４２２に誘導されるガス流量をそれぞれ均質化することが可能となり、ガス流れ方向における発電分布の均一化に寄与することができる。本例の場合は、第１層４１の溝部４１２の幅および第２層４２の穴部４２２の直径の両方が、ガス導入側からガス排出側に向かって漸次広くなるように形成されているので、ガス流量が均質化されやすく上記効果に優れる。その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７０】
（実施例３）
本例は、図６に示すように、実施例１の燃料電池スタック１において、集電体４ａ、４ｃの構造を変更した例である。
本例の燃料電池スタック１における集電体４ａ、４ｃは、図６に示すように、第１層４１における多数の溝部４１２のピッチが、ガスの流れの中央部で疎であり、ガスの流れの縁部で密とされている。また、第２層４２における多数の穴部４２２のピッチが、ガスの流れの中央部で疎であり、ガスの流れの縁部で密とされている。そして、多数の溝部４１２と多数の穴部４２２とは、単セル２の積層方向から見た場合に、重ねて配置されている。
【００７１】
具体的には、第１層の溝部４１２のピッチは、ガスの流れの中央部から縁部に向かって連続的に疎から密へ変化するように形成されている。ガスの流れの中央部における溝部４１２のピッチをｙ１、ガスの流れの縁部における溝部４１２のピッチをｙ２とした場合、ｙ１は１．５ｍｍ、ｙ２は４．５ｍｍであり、ピッチ比率ｙ１／ｙ２は３とした。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００７２】
このように構成した場合には、ガスが不足しやすいガス流れの縁部において必要なガスを確保しやすくなる。そのため、第１層４１におけるガス流れ方向と垂直な方向のガス流量、第２層４２におけるガス流れ方向と垂直な方向の穴部４２２に誘導されるガス流量をそれぞれ均質化することが可能となり、ガス流れ方向と垂直な方向における発電分布の均一化に寄与することができる。その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７３】
（実施例４）
本例は、図７に示すように、実施例１の燃料電池スタック１において、集電体４ａ、４ｃの構造を変更した例である。
本例の燃料電池スタック１における集電体４ａ、４ｃは、図７に示すように、第１層４１における第１ガス流路４１１としての多数の溝部４１２が、直線状ではなく、波状の曲線状に形成されている。そして、この波状の溝部４１２に連動させて、第２層４２における多数の穴部４２２が形成されている。つまり、多数の溝部４１２と多数の穴部４２２とは、単セル２の積層方向から見た場合に、重ねて配置されている。具体的には、溝部４１２の幅は、ガス導入側からガス排出側にかけて一定の２ｍｍとした。また、穴部４２２の直径は、ガス導入側からガス排出側にかけて一定の２ｍｍとした。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００７４】
このように構成した場合には、第１層４１の波状の溝部４１２により、セル面方向の隅々までガスが流れる。そしてその後、波状の溝部４１２を流れたガスは、第２層４２に重ねて配置された波状の穴部４２２に誘導され、単セル２に導入される。そのため、集電体４ａ、４ｃに供給されたガスをセル全面に拡散させやすく、セル面内の発電分布の均一化を図るのに有利である。その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７５】
（実施例５）
本例は、図８に示すように、実施例１の燃料電池スタック１において、各集電体４ａ、４ｃに流すガスの方向を変更した例である。
すなわち、本例は、図４に示した、単セル２の空気極層２３側に配置した各集電体４ｃへ供給する空気の流れが、図８の矢印に示すように反対向きとなるように構成されている。つまり、各集電体４ａ、４ｃは、単セル２の積層方向から見て、水素ガスと空気とが反対方向に平行に流れるように各集電体４ａ、４ｃが配置されている（カウンターフロー配置）。
【００７６】
このように構成した場合にはガス流れ方向と垂直な方向におけるセル面内の発電を制御しやすく、同方向におけるセル面内の発電分布を均一化することができる。それ故、スタック１に生じる熱応力を緩和しやすく、スタックの信頼性向上に寄与することができる。その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７７】
（実施例６）
本例は、図９に示すように、実施例１の燃料電池スタック１において、各集電体４ａ、４ｃにおける第１層４１および第２層４２の外部のガス導入側の縁部に接するガス導入流路４３の形状、ガス排気側の縁部に接するガス排気流路４４の形状を変更した例である。
【００７８】
すなわち、本例において、ガス導入流路４３は、図９に示すように、ガス導入流路４３における第１層４１および第２層４２の縁部の中央部に、ガス供給マニフォルド１６と連通する供給口４３１を有している。そして、上記中央部から両縁部に向かって流路幅が漸次狭くなるように形成されている。一方、ガス排気流路４４は、ガス排気流路４４における第１層４１および第２層４２の両縁部に、ガス供給マニフォルド１６と連通する排気口４４１を一つずつ有している。そして、上記中央部から両縁部に向かって流路幅が漸次広くなるように形成されている。なお、単セル２の燃料極層２２側に配置する集電体４ａの流路パターンと、空気極層２３側に配置する集電体４ｃの流路パターンは、図面の左右が反対であるだけで、基本的なパターンは同じである。各集電体４ａ、４ｃは、単セル２の積層方向から見て、水素ガスと空気とが反対方向に平行に流れるように各集電体４ａ、４ｃが配置されている（カウンターフロー配置）。
【００７９】
このように構成した場合にはガス流れ方向と垂直な方向におけるセル面内の発電を制御しやすく、同方向におけるセル面内の発電分布を均一化することができる。それ故、スタック１に生じる熱応力を緩和しやすく、スタック１の信頼性向上に寄与することができる。その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００８０】
以上、実施例について説明したが、本発明は、上記実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変形を行うことができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  燃料電池スタック
２  単セル
２１  固体電解質層
２２  燃料極層
２３  空気極層
３  セパレータ
４ａ、４ｃ  集電体
４１  第１層
４１１  第１ガス流路
４１２  溝部
４２  第２層
４２１  第２ガス流路
４２２  穴部
４２３  連通口
４２４  連通口
４３  ガス導入流路
４３１  供給口
４４  ガス排気流路
４４１  排気口
１３  シール部材
１４  絶縁体
１５  固定部材
１６  ガス供給マニフォルド
１６１  燃料ガス供給路
１６２  酸化剤ガス供給路
１７  ガス排気マニフォルド
１７１  燃料ガス排気路
１７２  酸化剤ガス排気路
【図１】
2012190746.tif 000003
【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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