(57)【要約】【課題】スタックの小型化を実現し、高い発電効率を実現する。【解決手段】固体酸化物形燃料電池スタックは、セル２１を含むセル収容部と、セル２１の空気極に酸化剤ガスを供給しセルの燃料極に燃料ガスを供給する金属製のセパレータ２５とを交互に積層する構造を有する。セル収容部は、平板型で燃料極支持型のセル２１と、セル２１と同等の厚みの平板型の絶縁体からなり、中央部にセル２１を収納する貫通孔を有するセルフレーム２２と、セル２１とセルフレーム２２とを接合する金属箔２３，２４とを備える。【選択図】  図１
2013257973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池セルを含むセル収容部と、前記セルの空気極に酸化剤ガスを供給し前記セルの燃料極に燃料ガスを供給する金属製のセパレータとを交互に積層する構造を有し、
前記セル収容部は、
平板型で燃料極支持型の固体酸化物形燃料電池セルと、
このセルと同等の厚みの平板型の絶縁体からなり、中央部に前記セルを収納する貫通孔を有するセルフレームと、
前記セルの電解質の外縁部と前記セルの周辺部に配置された前記セルフレームとを接合する第１の金属箔と、
前記セルの燃料極の外縁部と前記セルフレームとを接合する第２の金属箔とを備えることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、
前記セパレータは、前記セルの燃料極の周辺部から面方向に沿って前記燃料極に燃料ガスを供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１または２記載の固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、
前記セルと前記第１、第２の金属箔との接合、および前記セルフレームと前記第１、第２の金属箔との接合は、ガラスによる封着によって行われることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１または２記載の固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、
前記セルと前記第１、第２の金属箔との接合、および前記セルフレームと前記第１、第２の金属箔との接合は、ロウ材によるロウ付けによって行われることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質が酸素イオン電導性セラミックスからなる固体酸化物形燃料電池のスタック構造に関するものである。特に、セルの構造を燃料極が支持する燃料極支持型のセルを用いる固体酸化物形燃料電池のスタック構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料極と空気極とがセラミックス製の電解質を介して配置され、燃料ガスとして水素を供給し、酸化剤ガスとして酸素や空気を供給することで、水の電気分解の逆の反応を利用して発電する固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cells、以下ＳＯＦＣ）が知られている。このＳＯＦＣでは、実用上十分な発電量を得るために、上述のＳＯＦＣの単位構成要素（単セル）を複数個、直列および並列に電気的に接続すること（スタック化）が必要となる。
【０００３】
ＳＯＦＣの電解質には、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）やスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）などが用いられる。燃料極には、それら電解質材料とニッケルとの混合物の多孔体が用いられ、空気極には、ＳｒドープＬａＭｎＯ3やＬａ（ＮｉＦｅ）Ｏ3などの金属酸化物導電体の多孔体が用いられる。
【０００４】
ＳＯＦＣの単セルを実際に燃料電池として動作させる際には、複数の単セルをスタック化し、電池の負極側（燃料極側）を還元雰囲気に保ち、正極側（空気極側）を酸化雰囲気に保ち、かつ、十分な発電効率を得るために電解質のイオン伝導性を確保することができ容易に酸化還元を起こすことが可能な６００℃以上の高温に燃料電池本体を保つ必要がある。このような動作条件を実現するため、互いに異なる雰囲気に晒される正極と負極間をガス不透過でかつ電気伝導性のある部品で電気的に接続し、各電極にそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスを適正に分配、供給する目的で、各セル間に耐熱性のステンレス等の金属で作られた部品（セパレータ）が配置される。
【０００５】
単セルの形状も平板形や円筒形や一体積層形などがあるが、これらは原理的には同じである。平板形のＳＯＦＣには、固体酸化物電解質膜自体でその構造を保持する電解質支持型と、燃料極でその構造を支持する燃料極支持型とがある。図６（Ａ）に燃料極支持型の単セルの断面図を示し、図６（Ｂ）に燃料極支持型の単セルの平面図を示す。燃料極支持型の単セルでは、薄い電解質１１の構造を厚い燃料極１２が支えており、電解質１１のもう一つの面には空気極１３が形成されている。
【０００６】
燃料極支持型、電解質支持型のいずれの型のＳＯＦＣについても、隣接する単セル同士を電気的に接続すると同時に燃料極と空気極のそれぞれに燃料ガスと酸化剤ガスを適正に分配、供給し排出する目的で、上述のセパレータ（インターコネクタまたはスペーサ）と単セルとが交互に積層される。
【０００７】
ところで、このようなＳＯＦＣでは、流通する燃料ガス、酸化剤ガス、燃料極オフガス、空気極オフガスはすべて気体であり、しかもＳＯＦＣの作動温度が６００℃以上と高いことから、セパレータ相互間やセパレータと電池間でのシールが不十分であるとガス漏れが生じて電池として致命的となる。そこで、そのためのシール材やシール箇所の構造上の改良について幾つかの提案がなされている（特許文献１参照）。
【０００８】
また、燃料極支持型のＳＯＦＣでは、発電時にセル支持体である燃料極を還元雰囲気に保たなければならない制約があるため、発電時の電流に応じて発電効率を損なわない最適な燃料ガスをセルに供給することが、電解質支持型のセルを用いる場合にくらべて困難であった。このような課題を解決するために、従来はセルを円形にし、シールをセルの外縁部で行い、セルの中央部から外周部に向けて燃料ガスを供給するなど複雑なスタック構造を用いてきた（特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１８５７７５号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４８８４号公報
【特許文献３】特開２００９−４２９７号公報
【特許文献４】特開２００９−１３５１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２、特許文献３、特許文献４に開示された複雑な構造のＳＯＦＣでは、スタックの厚みが増加するため、小型で安価なＳＯＦＣスタックを構成しにくいという問題点があった。
また、ＳＯＦＣスタックのサイズ縮小やコスト削減のために、セルの中央部から外周部に向けて燃料ガスを供給する方式に代えて、セルの一端から他端に向けて燃料ガスを供給する方式を採用した場合、セルの外縁部とセルを収納するセルフレームとの間に空隙が存在すると、燃料ガスの一部が燃料極面上を通過せずに空隙を経由して燃料ガス排出口に流れてしまい、燃料ガス利用率が低下し、発電効率が低下するという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、スタックの小型化を実現し、また高い発電効率を実現することができる燃料極支持型のＳＯＦＣ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】
【００１２】
本発明の固体酸化物形燃料電池スタックは、固体酸化物形燃料電池セルを含むセル収容部と、前記セルの空気極に酸化剤ガスを供給し前記セルの燃料極に燃料ガスを供給する金属製のセパレータとを交互に積層する構造を有し、前記セル収容部は、平板型で燃料極支持型の固体酸化物形燃料電池セルと、このセルと同等の厚みの平板型の絶縁体からなり、中央部に前記セルを収納する貫通孔を有するセルフレームと、前記セルの電解質の外縁部と前記セルの周辺部に配置された前記セルフレームとを接合する第１の金属箔と、前記セルの燃料極の外縁部と前記セルフレームとを接合する第２の金属箔とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの１構成例において、前記セパレータは、前記セルの燃料極の周辺部から面方向に沿って前記燃料極に燃料ガスを供給することを特徴とするものである。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの１構成例において、前記セルと前記第１、第２の金属箔との接合、および前記セルフレームと前記第１、第２の金属箔との接合は、ガラスによる封着によって行われる。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの１構成例において、前記セルと前記第１、第２の金属箔との接合、および前記セルフレームと前記第１、第２の金属箔との接合は、ロウ材によるロウ付けによって行われる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、固体酸化物形燃料電池スタックの小型化が可能であり、固体酸化物形燃料電池スタックを安価に構成することができる。また、本発明では、セルとセルフレームとの間の空隙に燃料ガスが流入することを防ぐことができるので、燃料極支持型特有のシールの問題を解決することができ、高い発電効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料極支持型固体酸化物形燃料電池スタックの構造を示す分解断面図である。
【図２】本発明の実施の形態においてセルとセルフレームとを金属製の箔で一体化したセル収容部の断面図および平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るセルフレームの構造を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るセパレータの構造を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態において単セルとセルフレームとの空隙部分を拡大した断面図である。
【図６】燃料極支持型の固体酸化物形燃料電池の単セルの断面図および平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［発明の原理］
本発明は、燃料極と空気極がセラミックスの電解質を介して配置されるＳＯＦＣのセルが、平板型の燃料極で支持される燃料極支持型のセルであり、このセルの外周部にセルと同等の厚みでかつ絶縁性を有するセルフレームを配置することを特徴とする。
このセルフレームは、アルミナなどの絶縁性のセラミックスで構成することもできるし、金属と絶縁性のセラミックスやマイカなどを重ねることによっても構成できる。この際、金属とセラミックスは平坦性が十分な場合は単に当接するのみでも十分であるが、ロウ付けやガラス封着により接合してもよい。
【００１７】
このとき、セルとセルフレームとを金属製の箔で接合することにより、セルとセルフレームはガスシールのされた一体の構造（セル収容部）となる。このセル収容部とセパレータとを交互に積層することにより、燃料極支持型のセルを複数枚積層し、その空気極、燃料極を互いにガスシールしつつ、空気極、燃料極にそれぞれ酸化剤ガス、燃料ガスを供給し、かつそれぞれのセルを電気的に直列に接続することが可能となり、実用的なＳＯＦＣスタックを構成することができる。
【００１８】
また、セルの電解質の外縁部とセルフレームとを金属箔で接合することは、セルのガスシールのために不可欠である。加えて、燃料極の外縁部とセルフレームとを金属箔で接合することにより、燃料極外縁部のガスシールが強固となるとともに、それによって、対抗する空気極が存在しないために本来発電には寄与しない燃料極外縁部に燃料ガス供給流路を設け、過剰な燃料を供給しなくとも、燃料極の酸化による破損を防ぐことができ、結果として、より少ない燃料で発電を行うことが可能となり、高い発電効率が実現できるＳＯＦＣスタックとなる。
【００１９】
また、セルとセルフレームへの金属製の箔の接合は、ＳＯＦＣの動作温度付近で軟化するガラスによる封着によって実現することができる。
あるいは、セルとセルフレームへの金属製の箔の接合は、ＳＯＦＣの動作温度より凡そ５０℃程度高い温度でロウ付けすることによって実現することができる。
【００２０】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に基づいて、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明がこれら実施の形態に限定されないことはもちろんである。図１は本発明の実施の形態に係る燃料極支持型ＳＯＦＣスタックの構造を示す分解断面図、図２（Ａ）はセルとセルフレームとを金属製の箔で一体化したセル収容部の断面図、図２（Ｂ）はこのセル収容部の平面図である。
【００２１】
燃料極支持型の単セル２１は、平面視方形の平板型の構造をしている。この単セル２１の詳細な構造は図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示したとおりである。単セル２１の構成材料としては、一般に開発が行われているすべての材料系を適用することができる。例えば、電解質１１として、Ｓｃ2Ｏ3およびＡｌ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2（ＳＡＳＺ）やイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのジルコニア系材料を用い、燃料極１２としては、これらジルコニア系材料と酸化ニッケルとの混合サーメットを用いることができる。単セル２１の厚みは、およそ０．３ｍｍから１ｍｍほどである。単セル２１の面積は、必要とされる出力に応じて決められるが、おおよそ１０〜１０００ｃｍ2程度である。この場合、単セル２１の６００℃から１０００℃までの平均熱膨張係数は、１０×１０-6〜１１×１０-6／Ｋ程度となる。
【００２２】
空気極１３の材料には、ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）などの一般的な空気極材料を用いることができる。ただし、本実施の形態では、合金製のセパレータを用いる観点から、ＳＯＦＣの動作温度を８００℃以下とすることが好ましい。したがって、空気極１３の材料としては、低温での特性がより優れている、ランタンニッケルフェライト（ＬＮＦ）やランタンストロンチウムコバルタイト（ＬＳＣｏ）などの材料を用いることが好ましい。
【００２３】
前述した単セル２１を用いてＳＯＦＣスタックを構成するために、単セル２１と同等の厚みで絶縁性を有するセルフレーム２２を、単セル２１を内包するように配置する。図３はセルフレーム２２の平面図である。セルフレーム２２には、燃料ガス供給用のマニホ−ルド２９を構成する貫通孔２２０と、燃料ガス排出用のマニホールド３０を構成する貫通孔２２１と、酸化剤ガス供給用のマニホ−ルド（図１では不図示）を構成する貫通孔２２２と、酸化剤ガス排出用のマニホールド（図１では不図示）を構成する貫通孔２２３と、単セル収納用の方形の貫通孔２２４とが形成されている。貫通孔２２４の径は、単セル２１の外径よりも少し大きい寸法に設定されており、この貫通孔２２４の中に単セルが配置される。
【００２４】
このようなセルフレーム２２は、アルミナやムライト、カルシア、ジルコニアなどのよく知られたセラミックスの単板で構成することができる。セルフレーム２２の厚みは、単セル２１の厚みと同等のおよそ０．３ｍｍから１ｍｍほどである。セルフレーム２２の厚みと単セル２１の厚みが異なると、後述する金属箔２３，２４に曲がりや折れが生じ、その部分に応力が発生する。このような応力が発生すると封着の精度が悪くなるために、シール性能が低下する恐れがある。したがって、セルフレーム２２の厚みと単セル２１の厚みは同じであることが望ましい。
【００２５】
単セル２１とセルフレーム２２とは、単セル２１の外縁部とセルフレーム２２とを被覆する形状の金属箔２３，２４を介して接合される。図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、金属箔２３，２４には、燃料ガス供給用のマニホ−ルド２９を構成する貫通孔２３０と、燃料ガス排出用のマニホールド３０を構成する貫通孔２３１と、酸化剤ガス供給用のマニホ−ルド（図１では不図示）を構成する貫通孔２３２と、酸化剤ガス排出用のマニホールド（図１では不図示）を構成する貫通孔２３３と、単セル収納用の方形の貫通孔２３４とが形成されている。貫通孔２３４の径は、セルフレーム２２の貫通孔２２４よりも小さい寸法に設定されており、金属箔２３，２４が単セル２１の外縁部に掛かるように設定されている。
【００２６】
金属箔２３，２４には、フェライト系ステンレスなどが用いられる。この金属箔２３，２４は、電気伝導性よりも耐酸化性が重要であるため、ＡｌやＳｉを含有するステンレス材料で構成することが好ましい。図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）の例では、単セル２１の表面（図１、図２（Ａ）の上面）と裏面（図１、図２（Ａ）の下面）の両方で単セル２１とセルフレーム２２の接合を行っており、単セル２１の表面側に金属箔２３を配置し、単セル２１の裏面側に金属箔２４を配置している。このように金属箔２３，２４を単セル２１の両面に配置することで、燃料極１２の外縁部に過剰の燃料ガスを供給することなく、単セル２１を酸化による破損から守ることが可能となる。
【００２７】
単セル２１と金属箔２３，２４との接合、およびセルフレーム２２と金属箔２３，２４との接合は、ガラスによる封着、もしくはロウ材によるロウ付けによって実現することができる。このとき、接合を完成してセル収容部２６の作製を完了するには、セル収容部２６を加熱すればよい。
以上のようにして、単セル２１とセルフレーム２２と金属箔２３，２４によって構成されるセル収容部２６が完成する。
【００２８】
次に、平板型のセパレータ２５について説明する。図４はセパレータ２５の構造を示す斜視図である。セパレータ２５には、燃料ガス供給用のマニホ−ルド２９を構成する貫通孔２５０と、燃料ガス排出用のマニホールド３０を構成する貫通孔２５１と、酸化剤ガス供給用のマニホ−ルド（図１では不図示）を構成する貫通孔２５２と、酸化剤ガス排出用のマニホールド（図１では不図示）を構成する貫通孔２５３とが形成されている。さらに、セパレータ２５の燃料極側の面（図１、図４の上面）には、一端が貫通孔２５０と連通し他端が貫通孔２５１と連通する溝である燃料ガス流路２５４が形成されている。また、セパレータ２５の空気極側の面（図１、図４の下面）には、一端が貫通孔２５２と連通し他端が貫通孔２５３と連通する溝である酸化剤ガス流路（不図示）が形成されている。
【００２９】
セパレータ２５には、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス材料をはじめとする各種耐熱金属材料を用いることができる。ただし、セパレータ２５は隣接する単セル間の電気的な接続を行うため、耐熱金属の表面にできる酸化皮膜の電気抵抗がなるだけ小さいことが好ましい。このため、セパレータ２５の材料として、Ａｌを含み、表面にＡｌ2Ｏ3の皮膜ができる耐熱合金を使用することは好ましくない。また、酸化皮膜による抵抗の増加を抑制する意味でも、フェライト系ステンレス材料でもクロムの割合を２０％−２７％程度と高めた材料をセパレータ２５の材料として用いることが好ましい。具体的には、セパレータ２５には、ｃｒｏｆｅｒ２２ＡＰＵやＺＭＧ２３２などＳＯＦＣ向けに開発されているものの他、汎用のものでも例えばＳＵＳ４４５Ｍ２などを用いることができる。
【００３０】
なお、セパレータ２５の構成方法はＳＯＦＣの性能を決める重要なものであり、本実施の形態に限定されることなく、さまざまな構造でセパレータ２５を実現することができる。セパレータ２５が如何様な構造であっても、その表裏面に酸化剤ガス、燃料ガスの流路があり、酸化剤ガスの流路が酸化剤ガスの供給排出用の貫通孔と連通し、燃料ガスの流路が燃料ガスの供給排出用の貫通孔と連通することは、本実施の形態と共通である。
【００３１】
セパレータ２５を構成する代表的な耐熱金属材料の線熱膨張係数は１１×１０-6〜１３×１０-6／Ｋ程度であり、単セル２１の熱膨張係数と比べて一般に大きい。したがって、単セル２１とセパレータ２５を積層してその外縁部をガスシールする際にはこの熱膨張特性の違いを吸収できるような方法でシールすることが望ましい。例えば、このようなシールは、ほう珪酸ガラスなど、ＳＯＦＣの動作温度よりも軟化点の低いガラス材料を使うことで実現できる。
【００３２】
また、この単セル２１とセパレータ２５の積層では、単セル２１とセパレータ２５の熱膨張係数の差がサーマルサイクル時に問題とならないセルサイズであれば、上記のガラス材料によるシールの他に、金属ロウ付けによるシールを用いることもできる。例えば、セパレータ２５の材料としてｃｒｏｆｅｒ２２ＡＰＵやＺＭＧ２３２、ＳＵＳ４４５Ｍ２などのフェライト系ステンレス材料を用いる場合には、凡そ単セル２１の一辺が２００ｍｍ以内であれば、ロウ付けを用いても問題が生じない。
【００３３】
単セル２１の各電極とセパレータ２５との電気的な接続は、燃料極１２、空気極１３、セパレータ２５のそれぞれの表面の平坦性を確保することが困難なことから、変形できる集電材２７，２８を介して行うことが好ましい。
【００３４】
空気極１３側の集電材２７としては、白金、金、銀、銅などの貴金属の多孔体や発砲体、メッシュなどを用いることができるが、対酸化性と経済性のバランスから、電気伝導性酸化物粉末を有機物と混合してペースト状にしたものを用いることが好ましい。このようなペーストの電気伝導性酸化物には、ＬＳＣ、ＬＳＣＦ、ＬＳＭ、ＬＮＦなど、ＳＯＦＣの空気極１３に用いられる材料を用いることができる。
燃料極１２側の集電材２８としては、空気極１３と同様の銀の多孔体や発砲体、メッシュのほかに、ニッケルの多孔体や発砲体、メッシュも用いることができる。
【００３５】
次に、本実施の形態のＳＯＦＣスタックの組み立て手順について簡単に説明する。まず、上記のようにセル収容部２６を作製する。次に、セル収容部２６とセパレータ２５とを交互に積層してＳＯＦＣスタックを作製するが、このときセル収容部２６の空気極１３とセパレータ２５の空気極側の面との間には集電材２７を配置し、セル収容部２６の燃料極１２とセパレータ２５の燃料極側の面との間には集電材２８を配置する。さらに、金属箔２３とセパレータ２５との間、および金属箔２４とセパレータ２５との間には、上記のとおりガラスまたはロウからなるシール材を配置する。こうして、ＳＯＦＣスタックの組み立てが完了する。また、ＳＯＦＣスタックの上下から圧力を加えることによって、燃料極１２とセパレータ２５との更に良好な電気的接続、および空気極１３とセパレータ２５との更に良好な電気的接続を実現することができる。
【００３６】
なお、セル収容部２６とセパレータ２５を積層する際には、ＳＯＦＣスタックの外縁部のガスシールと電極部の電気的接続とを両立させるよう、積層方向の各部品の寸法を十分に調整することが重要である。この調整が十分であるかは、ＳＯＦＣスタックの初期特性から判断することができる。
【００３７】
次に、酸化剤ガスと燃料ガスの流れについて簡単に説明する。セルフレーム２２の貫通孔２２０と金属箔２３，２４の貫通孔２３０とセパレータ２５の貫通孔２５０とは、セル収容部２６とセパレータ２５の積層後は燃料ガス供給用のマニホ−ルド２９を構成する。セルフレーム２２の貫通孔２２１と金属箔２３，２４の貫通孔２３１とセパレータ２５の貫通孔２５１とは、セル収容部２６とセパレータ２５の積層後は燃料ガス排出用のマニホールド３０を構成する。セルフレーム２２の貫通孔２２２と金属箔２３，２４の貫通孔２３２とセパレータ２５の貫通孔２５２とは、セル収容部２６とセパレータ２５の積層後は酸化剤ガス供給用のマニホ−ルド（図１では不図示）を構成する。セルフレーム２２の貫通孔２２３と金属箔２３，２４の貫通孔２３３とセパレータ２５の貫通孔２５３とは、セル収容部２６とセパレータ２５の積層後は酸化剤ガス排出用のマニホールド（図１では不図示）を構成する。
【００３８】
酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給用のマニホ−ルドからセパレータ２５の酸化剤ガス流路（不図示）を通って空気極１３の面に均一に分配される。使用済みの酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路を通って酸化剤ガス排出用のマニホールドから外部に排出される。
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給用のマニホ−ルド２９からセパレータ２５の燃料ガス流路２５４を通って燃料極１２の面に均一に分配される。使用済みの燃料ガスは、燃料ガス流路２５４を通って燃料ガス排出用のマニホールド３０から外部に排出される。
【００３９】
図５はセル収容部２６とセパレータ２５の積層後の単セル２１とセルフレーム２２との空隙部分を拡大した断面図である。空気極側のみの金属箔２３でガスシールを行うと、燃料極側と空気極側のガスシールを確保することはできるが、下部の燃料ガス流路２５４から単セル２１とセルフレーム２２との間の空隙３１に燃料ガスが流入し、単セル側面を経由して燃料ガスが排出されてしまうので、燃料ガス利用率が低下する。これに対して、本実施の形態では、燃料ガス流路２５４と空隙３１との間にも金属箔２４を配置するので、空隙３１に燃料ガスが流入することを防ぐことができ、燃料ガス利用率を向上させることができる。なお、金属箔２４のみのガスシールでは、燃料極１２が多孔質であるため、燃料極側と空気極側のガスシールを確保することはできない。
【００４０】
本実施の形態では、燃料極１２の周辺部から面方向に沿って燃料極１２に燃料ガスを供給し、また空気極１３の周辺部から面方向に沿って空気極１３に酸化剤ガスを供給することにより、単セル２１の厚みおよびガス供給に必要となるセパレータ２５の厚み以外に余分なスペースを必要としないため、ＳＯＦＣスタックの小型化が可能である。このような構造は必然的に簡便になるため、ＳＯＦＣスタックを安価に構成することができる。
また、本実施の形態では、単セルとセルフレームとの間の空隙に燃料ガスが流入することを防ぐことができるので、燃料極支持型特有のシールの問題を解決することができ、高い発電効率を実現することができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、平面視方形の単セルの場合について説明しているが、これに限るものではなく、平面視円形の単セルなどあらゆる形の単セルに本発明を適用することができる。
また、本実施の形態では、金属箔２３，２４はセルフレーム全面を被覆する形で配置されているが、セルフレーム２２のセル外周部に隣接する部分のみを被覆する形態でも構わない。ただし、本実施の形態のような内部マニホールド方式では、セルフレーム２２のセル外周部に隣接する部分のみを金属箔で被覆する場合、セルフレーム２２とセパレータ２５との間に金属箔の厚さ分の隙間が発生してしまうため、マニホールド周囲に別途ガスケット等を配置する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、固体酸化物形燃料電池に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１１…電解質、１２…燃料極、１３…空気極、２１…単セル、２２…セルフレーム、２３，２４…金属箔、２５…セパレータ、２６…セル収容部、２７，２８…集電材、２９，３０…マニホールド、２２０，２２１，２２２，２２３，２２４，２３０，２３１，２３２，２３３，２３４，２５０，２５１，２５２，２５３…貫通孔、２５４…燃料ガス流路。
【図１】
2013257973.tif 000003
【図２】
2013257973.tif 000004
【図３】
2013257973.tif 000005
【図４】
2013257973.tif 000006
【図５】
2013257973.tif 000007
【図６】
2013257973.tif 000008