(57)【要約】【課題】各燃料電池セル間の高温化を抑制することのできる燃料電池のスタック構造体を提供する。【解決手段】燃料電池のスタック構造体は、燃料マニホールド２００と、セル集合体３００とを備えている。セル集合体３００は、複数の燃料電池セル３０１を有する。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。また、各燃料電池セル３０１は、第１方向に並んでいる。第１方向において、セル集合体３００の遠位端部３０４の幅Ｌ２は、セル集合体３００の近位端部３０３の幅Ｌ１よりも大きい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料マニホールドと、
前記燃料マニホールドから延びるとともに第１方向に並ぶ複数の燃料電池セルを有する、セル集合体と、
を備え、
前記第１方向において、前記セル集合体の遠位端部の幅は、前記セル集合体の近位端部の幅よりも大きい、
燃料電池のスタック構造体。
【請求項２】
前記セル集合体の近位端部の幅に対する、前記セル集合体の遠位端部の幅の割合は、１．０１以上である、
請求項１に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項３】
前記セル集合体は、前記各燃料電池セル間において前記各燃料電池セルに接合されて前記各燃料電池セルを電気的に接続する集電部材をさらに有する、
請求項１又は２に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項４】
前記燃料マニホールドに前記各燃料電池セルを接合する第２接合材をさらに備える、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項５】
前記燃料マニホールドは、複数の貫通孔を有しており、
前記各燃料電池セルは、前記各貫通孔に挿入されており、
前記第２接合材は、前記燃料電池セルが挿入された状態の前記各貫通孔内に充填される、
請求項４に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項６】
前記燃料マニホールドは、貫通孔を有しており、
前記各燃料電池セルは、前記貫通孔に挿入されており、
前記第２接合材は、前記燃料電池セルが挿入された状態の前記貫通孔内に充填される、
請求項４に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項７】
前記第２接合材は、結晶化ガラスである、
請求項４から６のいずれかに記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項８】
前記第２接合材は、ＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の結晶化ガラス及びＭｇＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の結晶化ガラスよりなる群から選択される少なくとも１種である、
請求項４から７のいずれかに記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項９】
前記集電部材は、酸化物セラミックスである、
請求項３に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項１０】
前記第１接合材は、導電性セラミックスである、
請求項３または９に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項１１】
前記第１接合材は、スピネル型又はペロブスカイト型の結晶構造を有する導電性セラミックスである、
請求項３、９、又は１０に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項１２】
前記第１接合材は、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｃｕ，Ｍｎ）３Ｏ４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、及び（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３よりなる群から選択される少なくとも１種である、
請求項３，９，１０、又は１１に記載の燃料電池のスタック構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のスタック構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池のスタック構造体は、燃料マニホールドと、燃料マニホールドから延びる複数の燃料電池セルとを備えている（特許文献１）。詳細には、燃料マニホールドは複数の挿入孔を有しており、この挿入孔に各燃料電池セルが挿入されている。そして、各燃料電池セルは、接合材を用いて燃料マニホールドに固定されている。また、各燃料電池セルは、集電部材を介して電気的に接続されている。この集電部材は、接合材を介して各燃料電池セルに接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５５１８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように複数の燃料電池セルが集積された燃料電池のスタック構造体では、発電反応に伴い熱が発生する。このため、各燃料電池セル間において熱が篭り高温化し、発電素子部などが劣化するという問題が生じるおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、各燃料電池セル間の高温化を抑制することのできる燃料電池のスタック構造体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】
本発明のある側面に係る燃料電池のスタック構造体は、燃料マニホールドと、セル集合体とを備えている。セル集合体は、複数の燃料電池セルを有する。各燃料電池セルは、燃料マニホールドから延びている。また、各燃料電池セルは、第１方向に並んでいる。第１方向において、セル集合体の遠位端部の幅は、セル集合体の近位端部の幅よりも大きい。
【０００７】
この構成によれば、セル集合体における各燃料電池セル間の間隔が遠位端部に向かって広がっているため、各燃料電池セル間において熱が篭ることを抑制し、ひいては各燃料電池セル間の高温化を抑制することができる。
【０００８】
好ましくは、セル集合体の近位端部の幅に対する、セル集合体の遠位端部の幅の割合は、１．０１以上である。
【０００９】
好ましくは、セル集合体は、集電部材をさらに有する。集電部材は、各燃料電池セル間において各燃料電池セルに接合され、各燃料電池セルを電気的に接続する。第１接合材は、集電部材と燃料電池セルとを接合する。
【００１０】
好ましくは、燃料電池のスタック構造体は、燃料マニホールドに各燃料電池セルを接合する第２接合材をさらに備える。
【００１１】
燃料マニホールドは、複数の貫通孔を有していてもよい。そして、各燃料電池セルは、各貫通孔に挿入されている。第２接合材は、燃料電池セルが挿入された状態の各貫通孔内に充填される。
【００１２】
燃料マニホールドは、貫通孔を有していてもよい。そして、各燃料電池セルは、貫通孔に挿入されている。第２接合材は、燃料電池セルが挿入された状態の貫通孔内に充填される。
【００１３】
好ましくは、第２接合材は、結晶化ガラスである。なお、結晶化ガラスとは、非晶質材料（非晶質ガラス）に熱処理（結晶化処理）を施すことによって非晶質材料が結晶化（固化、セラミックス化）されたものである。具体的には、結晶化ガラスは、結晶化度が６０％以上である。
【００１４】
好ましくは、第２接合材は、ＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の結晶化ガラス及びＭｇＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の結晶化ガラスよりなる群から選択される少なくとも１種である。
【００１５】
好ましくは、集電部材は、酸化物セラミックスである。
【００１６】
好ましくは、第1接合材は、導電性セラミックスである。
【００１７】
好ましくは、第１接合材は、スピネル型又はペロブスカイト型の結晶構造を有する導電性セラミックスである。
【００１８】
好ましくは、第１接合材は、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｃｕ，Ｍｎ）３Ｏ４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、及び（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３よりなる群から選択される少なくとも１種である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、各燃料電池セル間の高温化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】燃料電池のスタック構造体を示す斜視図。
【図２】燃料マニホールドを示す斜視図。
【図３】燃料電池のスタック構造体を示す側面断面図。
【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】燃料マニホールドの貫通孔を示す拡大図。
【図７】燃料電池のスタック構造体の製造方法を示す断面図。
【図８】燃料電池のスタック構造体の製造方法を示す断面図。
【図９】変形例に係る燃料電池のスタック構造体の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る燃料電池のスタック構造体の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１に示すように、燃料電池のスタック構造体１００は、燃料マニホールド２００と、少なくとも１つのセル集合体３００とを備えている。なお、セル集合体３００は、複数の燃料電池セル３０１によって構成されている。
【００２３】
図２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の支持板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。
【００２４】
図３に示すように、セル集合体３００は、複数の燃料電池セル３０１と複数の第１集電部材３０２とを備えている。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の支持板２０３から上方（ｘ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。
【００２５】
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、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。
【００２６】
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方向）の両端部には形成されていない。
【００２７】
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。
【００２８】
支持基板２０の長手方向（ｘ方向）の長さは、１５０〜３００ｍｍ程度とすることが好ましい。また、支持基板２０の短手方向（ｙ方向）の長さは、１０〜２００ｍｍ程度とすることが好ましい。支持基板２０の厚さ（ｚ方向の長さ）は、１〜５ｍｍ程度とすることが好ましい。また、各燃料ガス流路２１の直径は、０．５〜３ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、並びに第１凹部２２の深さは、５０〜５００μｍ程度である。
【００３２】
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。
【００３３】
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、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
燃料電池セル３０１に対して、支持基板２０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の上下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。更に、この構造体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）
【００４１】
図３に示すように、第１集電部材３０２は、各燃料電池セル３０１間に配置されている。そして、第１集電部材３０２は、第１方向において隣り合う燃料電池セル３０１同士を電気的に接続する。詳細には、第１集電部材３０２は、セル集合体３００の近位端部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。第１集電部材３０２は、複数の発電素子部１０のうち、最も近位側（燃料マニホールド２００側）に位置する発電素子部１０Ａよりも近位側に配置されている。
【００４２】
第１集電部材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。なお、第１集電部材３０２が、本発明の集電部材に相当する。この第１集電部材３０２は、例えば、可撓性を有していない。
【００４３】
第１集電部材３０２は、第１接合材１０１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１接合材１０１は、第１集電部材３０２と各燃料電池セル３０１とを接合している。第１接合材１０１は、導電性セラミックスであることが好ましく、特に、スピネル型又はペロブスカイト型の結晶構造を有する導電性セラミックスであることがより好ましい。具体的には、第１接合材１０１は、（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。
【００４４】
セル集合体３００は、燃料マニホールド２００に支持されている。詳細には、セル集合体３００は、第２接合材１０２によって、燃料マニホールド２００の支持板２０３に固定されている。より詳細には、図６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２接合材１０２によって燃料マニホールド２００に固定されている。
【００４５】
第２接合材１０２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２接合材１０２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２接合材１０２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、本明細書では、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２接合材１０２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２接合材１０２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。
【００４６】
図３に示すように、セル集合体３００は、近位端部３０３と遠位端部３０４とを有する。セル集合体３００の近位端部３０３は、燃料マニホールド２００側の端部である。セル集合体３００の遠位端部３０４は、燃料マニホールド２００から離れた側の端部である。第１方向において、セル集合体３００の遠位端部３０４の幅Ｌ２は、セル集合体３００の近位端部３０３の幅Ｌ１よりも大きい。好ましくは、セル集合体３００の近位端部３０３の幅Ｌ１に対する、セル集合体３００の遠位端部３０４の幅Ｌ２の割合（Ｌ２／Ｌ１）は、１．０１以上である。なお、より好ましくは、割合（Ｌ２／Ｌ１）は、１．０１〜１．０６である。
【００４７】
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。
【００４８】
次に、上述したように構成された燃料電池のスタック構造体の製造方法について説明する。
【００４９】
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７に示すように、各燃料電池セル３０１を第１集電部材３０２及び第１接合材１０１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１接合材１０１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。
【００５０】
次に、図８に示すように、セル集合体３００の各燃料電池セル３０１の端部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。
【００５１】
次に、図３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２接合材１０２を充填する。なお、第２接合材１０２は、支持板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。
【００５２】
次に、第１接合材１０１及び第２接合材１０２に対して熱処理が加えられる。この熱処理によって、第１接合材１０１及び第２接合材１０２が固化され、スタック構造体１００が完成する。詳細には、第１接合材１０１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と第１集電部材３０２とが固定される。また、第２接合材１０２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２接合材１０２が機能を発揮し、各燃料電池セル３０１の近位端部が燃料マニホールド２００に固定される。
【００５３】
［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。
【００５４】
例えば、図９に示すように、燃料電池のスタック構造体は、複数のセル集合体３００と、少なくとも１つの第２集電部材３０５とを備えていてもよい。第２集電部材３０５は、隣り合うセル集合体３００同士を電気的に接続する。第２集電部材３０５は、可撓性を有する金属で構成されている。
【００５５】
第２集電部材３０５の材料としては、ステンレス鋼又はＮｉ基合金等が挙げられる。第２集電部材３０５は、金属板を折り曲げることによって可撓性を有していてもよいし、コイルスプリング構造とすることによって可撓性を有していてもよい。第２集電部材３０５は、第１集電部材３０２と同様に、第１接合材１０１によって燃料電池セル３０１と接合される。
【００５６】
第２集電部材３０５の外表面にセラミックスで構成されたコーティング膜が形成されてもよい。これにより、第２集電部材３０５がステンレス鋼などのクロムを含む金属で構成される場合において、第２集電部材３０５の表面から蒸発したクロムに起因して、電極の反応を劣化させる現象、いわゆるクロム被毒の問題が発生し難くなる。このコーティング膜は、緻密質（気孔率が１０％以下）の膜であっても、多孔質（気孔率が１０％より大きい）の膜であってもよい。
【実施例】
【００５７】
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。
【００５８】
まず、セル集合体３００を形成した。具体的には、各セル集合体３００は、５〜２０枚の燃料電池セル３０１によって構成された。各燃料電池セル３０１の支持基板２０の長さは２００ｍｍ、幅は５０ｍｍ、厚さは３ｍｍとした。また、各燃料電池セル３０１の支持基板２０の材質は、ＭｇＯ−ＭｇＡｌ２Ｏ４とした。これら各燃料電池セル３０１の間に第１集電部材３０２を配置した。そして、第１集電部材３０２と燃料電池セル３０１とを、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４（第１接合材１０１）によって接合した。ここで、各燃料電池セル３０１の間隔は３ｍｍとし、第１集電部材３０２の厚さは、２．５ｍｍとした。第１集電部材３０２は、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３によって形成した。
【００５９】
次に、上記セル集合体３００を、燃料マニホールド２００に取り付けた。具体的には、各燃料電池セル３０１を、燃料マニホールド２００の各貫通孔２０２に挿入した。そして、各燃料電池セル３０１が挿入された状態の貫通孔２０２に第２接合材１０２としてＳｉＯ２-ＭｇＯ-Ｂ２Ｏ３系のシール材料を充填した。
【００６０】
次に、燃料マニホールド２００にセル集合体３００が取り付けられた状態で、熱処理を行い、第２接合材１０２であるＳｉＯ２-ＭｇＯ-Ｂ２Ｏ３系のシール材料を結晶化ガラスとするとともに、第１接合材１０１である（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４を焼成させた。この結果、燃料マニホールド２００にセル集合体３００が固定された。このようにして形成された各スタック構造体１００において、セル集合体３００の近位端部３０３の幅Ｌ１と遠位端部３０４の幅Ｌ２とを測定した。具体的には、デジタルノギスまたはレーザー式自動計測器を用いて、幅Ｌ１と幅Ｌ２の寸法データを取得した。測定値は５回測定したデータの平均値を採用した。そして、各スタック構造体について、近位端部３０３の幅Ｌ１に対する遠位端部３０４の幅Ｌ２の割合（Ｌ２／Ｌ１）と、放熱性、及び近位端部３０３のクラック発生の有無との関係を評価した。この結果を、表１に示す。なお、放熱性の評価として、各燃料電池セル３０１間の温度を測定した。測定箇所は、平面視（ｙｚ平面視）におけるセル集合体３００の中央部及び外周部のそれぞれにおいて、燃料電池セルの長手方向（ｘ軸方向）の近位端部、中央部、及び遠位端部とした。そして、各測定値の平均値が７５０度となるように設定し、セル集合体３００の平面視の中央部において遠位端部と近位端部との温度差を算出し、この温度差が１００度未満であれば「○」、１００度以上であれば「×」として放熱性を評価した。なお、上記評価の際における燃料電池スタックでは、電流密度が０．２Ａ／ｃｍ２，燃料利用率が８０％、空気利用率が２０％であった。
【００６１】
【表１】
2017069182.tif 000003
【００６２】
表１の結果より、セル集合体３００の遠位端部３０４の幅Ｌ２を、セル集合体３００の近位端部３０３の幅Ｌ１よりも大きくすることによって放熱性が改善されることが分かった。また、割合（Ｌ２／Ｌ１）を１．０６以下とすることによって、クラックの発生を防止できることが分かった。なお、上記実施例では、長さ２００ｍｍの燃料電池セル３０１を用いて評価を行ったが、燃料電池セル３０１の長さが１５０ｍｍ、及び２５０ｍｍであっても同様の傾向が見られることを確認した。
【符号の説明】
【００６３】
１００  ：スタック構造体
１０１  ：第１接合材
１０２  ：第２接合材
２００  ：燃料マニホールド
２０２  ：貫通孔
３００  ：セル集合体
３０１  ：燃料電池セル
３０２  ：第１集電部材
３０３  ：近位端部
３０４  ：遠位端部
【図１】
2017069182.tif 000004
【図２】
2017069182.tif 000005
【図３】
2017069182.tif 000006
【図４】
2017069182.tif 000007
【図５】
2017069182.tif 000008
【図６】
2017069182.tif 000009
【図７】
2017069182.tif 000010
【図８】
2017069182.tif 000011
【図９】
2017069182.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月7日(2016.10.7)
【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、
前記燃料マニホールドから延びるとともに第１方向に並ぶ複数の燃料電池セルを有する、セル集合体と、
を備え、
前記第１方向において、前記セル集合体の前記燃料マニホールドから離れた側の端部である遠位端部の幅は、前記セル集合体の前記燃料マニホールド側の端部である近位端部の幅よりも大きい、
燃料電池のスタック構造体。
【請求項２】
前記セル集合体の近位端部の幅に対する、前記セル集合体の遠位端部の幅の割合は、１．０１以上である、
請求項１に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項３】
前記セル集合体は、
前記各燃料電池セル間において前記各燃料電池セルに接合されて前記各燃料電池セルを電気的に接続する集電部材と、
前記各燃料電池セルと前記集電部材とを接合する第１接合材と、
をさらに有する、
請求項１又は２に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項４】
前記燃料マニホールドに前記各燃料電池セルを接合する第２接合材をさらに備える、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項５】
前記燃料マニホールドは、複数の貫通孔を有しており、
前記各燃料電池セルは、前記各貫通孔に挿入されており、
前記第２接合材は、前記燃料電池セルが挿入された状態の前記各貫通孔内に充填される、
請求項４に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項６】
前記燃料マニホールドは、貫通孔を有しており、
前記各燃料電池セルは、前記貫通孔に挿入されており、
前記第２接合材は、前記燃料電池セルが挿入された状態の前記貫通孔内に充填される、
請求項４に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項７】
前記第２接合材は、結晶化ガラスである、
請求項４から６のいずれかに記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項８】
前記第２接合材は、ＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の結晶化ガラス及びＭｇＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の結晶化ガラスよりなる群から選択される少なくとも１種である、
請求項４から７のいずれかに記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項９】
前記集電部材は、酸化物セラミックスである、
請求項３に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項１０】
前記第１接合材は、導電性セラミックスである、
請求項３または９に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項１１】
前記第１接合材は、スピネル型又はペロブスカイト型の結晶構造を有する導電性セラミックスである、
請求項３、９、又は１０に記載の燃料電池のスタック構造体。
【請求項１２】
前記第１接合材は、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｃｕ，Ｍｎ）３Ｏ４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、及び（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３よりなる群から選択される少なくとも１種である、
請求項３，９，１０、又は１１に記載の燃料電池のスタック構造体。