(57)【要約】【課題】電極の高集積化を容易として、装置全体の小型化を図る。【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスによって発電が可能な単室型燃料電池において、所定間隔に複数のスリットが形成された櫛歯状の電解質板２０を複数備え、各電解質板２０の少なくとも一方の面に電極３０，４０を配置すると共に、複数の電解質板２０を、各電解質板２０のスリット同士を合わせることで格子状に組み上げた構成とする。電極３０，４０の電極対Ｅ１〜Ｅ３は、インターコネクタ５０により直列接続される。【選択図】図５
2009093802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスによって発電が可能な単室型燃料電池において、
所定間隔に複数のスリットが形成された櫛歯状の電解質板を複数、各電解質板のスリット同士を合わせることで、立体的に組み合わせて構成される電解質構造体と、
前記電解質構造体を構成する前記電解質板のスリット間の櫛歯部分にそれぞれ配置される複数の電極対と、
前記複数の電極対を直列接続する複数のインターコネクタと
を備える単室型燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の単室型燃料電池であって、
前記電解質構造体は、前記複数の電解質板を格子状に組み上げた構成であり、
前記複数の電極対のそれぞれは、前記電解質構造体における格子の単位矩形の辺毎に配置された構成である、単室型燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の単室型燃料電池であって、
前記電極対は、
前記櫛歯部分の一方の面に配置される燃料極と、前記櫛歯部分の他方の面に配置される酸化剤極とにより構成される、単室型燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の単室型燃料電池であって、
前記電解質構造体は、
第１の方向に配置され、前記燃料極が配置される面を同一方向に向けた第１群の電解質板と、
前記第１の方向に垂直な第２の方向に配置され、前記燃料極が配置される面を同一方向に向けた第２群の電解質板と
により構成され、
前記インターコネクタのそれぞれは、
前記電解質構造体における格子の単位矩形の内側において、垂直の位置関係にある前記燃料極と前記酸化剤極とを連結することで、前記第１群の電解質板に配置される電極対と前記第２群の電解質板に配置される電極対とを順次切替ながら直列接続する構成である、単室型燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の単室型燃料電池であって、
前記インターコネクタによる前記電極対の直列接続の方向は、
前記電解質構造体における格子の単位矩形の各辺を前記第１の方向、前記第２の方向と階段状に移動しながら、全体として格子の対角線方向に向かう方向である、単室型燃料電池。
【請求項６】
請求項３に記載の単室型燃料電池であって、
前記インターコネクタによる前記電極対の直列接続は、
前記電解質構造体における格子点回りの４方向に配置される電極対を１単位として直列接続する構成である、単室型燃料電池。
【請求項７】
請求項１または２に記載の単室型燃料電池であって、
前記電極対は、
前記櫛歯部分の一方の面に配置される燃料極と酸化剤極とにより構成される、単室型燃料電池。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の単室型燃料電池であって、
前記電解質板は固体電解質を材料とする構成である、単室型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスによって発電が可能な単室型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池は、反応ガスの供給方法に着目すると、燃料ガスと酸化剤ガスを分離した状態で供給する隔室型（二室型）のものと、燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスを供給する単室型のものに分類される。
【０００３】
隔室型の燃料電池は、電解質膜の一方の面に燃料極を、他方の面に酸化剤極を形成し、燃料極側に供給される燃料ガスと酸化剤極側に供給される酸化剤ガスとを電解質膜で分離した状態で発電させるものである。
【０００４】
単室型の燃料電池は、特許文献１〜３に記載されたように、平板状の電解質膜の同一表面上または異なる表面上に、燃料ガスの酸化反応に対する触媒性能の異なる燃料極および酸化剤極を形成し、燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスを用いて発電させるものである。この構成により、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離するための構成要素（例えばセパレータ等）が不要となることから、隔室型の燃料電池に比べて装置全体の小型化を図ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−６３８１０号公報
【特許文献２】特開２００５−２５９５９０号公報
【特許文献３】特開２００５−２２２７７４号公報
【０００６】
上記構成の単室型の燃料電池において電極の高集積化を図ろうとする場合、一般的には、電極が配置された上記平板状の電解質膜を複数用意して、上下方向（横置きの場合には左右方向）に積層することになる。しかしながら、このように複数積層した構成であっても、まだまだ十分な高集積化を図ることができず、装置全体を十分に小型化することができないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、電極の高集積化を容易として、装置全体の小型化を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスによって発電が可能な単室型燃料電池において、
所定間隔に複数のスリットが形成された櫛歯状の電解質板を複数、各電解質板のスリット同士を合わせることで、立体的に組み合わせて構成される電解質構造体と、
前記電解質構造体を構成する前記電解質板のスリット間の櫛歯部分にそれぞれ配置される複数の電極対と、
前記複数の電極対を直列接続する複数のインターコネクタと
を備える単室型燃料電池。
【００１０】
適用例１に記載の単室型燃料電池によれば、電解質板が所定間隔に複数のスリットが形成された櫛歯状となっており、電解質構造体は、複数の電解質板を各電解質板のスリット同士を合わせることで立体的に組み合わせて構成される。そして、電解質構造体を構成する前記電解質板のスリット間の櫛歯部分に各電極対がそれぞれ配置されている。複数の電極対は複数のインターコネクタにより直列接続される。
【００１１】
上記のように電解質板は立体的に組み合わされることから、電解質板を、縦横の一方側の配列だけではなく、他方側にも配列することが可能となり、電解質板に配置する電極の高集積化を容易に図ることができる。すなわち、同じ体積の空間により多くの電解質板を組み込むことが可能となることから、電極の高集積化を容易に図ることができる。したがって、適用例１に記載の単室型燃料電池によれば、装置全体の小型化を実現することができるという効果を奏する。
【００１２】
さらに、従来の技術では、電極の高集積化を図ると集電箇所が増える問題を備えていたが、適用例１に記載の単室型燃料電池によれば、上記のように複数の電極対は複数のインターコネクタにより直列接続されることから、集電箇所を減らすことができる。したがって、集電に伴う構成の簡略化を図ることができるという効果も奏する。
【００１３】
［適用例２］
適用例１に記載の単室型燃料電池であって、前記電解質構造体は、前記複数の電解質板を格子状に組み上げた構成であり、前記複数の電極対のそれぞれは、前記電解質構造体における格子の単位矩形の辺毎に配置された構成である、単室型燃料電池。この構成によれば、電解質板を上下左右の井桁に組み上げることができることから、電極のより一層の高集積化が可能となり、より小型化を実現することができる。
【００１４】
［適用例３］
適用例２に記載の単室型燃料電池であって、前記電極対は、前記櫛歯部分の一方の面に配置される燃料極と、前記櫛歯部分の他方の面に配置される酸化剤極とにより構成される、単室型燃料電池。この構成によれば、燃料極および酸化剤極を形成する工程を容易とすることができる。
【００１５】
［適用例４］
適用例３に記載の単室型燃料電池であって、前記電解質構造体は、第１の方向に配置され、前記燃料極が配置される面を同一方向に向けた第１群の電解質板と、前記第１の方向に垂直な第２の方向に配置され、前記燃料極が配置される面を同一方向に向けた第２群の電解質板とにより構成され、前記インターコネクタのそれぞれは、前記電解質構造体における格子の単位矩形の内側において、垂直の位置関係にある前記燃料極と前記酸化剤極とを連結することで、前記第１群の電解質板に配置される電極対と前記第２群の電解質板に配置される電極対とを順次切替ながら直列接続する構成である、単室型燃料電池。
【００１６】
この構成によれば、１経路当たり電極対の接続数を高めることができることから、簡易な接続の態様でもって効率的な直列接続を行うことができる。
【００１７】
［適用例５］
適用例４に記載の単室型燃料電池であって、前記インターコネクタによる前記電極対の直列接続の方向は、前記電解質構造体における格子の単位矩形の各辺を前記第１の方向、前記第２の方向と階段状に移動しながら、全体として格子の対角線方向に向かう方向である、単室型燃料電池。この構成によれば、全体として格子の対角線方向に向かう方向に直列接続することができることから、より効率的な直列接続が可能となる。
【００１８】
［適用例６］
適用例３に記載の単室型燃料電池であって、前記インターコネクタによる前記電極対の直列接続は、前記電解質構造体における格子点回りの４方向に配置される電極対を１単位として直列接続する構成である、単室型燃料電池。この構成によっても、簡易な接続の態様でもって効率的な直列接続を行うことができる。
【００１９】
［適用例７］
適用例１または２に記載の単室型燃料電池であって、前記電極対は、前記櫛歯部分の一方の面に配置される燃料極と酸化剤極とにより構成される、単室型燃料電池。この構成によれば、一面に燃料極と酸化剤極を形成すればよいことから、電極パターンの形成が容易である。
【００２０】
［適用例８］
適用例１ないし７のいずれかに記載の単室型燃料電池であって、前記電解質板は固体電解質を材料とする構成である、単室型燃料電池。この構成によれば、固体酸化物型燃料電池を構成することができる。
【００２１】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の単室型燃料電池を備える燃料電池システムなどの形態で実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００２３】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．電解質−電極接合体の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての単室型燃料電池に用いられる電解質−電極接合体１０を示す斜視図である。図示するように、電解質−電極接合体１０は、板状の電解質からなる電解質板２０と、電解質板２０の一方の面に形成される燃料極（アノード）３０と、電解質板２０の他方の面に形成される酸化剤極（カソード）４０とを備える。
【００２４】
電解質板２０は、詳細には、等間隔に複数のスリット２２が形成された櫛歯形状をしており、そのスリット２２の長さ（図中ｙ方向の長さ）ｌは、縦方向（図中ｙ方向）の幅ｗの２分の１となっている。スリット２２の形状は、長尺な直方体の形である。図示の例では、スリット２２は、４本設けられているが、これは一例であり、より多い本数でもより少ない本数でもよい。なお、隣り合うスリット２２の間の部分を、この明細書では「櫛歯部分」と呼ぶ。本実施例では、櫛歯部分２４の幅ｔは５［ｍｍ］であり、スリット２２の幅ｓは１［ｍｍ］である。電解質板２０の厚さｕは、１［ｍｍ］程度である。なおこれらの数値は一例であり、これらの値に限定されるものではない。また、上記スリット２２は、必ずしも完全な等間隔でなくてもよく、これに換えて、略（ほぼ）等間隔に形成してもよい。さらには、等間隔である必要もなく、一つ置きに間隔を換えた構成等の所定間隔としてもよい。
【００２５】
燃料極３０および酸化剤極４０は、水素または炭化水素系の燃料ガスの酸化反応に対する触媒性能の異なる電極であり、対となって電極対Ｅを構成している。電極対Ｅは、１つの櫛歯部分２４に対して１つ設けられた構成となっている。詳細には、櫛歯部分２４の一方の面に燃料極３０が、他方の面に酸化剤極４０がそれぞれ設けられている。燃料極３０および酸化剤極４０は、それぞれ長尺な長方形状であり、櫛歯部分２４から櫛歯のない部分に直線状に延びている。
【００２６】
上記のように構成された電解質−電極接合体１０の材質は次の通りのものである。電解質板２０の材料としては、例えば（Ｃｅ，Ｓｍ）Ｏ2，（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ2等のセリア系酸化物，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｇａ，Ｍｇ）Ｏ3等のランタン・ガレード系酸化物，スカンジウム安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ），イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等のジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス系材料を用いることができる。これにより、電解質−電極接合体１０は、固体酸化物形燃料電池を構成することができる。なお、上記の例以外にも、電解質板２０の材料として、固体酸化物型燃料電池の電解質として公知のものを使用することができる。
【００２７】
燃料極３０および酸化剤極４０は、セラミックス粉末材料により形成することができる。燃料極３０を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ニッケルと酸素イオン伝導性材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる酸素イオン伝導性材料としては、例えば（Ｃｅ，Ｓｍ）Ｏ2，（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ2などのセリア系酸化物、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｇａ，Ｍｇ）Ｏ2などのランタンガレード系酸化物、スカンジウム安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）やイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を挙げることができ、このようなセラミックス材料と、ニッケルとの混合物で燃料極３０を形成することが好ましい。このうち、ニッケル−セリア系酸化物のサーメットで燃料極３０を形成することが特に好ましい。なお、酸素イオン伝導性セラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、１種を単独で、或いは２種以上を混合して使用することができる。
【００２８】
酸化剤極４０を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型金属酸化物を使用することができる。具体的には（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ3，（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ3，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ3，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）Ｏ3などを挙げることができる。これらセラミックス粉末は、１種を単独で使用することもできるし、２種以上を混合して使用することもできる。
【００２９】
上記燃料極３０および酸化剤極４０は、上述した材料を主成分として、さらにワニス、感光性高分子、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。なお、上記燃料極３０および酸化剤極４０は、上述した材料に限る必要はなく、炭化水素の酸化反応に対する触媒性能（活性度）が互いに異なる組み合わせを選択することができれば、他の材料を使用することができる。すなわち、燃料極として機能する活性度が高い側の材料と、酸化剤極として機能する活性度が低い側の材料とを得ることができれば、いずれの材料も自由に選択することができる。
【００３０】
上述した燃料極３０および酸化剤極４０用の粉末材料を主成分として、これらそれぞれにワニス、感光性高分子、有機溶媒などを適量加えて混練し、燃料極ペースト、酸化剤極ペーストをそれぞれ作成し、燃料極ペースト、酸化剤極ペーストをそれぞれスクリーン印刷法により電解質板２０に塗布した後、所定の時間および温度で乾燥・焼結し、燃料極３０および酸化剤極４０を作成する。
【００３１】
以上のように構成された電解質−電極接合体１０を複数用意して、それらを組み合わせることにより、本実施例の単室型燃料電池は作成される。
【００３２】
図２は、２枚の電解質−電極接合体１０の組み合わせの一例を示す斜視図である。図示するように、２枚の電解質−電極接合体１０Ａ，１０Ｂは、互いの電解質板２０に形成された１つのスリット２２同士が噛合するようにして、両者の間が垂直となるように組み合わされる。組み合わせの手法は次の通りのものである。まず、スリット２２が開いている側の側面１０ｓが互いに向かい合うように、一方の電解質−電極接合体１０Ａを横方向に、他方の電解質−電極接合体１０Ｂを縦方向に配置する。その後、一方の電解質−電極接合体１０Ａの一つのスリット２２Ａと他方の電解質−電極接合体１０Ｂの一つのスリット２２Ｂが噛合するように両者１０Ａ，１０Ｂを組み合わせる。この結果、上述したように、２枚の電解質−電極接合体１０は、互いの間が垂直となるように立体的に組み上げられる。なお、本実施例では、横方向に配置された電解質−電極接合体１０Ａにおいては、燃料極３０が形成された面１０Ａａが図中＋ｚ方向に向き、縦方向に配置された電解質−電極接合体１０Ｂにおいては、燃料極３０が形成された面１０Ｂａが図中−ｘ方向に向くよう配置される。
【００３３】
上記スリット同士の噛合は、接着剤を使用することなく、スリット２２とスリット２２をかみ合わせて接合する。なお、噛合した後に接着剤で固定するようにしてもよい。
【００３４】
上記電解質−電極接合体１０の組み合わせ後、一方の電解質−電極接合体１０Ａが備える電極対Ｅと他方の電解質−電極接合体１０Ｂが備える電極対Ｅとは直列接続されることが好ましく、両者の間は必要に応じてインターコネクタ５０により電気的に接続されている。すなわち、一方の電解質−電極接合体１０Ａが備える酸化剤極４０と他方の電解質−電極接合体１０Ｂが備える燃料極３０との間にインターコネクタ５０は架設される。
【００３５】
インターコネクタ５０は、Ａｇ系合金（Ａｇ−Ｇｅ，Ａｇ−Ｓｉ等）、又はＬａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ3，（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ3，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ3などのランタン・クロマイト系等の導電性セラミックス材料によって形成することができる。インターコネクタ５０は、本実施例では平板をＬ字形に折った形状をしており、複数個を備える。インターコネクタ５０は、２枚の電解質−電極接合体１０Ａ，１０Ｂを垂直に組み合わせた後に貼着される。
【００３６】
なお、上記の構成に換えて、図３に示すように、インターコネクタ５０を構成するコネクタ片５０Ａ，５０ＢをＬ字形ではなく単なる平板として、２枚の電解質−電極接合体１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに組み合わせの前から貼着された構成としてもよい。この構成によれば、横向きの電解質−電極接合体１０Ａに設けたコネクタ片５０Ａと、縦向きの電解質−電極接合体１０Ｂに設けたコネクタ片５０Ｂとが、両者１０Ａ，１０Ｂを組み合わせたことにより接触して、インターコネクタ５０を構成する。
【００３７】
Ａ−２．単室型燃料電池の構成：
図４は、上記の組み合わせの手法を用いて得られた第１実施例の単室型燃料電池１００を示す斜視図である。図示するように、単室型燃料電池１００は、電解質−電極接合体１０を縦方向に４枚（図示の便宜からうち１枚は破線で記載）、横方向に４枚（図示の便宜からうち１枚は破線で記載）を組み合わせたもので、全体として格子状に組み上げられている。なお、図４中においては、燃料極３０、酸化剤極４０およびインターコネクタ５０は省略してある。電解質−電極接合体１０の組み合わせの手法は上記のものである。
【００３８】
すなわち、単室型燃料電池１００は、複数の電解質板２０を、各電解質板２０のスリット２２同士を合わせることで、格子状に組み合わせて構成される電解質構造体６０を備えたものとなる。単室型燃料電池１００においては、各電解質−電極接合体１０に備えられるスリット２２の全て（図１の例では４本）に対して、他の電解質−電極接合体１０に備えられるスリット２２が合わされるように構成されている。この結果、格子を構成する単位正方形は、一辺の長さが櫛歯部分２４の幅ｔという最小の大きさとなり、組み上げられた格子は最も緻密なものとなる。
【００３９】
図５は、単室型燃料電池１００における電極対Ｅの直列接続の様子を示す説明図である。この図は、単室型燃料電池１００を図４におけるｙ方向から見た状態を模式的に示すものである。図２で前述した組み合わせの手法によれば、横方向（第１の方向）に配置された４枚の電解質板２０においては、櫛歯部分毎、すなわち、格子の単位正方形の上辺または下辺を構成する部分毎に、上側の面に燃料極３０が配置され、下側の面に酸化剤極４０が配置される。縦方向（第２の方向：第１の方向に垂直な方向）に配置された４枚の電解質板２０においては、櫛歯部分毎、すなわち、格子の単位正方形の右辺または左辺を構成する部分毎に、左側の面に燃料極３０が配置され、右側の面に酸化剤極４０が配置される。なお、図４中においては、図示の便宜から燃料極３０および酸化剤極４０は一部だけを記載しているが、実際は全ての単位正方形の各辺に１組の燃料極３０と酸化剤極４０とが配置されている。
【００４０】
第２行目、第３列目の単位正方形Ａに着目すると、図２を用いて前述したように、単位正方形Ａの左辺において右側の面に配置された酸化剤極４０と、単位正方形Ａの下辺において上側の面に配置された燃料極３０との間が、インターコネクタ５０（１）により接続されている。さらに、単位正方形Ａの下に位置する単位正方形Ｂの上辺において下側に配置された酸化剤極４０と、単位正方形Ｂの右辺において左側に配置された燃料極３０との間がインターコネクタ５０（２）により接続されている。このようにして、格子における単位正方形Ａの左辺に配置されている第１の電極対Ｅ１と、単位正方形Ａの下辺に配置されている第２の電極対Ｅ２と、単位正方形Ｂの左辺に配置されている第３の電極対Ｅ３とが直列接続される。
【００４１】
すなわち、単室型燃料電池１００においては、複数のインターコネクタ５０により、格子の単位矩形の各辺を横方向（第１の方向）、縦方向（記第２の方向）と階段状に移動しながら、全体として格子の対角線方向に向かう方向に複数の電極対Ｅが順に直列接続されている。この結果、集電端子６２から集電端子６４に至る複数の電極対Ｅを直列接続する回路を得ることができる。なお、図示においては、集電端子６６から集電端子６８に至る回路を含めて２回路だけを記載したが、実際は、ほぼ全ての電極対Ｅを適宜直列接続しながら、集電端子により外部に取り出し可能となっている。
【００４２】
上記のように構成された単室型燃料電池１００においては、図４におけるｙ軸方向に、メタン、エタン等の炭化水素系を含む燃料ガスと、酸素を含む酸化剤ガスとしての空気との混合ガスを高温の状態（例えば、４００〜１０００℃）で供給する。これにより、各電極対Ｅにおける燃料極３０と酸化剤極４０との間の電解質板２０で、酸素イオン伝導が起こって発電が行われる。なお、燃料ガスとしては、炭化水素系に換えて水素そのものとしてもよい。
【００４３】
Ａ−３：実施例の効果：
本実施例の単室型燃料電池１００によれば、電解質板２０が等間隔に複数のスリット２２が形成された櫛歯状となっており、複数の電解質板２０は、各電解質板２０のスリット２２同士を合わせることで格子状に組み上げた構成となっている。このために、電解質板を、縦横の一方側の配列だけではなく、他方側にも配列することが可能となることから、電解質板２０に配置する電極（燃料極３０、酸化剤極４０）の高集積化を容易に図ることができる。すなわち、同じ体積の空間により多くの電解質板２０を組み込むことが可能となることから、電極の高集積化を容易に図ることができる。したがって、本実施例の単室型燃料電池１００によれば、装置全体の小型化を実現することができるという効果を奏する。また、電極の高集積化を図ることで、電池出力を高めることもできる。
【００４４】
さらに、本実施例では、上記のように複数の電極対Ｅは複数のインターコネクタ５０により直列接続されることから、集電箇所を減らすことができる。したがって、集電に伴う構成の簡略化を図ることができるという効果も奏する。また、図５を用いて前述したように、複数の電極対Ｅの直列接続の方向を、格子を階段状に移動しながら全体として格子の対角線方向に向かう方向としていることから、１経路当たり電極対の接続数を高めることができる。このために、簡易な接続の態様でもって効率的な直列接続を行うことができる。なお、本実施例の場合、格子における縦方向（もしくは横方向）の単位正方形の数をｎ（ｎは２以上の整数）とすると、集電箇所の数は、２ｎ−１となる。
【００４５】
また、本実施例では、燃料極３０と酸化剤極４０とが、電解質板２０の異なる面に設けられていることから、燃料極３０および酸化剤極４０を形成する工程を容易とすることができる。
【００４６】
なお、本実施例では、スリット同士を接着剤を使用することなく噛み合わせるだけで組み立てを行っているが、これは、単室型の燃料電池であることから燃料ガスと酸化剤ガスとを区分けする必要がないため、シール性の確保が不要であるからである。換言すれば、二室型の燃料電池においては、本発明のように、所定間隔に複数のスリットが形成された櫛歯状の電解質板を組み合わせることはあり得ない構成である。
【００４７】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例の単室型燃料電池２００における電極対の直列接続の様子を示す説明図である。図６は、第１実施例の図５に対応するものである。本実施例の単室型燃料電池２００は、第１実施例の単室型燃料電池１００と比較して、電解質板２２０の形状や、複数の電解質板２２０を組み合わせて格子状の電解質構造体２６０を作成している点については同一である。相違する点は、第１実施例の単室型燃料電池１００では、全ての燃料極３０のそれぞれが電解質板２０の一方の面側に配置され、全ての酸化剤極４０のそれぞれが電解質板２０の他方の面側に配置されているのに対して、本実施例の単室型燃料電池２００では、櫛歯部分によっては燃料極２３０と酸化剤極２４０の配置されている側が反転している。
【００４８】
詳細には、図６に示すように、例えば第２行目、第３列目の単位正方形Ｃの下辺に相当する櫛歯部分では、上側に酸化剤極２４０が、下側に燃料極２３０がそれぞれ配置され、単位正方形Ｃの右隣の単位正方形Ｄの下辺に相当する櫛歯部分では、上側に燃料極２３０が、下側に酸化剤極２４０がそれぞれ配置される。すなわち、電解質板２２０における隣接する櫛歯部分においては、燃料極２３０と酸化剤極２４０の配置される面の方向が反転した構成となっている。
【００４９】
その上で、本実施例の単室型燃料電池２００では、格子点Ｐに着目すると、格子点Ｐ回りの左上右下の４方向に配置される電極対Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４が、インターコネクタ２５０（１），２５０（２）、２５０（３）により１単位として直列接続されている。この結果、集電端子１６２から集電端子１６４に至る４つの電極対Ｅ１１〜Ｅ１４を直列接続する回路を得ることができる。なお、図示においては、集電端子２６６から集電端子２６８に至る回路と集電端子２７０から集電端子２７２に至る回路とを含めて３回路だけを記載したが、実際は、ほぼ全ての電極対Ｅを適宜直列接続しながら、集電端子により外部に取り出し可能となっている。
【００５０】
上記構成の第２実施例の単室型燃料電池２００によれば、第１実施例と同様に、電極の高集積化を容易に図ることができることから、装置全体の小型化を実現することができるという効果を奏する。また、電極の高集積化を図ることで、電池出力を高めることもできる。さらに、本実施例では、上記のように複数の電極対Ｅは複数のインターコネクタ５０により直列接続されることから、集電箇所を減らすことができる。さらに、簡易な接続の態様でもって効率的な直列接続を行うことができる。
【００５１】
Ｃ．第３実施例：
図７は、第３実施例の単室型燃料電池３００における電極対の直列接続の様子を示す説明図である。図７は、第１実施例の図５に対応するものである。本実施例の単室型燃料電池３００は、第１実施例の単室型燃料電池１００と比較して、電解質板３２０の形状や、複数の電解質板３２０を組み合わせて格子状の電解質構造体３６０を作成している点については同一である。相違する点は、第１実施例の単室型燃料電池１００では、全ての燃料極３０のそれぞれが電解質板２０の一方の面側に配置され、全ての酸化剤極４０のそれぞれが電解質板２０の他方の面側に配置されているのに対して、本実施例の単室型燃料電池３００では、横置き用の電解質板３２０Ａについては第１実施例と同一であり、縦置き用の電解質板３２０Ｂについては、第２実施例の電解質板２２０と同様に、隣接する櫛歯部分において燃料極３３０と酸化剤極３４０の配置される面の方向が反転した構成となっている。
【００５２】
その上で、本実施例の単室型燃料電池３００では、複数のインターコネクタ３５０により、ジグザグの位置に配置された電極対Ｅ２１〜Ｅ２８が直列接続されている。この結果、集電端子２６２から集電端子２６４に至る電極対Ｅ２１〜Ｅ２８を直列接続する回路を得ることができる。なお、図示においては、集電端子３６６から集電端子３６８に至る回路を含めて２回路だけを記載したが、実際は、ほぼ全ての電極対Ｅを適宜直列接続しながら、集電端子により外部に取り出し可能となっている。
【００５３】
上記構成の第３実施例の単室型燃料電池３００によれば、第１実施例と同様に、電極の高集積化を容易に図ることができることから、装置全体の小型化を実現することができるという効果を奏する。また、電極の高集積化を図ることで、電池出力を高めることもできる。さらに、本実施例では、上記のように複数の電極対Ｅは複数のインターコネクタ５０により直列接続されることから、集電箇所を減らすことができる。さらに、簡易な接続の態様でもって効率的な直列接続を行うことができる。
【００５４】
Ｄ．第４実施例：
図８は、第４実施例の単室型燃料電池に用いられる電解質−電極接合体４１０を示す斜視図である。図示するように、電解質−電極接合体４１０は、板状の電解質からなる電解質板４２０と、電解質板４２０の一方の面に形成される燃料極４３０および酸化剤極４４０とを備える。電解質板４２０は第１実施例の電解質板と同一である。第１実施例と相違する点は、第１実施例では、燃料極と酸化剤極とが別の面に設けられていたが、この実施例では、上述したように、燃料極４３０と酸化剤極４４０とが同一の面に並んで設けられている。燃料極４３０および酸化剤極４４０は、それぞれ長尺な長方形状である。
【００５５】
図９は、２枚の電解質−電極接合体４１０の組み合わせの一例を示す斜視図である。図示するように、２枚の電解質−電極接合体４１０Ａ，４１０Ｂは、互いの電解質板４２０に形成された１つのスリット４２２同士が噛合するようにして、両者の間が垂直となるように組み合わされる。組み合わせの手法は第１実施例と同一である。
【００５６】
一方の電解質−電極接合体４１０Ａが備える電極対Ｅと他方の電解質−電極接合体４１０Ｂが備える電極対Ｅとの間は、インターコネクタ４５０により電気的に接続されている。すなわち、一方の電解質−電極接合体４１０Ａが備える酸化剤極４４０と他方の電解質−電極接合体１０４Ｂが備える燃料極４３０との間にインターコネクタ４５０が両端側から架設される。
【００５７】
図１０は、電解質−電極接合体４１０を組み合わせて作成される単室型燃料電池４００における電極対Ｅの直列接続の様子を示す説明図である。本実施例では、第１実施例と同様に、電解質−電極接合体４１０を複数組み合わせることで、電解質構造体４６０が作成される。詳細には、前述したように各電解質板４２０のスリット４２２（図８）同士を合わせることで、格子状に組み合わせて電解質構造体４６０を作成する。
【００５８】
横方向に配置された４枚の電解質板４２０においては、格子の区画（格子点と格子点の間）毎に、左側に酸化剤極４４０が、右側に燃料極３０が配置されるとともに、縦方向に配置された４枚の電解質板４２０においては、格子の区画毎に、上側に酸化剤極４４０が、下側に燃料極４３０が配置されることになる。なお、図１０中においては、図示の便宜から燃料極４３０および酸化剤極４４０は一部だけを記載しているが、実際は全ての区画のそれぞれに１組の燃料極４３０と酸化剤極４４０とが配置されている。
【００５９】
格子における第２行目、第３列目の単位正方形Ｇに着目すると、単位正方形Ｇの左辺において下側に配置された燃料極４３０と、単位正方形Ｇの下辺において左側に配置された酸化剤極４４０との間が、インターコネクタ４５０により接続されている。さらに、単位正方形Ｇの下辺において右側に配置された燃料極４３０と、単位正方形Ｇの右下に位置する単位正方形Ｈの左辺において上側に配置された酸化剤極４４０との間がインターコネクタ４５０により接続されている。
【００６０】
このようにして、格子における単位正方形の左辺に配置されている１組の電極対Ｅと下辺に配置されている１組の電極対Ｅとを、対象となる単位正方形を右下方向に移動しつつ順に直列接続することができる。この結果、集電端子４６２から集電端子４６４に至る複数の電極対Ｅを直接接続する回路を得ることができる。なお、図示においては、集電端子４６６から集電端子４６８に至る回路を含めて２回路だけを記載したが、実際は、全ての区画の電極対Ｅを適宜直列接続しながら、集電端子により外部に取り出し可能となっている。
【００６１】
上記構成の第４実施例の単室型燃料電池４００によれば、第１実施例と同様に、電極の高集積化を容易に図ることができることから、装置全体の小型化を実現することができるという効果を奏する。また、電極の高集積化を図ることで、電池出力を高めることもできる。さらに、本実施例では、上記のように電解質板４２０の一面に電極対Ｅが設けられた構成においても、複数の電極対Ｅを複数のインターコネクタ４５０により直列接続することが可能となっている。したがって、集電箇所を減らすことができるという効果を奏する。
【００６２】
Ｅ．第５実施例：
図１１は、第５実施例の単室型燃料電池５００における電極対の直列接続の様子を示す説明図である。この第５実施例は、第４実施例と同様に、燃料極５３０と酸化剤極５４０とが電解質板５２０の同一の面に並んで配置されたタイプのものである。このタイプにおける電極対の直列接続の別の態様としてこの第５実施例がある。
【００６３】
図１１に示すように、格子を構成する単位正方形の内側に配置される電極対Ｅ３１，Ｅ３２，Ｅ３３，Ｅ３４が、インターコネクタ５５０（１），５５０（２）、５５０（３）により１単位として直列接続されている。この結果、集電端子５６２から集電端子５６４に至る４つの電極対Ｅ３１〜Ｅ３４を直列接続する回路を得ることができる。
【００６４】
この第５実施例でも、第４実施例と同様に、電解質板５２０の一面に電極対Ｅが設けられた構成においても、複数の電極対Ｅを複数のインターコネクタ５５０により直列接続することができ、集電箇所を減らすことができる。
【００６５】
Ｆ．他の実施形態：
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００６６】
（１）変形例１：
図１２は、上記第４，第５実施例の変形例１としての燃料極６３０および酸化剤極６４０を示す斜視図である。第１，第２実施例では、燃料極および酸化剤極はそれぞれ長尺な長方形状であったが、これに換えて、図１２に示すように、燃料極６３０および酸化剤極６４０をそれぞれ櫛歯状の形としてもよい。この構成では、互いの櫛歯部分６３２，６４２が相手側の櫛歯間の凹み部分６４４，６３４に位置するようにして、燃料極６３０と酸化剤極６４０との間は微小な距離を置いて離間している。
【００６７】
この変形例１によれば、燃料極６３０と酸化剤極６４０との間の対向する部分を大きくとることができることから、電極の反応部分を増やすことができる。したがって、電池性能を向上することができる。
【００６８】
（２）変形例２：
上記第１ないし第５実施例では、インターコネクタは、小片形状のものが複数個設けられていたが、これに換えて、図１３に示すように、インターコネクタ７５０を、一つの長尺状のもので構成してもよい。
【００６９】
（３）変形例３：
上記第１ないし第５実施例では、電解質板２０に形成するスリット２２の長さｌは、電解質板２０の縦方向の幅ｗの２分の１となっていたが、これに換えて、３分の１等の他の長さとしてもよい。
【００７０】
（４）変形例４：
上記第１ないし第５実施例では、電極ペースト（燃料極ペースト、酸化剤ペースト）をスクリーン印刷することにより、電解質板に電極を形成していたが、これに換えて、電極ペーストをへら等により塗布することにより電極を形成してもよいし、スプレーによって塗布することにより電極を形成してもよい。
【００７１】
（５）変形例５：
上記第１ないし第５実施例では、単室型燃料電池の組み立てに用いる複数の電解質板を全て同一の構成としていたが、これに替えて、格子を作るための横置き用の電解質板と縦置き用の電解質板とを異なった構成としてもよい。例えば、横置き用の電解質板と縦置き用の電解質板とで、隣接するスリットの間隔を異なるものとして、格子の矩形が長方形となる構成としてもよい。
【００７２】
（６）変形例６：
上記第１ないし第５実施例では、複数の電解質板を格子状に組み上げていたが、これに換えて、他の形としてもよく、要は立体的に組み上げた構成であればどのような構成としてもよい。例えば、図２に示すように、縦、横に１枚ずつを組み合わせただけの構成でもよいし、格子に換えて繰り返しの単位が三角形となる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施例としての単室型燃料電池に用いられる電解質−電極接合体１０を示す斜視図である。
【図２】２枚の電解質−電極接合体１０の組み合わせの一例を示す斜視図である。
【図３】インターコネクタ５０の変形例を示す斜視図である。
【図４】単室型燃料電池１００を示す斜視図である。
【図５】単室型燃料電池１００における電極対Ｅの直列接続の様子を示す説明図である。
【図６】第２実施例の単室型燃料電池２００における電極対の直列接続の様子を示す説明図である。
【図７】第３実施例の単室型燃料電池３００における電極対の直列接続の様子を示す説明図である。
【図８】第４実施例の単室型燃料電池に用いられる電解質−電極接合体４１０を示す斜視図である。
【図９】２枚の電解質−電極接合体４１０の組み合わせの一例を示す斜視図である。
【図１０】電解質−電極接合体４１０を組み合わせて作成される単室型燃料電池４００における電極対Ｅの直列接続の様子を示す説明図である。
【図１１】第５実施例の単室型燃料電池５００における電極対の直列接続の様子を示す説明図である。
【図１２】変形例１としての燃料極６３０および酸化剤極６４０を示す斜視図である。
【図１３】変形例２としてのインターコネクタ７５０を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…電解質−電極接合体
２０…電解質板
２２…スリット
２４…櫛歯部分
３０…燃料極
４０…酸化剤極
５０…インターコネクタ
６０…電解質構造体
６２，６４，６６，６８…集電端子
１００…単室型燃料電池
１６２，１６４…集電端子
２００…単室型燃料電池
２２０…電解質板
２３０…燃料極
２４０…酸化剤極
２５０…インターコネクタ
２６０…電解質構造体
２６２，２６４，２６６，２６８，２７０，２７２…集電端子
３００…単室型燃料電池
３２０…電解質板
３５０…インターコネクタ
３６０…電解質構造体
３６６，３６８…集電端子
４００…単室型燃料電池
４２０…電解質板
４２２…スリット
４３０…燃料極
４４０…酸化剤極
４５０…インターコネクタ
４６０…電解質構造体
４６２，４６４，４６６，４６８…集電端子
５００…単室型燃料電池
５２０…電解質板
５３０…燃料極
５４０…酸化剤極
５５０…インターコネクタ
５６２，５６４…集電端子
６３０…燃料極
6３０…燃料極
6３２…櫛歯部分
６４０…酸化剤極
７５０…インターコネクタ
【図１】
2009093802.tif 000003
【図２】
2009093802.tif 000004
【図３】
2009093802.tif 000005
【図４】
2009093802.tif 000006
【図５】
2009093802.tif 000007
【図６】
2009093802.tif 000008
【図７】
2009093802.tif 000009
【図８】
2009093802.tif 000010
【図９】
2009093802.tif 000011
【図１０】
2009093802.tif 000012
【図１１】
2009093802.tif 000013
【図１２】
2009093802.tif 000014
【図１３】
2009093802.tif 000015