(57)【要約】【課題】燃料電池セル間にスペーサを配置した燃料電池スタックにおいて、燃料電池セルにクラックが生じることを抑制することができる燃料電池スタック、及び当該燃料電池スタックを構成する燃料電池セルを提供する。【解決手段】本発明の一側面に係る燃料電池スタックは、複数の固体酸化物形の燃料電池セルと、一の燃料電池セルと他の燃料電池セルとの間に設けられ、セラミックスにより形成されるスペーサと、を有し、一又は他の燃料電池セルは、スペーサが配置される第１領域と、第１領域以外の第２領域と、を備え、第１領域にスリットが設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固体酸化物形の燃料電池セルと、
一の燃料電池セルと他の燃料電池セルとの間に設けられ、セラミックスにより形成されるスペーサと、を有し、
前記一又は他の燃料電池セルは、
前記スペーサが配置される第１領域と、
前記第１領域以外の第２領域と、を備え、
前記第１領域にスリットが設けられている、
燃料電池スタック。
【請求項２】
前記スリットは、前記第１領域の端部に設けられている、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記スリットは、前記第１領域のうちスペーサの外周に沿う位置に設けられている、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記一又は他の燃料電池セルは、
空気又は燃料を通過させる複数の流路と、
前記空気又は燃料により発電する発電部と、を備え、
前記第１領域は、前記複数の流路を含む領域であり、
前記第２領域は、前記発電部を含む領域である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記スリットは、前記複数の流路よりも端部側に設けられている、
請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記一又は他の燃料電池セルは、第１セパレータ、燃料極層、電解質層、空気極層、及び第２セパレータの積層構造を有し、
前記スリットは、前記第１又は第２セパレータに設けられている、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記スリットは、前記第１又は第２セパレータを貫通して設けられている、
請求項６に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記スリットの長さは、３ｍｍ以上１１ｍｍ以下である、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記スリットは、前記一又は他の燃料電池セルの表面であって、前記スペーサ側の面に設けられている、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記スリットが形成された部位に接着剤層が設けられている、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
固体酸化物形の燃料電池セルであって、
空気又は燃料を通過させる複数の流路を含む第１領域と、
前記空気又は燃料により発電する発電部を含む第２領域と、を備え、
前記第１領域にスリットが設けられている、
燃料電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタック及び燃料電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体酸化物電解質を用いた固体酸化物形燃料電池が種々提案されている。固体酸化物形燃料電池では、十分な電圧を得るために、複数の燃料電池セルが積層されている。それによって、燃料電池スタックが構成されている。セラミックスを用いて燃料電池セルを形成した場合、セラミックスの熱伝導率が低いことから、セラミックスを用いた燃料電池セルの積層数を増加させると、発電によって生じた熱が燃料電池スタックの中心付近にとどまる傾向にある。そのため、燃料電池セル面において熱分布が生じ、熱応力による燃料電池セルにクラックが生じる。
【０００３】
このような問題を回避すべく、特許文献１には、燃料電池セル間に金属板を含む接合部を設けた燃料電池スタックが開示されている。特許文献１では、金属板は平面方向において複数分割して設けられており、金属板が配置されていない領域にはセラミックスからなるスペーサが配置されている。燃料電池スタックを構成する１つの燃料電池セルは、セルの厚さ方向に空気又は燃料を通過させる複数の流路を含む領域と、空気又は燃料により発電する発電部を含む領域に区画される。スペーサは、複数の流路を含む領域に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開公報第２０１５／０４５９８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発電時において、燃料電池セルはセル構成材料の熱膨張係数差等の要因により、変形することがある。このとき、燃料電池セルのうちスペーサが配置されている領域においては燃料電池セルの変形が阻害され、部分的に応力が集中してしまう。この結果、燃料電池セルにクラックが生じてしまう。
【０００６】
クラックが発生することによる問題は様々であり、セル内の電気伝導ビアの断裂による内部抵抗の増加、電極部の破壊による有効電極面積の減少、流路部にクラックが入った場合にはガスリークの発生による燃料利用率、空気利用率の低下が起きる。特に燃料のリークによる特性低下は大きく、クラックの抑制は重要な課題である。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池セル間にスペーサを配置した燃料電池スタックにおいて、燃料電池セルにクラックが生じることを抑制することができる燃料電池スタック、及び当該燃料電池スタックを構成する燃料電池セル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】
【０００８】
本発明の一側面に係る燃料電池スタックは、複数の固体酸化物形の燃料電池セルと、一の燃料電池セルと他の燃料電池セルとの間に設けられ、セラミックスにより形成されるスペーサと、を有し、一又は他の燃料電池セルは、スペーサが配置される第１領域と、第１領域以外の第２領域と、を備え、第１領域にスリットが設けられている。
【０００９】
本発明の他の側面に係る燃料電池セルは、固体酸化物形の燃料電池セルであって、空気又は燃料を通過させる複数の流路を含む第１領域と、空気又は燃料により発電する発電部を含む第２領域と、を備え、第１領域にスリットが設けられている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池セル間にスペーサを配置した燃料電池スタックにおいて、一の燃料電池セルにクラックが生じることを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る燃料電池スタックの要部を示す略図的正面断面図である。
【図２】本実施形態の燃料電池スタックに用いられている１つの燃料電池セルの分解斜視図である。
【図３】本実施形態に係る燃料電池スタックに用いられている１つの燃料電池セルの平面図である。
【図４】３層の燃料電池セル２を含む燃料電池スタック１の斜視図である。
【図５】本実施形態の燃料電池スタックの一部を模式的に示す斜視図である。
【図６】本実施形態に係る燃料電池スタックに用いられているスペーサの配置を示す平面図である。
【図７】発電時における燃料電池スタックの状態を説明するための概略側面図である。
【図８】接着剤層の配置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの略図的正面断面図である。燃料電池スタック１では、一の燃料電池セル２と、他の燃料電池セル２とが接合部４により接合されている。図１では、２つの燃料電池セル２，２を示したが、燃料電池セル２，２の外側にはさらに複数の燃料電池セルが連ねられている。
【００１３】
また、図１では、燃料電池セル２，２は、その設けられている位置のみを略図的にしている。図２及び図３を参照して、１つの燃料電池セル２の詳細を説明する。
【００１４】
図２に示すように、燃料電池セル２は、固体酸化物電解質層７を有する。固体酸化物電解質層７は、イオン導電性が高いセラミックスからなる。このような材料としては、例えば、安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアなどを挙げることができる。より具体的には、イットリウムやスカンジウムにより安定化されたジルコニアが挙げられる。安定化ジルコニアとしては、例えば、１０モル％イットリア安定化ジルコニア（１０ＹＳＺ）、１１モル％スカンジア安定化ジルコニア（１１ＳｃＳＺ）などを挙げることができる。部分安定化ジルコニアとしては、例えば、３モル％イットリア部分安定化ジルコニア（３ＹＳＺ）などを挙げることができる。
【００１５】
なお、上記固体酸化物電解質層７を構成する材料は上記に限定されず、ＳｍやＧｄがドープされたセリア系酸化物や、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2Ｇａ0.8Ｍｎ0.2Ｏ(3-δ)などのペロブスカイト型酸化物などにより形成してもよい。なお、δは、３未満の正の数を示す。
【００１６】
固体酸化物電解質層７には、貫通孔７ａと貫通孔７ｂとが設けられている。貫通孔７ａは、燃料ガス流路を構成している。貫通孔７ｂは、酸化剤ガスとしての空気を通す空気流路を構成している。
【００１７】
固体酸化物電解質層７の上方に燃料極層６が積層されている。燃料極層６は、Ｎｉを含むイットリア安定化ジルコニアや、Ｎｉを含むスカンジア安定化ジルコニアなどにより構成することができる。燃料極層６には、燃料ガス流路を構成する貫通孔６ａと、空気流路を構成する貫通孔６ｂとが設けられている。また、燃料極層６の内部には貫通孔６ａに連通する燃料ガス流路が面内に形成されており、貫通孔６ａから供給された燃料ガスは燃料極層６内の燃料ガス流路を通って端面から放出される。
【００１８】
上記燃料極層６上にセパレータ５が積層されている。セパレータ５は、安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアなどにより形成され得る。セパレータ５に、貫通孔５ａ，５ｂが形成されている。貫通孔５ａは、燃料ガス流路を構成している。貫通孔５ｂは、空気流路を構成している。
【００１９】
セパレータ５には、電気を取り出すための複数本のインターコネクタ５ｃがセパレータ５の上面から下面を貫くように設けられている。すなわち、ビアホール導体により各インターコネクタ５ｃが形成されている。複数本のインターコネクタ５ｃは、上記燃料極層６に電気的に接続されている。
【００２０】
固体酸化物電解質層７の下方には、空気極層８及びセパレータ９が積層されている。空気極層８には、燃料ガス流路を構成する貫通孔８ａと、空気流路を構成する貫通孔８ｂとが設けられている。空気極層８は、電子伝導性が高く、かつ多孔質の材料からなることが好ましい。このような空気極層８は、例えば、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、Ｇｄがドープされたセリア、Ｓｎがドープされた酸化インジウム、ＰｒＣｏＯ3系酸化物、ＬａＣｏＯ3系酸化物、又はＬａＭｎＯ3系酸化物などにより形成することができる。ＬａＭｏＯ3系酸化物としては、例えば、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3（以下においてＬＳＭと略す）や、Ｌａ0.6Ｃａ0.4ＭｎＯ3（以下においてＬＣＭと略す）などが挙げられる。また、空気極層８の内部には貫通孔８ｂに連通する空気流路が面内に形成されており、貫通孔８ｂから供給された空気は空気極層８内の空気流路を通って端面から放出される。
【００２１】
セパレータ９はセパレータ５と同様に構成されている。従って、燃料ガス流路を構成する貫通孔９ａと、空気流路を構成する貫通孔９ｂと、複数本のインターコネクタ９ｃとを有する。
【００２２】
図３は、この単一の燃料電池セル２の平面図を示す。図３に示すように燃料電池セル２は、平面視した場合、十字状の流路構成部２ａと、流路構成部２ａで区画された４つの発電部２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅとを有する。そして、発電部２ｂ〜２ｅの上面には上記インターコネクタ５ｃが露出している。十字状の流路構成部２ａは、本発明における複数の流路を含む第１領域に想到する。
【００２３】
図１に戻り、本実施形態の燃料電池スタック１では、このような燃料電池セル２が複数層積層されている。図４は、３層の燃料電池セル２を含む燃料電池スタック１の斜視図である。図４に示すように、燃料電池スタック１の上下から燃料ガス及び空気が供給される。燃料ガスが各燃料電池セル２の燃料極層６に供給され、各燃料極層６の端面から放出される。また、空気が各燃料電池セル２の空気極層８に供給され、各空気極層８の端面から放出される。
【００２４】
図５は、本実施形態に係る燃料電池スタック１の一部を示す斜視図である。図４に示すように、本実施形態に係る燃料電池スタック１では、燃料電池セル２間に少なくとも１つの接合部４が設けられている。図５は、５段の燃料電池セル２毎に接合部４を１つ設けた例を示しているが、燃料電池セル２の段数（積層数）及び接合部４の数に限定はない。図示はしないが、最上層の燃料電池セル２の上層には上集電板が配置され、最下層の燃料電池セル２の下層には下集電板が配置される。上集電板の上層にはさらにセパレータ板が配置され、下集電板の下層にはセパレータ板が配置される。
【００２５】
上述した燃料電池セル２では、燃料電池セルを構成する要素としてセラミックスを用いることにより、燃料電池セル２を一括して共焼結して形成できる利点がある。燃料電池セル２に金属を用いないことにより、カソード（空気極層８）を被毒するクロムの発生源をなくすことができ、金属/セラミックスのシール箇所をなくすことができるという利点もある。その反面、セパレータ５，９の熱伝導度が低いので、発電により生じた熱が放散せず、熱応力がかかりやすい。このため、図５に示すように燃料電池セル２の数段おきに金属板（均熱板）を含む接合部４を設け、発熱によって生じるセル面内温度分布を均一化させている。
【００２６】
図１に戻り、本実施形態の燃料電池スタック１は、一の燃料電池セル２と他の燃料電池セル２との間に、両者を接合している接合部４が設けられている。
【００２７】
接合部４は、上方の燃料電池セル２と下方の燃料電池セル２とを物理的に接合し一体化すると共に、上方の燃料電池セル２と下方の燃料電池セル２とを電気的に直列に接続している。
【００２８】
図１において、燃料電池セル２は、破線Ａ，Ｂで示す部分間が、上記流路構成部２ａに相当する。流路構成部２ａの両側に、発電部２ｂ，２ｃが位置している。そして、熱を中央に集中させないために、並びに上方の燃料電池セル２と下方の燃料電池セル２とを電気的に接続するために、金属板１１が設けられている。
【００２９】
金属板１１を構成する材料としては、特に限定されないが、燃料電池セル２を構成しているセラミックスと熱膨張係数が近い金属を用いることが望ましい。このような材料としては、好ましくは、フェライト系ステンレスである。フェライト系ステンレスの熱膨張係数は、ジルコニアと熱膨張係数が近い。また、フェライト系ステンレスは耐熱性に優れている。従って、フェライト系ステンレスが特に好ましい。もっとも、上記金属板１１を構成する材料は特に限定されず、他の金属を用いてもよい。
【００３０】
金属板１１として、金属メッシュを用いてもよく、あるいは金属発泡体もしくは多孔質金属を用いてもよい。金属メッシュ、金属発泡体又は多孔質金属を用いた場合、熱が加えられた際の応力に対する追随性を高めることができ、それによって電気的接続の信頼性をより一層高めることができる。
【００３１】
金属板１１の上面及び下面に、それぞれ、導電層１２が設けられている。上記導電層１２の外側に、導電体１３がそれぞれ設けられている。上記導電体１３の外表面には、導電層１２がさらに配置されている。上記導電層１２及び導電体１３の積層構造により、上方の燃料電池セル２と、金属層１１と、下方の燃料電池セル２とが接合されて、電気的に接続されている。
【００３２】
上記導電層１２及び導電体１３は、ＬＳＭのような導電性セラミックスからなることが望ましい。このような導電性セラミックスとしては、ＬａＳｒＭｎＯ3、ＬａＳｒＣｏＯ3、ＬａＳｒＣｏＦｅＯ3、ＭｎＣｏ2Ｏ4、ＳｍＳｒＣｏＯ3、ＬａＣａＭｎＯ3、ＬａＣａＣｏＯ3、ＬａＣａＣｏＦｅＯ3、ＬａＮｉＦｅＯ3及び（ＬａＳｒ）2ＮｉＯ4からなる群から選択された少なくとも１種を好適に用いることができる。
【００３３】
また、上記導電層１２及び導電体１３は、金属板１１を構成している金属元素を含むことが望ましい。それによって、金属板１１に対する熱膨張係数の差を小さくすることができる。また、上記導電層１２及び導電体１３は、多孔質の導電性セラミックスからなることが望ましい。
【００３４】
また、上記導電層１２及び導電体１３は、シート状である必要は必ずしもなく、多数の空隙を有する格子状、メッシュ状等の形状であってもよく、あるいは多数のストライプ部分が平行に設けられている形状であってもよい。すなわち、電気的接続が確保される限り、上方の発電部２ｂと下方の発電部２ｂとは、全面的に接続されている必要は必ずしもない。特に、燃料電池セル２の表面には、凹凸が存在するのが一般的である。従って、むしろ、凹凸を有するように電気的接続部分表面を構成することが望ましいこともある。従って、上記のように、格子状等の形状を用いてもよい。
【００３５】
本実施形態では、接合部４は、上記発電部２ｂ，２ｃを電気的に接続している接合部とは別の領域において、接着剤層１５及びスペーサ１６の積層構造を有する。ここで、スペーサ１６は、燃料電池セル２，２間の距離が大きい場合、接着を容易とするために用いられている。このようなスペーサ１６を構成する材料としては、燃料電池セル２を構成しているセラミックスと熱膨張係数が近い材料が望ましい。
【００３６】
本実施形態では、接着剤層１５により、燃料電池セル２，２が上記スペーサ１６を介在させて接着されている。接着剤層１５は、本実施形態では、ガラス系接着剤からなる。より具体的には、ガラスセラミックスを主体とするガラス系接着剤が用いられている。
【００３７】
図６は、本実施形態に係る燃料電池スタックに用いられているスペーサ１６の配置を示す平面図である。
【００３８】
図６に示すように、図３の発電部２ｂ〜２ｅに対応する位置に導電部４ａが配置されており、図３の十字状の流路構成部２ａ（第１領域）に対応する位置にスペーサ１６が配置されている。図５に示すように４つのスペーサ１６が配置されており、各スペーサ１６は、燃料ガス流路を構成する貫通孔１６ａ又は空気流路を構成する貫通孔１６ｂを備える。これにより、上下のセルを貫通する燃料ガス流路及び空気流路が確保される。図５では、接合前のスペーサ１６の配置を示すものであり中央部に隙間が生じているが、接合した後にはスペーサ１６を構成する材料により隙間が充填される。
【００３９】
上記構成では、燃料電池セル２の発電部２ａ〜２ｅに対応する位置に金属板１１を含む導電部４ａが配置されていることにより、上下の燃料電池セル２の発電部２ａ〜２ｅが電気的に接続されている。また、熱伝導率の低いセラミックスにより構成される発電部２ａ〜２ｅから生じた熱を効率的に伝導させて熱の均一化を図ることができる。このため、熱が集中することによる燃料電池セル２へのクラックの発生が抑制される。
【００４０】
十字状の流路構成部２ａに対応する位置に金属板１１を含む導電部４ａではなくスペーサ１６を配置することとしたのは、セラミックスにより構成される燃料電池セル２と金属板１１とは熱膨張係数の差が大きいことから、発電時の熱変形により上下の接合に隙間が生じる可能性がある。発電部２ａ〜２ｅにおいて隙間が生じても問題はないが、流路構成部２において隙間が生じると、燃料ガス又は空気のガスリークを生じてしまい、燃料利用率、空気利用率の低下がおきる。このため、流路構成部２においては、燃料電池セル２（より具体的には固体酸化物電解質層７）と熱膨張係数が近いセラミックスからなるスペーサ１６を配置することとしている。具体的には、スペーサ１６と燃料電池セル２の熱膨張係数の差は５％以内であることが好ましく、２ｐｐｍ／℃以内であることが好ましい。
【００４１】
スペーサ１６の材料としては、例えば、安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアなどを挙げることができる。より具体的には、イットリウムやスカンジウムにより安定化されたジルコニアが挙げられる。安定化ジルコニアとしては、例えば、１０モル％イットリア安定化ジルコニア（１０ＹＳＺ）、１１モル％スカンジア安定化ジルコニア（１１ＳｃＳＺ）などを挙げることができる。部分安定化ジルコニアとしては、例えば、３モル％イットリア部分安定化ジルコニア（３ＹＳＺ）などを挙げることができる。
【００４２】
上下の燃料電池セル２からの熱の均一化及び熱の放散を図るためには、金属板１１の厚さが数ｍｍ程度、例えば３〜４ｍｍ程度必要となる。この場合、スペーサ１６も厚くなることから、スペーサ１６の曲げ剛性が燃料電池セル２の曲げ剛性に比べて大きくなる。
【００４３】
図７は、発電時における燃料電池スタックの状態を説明するための概略側面図である。図７に示すように、発電時において、燃料電池セル２はセル構成材料の熱膨張係数差等の要因により、変形することがある。燃料電池セル２の構成は同一であるため、燃料電池セル２の変形は同一方向に揃う、すなわち図６において、上側のセルに向かって凸状態となるように変形する。このような状態において接合部４のスペーサ１６の曲げ剛性が燃料電池セル２に比べて高い場合、スペーサ１６が燃料電池セル２の変形に追従しないことから、スペーサ１６とその上下の燃料電池セル２との接合部に応力が集中してしまい、クラックの発生の原因となる。実際に、スペーサ１６に隣接する燃料電池セル２−１又は２−２において、スペーサ１６との接合部近傍の端面Ｃにクラックが発生したことが確認されている。本実施形態ではこのようなクラックを防止すべく、スペーサ１６に隣接する燃料電池セル２に応力を解放する構造を設けたものである。
【００４４】
図３は、燃料電池セル２の平面図であるが、燃料電池セル２のうちスペーサ１６に隣接する上下の燃料電池セル２のうち少なくともいずれか一方に応力を解放するためのスリット５ｄが設けられている。スリット５ｄは、スペーサ１６が配置される十字状の流路構成部２ａ（第１領域）に設けられ、好ましくは流路構成部２ａの端部Ｄに設けられている。
【００４５】
応力を解放できる限りにおいてスリット５ｄの数及び形状に限定はない。例えば、スリット５ｄは切欠きであればよいことから、直線状でも曲線状でもよい。また、複数のスリット５を交差させて十字状のスリットとしてもよい。図３では、十字状の流路構成部２ａの４隅にスリット５ｄを合計４つ設けた例を示すが、少なくとも１つのスリット５ｄを設ければよく、また５つ以上スリットを設けてもよい。ただし、図３に示すように４隅にスリット５をそれぞれ設けた場合、スペーサ１６との接合部の端部に相当する４つの端部の応力を解放できるため好ましい。
【００４６】
図２に示すように、スリット５ｄは燃料電池セル２を構成するセパレータに設けられる。図２ではスリット５ｄがセパレータ５に設けた例が示されているが、スリット５ｄはセパレータ９に設けられていてもよく、双方のセパレータ５，９に設けられていてもよい。スリット５ｄは、セパレータ５を貫通するように設けられていても、セパレータ５を貫通せずに溝状に設けられていてもよい。ただし、応力を十分に解放する観点から、スリット５ｄはセパレータ５を貫通するように設けられていることが好ましい。また、スリットがセパレータを貫通しない場合であっても、スリットの深さは１００μｍ以上あることが好ましい。
【００４７】
スリットの長さは３ｍｍ以上１１ｍｍ以下が好ましい。３ｍｍ未満だと応力を解放するのに十分でなく、１１ｍｍを超えるとスリットからのガス漏れを有効に防止できなくなるからである。
【００４８】
図７に示すように、スリットは、スペーサ１６に隣接する燃料電池セル２の表面であって、スペーサ１６に固着されている面に設けられていることが好ましい。このように、スペーサ１６に固着されている面にスリットを設ける方が応力解放効果が高い。
【００４９】
スリット５ｄがセパレータ５を貫通して形成されている場合、スリット５ｄからの燃料ガス又は空気のガス漏れが懸念される。図８は、スリット５ｄからのガス漏れを防止するための接着材層の配置を示す平面図である。
【００５０】
図８に示すように、スリット５ｄが設けられている面上に接着剤層１７が設けられる。接着剤層１７は、貫通孔５ａ及びスリット５ｄ、又は、貫通孔５ｂ及びスリット５ｄを包囲するように配置されている。接着剤層１７の材料として、図１に示す接着剤層１５と同様のものが用いられる。
【００５１】
スリット５ｄが燃料電池セル２のスペーサ１６とは反対側の面Ｅ，Ｆに設けられている場合、接着剤層１７により２つの燃料電池セル２が接着される。例えば、燃料電池セル２−１及びその上方の燃料電池セル２が接着剤層１７により接着される。また、燃料電池セル２−２及びその下方の燃料電池セル２が接着剤層１７により接着される。
【００５２】
スリット５ｄが燃料電池セル２のスペーサ１６側に設けられている場合、図１に示す接着剤層１５が図８に示す接着剤層１７と同様に配置されて、スリットが設けられた燃料電池セル２とスペーサ１６とが接着される。
【００５３】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。
【００５４】
本実施形態に係る燃料電池スタックは、複数の固体酸化物形の燃料電池セルと、一の燃料電池セル２と他の燃料電池セル２との間に設けられ、セラミックスにより形成されるスペーサ１６と、を有し、一又は他の燃料電池セル２は、スペーサが配置される第１領域（流路構成部２ａ）と、第１領域以外の第２領域（発電部２ｂ〜２ｅ）と、を備え、第１領域２ａにスリット５ｄが設けられている（図３）。これにより、一又は他の燃料電池セル２の変形時にスペーサが配置される第１領域に応力が集中した場合であっても、スリットによりこの応力が解放され、燃料電池セル２にクラックが生じるのを抑制できる。ここで、第１領域とは、スペーサのレイアウトに対応する領域であり、スペーサに対向する面だけでなくその反対側の面も含む。
【００５５】
好ましくは、スリット５ｄは、第１領域２ａの端部Ｄに設けられている（図３）。これにより、曲げ変形量が大きく応力が集中しやすい端部Ｄの応力が解放されることから、端部に発生するクラックを有効に防止できる。
【００５６】
本実施形態では、一又は他の燃料電池セル２は、空気又は燃料を通過させる複数の流路（貫通孔５ａ，５ｂ）と、空気又は燃料により発電する発電部２ｂ〜２ｅと、を備え、第１領域（流路構成部２ａ）は、複数の流路を含む領域であり、第２領域は、発電部２ｂ〜２ｅを含む領域である。
【００５７】
好ましくは、スリット５ｄは、複数の流路よりも端部側に設けられている（図３）。これにより、曲げ変形量が大きく応力が集中しやすい端部Ｄの応力が解放される。
【００５８】
本実施形態では、一又は他の燃料電池セルは、第１セパレータ５、燃料極層６、電解質層７、空気極層８、及び第２セパレータ９の積層構造を有し、スリット５ｄは、第１又は第２セパレータ５，９に設けられている。このように最も外側に配置されるセパレータにスリットを設けることにより高い応力解放効果が得られる。また、セパレータにスリットを設けるのであれば、燃料電池セル２の発電性能に影響はない。
【００５９】
好ましくは、スリット５ｄは、第１又は第２セパレータ５，９を貫通して設けられている。これにより、高い応力解放効果が得られる。
【００６０】
本実施形態では、スリット５ｄの長さは、３ｍｍ以上１１ｍｍ以下である。３ｍｍ未満だと応力を解放するのに十分でなく、１１ｍｍを超えるとスリットからのガス漏れを有効に防止できなくなるからである。
【００６１】
本実施形態では、好ましくは、スリット５ｄは、一又は他の燃料電池セル２の表面であって、スペーサ１６側の面に設けられている（図７）。このように、スペーサ１６に固着されている面にスリットを設ける方が応力解放効果が高い。
【００６２】
本実施形態では、スリット５ｄが形成された部位に接着剤層１７が設けられている（図８）。これによりスリット５ｄからの燃料ガス又は空気のガス漏れを防止することができる。
【００６３】
なお、スリットは端部に限らず、スペーサが配置される第１領域であればいずれの位置であってもよい。また、スペーサに沿うようにスペーサ全周に設けられていてもよい。
【００６４】
本実施形態に係る燃料電池セル２は、固体酸化物形の燃料電池セルであって、空気又は燃料を通過させる複数の流路を含む第１領域（流路構成部２ａ）と、空気又は燃料により発電する発電部２ｂ〜２ｅを含む第２領域と、を備え、第１領域にスリット５ｄが設けられている。上記構成により、燃料電池セル２の第１領域に応力が集中するような燃料電池スタックを構成した場合において、燃料電池セル２の第１領域に集中した応力を解放することができ、クラックの発生を防止することができる。
【００６５】
なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。さらに、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６６】
１…燃料電池スタック
２…燃料電池セル
２ａ…流路構成部（第１領域）
２ｂ〜２ｅ…発電部（第２領域）
４…接合部
４ａ…導電部（第１領域）
４ｂ…シール部（第２領域）
５…セパレータ
５ａ，５ｂ…貫通孔
５ｃ…インターコネクタ
５ｄ…スリット
６…燃料極層
６ａ，６ｂ…貫通孔
７…固体酸化物電解質層
７ａ，７ｂ…貫通孔
８…空気極層
８ａ，８ｂ…貫通孔
９…セパレータ
９ａ，９ｂ…貫通孔
９ｃ…インターコネクタ
１１…金属板
１２…導電層
１３…導電体
１５…接着剤層
１６…スペーサ
１６ａ，１６ｂ…貫通孔
【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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