(57)【要約】【課題】空気極の周辺部から面方向に沿って酸化剤ガスを供給する固体酸化物形燃料電池において空気極の特性劣化を防止する。【解決手段】固体酸化物形燃料電池は、固体酸化物形燃料電池セルと、セルの燃料極１００側の面に積層される燃料極側セパレータ１０４と、セルの空気極１０１側の面に積層される空気極側セパレータ１０５と、中央部にセルを収納するセルホルダ１１４と、燃料極側セパレータ１０４とセルの端部との隙間、およびセルホルダ１１４とセルの端部との隙間に配置されるシール材１１５と、シール材１１５のうち、空気極側セパレータ１０５とセルの端部とセルホルダ１１４とによって囲まれる酸化剤ガス流路に露出するシール材１１５の部分を被覆する金属箔１１６と、金属箔１１６を固定するカバー１１７とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池セルの空気極の周辺部から面方向に沿って空気極に酸化剤ガスを供給する固体酸化物形燃料電池において、
平板型の固体酸化物形燃料電池セルと、
このセルの燃料極側の面に積層される燃料極側セパレータと、
前記セルの空気極側の面に積層される空気極側セパレータと、
前記燃料極側セパレータと前記空気極側セパレータとの間に配置され、中央部に前記セルを収納するセルホルダと、
前記燃料極側セパレータと前記セルの端部との隙間、および前記セルホルダと前記セルの端部との隙間に配置されるシール材と、
このシール材のうち、前記空気極側セパレータと前記セルの端部と前記セルホルダとによって囲まれる酸化剤ガス流路に露出するシール材の部分を少なくとも被覆する金属箔と、
前記金属箔と前記空気極側セパレータとの間に配置され、前記金属箔を固定するカバーとを備えることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記シール材は、ガラスまたは銀ロウからなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【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において、
前記金属箔は、前記セルの電解質と同じ熱膨張係数を有するフェライト系ステンレス鋼からなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記カバーは、金属からなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記カバーは、前記金属箔と同じ熱膨張係数を有するフェライト系ステンレス鋼からなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記カバーは、絶縁体からなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
請求項６記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記カバーは、マグネシアを含む絶縁体、アルミナを含む絶縁体、またはマイカからなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板型の固体酸化物形燃料電池セルのシール方法を提供するものであり、セル周辺部に金属箔と金属カバーとを配置した固体酸化物形燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、規模の大小にかかわらず高い効率が得られることから、次世代のコジェネレーションシステムに用いられる発電手段として、燃料電池が注目されている。燃料電池は、酸素などの酸化剤ガスと水素などの燃料ガスとの化学反応を利用した電池であり、空気極と呼ばれる陽極と、燃料極と呼ばれる陰極とで電解質の層を挟んだ単セルを、複数重ね合わせて用いている。一組のセル（単セル）で得られる電気の電圧は、約０．７Ｖ程度であるが、複数の単セルを重ね合わせて用いることで、所望とする電圧の供給が可能である。このような燃料電池には、高分子材料を電解質層に用いる固体高分子形や、セラミックスなどの酸化物を電解質層に用いる固体酸化物形がある。
【０００３】
固体高分子形燃料電池では、作動温度が高々９０℃程度であり、自動車用や家庭用コジェネレーションシステムに適用可能とされている。これに対し、固体酸化物形燃料電池は、作動温度が６００℃以上と高温であり、発電効率が４５％以上と高いという特徴を備えている。このため、複数の単セルを組み合わせたスタック構造の固体酸化物形燃料電池は、タービン発電などを組み合わせてより高い効率のコジェネレーションシステムが構築できるという利点を有し、発電所としての用途などが期待されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、固体酸化物形燃料電池において実用的な出力を得るためには、固体酸化物形燃料電池セル（以降、単セル）を複数個直列に、または並列に接続する必要がある。このとき、各単セルの燃料極側に供給される燃料ガスと空気極側に供給される酸化剤ガスとが混合しない状態で、各単セルを電気的に接続する必要がある。このようにガスの混合を防いだ状態で各単セルを電気的に接続するために、セパレータやインターコネクターなどと呼ばれ、ガスが透過せず、電気伝導度が高い材料からなる部材が用いられている。
【０００５】
近年、発電温度の低温動作化により、金属材料をインターコネクターに使用できるようになった。金属製のインターコネクターは、セラミックス製のインターコネクターに比べると加工性が良く、電気電導度や熱電導度が高いが、高温酸化雰囲気化において表面に電気電導度の低い酸化被膜が形成されるという問題がある。そこで、最近ではインターコネクターとして、Ｃｒが１６〜２４％程度含まれたフェライト系の耐熱性ステンレス鋼が用いられる傾向にある。
【０００６】
固体酸化物形燃料電池セルには、セルの形状により円筒型や平板型といったセルが存在する。平板型のセルには、電解質によって機械的強度を担保する電解質支持型と燃料極によって機械的強度を担保する燃料極支持型などが存在する。燃料極支持型のセルは、燃料極へ酸化剤ガスが混入すると、酸化による膨張により破損しやすくなる。そのため、燃料極支持型の平板型セルを用いる場合、高い信頼性を得るには燃料極への酸化剤ガスの混入を防ぐ必要がある。燃料極へ酸化剤ガスが混入する経路としては、ガスマニホ−ルドから燃料極へ混入する経路と、セル周辺部から燃料極側に酸化剤ガスが混入する経路が考えられる。中でもセル周辺部のシールが不十分だと、直接燃料極に酸化剤ガスが混入する。そのためセル周辺部には、ガラスシール材などを配置する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】田川博章  著，「固体酸化物燃料電池と地球環境」，アグネ承風社，１９９８年，ｐ．２５−３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、例えば酸化剤ガスを空気極の上方から空気極に向けて供給するのではなく、空気極の周辺部から中央部に向かって横方向に酸化剤ガスを供給する場合、酸化剤ガスが空気極に到達する前にガラスシール材を横切ることになる。ガラスシール材にはケイ素以外に、アルカリ金属や銀等が含まれており、酸化剤ガス中に混入したガスシール材のアルカリ金属や銀が空気極の特性を劣化させる可能性があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、空気極の周辺部から面方向に沿って空気極に酸化剤ガスを供給する固体酸化物形燃料電池において、空気極の特性劣化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、固体酸化物形燃料電池セルの空気極の周辺部から面方向に沿って空気極に酸化剤ガスを供給する固体酸化物形燃料電池において、平板型の固体酸化物形燃料電池セルと、このセルの燃料極側の面に積層される燃料極側セパレータと、前記セルの空気極側の面に積層される空気極側セパレータと、前記燃料極側セパレータと前記空気極側セパレータとの間に配置され、中央部に前記セルを収納するセルホルダと、前記燃料極側セパレータと前記セルの端部との隙間、および前記セルホルダと前記セルの端部との隙間に配置されるシール材と、このシール材のうち、前記空気極側セパレータと前記セルの端部と前記セルホルダとによって囲まれる酸化剤ガス流路に露出するシール材の部分を少なくとも被覆する金属箔と、前記金属箔と前記空気極側セパレータとの間に配置され、前記金属箔を固定するカバーとを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の固体酸化物形燃料電池の１構成例において、前記シール材は、ガラスまたは銀ロウからなることを特徴とする。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池の１構成例において、前記金属箔は、前記セルの電解質と同じ熱膨張係数を有するフェライト系ステンレス鋼からなることを特徴とする。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池の１構成例において、前記シール材は、ガラスまたは銀ロウからなることを特徴とする。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池の１構成例において、前記カバーは、金属からなることを特徴とする。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池の１構成例において、前記カバーは、前記金属箔と同じ熱膨張係数を有するフェライト系ステンレス鋼からなることを特徴とする。
Ｄものである。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池の１構成例において、前記カバーは、絶縁体からなることを特徴とする。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池の１構成例において、前記カバーは、マグネシアを含む絶縁体、アルミナを含む絶縁体、またはマイカからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、酸化剤ガスが流入する酸化剤ガス流路に露出したシール材の部分を金属箔で覆うことにより、酸化剤ガスがシール材と接触することを防止することができ、シール材中のアルカリ金属や銀が空気極の特性を劣化させることを防止することができる。また、金属箔をカバーで固定することにより、固体酸化物形燃料電池を組み立てる際に十分な機械強度を実現することができ、破損しにくい固体酸化物形燃料電池を実現することができる。その結果、本発明では、空気極の周辺部から面方向に沿って空気極に酸化剤ガスを供給する構造の固体酸化物形燃料電池において空気極の特性劣化を防止することができ、固体酸化物形燃料電池の信頼性向上や長寿命化を実現することができる。
【００１３】
また、本発明では、シール材としてガラスまたは銀ロウを用いることにより、セル周辺部での燃料ガスと酸化剤ガスとの混合を強固に抑制することが可能となる。
【００１４】
また、本発明では、金属箔として、セルの電解質と同じ熱膨張係数を有するフェライト系ステンレス鋼を用いることにより、熱サイクルにおいて安定したシールを担保することが可能となる。
【００１５】
また、本発明では、カバーとして、金属箔と同じ熱膨張係数を有するフェライト系ステンレス鋼を用いることにより、熱サイクルにおいて安定したシールを担保することが可能となる。
【００１６】
また、本発明では、カバーとして、マグネシアを含む絶縁体、アルミナを含む絶縁体、またはマイカを用いることにより、十分な絶縁性能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池の単セルの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池スタックの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るスタックベースの平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る燃料供給板の平面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る空気極側セパレータの下面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るセルホルダの平面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る金属箔の平面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るカバーの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［発明の原理］
本発明では、空気極の面方向に沿って空気極に酸化剤ガスを供給する時に、単セルの周辺部に配置したガラスシール材の上に金属箔を配置して、さらにその上にカバーを配置することで、上記課題を解決する。
【００１９】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池の単セルの構成を示す断面図である。固体酸化物形燃料電池の単セルは、平板型の燃料極１００と平板型の空気極１０１で平板型の酸化物からなる電解質１０２を狭持し、空気極１０１上に集電層１０３が配置された構造となっている。
電解質１０２の材料としては、例えばスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、サマリア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）、コバルト添加ランタンガレート系酸化物（ＬＳＧＭＣ）などがある。
【００２０】
空気極１０１の材料としては、例えばランタンニッケルフェライト（ＬＮＦ）、ランタンマンガネート（ＬＳＭ）、ランタンストロンチウムコバルタイト（ＬＳＣ）、ランタンストロンチウムコバルタイトフェライト（ＬＳＣＦ）、ランタンストロンチウムフェライト（ＬＳＦ）、サマリウムストロンチウムコバルタイト（ＳＳＣ）などがある。
燃料極１００の材料としては、金属Ｎｉと前記電解質１０２を構成する材料との混合物などがある。これらの混合物としては、例えばニッケル添加イットリア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＹＳＺ）、ニッケル添加サマリア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＳＳＺ）、ニッケル添加スカンジア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＳｃＳＺ）などがある。
【００２１】
図２（Ａ）は本実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池スタックの構成を示す断面図である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の１２０の部分を拡大した断面図である。図１に示した固体酸化物形燃料電池の単セルから高い発電出力を得るために、図２（Ａ）に示すように燃料極側セパレータ１０４および空気極側セパレータ１０５を介して単セルを積層する。
【００２２】
燃料極側セパレータ１０４には、酸化剤ガス供給用のガスマニホ−ルド１０６と、ガス流路１０８と、酸化剤ガス排出用のガスマニホールド１０９と、燃料ガス供給用のガスマニホ−ルド（不図示）と、使用済み燃料ガス排出用のガスマニホ−ルド（不図示）とが形成されている。
燃料極側セパレータ１０４は、スタックベース１０４０と燃料供給板１０４１との積層構造からなる。図３はスタックベース１０４０を上側から見た平面図、図４は燃料供給板１０４１を上側から見た平面図である。
【００２３】
スタックベース１０４０には、酸化剤ガス供給用のガスマニホ−ルド１０６を構成する貫通穴１０６０と、酸化剤ガス排出用のガスマニホールド１０９を構成する貫通穴１０９０と、燃料ガス供給用のガスマニホ−ルドを構成する貫通穴１１００と、使用済み燃料ガス排出用のガスマニホ−ルドを構成する貫通穴１１０１とが形成されている。燃料供給板１０４１には、酸化剤ガス供給用のガスマニホ−ルド１０６を構成する貫通穴１０６０と、酸化剤ガス排出用のガスマニホールド１０９を構成する貫通穴１０９０と、燃料ガス供給用のガスマニホ−ルドから使用済み燃料ガス排出用のガスマニホ−ルドに向かって燃料ガスが流れる貫通穴であるガス流路１０８とが形成されている。
【００２４】
図５は空気極側セパレータ１０５を下側から見た下面図である。空気極側セパレータ１０５には、酸化剤ガス供給用のガスマニホ−ルド１０６を構成する貫通穴１０６０と、酸化剤ガス排出用のガスマニホールド１０９を構成する貫通穴１０９０と、燃料ガス供給用のガスマニホ−ルドを構成する貫通穴１１００と、使用済み燃料ガス排出用のガスマニホ−ルドを構成する貫通穴１１０１と、酸化剤ガスが流れる溝であるガス流路１１１とが形成されている。
【００２５】
空気極側に関しては、ペースト材料からなる空気極側接続材料１１３を集電層１０３と空気極側セパレータ１０５との間に配置することで、集電層１０３と空気極側セパレータ１０５との電気的接続を良好にすることができる。このペースト材料は、固体酸化物型燃料電池スタックの初回動作前に予め集電層１０３の上に塗布され、このペースト材料の上に空気極側セパレータ１０５が配置される。こうして、初回動作時の昇温過程でペースト材料を加熱することにより、より良好な電気的接続を実現することができる。また、固体酸化物型燃料電池スタックの上下から圧力を加えることによって、燃料極１００と燃料極側セパレータ１０４との更に良好な電気的接続、および集電層１０３と空気極側セパレータ１０５との更に良好な電気的接続を実現することができる。
【００２６】
さて、図２（Ａ）に示す固体酸化物形燃料電池スタックは１枚のセルに対して複数枚の耐熱性ステンレス鋼の薄板が配置されている。ここでは１枚のセルを用いた固体酸化物形燃料電池の組み立て手順について説明する。
【００２７】
上記のとおり、燃料極側セパレータ１０４は、スタックベース１０４０と、このスタックベース１０４０の上に配置される燃料供給板１０４１との積層構造からなる。燃料極側セパレータ１０４のガス流路１０８が配置された面に、燃料極１００と燃料極側セパレータ１０４との電気的接続を良くするための集電体１１２を配置し、この集電体１１２の上に図１に示したような単セルを搭載する。集電体１１２としては、燃料ガスを通すパンチングメタルや発泡金属が使用される。
【００２８】
また、集電体１１２が搭載される燃料極側セパレータ１０４の同じ面上には、単セルを収納するためのセルホルダ１１４が配置される。図６はセルホルダ１１４を上側から見た平面図である。セルホルダ１１４には、酸化剤ガス供給用のガスマニホ−ルド１０６を構成する貫通穴１０６０と、酸化剤ガス排出用のガスマニホールド１０９を構成する貫通穴１０９０と、燃料ガス供給用のガスマニホ−ルドを構成する貫通穴１１００と、使用済み燃料ガス排出用のガスマニホ−ルドを構成する貫通穴１１０１と、単セル収納用の例えば正方形の貫通穴１１４０とが形成されている。貫通穴１１４０の径は、単セルの外径よりも少し大きい寸法に設定されており、この貫通穴１１４０の中に単セルが配置される。
【００２９】
図２（Ｂ）に示すように、燃料極側セパレータ１０４と単セルの端部との隙間、およびセルホルダ１１４と単セルの端部との隙間には、シール材１１５が配置される。このシール材１１５によって燃料ガスおよび排ガスの漏れを防ぐことができる。シール材１１５の材料としては、ホウ珪酸ガラスなどの、軟化点が固体酸化物型燃料電池の動作温度付近であるガラス材料がある。あるいは、シール材１１５として銀ロウを用いてもよい。
【００３０】
電解質１０２の端部とセルホルダ１１４とシール材１１５との上には金属箔１１６が配置される。金属箔１１６の厚みは、例えば１０μｍ〜５０μｍである。金属箔１１６の厚みを１０μｍ〜５０μｍとすることで、セル周辺部が平坦でなくてもセル周辺部での燃料ガスと酸化剤ガスとの混合を抑制することが可能となる。
【００３１】
図７は金属箔１１６を上側から見た平面図である。金属箔１１６には、酸化剤ガス供給用のガスマニホ−ルド１０６を構成する貫通穴１０６０と、酸化剤ガス排出用のガスマニホールド１０９を構成する貫通穴１０９０と、燃料ガス供給用のガスマニホ−ルドを構成する貫通穴１１００と、使用済み燃料ガス排出用のガスマニホ−ルドを構成する貫通穴１１０１と、単セル収納用の例えば正方形の貫通穴１１６０とが形成されている。貫通穴１１６０の径は、セルホルダ１１４の貫通穴１１４０よりも小さい寸法に設定されており、金属箔１１６が電解質１０２の端部に掛かるように設定されている。なお、図７における１１５０はシール材１１５の位置を示している。
【００３２】
金属箔１１６は、スタック構成部材の凹凸やシール材１１５の不均一な分布に対応するために柔軟性を有している。金属箔１１６としては、例えばＳＵＳ４３０やＳＵＳ４４５等の、セル電解質１０２の熱膨張係数と同等のフェライト系ステンレス鋼を用いることが好ましい。
【００３３】
さらに、金属箔１１６の上にはカバー１１７が配置される。図８はカバー１１７を上側から見た平面図である。カバー１１７には、燃料ガス供給用のガスマニホ−ルドを構成する貫通穴１１００と、使用済み燃料ガス排出用のガスマニホ−ルドを構成する貫通穴１１０１と、単セル収納用の例えば長方形の貫通穴１１７０とが形成されている。貫通穴１１７０の径は、貫通穴１１００，１１０１が存在する方向（図８左右方向）の径が金属箔１１６の貫通穴１１６０の径と同程度に設定されており、酸化剤ガス供給用のガスマニホ−ルド１０６および酸化剤ガス排出用のガスマニホールド１０９が存在する方向（図８上下方向）の径がガスマニホ−ルド１０６，１０９と連通する程度の大きさに設定されている。
【００３４】
カバー１１７は、燃料ガス供給用のガスマニホ−ルドの周囲の位置と使用済み燃料ガス排出用のガスマニホ−ルドの周囲の位置と酸化剤ガス供給用のガスマニホ−ルド１０６の外側の位置と酸化剤ガス排出用のガスマニホールド１０９の外側の位置と単セルの端部の位置とで金属箔１１６を固定する役割を担っている。このように、カバー１１７は、固体酸化物形燃料電池スタックの積層方向（図２（Ａ）、図２（Ｂ）上下方向）に掛けられる圧力を金属箔全体に伝達して、金属箔１１６を固定し、単セルやセルホルダ１１４と金属箔１１６との密着性を確保するために、金属箔１１６よりも高い剛性を有している必要がある。
【００３５】
セルホルダ１１４やセパレータ１０４，１０５が金属製の場合は、燃料極１００と空気極１０１間の短絡を防止するために、カバー１１７の材料は絶縁体である必要がある。これに対して、セルホルダ１１４やセパレータ１０４，１０５がセラミック等の絶縁体である場合には、カバー１１７の材料は絶縁体でも金属でも構わない。金属製のカバー１１７を用いる場合は、金属箔１１６と同じ材料を用いることが好ましい。さらに、カバー１１７の材料として金属を用いる場合は、図２（Ｂ）に示すようにカバー１１７の上に絶縁体１１８を配置する。この絶縁体１１８の材料としては、例えばマイカやマグネシア、あるいはアルミナなどがあげられる。
【００３６】
カバー１１７の材料として金属を用いる場合、カバー１１７の厚みは例えば１００μｍ〜１ｍｍである。カバー１１７の厚みを１００μｍ〜１ｍｍとすることで、酸化剤ガスを少ない圧力損失で空気極１０１まで供給することが可能となる。また、カバー１１７の厚みを１００μｍ〜１ｍｍとすることで、発電状態においても十分な機械強度を実現することができ、安定して酸化剤ガスを供給することが可能となる。
【００３７】
一方、カバー１１７の材料として絶縁体を用いる場合、その材料としては、例えばマイカやマグネシア、あるいはアルミナなどがある。カバー１１７の材料として絶縁体を用いる場合、カバー１１７の厚みは例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍである。カバー１１７の厚みを０．５ｍｍ〜１ｍｍとすることで、酸化剤ガスを少ない圧力損失で空気極１０１まで供給することが可能となる。また、カバー１１７の厚みを０．５ｍｍ〜１ｍｍとすることで、発電状態においても十分な機械強度を実現することができ、安定して酸化剤ガスを供給することが可能となる。さらに、十分な絶縁性能を実現することができる。
【００３８】
最後に、単セルの集電層１０３の上にペースト材料からなる空気極側接続材料１１３を配置した上で、空気極側接続材料１１３と絶縁体１１８の上に空気極側セパレータ１０５を載せる。このとき、金属箔１１６およびカバー１１７と単セルの端部との間には隙間が有り、金属箔１１６とカバー１１７と単セルの端部と空気極側セパレータ１０５とによって囲まれる酸化剤ガス流路である空間１１９が形成される。なお、燃料極側セパレータ１０４および空気極側セパレータ１０５が絶縁体の場合やカバー１１７が絶縁体の場合には、カバー１１７の上に直接、空気極側セパレータ１０５を載せてもよい。こうして、図２（Ａ）に示した固体酸化物形燃料電池の単スタックの組み立てが完了する。高い発電出力を得るためには、図２（Ａ）の単スタックを複数積層すればよい。
【００３９】
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。酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給用のガスマニホ−ルド１０６からカバー１１７の貫通穴１１７０を通って空間１１９に供給され、ガス流路１１１および集電層１０３を通って空気極１０１に供給される。このとき、シール材１１５はカバー１１７で固定された金属箔１１６によって覆われているので、シール材１１５が空間１１９内に露出することはなく、空間１１９に流入する酸化剤ガスがシール材１１５と接触することはない。使用済みの酸化剤ガスは、カバー１１７の貫通穴１１７０を通って酸化剤ガス排出用のガスマニホ−ルド１０９から外部に排出される。
【００４０】
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給用のガスマニホ−ルドから燃料極側セパレータ１０４のガス流路１０８に供給され、ガス流路１０８および集電体１１２を通って燃料極１００に供給される。使用済みの燃料ガスは、ガス流路１０８を通って使用済み燃料ガス排出用のガスマニホ−ルドから外部に排出される。
【００４１】
以上のように、本実施の形態では、酸化剤ガスが流入する流路に露出したシール材１１５の部分を金属箔１１６で覆うことにより、酸化剤ガスがシール材１１５と接触することを防止することができ、シール材１１５中のアルカリ金属や銀が空気極１０１の特性を劣化させることを防止することができる。その結果、本実施の形態では、空気極１０１に対して水平方向に酸化剤ガスを供給する構造の固体酸化物形燃料電池において空気極１０１の特性劣化を防止することができ、固体酸化物形燃料電池の信頼性向上や長寿命化を実現することができる。
【００４２】
本実施の形態の効果を調査するために、表１に示す条件で固体酸化物形燃料電池の発電特性を評価した。
【００４３】
【表１】
2013257989.tif 000003
【００４４】
ケース１は、金属箔１１６とカバー１１７がなく、酸化剤ガスが流入する流路にシール材１１５が露出している場合である。ケース２は、金属箔１１６を設けているが、金属箔１１６を固定するカバー１１７がない場合である。ケース３は、本実施の形態のように金属箔１１６とカバー１１７を設け、カバー１１７の材料として金属を用いる場合である。ケース４は、金属箔１１６とカバー１１７を設け、カバー１１７の材料として絶縁体を用いる場合である。
【００４５】
表１から明らかなとおり、金属箔１１６を用いることで高い燃料利用率でも発電が可能となるが、ケース２のようにカバー１１７がない場合には、燃料電池の寿命性能が悪い。ケース３、ケース４のようにカバー１１７を設けることで、高い燃料利用率で発電が可能であり、かつ寿命性能も向上することが分かる。以上の結果から、本実施の形態の効果を証明できた。
【００４６】
なお、本実施の形態では、燃料ガス供給用のガスマニホ−ルドの外側の位置、使用済み燃料ガス排出用のガスマニホ−ルドの外側の位置、酸化剤ガス供給用のガスマニホ−ルド１０６の外側の位置、および酸化剤ガス排出用のガスマニホ−ルド１０９の外側の位置にも金属箔１１６とカバー１１７を配置しているが、これらの位置を金属箔１１６で覆う必要はない。また、本実施の形態では、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給方式として内部マニホールド方式を採用したが、外部マニホールド方式を採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
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】
【００４８】
１００…燃料極、１０１…空気極、１０２…電解質、１０３…集電層、１０４…燃料極側セパレータ、１０５…空気極側セパレータ、１０６，１０９…ガスマニホ−ルド，１０８，１１１…ガス流路、１１２…集電体、１１３…空気極側接続材料、１１４…セルホルダ、１１５…シール材、１１６…金属箔、１１７…カバー、１１８…絶縁体、１０４０…スタックベース、１０４１…燃料供給板、１０６０，１０９０，１１００，１１０１，１１４０，１１６０，１１７０…貫通穴。
【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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