(57)【要約】【課題】容易に製造することのできる構造で接合材の破損を抑制できる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１００は、燃料マニホールド２００と、一対の燃料電池セル３０１と、第１接合材１０１と、複数の仕切部材３０２とを備えている。第１接合材１０１は、燃料マニホールド２００と各燃料電池セル３０１とを接合する。各仕切部材３０２は、一対の燃料電池セル３０１間において燃料電池セル３０１の幅方向に互いに間隔をあけて配置される。各仕切部材３０２は、一対の燃料電池セル３０１間の空間を、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに仕切る。第１接合材１０１は第１空間Ｓ１内に配置されており、発電素子部１０は第２空間Ｓ２内に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料マニホールドと、
発電素子部を有し、前記燃料マニホールドから延びる一対の燃料電池セルと、
前記燃料マニホールドと前記各燃料電池セルとを接合する接合材と、
前記一対の燃料電池セル間において前記燃料電池セルの幅方向に互いに間隔をあけて配置される複数の仕切部材と、
を備え、
前記各仕切部材は、前記一対の燃料電池セル間の空間を、前記燃料電池セルの基端部側の第１空間と前記燃料電池セルの先端部側の第２空間とに仕切り、
前記接合材は、前記第１空間内に配置され、
前記発電素子部は、前記第２空間内に配置される、
燃料電池スタック。
【請求項２】
前記各仕切部材は、導電性を有する、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記第１空間内に酸素を含むガスを供給するガス供給部材をさらに備える、
請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記燃料電池セルの幅方向の長さ（W1）に対する、前記各仕切部材の前記幅方向の長さの合計値（Ｗ２）の割合（Ｗ２／Ｗ１）は、０．２〜０．８である、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
燃料マニホールドと、
発電素子部を有し、前記燃料マニホールドから延びる一対の燃料電池セルと、
前記燃料マニホールドと前記各燃料電池セルとを接合する接合材と、
前記一対の燃料電池セル間において前記燃料電池セルの幅方向に互いに間隔をあけて配置される複数の仕切部材と、
を備え、
前記各仕切部材は、前記一対の燃料電池セル間の空間を、前記燃料電池セルの基端部側の第１空間と前記燃料電池セルの先端部側の第２空間とに仕切る、
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、燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、燃料マニホールドと、複数の燃料電池セルとを備えている。各燃料電池セルは、燃料マニホールドから上方に延びている。各燃料電池セルは、燃料マニホールドの挿入孔に挿入された状態で、接合材によって、燃料マニホールドに接合されている。なお、この接合材として、金属材料又はガラス材料が用いられている。燃料電池セルの各発電素子部が発電するとジュール熱によって発電素子部が高温となり、この各発電素子部の熱によって、接合材が劣化して破損するおそれがある。
【０００３】
この接合材の破損を防止するため、特許文献１に記載の燃料電池スタックは、断熱性区画板を備えている。この断熱性区画板は、発電素子部が存在する空間と接合材が存在する空間とを分けている。このため、発電素子部において発生した熱によって、接合材が破損することを防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８８４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した燃料電池スタックでは、各燃料電池セルが断熱性区画板を貫通している。しかし、このような構造の燃料電池スタックを製造することは困難である。そこで、本発明は、容易に製造することのできる構造で接合材の破損を抑制できる燃料電池スタックを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１側面に係る燃料電池スタックは、燃料マニホールドと、一対の燃料電池セルと、接合材と、複数の仕切部材とを備えている。各燃料電池セルは、発電素子部を有する。各燃料電池セルは、燃料マニホールドから延びる。接合材は、燃料マニホールドと各燃料電池セルとを接合する。各仕切部材は、一対の燃料電池セル間において燃料電池セルの幅方向に互いに間隔をあけて配置される。各仕切部材は、一対の燃料電池セル間の空間を、第１空間と第２空間とに仕切る。第１空間は、一対の燃料電池セル間の空間のうち、燃料電池セルの基端部側の空間である。また、第２空間は、一対の燃料電池セル間の空間のうち、燃料電池セルの先端部側の空間である。接合材は第１空間内に配置されており、発電素子部は第２空間内に配置されている。
【０００７】
この構成によれば、接合材と発電素子部との間に複数の仕切部材が配置されているため、発電素子部において発生した熱が接合材を劣化させて破損することを抑制することができる。また、この仕切部材は、一対の燃料電池セル間に配置されているため、燃料電池スタックを容易に製造することができる。また、各仕切部材は、幅方向に間隔をあけて配置されているため、第１空間と第２空間とを完全に仕切っていない。このため、例えば、第１空間内を経由させてガスを第２空間へ供給することができる。
【０００８】
好ましくは、各仕切部材は、導電性を有する。この構成によれば、各仕切部材を介して、一対の燃料電池セルを電気的に接続することができる。
【０００９】
好ましくは、燃料電池スタックは、第１空間内にガスを供給するガス供給部材をさらに備える。
【００１０】
好ましくは、燃料電池セルの幅方向の長さ（Ｗ１）に対する、各仕切部材の幅方向の長さの合計値（Ｗ２）の割合（Ｗ２／Ｗ１）は、０．２〜０．８である。
【００１１】
本発明の第２側面に係る燃料電池スタックは、燃料マニホールドと、一対の燃料電池セルと、接合材と、複数の仕切部材と、を備える。各燃料電池セルは、発電素子部を有する。各燃料電池セルは、燃料マニホールドから延びる。接合材は、燃料マニホールドと各燃料電池セルとを接合する。各仕切部材は、一対の燃料電池セル間において燃料電池セルの幅方向に互いに間隔をあけて配置される。各仕切部材は、一対の燃料電池セル間の空間を、第１空間と第２空間とに仕切る。第１空間は、燃料電池セルの基端部側の空間である。第２空間は、燃料電池セルの先端部側の空間である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る燃料電池スタックによれば、容易に製造することのできる構造で接合材の破損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池スタックの斜視図。
【図２】燃料電池スタックの断面図。
【図３】燃料マニホールドの斜視図。
【図４】燃料電池セルの斜視図。
【図５】燃料電池セルの断面図。
【図６】燃料電池セルの断面図。
【図７】燃料電池スタックの正面図。
【図８】燃料電池セルと燃料マニホールドとの接合部を示す図。
【図９】燃料電池スタックへのガス供給方法を示す図。
【図１０】燃料電池スタックの製造方法を示す図。
【図１１】燃料電池スタックの製造方法を示す図。
【図１２】比較例１に係る燃料電池スタックの断面図。
【図１３】比較例２に係る燃料電池スタックの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１００は、燃料マニホールド２００と、複数の燃料電池セル３０１と、第１接合材１０１と、複数の仕切部材３０２と、を備えている。
【００１６】
図３に示すように、燃料マニホールド２００は、燃料ガスを各燃料電池セル３０１に分配するように構成されている。燃料マニホールド２００は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド２００の内部空間には、導入管２０１を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド２００は、第１方向（ｚ軸方向）に沿って並ぶ複数の貫通孔２０２を有している。なお、本実施形態において、燃料マニホールド２００の長手方向は第１方向に沿って延びている。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の天板２０３に形成されている。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の内部空間と外部とを連通する。
【００１７】
図２に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００から延びている。詳細には、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００の天板２０３から上方（ｘ軸方向）に延びている。すなわち、各燃料電池セル３０１の長手方向は、上方に延びている。燃料マニホールド２００から突出している各燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）の長さは、１００〜３００ｍｍ程度とすることができる。また、各燃料電池セル３０１は、第１方向に間隔をあけて並んでいる。第１方向における燃料電池セル３０１同士の間隔は、１〜５ｍｍ程度とすることができる。
【００１８】
図４に示すように、燃料電池セル３０１は、複数の発電素子部１０と、支持基板２０とを備えている。各発電素子部１０は、支持基板２０の両面に支持されている。なお、各発電素子部１０は、支持基板２０の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部１０は、燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル３０１は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。各発電素子部１０は、電気的接続部３０（図５参照）によって互いに電気的に接続されている。
【００１９】
支持基板２０は、支持基板２０の長手方向に延びる複数のガス流路２１を内部に有している。各ガス流路２１は、互いに実質的に平行に延びている。図５に示すように、支持基板２０は、複数の第１凹部２２を有している。各第１凹部２２は、支持基板２０の両面に形成されている。各第１凹部２２は支持基板２０の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第１凹部２２は、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）の両端部には形成されていない。
【００２０】
支持基板２０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板２０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板２０は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板２０の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。
【００２１】
各発電素子部１０は、燃料極４、電解質５、及び空気極６を有している。また、各発電素子部１０は、反応防止膜７をさらに有している。燃料極４は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。燃料極４は、燃料極集電部４１と燃料極活性部４２とを有する。
【００２２】
燃料極集電部４１は、第１凹部２２内に配置されている。詳細には、燃料極集電部４１は、第１凹部２２内に充填されており、第１凹部２２と同様の外形を有する。各燃料極集電部４１は、第２凹部４１ａ及び第３凹部４１ｂを有している。燃料極活性部４２は、第２凹部４１ａ内に配置されている。詳細には、燃料極活性部４２は、第２凹部４１ａ内に充填されている。
【００２３】
燃料極集電部４１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部４１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部４１の厚さ及び第１凹部２２の深さは、５０〜５００μｍ程度である。
【００２４】
燃料極活性部４２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部４２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部４２の厚さは、５〜３０μｍである。
【００２５】
電解質５は、燃料極４上を覆うように配置されている。詳細には、電解質５は、あるインターコネクタ３１から他のインターコネクタ３１まで長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル３０１の長手方向において、電解質５とインターコネクタ３１とが交互に配置されている。
【００２６】
電解質５は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。電解質５は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、電解質５は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質５の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００２７】
反応防止膜７は、緻密な材料からなる焼成体であり、平面視において、燃料極活性部４２と略同一の形状である。反応防止膜７は、電解質５を介して、燃料極活性部４２と対応する位置に配置されている。反応防止膜７は、電解質５内のＹＳＺと空気極６内のＳｒとが反応して電解質５と空気極６との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜７は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００２８】
空気極６は、反応防止膜７上に配置されている。空気極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極６は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極６は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極６は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極６の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００２９】
電気的接続部３０は、隣り合う発電素子部１０を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部３０は、インターコネクタ３１及び空気極集電膜３２を有する。インターコネクタ３１は、第３凹部４１ｂ内に配置されている。詳細には、インターコネクタ３１は、第３凹部４１ｂ内に埋設（充填）されている。インターコネクタ３１は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。インターコネクタ３１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ３１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００３０】
空気極集電膜３２は、隣り合う発電素子部１０のインターコネクタ３１と空気極６との間を延びるように配置される。例えば、図５の左側に配置された発電素子部１０の空気極６と、図５の右側に配置された発電素子部１０のインターコネクタ３１とを電気的に接続するように、空気極集電膜３２が配置されている。空気極集電膜３２は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。
【００３１】
空気極集電膜３２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極集電膜３２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、空気極集電膜３２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜３２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。
【００３２】
図２に示すように、第１接合材１０１は、燃料マニホールド２００と各燃料電池セル３０１とを接合している。詳細には、各燃料電池セル３０１が燃料マニホールド２００の天板２０３に支持された状態で、第１接合材１０１が燃料マニホールド２００と各燃料電池セル３０１とを接合している。なお、第１接合材１０１が、本発明の接合材に相当する。
【００３３】
図８に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００の貫通孔２０２に挿入されている。燃料電池セル３０１は、貫通孔２０２に挿入された状態で、第１接合材１０１によって燃料マニホールド２００に固定されている。
【００３４】
第１接合材１０１は、燃料電池セル３０１が挿入された状態の貫通孔２０２内に充填される。すなわち、第１接合材１０１は、燃料電池セル３０１の外周面と、貫通孔２０２を画定する壁面との隙間に充填される。第１接合材１０１は、金属材料又はガラス材料である。第１接合材１０１は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを指す。なお、第１接合材１０１の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第１接合材１０１は、ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３系及びＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
【００３５】
図２に示すように、各仕切部材３０２は、一対の燃料電池セル３０１間に配置されている。各仕切部材３０２は、第２接合材１０２を介して、隣り合う燃料電池セル３０１と接合している。各仕切部材３０２は、一対の燃料電池セル３０１間の空間を、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに仕切っている。第１空間Ｓ１は、燃料電池セル３０１の基端部３０３側の空間であり、第２空間Ｓ２は、燃料電池セル３０１の先端部３０４側の空間である。第１空間Ｓ１内には、第１接合材１０１が配置されている。第２空間Ｓ２内には、発電素子部１０が配置されている。
【００３６】
各仕切部材３０２は、導電性を有している。このため、各仕切部材３０２は、燃料電池セル３０１は、隣り合う燃料電池セル３０１を電気的に接続している。詳細には、各仕切部材３０２は、燃料電池セル３０１の基端部３０３側において、隣り合う燃料電池セル３０１同士を接続している。仕切部材３０２は、複数の発電素子部１０のうち、最も基端部側（燃料マニホールド２００側）に位置する発電素子部１０Ａよりも基端部３０３側に配置されている。詳細には、図６に示すように、仕切部材３０２は、最も基端部側に位置する発電素子部１０Ａから延びる空気極集電膜３２上に配置されている。なお、燃料電池セル３０１の「基端部」とは、燃料電池セル３０１の燃料マニホールド２００側の端部であり、燃料電池セル３０１の「先端部」とは、燃料マニホールド２００から遠い側の端部である。
【００３７】
図７に示すように、一対の燃料電池セル３０１間に配置された各仕切部材３０２は、燃料電池セル３０１の幅方向（ｙ軸方向）に互いに間隔をあけて配置されている。この各仕切部材３０２の間隔は、等間隔であってもよいし、ばらついていてもよい。また、各仕切部材３０２のうち、少なくとも一対の仕切部材３０２が幅方向において間隔をあけて配置されていればよく、各仕切部材３０２のうち、隣り合う仕切部材３０２と間隔をあけずに配置されているものがあってもよい。
【００３８】
燃料電池セル３０１の幅方向の長さＷ１に対する、ｎ個の仕切部材３０２の幅方向の長さ（ｗ１、ｗ２、・・・、ｗｎ）の合計値Ｗ２（＝ｗ１＋ｗ２＋・・・＋ｗｎ）の割合（Ｗ２／Ｗ１）は、０．２〜０．８とすることが好ましい。なお、特に限定されるものではないが、燃料電池セル３０１の幅方向の長さＷ１は、２０〜２００mm程度とすることが好ましく、各仕切部材３０２の幅方向の長さｗｎは、１．０〜２０ｍｍ程度とすることが好ましい。また、一対の燃料電池セル３０１間に配置される各仕切部材３０２の数ｎは、例えば、２〜２０個程度とすることが好ましい。
【００３９】
仕切部材３０２は、ブロック状である。例えば、仕切部材３０２は、直方体状又は円柱状である。本実施形態では各仕切部材３０２の大きさは互いに同じであるが、各仕切部材３０２の大きさは異なっていてもよい。例えば、第１方向（ｚ軸方向）に沿って見た各仕切部材３０２の面積が、互いに異なっていてもよい。仕切部材３０２の熱伝導率は、８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。なお、熱伝導率は７５０℃での測定結果である。
【００４０】
仕切部材３０２は、例えば、酸化物セラミックスの焼成体で構成されている。このような酸化物セラミックスとしては、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、又は（Ｍｎ，Ｆｅ）３Ｏ４等が挙げられる。この仕切部材３０２は、例えば、可撓性を有していない。
【００４１】
仕切部材３０２は、第２接合材１０２によって、各燃料電池セル３０１に接合されている。すなわち、第２接合材１０２は、各仕切部材３０２と各燃料電池セル３０１とを接合している。第２接合材１０２は、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３等よりなる群から選ばれる少なくとも１種である。
【００４２】
以上のように構成された燃料電池スタック１００は、次のようにして発電する。燃料マニホールド２００を介して各燃料電池セル３０１の燃料ガス流路２１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板２０の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝すことにより、電解質５の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック１００を外部の負荷に接続すると、空気極６において下記（１）式に示す化学反応が起こり、燃料極４において下記（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−      …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−          …（２）
【００４３】
酸素を含むガスは、例えば、図９に示すように、第１空間Ｓ１に供給される。詳細には、燃料電池スタック１００は、ガス供給部材４００をさらに備えている。ガス供給部材４００は、各燃料電池セル３０１の間において、各仕切部材３０２と燃料マニホールド２００の天板２０３との間に空気などのガスを供給するように構成されている。なお、ガス供給部材４００から供給されたガスが効率的に上方へ流れるよう、案内板４０１がガス供給部材４００と反対側に設置されていてもよい。案内板４０１は、平板状であって、燃料電池セル３０１の長手方向に延びるとともに、燃料電池セル３０１の厚さ方向に延びている。
【００４４】
次に、上述したように構成された燃料電池スタックの製造方法について説明する。
【００４５】
まず、燃料マニホールド２００と複数の燃料電池セル３０１とを準備する。そして、図１０に示すように、各燃料電池セル３０１を仕切部材３０２及び第２接合材１０２によって接続し、セル集合体３００を作製する。なお、この段階では第２接合材１０２は焼成されておらず、各燃料電池セル３０１は互いに仮止めの状態である。
【００４６】
次に、図１１に示すように、セル集合体３００の各燃料電池セル３０１の基端部３０３を燃料マニホールド２００の各貫通孔２０２に挿入する。なお、各燃料電池セル３０１が第１方向に沿って所定の間隔を保持するための治具を用いてもよい。
【００４７】
次に、図２に示すように、燃料電池セル３０１が挿入された状態の貫通孔２０２内に第１接合材１０１を充填する。なお、第１接合材１０１は、天板２０３の表面から上方に向けてはみ出す程度まで充填することが好ましい。
【００４８】
次に、第２接合材１０２及び第１接合材１０１に対して熱処理が加えられる。この熱処理によって、第２接合材１０２及び第１接合材１０１が固化され、燃料電池スタック１００が完成する。詳細には、第２接合材１０２は、熱処理を施されることによって焼成される。この結果、各燃料電池セル３０１と仕切部材３０２とが固定される。また、第１接合材１０１は、熱処理を施されることによって、非晶質材料の温度が結晶化温度まで到達する。そして、結晶化温度下にて材料の内部で結晶相が生成されて、結晶化が進行していく。この結果、非晶質材料が固化・セラミックス化されて、結晶化ガラスとなる。これにより、結晶化ガラスで構成される第１接合材１０１が機能を発揮し、各燃料電池セル３０１の基端部が燃料マニホールド２００に固定される。その後、所定の治具が燃料電池スタック１００から取り外される。
【００４９】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、各仕切部材３０２は、幅方向（ｙ軸方向）に沿って整列しているが、ばらつきがあってもよい。
【００５１】
また、少なくとも一対の燃料電池セル３０１を接合する各仕切部材３０２が幅方向に間隔をあけて配置されていればよい。例えば、一部の燃料電池セル３０１間を接合する仕切部材３０２は、幅方向に間隔をあけていなくてもよい。
【実施例】
【００５２】
以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【００５３】
（実施例）
実施例１〜２０に係る燃料電池スタックを以下のように作製した。
【００５４】
まず、上述したように構成された一対の燃料電池セル３０１を作製した。各燃料電池セル３０１は、その長手方向に間隔をあけて配置された５個の発電素子部１０を有する。この燃料電池セル３０１間に２〜２０個の仕切部材３０２を配置し、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３を介して、各仕切部材３０２と、１対の燃料電池セル３０１とを接合した。各仕切部材３０２は、燃料電池セル３０１の幅方向に間隔をあけて配置した。この各仕切部材３０２の間隔は略等間隔とした。
【００５５】
各仕切部材３０２は、直方体状である。各仕切部材３０２は、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３によって形成した。各サンプルにおける燃料電池セル３０１の幅方向の長さＷ１、及び各仕切部材３０２の幅方向の長さの合計値Ｗ２は表１に示される通りである。なお、燃料電池セル３０１の幅方向の長さＷ１は、長手方向において各仕切部材３０２が形成された位置で測定した。また、各仕切部材３０２の幅方向の長さｗｎは、厚さ方向（ｚ軸方向）において任意の位置で各仕切部材３０２を切断し、その断面形状において測定した。なお、各仕切部材３０２が燃料電池セル３０１の幅方向に沿って並んでいない場合、少なくとも1つの仕切部材３０２が形成された任意の位置において、燃料電池セル３０１の長さＷ１を測定すればよい。
【００５６】
各サンプルにおいて、燃料電池セル３０１の幅方向の長さＷ１、及び各仕切部材３０２の幅方向の長さの合計値Ｗ２以外の構成は、同じである。
【００５７】
（比較例）
比較例１、３、５、７として、図１２に示すような、仕切部材を有さない燃料電池スタック１００を作製した。また、比較例２、４、６、８として、図１３に示すような、１つの仕切部材によって１対の燃料電池セル３０１を接続した燃料電池スタック１００を作製した。比較例１〜８におけるその他の構成は、各実施例と同じである。
【００５８】
（評価方法）
以上のようにして作製した各実施例１〜２０及び比較例１〜８に対して、７５０℃、１０００時間の発電評価を行った。燃料マニホールド２００を介して燃料電池セル３０１に３０℃加湿水素ガスを供給した。また、幅方向に沿って、燃料電池セル３０１の側面側から空気を供給した。そして、発電試験終了後に各実施例１〜２０及び比較例１〜８において第１接合材１０１および燃料電池セル３０１の破損を目視にて確認した。また、発電素子部１０の電極微構造を走査型電子顕微鏡により確認した。
【００５９】
発電評価結果を表１に示す。表１では、１０００時間の発電評価後の各実施例１〜２０及び比較例１〜８の観察結果について記載した。具体的には、１０００時間発電試験後の各実施例１〜２０及び比較例１〜８の観察結果から、破損なく、電極微構造にも変化のなかったものを「◎」と評価し、破損はないが、電極微構造に変化のあったものを「○」と評価し、破損のあったものを「×」と評価した。なお、各実施例１〜２０において、評価が「×」となったものは無かった。
【００６０】
【表１】
2017107845.tif 000003
【００６１】
表１に示すように、比較例１〜８では１０００時間発電評価後に破損が生じた。各比較例について発電評価後に観察を行ったところ、比較例１、３、５、７では第１接合材１０１に長時間高温に曝されたために生じたと思われる破損が確認された。一方、比較例２、４、６、８では第１接合材１０１には破損はなかったものの、仕切部材３０２近傍の燃料電池セル３０１を観察したところ、クラックが生じていることが確認された。それに対し、実施例１〜２０では、いずれにおいても１０００時間発電試験前後での破損がなく、特に「Ｗ２／Ｗ１」を０．２〜０．８とした実施例２〜４、７〜９、１２〜１４、１７〜１９では発電評価後の電極微構造変化が全く無く、評価結果が「◎」となり、良好な結果が得られることが分かった。
【符号の説明】
【００６２】
１０      ：発電素子部
３０１    ：燃料電池セル
３０２    ：仕切部材
３０３    ：基端部
３０４    ：先端部
Ｓ１      ：第１空間
Ｓ２      ：第２空間
１００    ：燃料電池スタック
２００    ：燃料マニホールド
４００    ：ガス供給部材
【図１】
2017107845.tif 000004
【図２】
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【図３】
2017107845.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017107845.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月13日(2017.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料マニホールドと、
発電素子部を有し、前記燃料マニホールドから延びる一対の燃料電池セルと、
前記燃料マニホールドと前記各燃料電池セルとを接合する接合材と、
前記一対の燃料電池セル間において前記燃料電池セルの幅方向に互いに間隔をあけて配置される複数の仕切部材と、
を備え、
前記各仕切部材は、前記一対の燃料電池セル間の空間を、前記燃料電池セルの基端部側の第１空間と前記燃料電池セルの先端部側の第２空間とに仕切り、
前記接合材は、前記第１空間内に配置され、
前記発電素子部は、前記第２空間内に配置され、
前記各仕切部材は、前記一対の燃料電池セル間で連続している、
燃料電池スタック。
【請求項２】
前記各仕切部材は、導電性を有する、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記第１空間内に酸素を含むガスを供給するガス供給部材をさらに備える、
請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記燃料電池セルの幅方向の長さ（W1）に対する、前記各仕切部材の前記幅方向の長さの合計値（Ｗ２）の割合（Ｗ２／Ｗ１）は、０．２〜０．８である、
請求項１に記載の燃料電池スタック。