(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス通過孔が軸長方向に形成された内側電極の外面に、該内側電極を取り巻くように環状の固体電解質を設け、該固体電解質の外面に、該固体電解質を取り巻くように環状の外側電極を設けてなる燃料電池セルであって、外形形状が、平行に形成された一対の平坦部と、該平坦部の前記軸長方向と垂直な方向の端部同士を連結する弧状部とから構成された扁平状とされており、前記平坦部間の距離である短径Ｒ１と前記弧状部間の距離である長径Ｒ２の比率Ｒ２／Ｒ１が８以上、前記短径Ｒ１が８ｍｍ以下であることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
前記内側電極のガス通過孔内には、該内側電極と導通する導電部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記内側電極のガス通過孔内には長尺状導電部材が挿入され、該長尺状導電部材と前記内側電極内面との間には、前記長尺状導電部材と前記内側電極とを導通させる接続用導電部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池セルを複数集合してなることを特徴とするセルスタック。
【請求項５】
請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池セルを収納容器内に複数収納してなることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池に関し、発電量を向上できる燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
次世代エネルギーとして、近年、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。
【０００３】
図８は従来の固体電解質型燃料電池セルのセルスタックを示すもので、このセルスタックは、複数の燃料電池セル１（１ａ、１ｂ）を集合させ、一方の燃料電池セル１ａと他方の燃料電池セル１ｂとの間に金属フェルトからなる集電部材５を介在させ、一方の燃料電池セル１ａの内側電極７と他方の燃料電池セル１ｂの外側電極１１とを電気的に直列に接続して構成されていた。
【０００４】
燃料電池セル１（１ａ、１ｂ）は、円筒状の内側電極７の外周面に、固体電解質９、外側電極１１を順次設けて構成されており、固体電解質９、外側電極１１から露出した内側電極７には、外側電極１１に接続しないようにインターコネクタ１３が設けられている。
【０００５】
このインターコネクタ１３は、内側電極７の内部を流れるガスと、外側電極１１の外側を流れるガスとを確実に遮断するため、また、燃料ガス及び酸素含有ガスで変質しにくい緻密な導電性セラミックスが用いられている。
【０００６】
一方の燃料電池セル１ａと他方の燃料電池セル１ｂとの電気的接続を具体的に説明すると、一方の燃料電池１ａの内側電極７を、該内側電極７に設けられたインターコネクタ１３、集電部材５を介して、他方の燃料電池セル１ｂの外側電極１１に接続することにより行われていた。
【０００７】
図９は従来のインタコネクタレス形式の固体電解質型燃料電池セルのセルスタックを示すもので、このセルスタックは、複数の燃料電池セル２（２ａ、２ｂ）を集合させて構成されており、セル２は、円筒状の内側電極１７の全周面に固体電解質１９を形成し、この固体電解質１９の全周面に外側電極２１ｗ形成して構成されている。
【０００８】
左右それぞれの燃料電池セル列では、一方の燃料電池セル２ａと他方の燃料電池セル２ｂとの間に、外側電極２１同士を連結する金属フェルトなどからなる集電部材２３が介在され、内側電極１７同士が導通されており、左側の燃料電池セル列の外側電極２１と右側の燃料電池セル列の内側電極１７とが電気的に接続されていた。
【０００９】
図１０は、扁平状の固体電解質型燃料電池セルのセルスタックを示すもので、このセルスタックは、複数の燃料電池セル３（３ａ、３ｂ）を集合させ、一方の燃料電池セル３ａと他方の燃料電池セル３ｂとの間に金属フェルトなどからなる集電部材２５を介在させ、一方の燃料電池セル３ａの内側電極２７と他方の燃料電池セル３ｂの外側電極３１とを電気的に接続して構成されていた。
【００１０】
燃料電池セル３（３ａ、３ｂ）は、扁平状の内側電極２７の外周面に、固体電解質２９、外側電極３１を順次設けて構成されており、固体電解質２９、外側電極３１から露出した内側電極２７には、外側電極３１に接続しないようにインターコネクタ３３が設けられている。内側電極２７内には複数のガス通過孔３２が形成されている。
【００１１】
一方の燃料電池セル３ａと他方の燃料電池セル３ｂとの電気的接続は、一方の燃料電池セル３ａの内側電極２７を、該内側電極２７に設けられたインターコネクタ３３、集電部材２５を介して、他方の燃料電池セル３ｂの外側電極３１に接続することにより行われていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８の燃料電池セルでは、インターコネクタ１３が形成された部分は発電しないため、全周の約２０％が発電に寄与しないという欠点がある。
【００１３】
また、図９のインタコネクタレス形式の燃料電池セルでは、図６のセルと比較するとセルの全周に内側電極、固体電解質、外側電極が形成されているため発電領域が広くとれるという長所があるものの、その効果は図６の場合よりも２０％程度向上するだけであり、飛躍的に単セル当たりの発電量を増加させるには至らない。
【００１４】
さらに、図１０の扁平状の燃料電池セルでは、図８のセルと比較すると単セルを大きくできるため単セル当たりの発電量は増加するが、インタコネクタが形成された部分は発電しないため、全周の約４０％は発電に寄与せず、この形状の利点を十分に利用していなかった。
【００１５】
また、図８、図１０ではインターコネクタ１３、３３を有しているが、インターコネクタ１３、３３は、内側電極７、２７の内部を流れるガスと、外側電極１１、３１の外側を流れるガスとを確実に遮断し、また燃料ガス及び酸素含有ガスで変質しないという特性が要求されるため、製造に手間がかかり、また、ガス漏出等の可能性も捨てきれず、長期信頼性が低いという問題があった。
【００１６】
また、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）においては固体電解質の特性上、６００〜１０００℃という高温に発電セルを加熱する必要があるため、被加熱部の容積を小さくする必要がある。被加熱部の容積が小さいほど起動時や定常運転時にセルを加熱するために消費するエネルギーを小さくすることができるため、起動が早くなったり、発電効率を高くすることが可能となる。これらの理由により、特に固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）においては単セルの発電量のみならず、所定発電量当たりのスタック容積減少も重要な要素となる。
【００１７】
即ち、図９の円筒型でインターコネクタレス形式のセルを用いる場合においては、若干の改善は有るものの、所定量発電するためには多くのセルを必要とし、その分スタック容積が大きくなり、また多くのセルを必要とするため信頼性が低下する傾向がある。
【００１８】
図１０の扁平状の燃料電池セルでは、大型化（幅を大きく）することによりセル一本当たりの発電量を増加させることができるが、インターコネクタ３３形成により全周の約４０％が非発電部であるため、所定量発電するためには多くのセルを必要とし、スタック容積が大きくなり、その分接続信頼性が低下する傾向にある。
【００１９】
本発明は、単セル当たりの発電量を向上できるとともに、製造が容易で、信頼性を向上でき、しかも所定発電量当たりのスタック容積を小さくできる燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池セルは、ガス通過孔が軸長方向に形成された内側電極の外面に、該内側電極を取り巻くように環状の固体電解質を設け、該固体電解質の外面に、該固体電解質を取り巻くように環状の外側電極を設けてなる燃料電池セルであって、外形形状が、平行に形成された一対の平坦部と、該平坦部の前記軸長方向と垂直な方向の端部同士を連結する弧状部とから構成された扁平状とされており、前記平坦部間の距離である短径Ｒ１と前記弧状部間の距離である長径Ｒ２の比率Ｒ２／Ｒ１が８以上、前記短径Ｒ１が８ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
このような燃料電池セルでは、内側電極の外周面に環状の固体電解質、外側電極を順次形成し、インターコネクタを形成しない形状としたので、製造が容易であり、また、セル全周を発電部とすることができ、セル全周を有効に用いて発電させ、燃料電池セル１本当たりの発電量が増加し、その結果、所定発電量当たりに必要となるセル数を減少させることができる。また、セル本数が減少することに伴い、セル間の接続の総数が減少することになり故障発生の原因となりうる接続部の総数を減らすことができるため信頼性が向上する。
【００２２】
また、扁平状の内側電極に固体電解質、外側電極を形成し、扁平状のセルを形成することにより、セルを大型化（幅を広く）して燃料電池セル１本当たりの発電量を増加できるが、このようにセルを大型化したとしても、所定量発電するために必要なスタック容積を従来よりも小さくでき、これにより燃料電池をコンパクト化できるとともに、必要とされる被加熱部容積を減少でき、起動時や定常運転時にセル加熱用として用いるエネルギーを最小限とでき、起動を早くできるとともに、発電効率を向上できる。
【００２３】
また、本発明の燃料電池セルは、ほぼ平行に形成された一対の平坦部と、該平坦部の端部同士を連結する弧状部とから構成された扁平状とされている。
【００２４】
このような構成の燃料電池セルでは、所定量発電するために必要なスタック容積を最小にすることができるとともに、弧状部における固体電解質、外部電極に発生する応力を抑制でき、剥離やクラック発生を抑制できる。
【００２５】
即ち、燃料電池セルは、収納容器内に、隣設するセルの平坦部同士を対向して配列されるが、例えば平坦部同士を接続する場合（並列接続）、導電部材を介してのセル間の接続を平坦部全体で行うことができることから、接続信頼性を向上できるとともに、信頼性が向上するためセル間の距離を小さくでき、一方、直列接続する場合、平坦部同士が接続しないように所定間隔を置いて配列させる必要があるが、セルの対向面が平坦であるため、セル間の距離を小さくでき、スタック容積を小さくできる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池セルでは、短径Ｒ１と長径Ｒ２の比率Ｒ２／Ｒ１が２以上とされている。これにより、セル１本当たりの発電量を増加できるため、所定量発電するために必要なセル本数を減少でき、セル間の接続部を減少できる。
【００２７】
また、短径Ｒ１は８ｍｍ以下とされている。これにより、所定量発電するために必要なスタック容積をさらに小さくできる。
【００２９】
また、本発明の燃料電池セルは、内側電極のガス通過孔内には、該内側電極と導通する導電部材が設けられていることが望ましい。燃料電池セルの外面には、セル同士を連結するインターコネクタを形成しないインターコネクタレス形式であるが、導電部材を内側電極に電気的に接続させることにより、内側電極から導電部材を介して電流を取り出すことができる。
【００３０】
また、内側電極のガス通過孔内には長尺状導電部材が挿入され、該長尺状導電部材と前記内側電極内面との間には、前記長尺状導電部材と前記内側電極とを導通させる接続用導電部材が設けられていることが望ましい。これにより、内側電極と導通する接続用導電部材を介して長尺状導電部材から電流を取り出すことができる。
【００３１】
本発明のセルスタックは、上記燃料電池セルを複数集合してなるものである。このようなセルスタックでは、セル一本当たりの発電量を大きくできるため、所定量発電するために必要なセル数を少なくでき、また、セル形状が扁平状であるため、所定発電量を得るためのスタック容積を小さくできる。
【００３２】
また、本発明の燃料電池は、上記燃料電池セルを収納容器内に複数収納してなるものである。このような燃料電池では、小型化でき、製造コストの低下、発電効率、実装性、実装信頼性の向上、メンテナンス性を向上させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の燃料電池セルを示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は斜視図である。本発明の燃料電池セル３４はインターコネクタレス形状で扁平状とされており、扁平状で多孔質な金属を主成分とする燃料側電極（内側電極）３５の外周面全面に、緻密質な固体電解質３７を形成し、この固体電解質３７の外周面全面に多孔質な導電性セラミックスからなる酸素側電極（外側電極）３９を順次積層して構成されており、燃料側電極３５が支持体となっている。
【００３４】
即ち、燃料電池セル３４は、扁平状の燃料側電極３５の外面に、この燃料側電極３５を取り巻くように環状の固体電解質３７を設け、この固体電解質３７の外面に、固体電解質３７を取り巻くように環状の酸素側電極３９を設けて構成されている。燃料側電極３５には、軸長方向に一つの燃料ガス通過孔４１が形成されている。尚、燃料電池を作製する場合は、セルを支持固定するが、この支持固定される部分については、酸素側電極３９を形成しなくても良い。
【００３５】
燃料側電極３５は、ほぼ平行に対向するように設けられた一対の平坦部３５ａと、幅方向両端に設けられ、一対の平坦部３５ａの端部同士を滑らかに連結する弧状部３５ｂとから構成されており、これらの弧状部３５ｂは外方へ向けて突出する円弧状とされている。燃料側電極３５の内部には、断面形状が、外形形状に相似する一つのガス通過孔４１が形成されていることになる。
【００３６】
燃料電池セル３４は、燃料側電極３５の形状に応じて、外形形状が、ほぼ平行に形成された一対の平坦部３４ａと、これらの平坦部３４ａの両端にそれぞれ形成され、一対の平坦部３４ａの端部同士を連結する弧状部３４ｂとから構成されている。
【００３７】
図２は本発明の他の燃料電池セル４３を示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は斜視図である。この燃料電池セル４３では、燃料側電極４４に複数の燃料ガス通過孔４５が軸長方向に形成されている以外は、図１と同様の構造を有している。尚、符号４６は固体電解質、４７は酸素側電極、４３ａは燃料電池セル４３の平坦部、４３ｂは燃料電池セル４３の弧状部、４４ａは燃料側電極４４の平坦部、４４ｂは燃料側電極４４の弧状部を示している。
【００３８】
図３は本発明のさらに他の燃料電池セル４９を示すもので、この燃料電池セル４９では、燃料側電極５１の軸長方向における一部の外周面に、環状の固体電解質５３、酸素側電極５５が形成されている以外は、図２と同様の構造を有している。従って、燃料電池セル４９の一方側端から燃料側電極５１が突出している。尚、符号５７は燃料ガス通過孔、４９ａは燃料電池セル４９の平坦部、４９ｂは燃料電池セル４９の弧状部を示している。
【００３９】
燃料側電極３５、４４、５１は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｒｕのうちいずれか一種の金属又は金属酸化物、もしくはこれらの合金又は合金酸化物を主成分とするものであり、これら以外に、外面の固体電解質３７、４６、５５への接合強度を向上し、固体電解質３７、４６、５５の熱膨張係数に近似させるため、固体電解質材料を含有することが望ましい。金属又は金属酸化物としては、コストの観点からＮｉ又はＮｉＯが望ましい。尚、燃料側電極を金属酸化物で形成した場合には、還元雰囲気で還元して発電することになる。
【００４０】
上記した図１乃至図３の燃料電池セルの短径Ｒ１と長径Ｒ２の比率Ｒ２／Ｒ１は８以上とされている。これにより、所定量発電するために必要なセル本数を減少できる。
【００４１】
尚、燃料電池セル３４、４３、４９は、上記したように、一対の平坦部３４ａ、４３ａ、４９ａと、これらの平坦部３４ａ、４３ａ、４９ａの両端を滑らかに連結する弧状部３４ｂ、４３ｂ、４９ｂとからなる扁平な楕円状に形成されているため、一対の平坦部３４ａ、４３ａ、４９ａ間の距離を短径Ｒ１とし、この短径Ｒ１に直交する方向の長さで最大距離を長径Ｒ２とした。
【００４２】
燃料電池セルの短径Ｒ１は８ｍｍ以下とされている。これにより、燃料電池セルの容積を小さくでき、体積当たりの出力密度を向上できる。特に、６ｍｍ以下が望ましい。
【００４３】
この燃料側電極３５、４４、５１の外面に設けられた固体電解質３７、４６、５５は、３〜１５モル％のＹ、希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ2からなる緻密質なセラミックスが用いられている。燃料側電極３５、４４、５１と固体電解質３７、４６、５５との間には、接合強度を向上するため緻密層からなる接合層を介在させても良い。この固体電解質３７、４６、５５の厚みは、ガス透過を防止するという点から１０〜１００μｍであることが望ましい。
【００４４】
酸素側電極３９、４７、５５は、ＬａＭｎＯ3系材料、ＬａＦｅＯ3系材料、ＬａＣｏＯ3系材料の少なくとも一種の多孔質の導電性セラミックスから構成されている。酸素側電極３９、４７、５５は、６００〜１０００℃程度の比較的低温での電気伝導性が高いという点からＬａＦｅＯ3系材料が望ましい。酸素側電極３９、４７、５５の厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが望ましい。
【００４５】
以上のような燃料電池セルの製造方法について説明する。先ず、例えば、ＮｉＯ粉末と、Ｙを含有したＺｒＯ2（ＹＳＺ）粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合した燃料側電極材料を押出成形して、軸長方向に燃料ガス通過孔が形成された扁平状の燃料側電極成形体を作製し、これを乾燥する。
【００４６】
次に、例えば、ＹＳＺ粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合した、固体電解質材料を用いてシート状成形体を作製し、このシート状成形体を、燃料側電極成形体上に、その両端間が重なり合い離間することのないように巻き付け、乾燥する。
【００４７】
次に、積層成形体を脱バインダ処理し、酸素含有雰囲気中で１３００〜１６００℃で同時焼成し、この積層体を、例えば、ＬａＦｅＯ3系材料と、溶媒を含有するペースト中に浸漬し、固体電解質の表面に酸素側電極成形体をディッピングにより形成し、１０００〜１３００℃で焼き付けることにより、本発明の燃料電池セルを作製できる。
【００４８】
尚、燃料側電極成形体の表面に固体電解質のシート状成形体を形成し、さらに酸素側電極成形体を形成した後、同時焼成しても良い。また、燃料側電極成形体を上記固体電解質材料を含有するスラリー中にディップし、乾燥し、さらにこれを上記酸素側電極材料を含有するスラリー中にてディップし、乾燥し、同時焼成しても良い。
【００４９】
以上のように構成された燃料電池セルでは、扁平状の燃料側電極３５、４１、４７の外面に、この燃料側電極３５、４４、５１を取り巻くように環状の固体電解質３７、４６、５５を設け、この固体電解質３７、４６、５５の外面に、固体電解質３７、４６、５５を取り巻くように環状の酸素側電極３９、４７、５５を設け、燃料側電極３５、４４、５１の外周面に環状の固体電解質３７、４６、５５、酸素側電極３９、４７、５５を形成し、インターコネクタを形成しない形状としたので、製造が容易であり、また、セル全周を発電部とすることができ、セル全周を有効に用いて発電させ、燃料電池セル１体当たりの発電量が増加し、その結果、所定量の発電量を得るために必要となるセル数を減少させることができる。
【００５０】
また、セル本数が減少することに伴い、セル間の接続の総数が減少することになり、故障発生の原因となりうる接続部数を減らすことができるため実装信頼性を向上できる。
【００５１】
さらに、扁平状の燃料側電極３５、４４、５１に固体電解質３７、４６、５５、酸素側電極３９、４７、５５を形成し、扁平状のセルを形成することにより、所定量発電するために必要なスタック容積を従来よりも小さくでき、必要とされる被加熱部容積を減少でき、起動時や定常運転時にセル加熱用として必要なエネルギーを小さくできる。
【００５２】
図１の燃料電池セルを用いて形成された本発明のセルスタックを図４に示す。この図４に示すように、セルスタックは、上記図１の燃料電池セルが複数集合して構成されている。このセルスタックの燃料電池セル３４は、図４及び図５（ｂ）に示すように、燃料側電極３５の燃料ガス通過孔４１内中央部に内側長尺状導電部材６１が挿入され、この内側長尺状導電部材６１と燃料側電極３５内面との間には、内側長尺状導電部材６１と燃料側電極３５とを導通させる接続用導電部材６３が設けられている。
【００５３】
内側長尺状導電部材６１は、導電性を有する棒状、又は板状とされ、接続用導電部材６３はＮｉフェルトから形成され、燃料ガスが通過できるようになっている。尚、内側長尺状導電部材６１、接続用導電部材６３は必ずしもＮｉで形成する必要はない。
【００５４】
また、燃料電池セル３４の平坦部３４ａに該当する酸素側電極３９の外面には、
外側長尺状導電部材６５が設けられ、電気的に接続している。外側長尺状導電部材６５は、酸素側電極３９の一部に形成してもよく、全面に形成しても良い。
【００５５】
隣接する燃料電池セル３４同士は、一方の燃料電池セル３４の内側長尺状導電部材６１と、他方の燃料電池セル３４の外側長尺状導電部材６５を接続することにより、燃料電池セル３４が電気的に直列に接続されている。
【００５６】
外側長尺状導電部材６５は、発電時において、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性を有するという点から、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ基合金、Ｆｅ−Ｃｒ鋼合金の少なくとも一種からなることが望ましい。
【００５７】
尚、図５（ａ）に示すように、内側長尺状導電部材を挿入することなく、燃料側電極３５の燃料ガス通過孔４１内に、Ｎｉフェルトからなる接続用導電部材６３を設けても良いが、集電性という観点から、図５（ｂ）に示すように内側長尺状導電部材６１を挿入することが望ましい。
【００５８】
また、図５（ｃ）に示すように、内側長尺状導電部材６１の両端を、燃料電池セル３４の両端から外方に向けて突出させることもできる。この場合には、セルの両側から電流を取り出すことができる。
【００５９】
図２に示す燃料電池セル４３についても図４及び図５に示すようなセルスタック構造を採用できる。この場合、複数の燃料ガス通過孔４５の全てに内側長尺状導電部材を挿入しても良く、一部の燃料ガス通過孔４５に挿入しても良い。また、図３に示す燃料電池セル４９については、燃料側電極５１の一方が露出しているため、図４及び図５に示すようなセルスタック構造以外に、内側長尺状導電部材、接続用導電部材を用いることなく、燃料側電極５１を用いて電力を取り出すこともできる。
【００６０】
本発明の燃料電池は、上記したセルスタックが収納容器内に収容されて構成されている。即ち、収納容器には、セルスタックに酸素含有ガス（空気）を導入する供給管、燃料ガスを導入する供給管が配置されており、酸素含有ガスを燃料電池セルの酸素側電極に沿って流すとともに、燃料ガスを燃料側電極に沿って流し、例えば１０００℃程度に加熱することにより燃料電池セルが発電を開始する。
【００６１】
尚、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、酸素側電極を内側電極としても良い。
【００６２】
【実施例】
先ず、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、Ｙを８モル％含有した平均粒径０．５μｍのＺｒＯ2（ＹＳＺ）粉末と、ポアー剤、ＰＶＡからなる有機バインダーと、水からなる溶媒とを混合した燃料側電極材料を押出成形して、扁平状燃料側電極成形体を作製し、これを乾燥した。
【００６３】
次に、上記ＹＳＺ粉末と、アクリル樹脂からなる有機バインダーと、トルエンからなる溶媒とを混合した固体電解質材料を用いてシート状成形体を作製し、このシート状成形体を、燃料側電極成形体上に、その両端間が重なり離間しないように巻き付け、乾燥し、燃料側電極成形体に固体電解質のシート状成形体が積層された積層成形体を作製した。
【００６４】
次に、この積層成形体を脱バインダー処理し、大気中にて１５００℃で同時焼成した。この積層体を、平均粒径２μｍのＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ0.2Ｆｅ0.8Ｏ3粉末と、ノルマルパラフィンからなる溶媒を含有するペースト中に浸漬し、固体電解質の表面に酸素側電極成形体をディッピングにより作製し１１５０℃で焼き付け、酸素側電極を形成し、図１に示すような本発明の燃料電池セルを作製した。
【００６５】
尚、燃料側電極の短径及び長径を変化させることにより、燃料電池セルの短径Ｒ１及び長径Ｒ２を変化させ、Ｒ２／Ｒ１比の異なる燃料電池セルを作製した。
【００６６】
次に、酸素側電極に耐酸化性を有するＰｔ系金属からなる外側長尺状導電部材を接続し、さらに作成したセルの燃料側電極内の燃料ガス通過孔中央部に内側長尺状導電部材を挿入し、この内側長尺状導電部材と燃料側電極とをＮｉフェルトからなる接続用導電部材で接続し、図５（ｂ）に示すようなセルを作製した。
【００６７】
作製した燃料電池セルを９００℃に加熱し、燃料側電極内の燃料ガス通過孔に水素ガスを流通させ、燃料電池セルの外側には空気を流通させ、セル１本当たりの発電量を測定した。この測定結果に基づき、１．５ＫＷの発電量を得るために必要なセル本数、及び必要なセル本数により構成されるセルスタックの容積を求めた。この際、電気的な短絡を防止するため、或いは作製上の観点から、セル外周に６ｍｍの空間が必要であるとの設定で算出した。これらの結果を図６に示す。
【００６８】
図６は、短径Ｒ１と、Ｒ２／Ｒ１比とセルスタックの容積との関係を示すもので、直径が４ｍｍの円筒形状のセルで１．５ＫＷの発電量を得るために必要なセル本数を用いた場合のスタック容積を１０００００とした。図６においてＲ２／Ｒ１＝１のポイントは円筒形状のセルの結果を示すものである。
【００６９】
図６の結果より短径Ｒ１が２０ｍｍの場合にはＲ２／Ｒ１比の増加に伴い容積は増加する傾向にあり、セルスタックの被加熱部の容積を小さくする効果はなく、熱効率はむしろ低下する傾向にあることが判る。Ｒ１が１０ｍｍの場合ではＲ２／Ｒ１比の増加に伴い若干ではあるが容積が減少することがわかる。
【００７０】
さらに、Ｒ１が８ｍｍ以下の場合にはＲ２／Ｒ１比の増加に伴い容積は減少することが明らかである。Ｒ１が４ｍｍのセルにおいてはＲ２／Ｒ１比が８のとき円筒形状に比べ約３５％の容積を削減できることが判る。従って、この結果より、Ｒ１を１０ｍｍ以下にし、Ｒ２／Ｒ１比を２以上にすることでスタック容積を小さくできることが判る。
【００７１】
図７に短径Ｒ１と、Ｒ２／Ｒ１比とセル本数の関係を示す。図７によればＲ１が大きいほどセル本数は少なくなることがわかる。しかしながら、Ｒ１が２０ｍｍの場合においては図６の結果から容積を削減する効果がない。
【００７２】
Ｒ１が１０ｍｍ以下のセルについてはＲ１、Ｒ２／Ｒ１比が大きくなるに従ってセル本数が減少する傾向にあるが、Ｒ１が４ｍｍのセルの場合、Ｒ２／Ｒ１比が８の場合、セル本数はＲ２／Ｒ１が１の時と比較して１／５以下になり、大幅にセル本数を減少できることが判る。従って図６、図７の結果から、Ｒ１を１０ｍｍ以下とし、Ｒ２／Ｒ１比を２以上とする、すなわちセル形状を扁平とすることで被加熱部の容積を減少させ、さらにセル本数を減少させることを同時に達成できる。例えば、Ｒ１が４ｍｍのセルの場合、Ｒ２／Ｒ１比を８とした場合には、Ｒ２／Ｒ１比が１のセルを用いた場合に比較して容積を７０％とすることができ、セル本数も１／５以下にすることができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の燃料電池セルでは、セル形状を扁平状とし、インタコネクタレス形式を採用することで、製造が容易で、セル単体としての発電量を向上できるとともに、所望の発電量に対してセル本数、セル発電部およびその周辺部材を含む加熱を必要とする容積を同時に減少させることが可能となり、製造コストの低下、発電効率、実装性、実装信頼性の向上、メンテナンス性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス通過孔が一つの本発明の燃料電池セルを示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図２】ガス通過孔が複数形成された本発明の燃料電池セルを示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図３】ガス通過孔が複数形成されるとともに、内側電極が突出している本発明の燃料電池セルを示す斜視図である。
【図４】本発明のセルスタックを示す横断面図である。
【図５】（ａ）はガス通過孔内に接続用導電部材を挿入した燃料電池セルの縦断面図、（ｂ）はガス通過孔内に内側長尺状導電部材及び接続用導電部材を配置した燃料電池セルの縦断面図、（ｃ）は内側長尺状導電部材を両側に突出させた燃料電池セルの縦断面図である。
【図６】燃料電池セルの短径Ｒ１と長径Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）と、容積との関係を示すグラフである。
【図７】燃料電池セルの短径Ｒ１と長径Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）と、セル本数との関係を示すグラフである。
【図８】インターコネクタが形成された円筒状の燃料電池セルを複数接続した従来のセルスタックを示す横断面図である。
【図９】インターコネクタレスの燃料電池セルを複数並列接続した従来のセルスタックを示す横断面図である。
【図１０】インターコネクタが形成された扁平状の燃料電池セルを複数直列に接続した従来のセルスタックを示す横断面図である。
【符号の説明】
３４、４３、４９・・・燃料電池セル
３４ａ、４３ａ、４９ａ・・・セルの平坦部
３４ｂ、４３ｂ、４９ｂ・・・セルの弧状部
３５、４４、５１・・・燃料側電極（内側電極）
３７、４６、５３・・・固体電解質
３９、４７、５５・・・酸素側電極（外側電極）
４１、４５、５７・・・ガス通過孔
６１・・・内側長尺状導電部材
６３・・・接続用導電部材
Ｒ１・・・短径
Ｒ２・・・長径
【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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【図９】
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【図１０】
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