JP2012209068A - 固体酸化物形燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】固体酸化物形燃料電池セルの割れの発生を抑制して性能を向上することができる固体酸化物形燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】燃料電池セル積層体のセパレータは、燃料電池セル積層体の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部近傍に配置された中央部セパレータと、燃料電池セル積層体の積層方向の端部近傍に配置された端部セパレータと、を含み、中央部セパレータに設けられたガス流路の断面積が、端部セパレータに設けられたガス流路の断面積よりも大きい固体酸化物形燃料電池スタックである。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池スタックに関する。

近年、燃料が有する化学エネルギを電気エネルギに変換する固体酸化物形燃料電池スタックは、高効率でクリーンな発電装置として注目されている。

図９に、特許文献１等に開示されている従来の固体酸化物形燃料電池スタックの一例の模式的な断面図を示す。図９に示す従来の固体酸化物形燃料電池スタックは、固体酸化物形燃料電池セル積層体１００と、固体酸化物形燃料電池セル積層体２００とが放熱体３００を介して接続された構成を有している。そして、固体酸化物形燃料電池セル積層体２００と、放熱体３００と、固体酸化物形燃料電池セル積層体１００との積層体は、枠体４００に収容されている。

ここで、固体酸化物形燃料電池セル積層体１００，２００は、それぞれ、固体酸化物形燃料電池セル１０１とセパレータ１０２とが交互に積層された構成を有している。また、放熱体３００は、平板状の上側導電性部材３００ａと、平板状の下側導電性部材３００ｂと、これらの間に設置されて、これらの部材を機械的かつ電気的に接続する柱状導電性部材３００ｃとから構成されている。

固体酸化物形燃料電池セル１０１は、それぞれ、酸化物イオン導電体である固体酸化物電解質層と、固体酸化物電解質層の両側にそれぞれ設けられた空気極（カソード）と燃料極（アノード）とを有している。そして、固体酸化物形燃料電池セル１０１のそれぞれの空気極に酸素ガスが供給され、燃料極に水素ガスが供給されることによって、以下に示す反応式（ｉ）および（ｉｉ）に従った化学反応により発電が行なわれる。
空気極：１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｏ^2- …（ｉ）
燃料極：Ｈ₂＋Ｏ^2-→Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- …（ｉｉ）
そして、上記の発電により発生した電子は、放熱体３００を介して固体酸化物形燃料電池セル積層体１００と固体酸化物形燃料電池セル積層体２００との間に流れ、固体酸化物形燃料電池スタックの外部に電気エネルギとして取り出される。

特開２０１０−１８６５７３号公報

電気エネルギを効率的に取り出すためには、固体酸化物形燃料電池スタックは、所定の温度範囲で運転されることが好ましいが、固体酸化物形燃料電池スタックの運転時においては、固体酸化物形燃料電池スタックの積層方向の中央部の温度が端部の温度よりも高くなって上記の所定の温度範囲を超えてしまうことがある。

そのため、固体酸化物形燃料電池スタックの積層方向の中央部に放熱体３００を設置することによって、固体酸化物形燃料電池スタックの積層方向の中央部の温度を低下させている。

しかしながら、従来の固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、図１０に示すように、その運転時において最高温度になる箇所と、最低温度になる箇所との温度差△Ｔ０が５０℃〜１００℃と大きくなる。

なお、図１０の縦軸は、従来の固体酸化物形燃料電池スタックの積層方向における位置を示しており、図１０の縦軸の上方向に進行するにつれて従来の固体酸化物形燃料電池スタックの積層方向における位置が高くなることを示している。また、図１０の横軸は、運転時における従来の固体酸化物形燃料電池スタックの温度（℃）を示しており、図１０の横軸の右方向に進行するにつれて従来の固体酸化物形燃料電池スタックの温度が高くなることを示している。

また、放熱体３００と固体酸化物形燃料電池セル１０１とは熱膨張係数が異なっているとともに、放熱体３００とセパレータ１０２とは形状の相違に起因して剛性が異なっている。

したがって、従来の固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、その運転時に、上記の温度差△Ｔ０と、放熱体３００とそれを挟むセパレータ１０２との剛性の相違とに起因して、放熱体３００に接して配置されたセパレータ１０２に反りが生じ、固体酸化物形燃料電池セル１０１に割れが生じることがあった。その結果、固体酸化物形燃料電池スタックの性能が低下することがあった。

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、固体酸化物形燃料電池セルの割れの発生を抑制して性能を向上することができる固体酸化物形燃料電池スタックを提供することにある。

本発明は、燃料電池セル積層体を備え、燃料電池セル積層体は、交互に積層された、固体酸化物形燃料電池セルと、固体酸化物形燃料電池セルを電気的に接続するためのセパレータと、を有し、セパレータは、燃料電池セル積層体の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部近傍に配置された中央部セパレータと、燃料電池セル積層体の積層方向の端部近傍に配置された端部セパレータと、を含み、中央部セパレータに設けられたガス流路の断面積が、端部セパレータに設けられたガス流路の断面積よりも大きい、固体酸化物形燃料電池スタックである。

ここで、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、中央部セパレータに設けられたガス流路の断面積が、端部セパレータに設けられたガス流路の断面積の１．１倍以上１．５倍以下であることが好ましい。

また、本発明は、第１の燃料電池セル積層体と、第２の燃料電池セル積層体と、第１の燃料電池セル積層体と第２の燃料電池セル積層体との間に設けられた放熱体とを備え、第１の燃料電池セル積層体は、交互に積層された、第１の固体酸化物形燃料電池セルと、第１の固体酸化物形燃料電池セルを電気的に接続するための第１のセパレータとを有し、第２の燃料電池セル積層体は、交互に積層された、第２の固体酸化物形燃料電池セルと、第２の固体酸化物形燃料電池セルを電気的に接続するための第２のセパレータとを有しており、第１のセパレータは、第１の燃料電池セル積層体の第１の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部近傍に配置された第１の中央部セパレータと、第１の燃料電池セル積層体の積層方向の端部近傍に配置された第１の端部セパレータとを有し、第２のセパレータは、第２の燃料電池セル積層体の第２の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部近傍に配置された第２の中央部セパレータと、第２の燃料電池セル積層体の積層方向の端部近傍に配置された第２の端部セパレータとを有しており、第１の中央部セパレータに設けられたガス流路の断面積が第１の端部セパレータに設けられたガス流路の断面積よりも大きく、第２の中央部セパレータに設けられたガス流路の断面積が第２の端部セパレータに設けられたガス流路の断面積よりも大きい固体酸化物形燃料電池スタックである。

ここで、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、第１の中央部セパレータに設けられたガス流路の断面積は、第１の端部セパレータに設けられたガス流路の断面積の１．１倍以上１．５倍以下であって、第２の中央部セパレータに設けられたガス流路の断面積は、第２の端部セパレータに設けられたガス流路の断面積の１．１倍以上１．５倍以下であることが好ましい。

本発明によれば、固体酸化物形燃料電池セルの割れの発生を抑制して性能を向上することができる固体酸化物形燃料電池スタックを提供することができる。

実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な断面図である。 （ａ）は図１に示す中央部セパレータの模式的な断面図であり、（ｂ）は図１に示す通常セパレータの模式的な断面図であり、（ｃ）は図１に示す端部セパレータの模式的な断面図である。 実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの積層方向における位置と、運転時における温度（℃）との関係を示す図である。 実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。 実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。 図４に示す第１の燃料電池セル積層体および図５に示す第２の燃料電池セル積層体のそれぞれの模式的な拡大断面図である。 実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。 実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。 従来の固体酸化物形燃料電池スタックの一例の模式的な断面図である。 従来の固体酸化物形燃料電池スタックの積層方向における位置と、運転時における温度（℃）との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

図１に、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの一例である実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの模式的な断面図を示す。実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックは、第１の燃料電池セル積層体１０と、第２の燃料電池セル積層体２０と、第１の燃料電池セル積層体１０と第２の燃料電池セル積層体２０との間に設けられた放熱体３０とを備えている。そして、第２の燃料電池セル積層体２０と、放熱体３０と、第１の燃料電池セル積層体１０との積層体は、枠体４０に収容されている。

ここで、第１の燃料電池セル積層体１０および第２の燃料電池セル積層体２０は、それぞれ、固体酸化物形燃料電池セルと、固体酸化物形燃料電池セルを電気的に接続するためのセパレータとが交互に積層されて構成されている。

より具体的には、第１の燃料電池セル積層体１０は、固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の下側から、放熱体３０上に配置された端部セパレータ１２ｃと、該端部セパレータ１２ｃ上に配置された固体酸化物形燃料電池セル１１と、該固体酸化物形燃料電池セル１１上に配置された通常セパレータ１２ｂと、該通常セパレータ１２ｂ上に配置された固体酸化物形燃料電池セル１１と、該固体酸化物形燃料電池セル１１上に配置された中央部セパレータ１２ａと、該中央部セパレータ１２ａ上に配置された固体酸化物形燃料電池セル１１と、該固体酸化物形燃料電池セル１１上に配置された通常セパレータ１２ｂと、該通常セパレータ１２ｂ上に配置された固体酸化物形燃料電池セル１１と、該固体酸化物形燃料電池セル１１上に配置された端部セパレータ１２ｃとを備えている。

また、第２の燃料電池セル積層体２０は、固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の下側から、端部セパレータ１２ｃと、該端部セパレータ１２ｃ上に配置された固体酸化物形燃料電池セル１１と、該固体酸化物形燃料電池セル１１上に配置された通常セパレータ１２ｂと、該通常セパレータ１２ｂ上に配置された固体酸化物形燃料電池セル１１と、該固体酸化物形燃料電池セル１１上に配置された中央部セパレータ１２ａと、該中央部セパレータ１２ａ上に配置された固体酸化物形燃料電池セル１１と、該固体酸化物形燃料電池セル１１上に配置された通常セパレータ１２ｂと、該通常セパレータ１２ｂ上に配置された固体酸化物形燃料電池セル１１と、該固体酸化物形燃料電池セル１１上に配置された端部セパレータ１２ｃとを備えている。

すなわち、第１の燃料電池セル積層体１０を構成するセパレータのうち、中央部セパレータ１２ａは、第１の燃料電池セル積層体１０の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部近傍に配置されたセパレータであり、端部セパレータ１２ｃは、第１の燃料電池セル積層体１０の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の上方向の端部と下方向の端部とのそれぞれの端部の近傍に配置されたセパレータである。

また、第２の燃料電池セル積層体２０を構成するセパレータのうち、中央部セパレータ１２ａは、第２の燃料電池セル積層体２０の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部近傍に配置されたセパレータであり、端部セパレータ１２ｃは、第２の燃料電池セル積層体２０の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の上方向の端部と下方向の端部とのそれぞれの近傍に配置されたセパレータである。

なお、本明細書において、端部セパレータは、必ずしも燃料電池セル積層体の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の最端部に位置している必要はなく、中央部セパレータよりも、燃料電池セル積層体の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の端部側に位置していればよいが、本発明の効果をより効果的に発現させる観点からは、燃料電池セル積層体の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の最端部に位置していることが好ましい。

また、本明細書において、中央部セパレータは、必ずしも燃料電池セル積層体の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部に位置している必要はなく、端部セパレータよりも、燃料電池セル積層体の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部側に位置していればよいが、本発明の効果をより効果的に発現させる観点からは、燃料電池セル積層体の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部に位置していることが好ましい。

また、放熱体３０は、平板状の上側導電性部材３０ａと、平板状の下側導電性部材３０ｂと、上側導電性部材３０ａと下側導電性部材３０ｂとの間に設置されて、上側導電性部材３０ａと下側導電性部材３０ｂとを機械的かつ電気的に接続する柱状導電性部材３０ｃとを備えている。

ここで、第１の燃料電池セル積層体１０の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の最下方に位置する固体酸化物形燃料電池セル１１と、放熱体３０の上側導電性部材３０ａとが電気的に接続されている。

また、第２の燃料電池セル積層体２０の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の最上方に位置する固体酸化物形燃料電池セル１１と、放熱体３０の下側導電性部材３０ｂとが電気的に接続されている。

そして、上側導電性部材３０ａと、下側導電性部材３０ｂとが、柱状導電性部材３０ｃによって機械的かつ電気的に接続されていることから、第１の燃料電池セル積層体１０と第２の燃料電池セル積層体２０とが電気的に接続されていることになる。

図２（ａ）に図１に示す中央部セパレータ１２ａの模式的な断面図を示し、図２（ｂ）に図１に示す通常セパレータ１２ｂの模式的な断面図を示し、図２（ｃ）に図１に示す端部セパレータ１２ｃの模式的な断面図を示す。

図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、中央部セパレータ１２ａ、通常セパレータ１２ｂおよび端部セパレータ１２ｃは、それぞれ、同一の厚さｔを有する導電性部材からなる本体部１４ａ、本体部１４ｂおよび本体部１４ｃを有している。そして、中央部セパレータ１２ａの本体部１４ａ、通常セパレータ１２ｂの本体部１４ｂ、および端部セパレータ１２ｃの本体部１４ｃには、それぞれ、中空のガス流路１３ａ、ガス流路１３ｂ、およびガス流路１３ｃが形成されている。なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）は、それぞれ、ガス流路１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長手方向に直交する方向の断面を示している。

そして、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、ガス流路１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長手方向に直交する方向の断面の断面積は、図２（ａ）に示す中央部セパレータ１２ａのガス流路１３ａの断面積が最も大きく、図２（ｃ）に示す端部セパレータ１２ｃのガス流路１３ｃの断面積が最も小さくなっている。そして、図２（ｂ）に示す通常セパレータ１２ｂのガス流路１３ｃの断面積は、図２（ａ）に示す中央部セパレータ１２ａのガス流路１３ａの断面積と、図２（ｃ）に示す端部セパレータ１２ｃのガス流路１３ｃの断面積との間の大きさになっている。

したがって、第１の燃料電池セル積層体１０および第２の燃料電池セル積層体２０においては、それぞれ、セパレータ内部のガス流路の長手方向に直交する方向の断面積の大きさが、固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の一方の端部側から他方の端部側にかけて、一旦、連続的に増大した後に、連続的に減少する構成となっている。

このような構成を有するセパレータ内部のガス流路にたとえば空気を流して実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックを運転させた場合には、ガス流路の断面積が大きい中央部近傍においてはより多くの空気を流すことができることから、空気により固体酸化物形燃料電池スタックの運転時の発熱による温度上昇を抑えることができる。また、ガス流路の断面積が小さい端部近傍においては空気を流す量が少量に抑えられることから空気による固体酸化物形燃料電池スタックの運転時の発熱による温度の上昇を中央部近傍に比べて抑えることができない。

これにより、実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、たとえば図３に示すように、運転時において最高温度になる箇所と、最低温度になる箇所との温度差△Ｔ１を、図１０に示す従来の固体酸化物形燃料電池スタックの温度差△Ｔ０と比べて小さくすることができる。そのため、実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、放熱体３０に接して配置された端部セパレータ１２ｃに発生する反りを抑えることができることから、固体酸化物形燃料電池セル１１の割れの発生を抑えることができ、ひいては、固体酸化物形燃料電池スタックの性能を向上することができる。

なお、図３の縦軸は、実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの積層方向における位置を示しており、図３の縦軸の上方向に進行するにつれて実施の形態のの固体酸化物形燃料電池スタックの積層方向における位置が高くなることを示している。また、図３の横軸は、運転時における実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの温度（℃）を示しており、図３の横軸の右方向に進行するにつれて実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの温度が高くなることを示している。

ここで、図２（ａ）に示す中央部セパレータ１２ａのガス流路１３ａの長手方向に直交する方向の断面の断面積は、図２（ｃ）に示す端部セパレータ１２ｃのガス流路１３ｃの長手方向に直交する方向の断面の断面積の１．１倍以上１．５倍以下であることが好ましい。この場合には、実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの固体酸化物形燃料電池セルの運転時における積層方向の中央部近傍における温度と、積層方向の端部近傍における温度との温度差をさらに低減することができる傾向にある。そのため、固体酸化物形燃料電池セル１１の割れの発生をさらに抑えて、固体酸化物形燃料電池スタックの性能をさらに向上することができる傾向にある。

以下、図４〜図８の模式的断面図を参照して、実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックの製造方法の一例について説明する。

まず、図４に示すように、第１の燃料電池セル積層体１０を形成する工程を行なわれる。第１の燃料電池セル積層体１０は、たとえば、端部セパレータ１２ｃ、固体酸化物形燃料電池セル１１、通常セパレータ１２ｂ、固体酸化物形燃料電池セル１１、中央部セパレータ１２ａ、固体酸化物形燃料電池セル１１、通常セパレータ１２ｂ、固体酸化物形燃料電池セル１１、および端部セパレータ１２ｃをこの順序で互いに電気的に接続しながら積層することによって形成することができる。

また、図５に示すように、第２の燃料電池セル積層体２０を形成する工程が行なわれる。第２の燃料電池セル積層体２０も、たとえば、第１の燃料電池セル積層体１０と同様にして、端部セパレータ１２ｃ、固体酸化物形燃料電池セル１１、通常セパレータ１２ｂ、固体酸化物形燃料電池セル１１、中央部セパレータ１２ａ、固体酸化物形燃料電池セル１１、通常セパレータ１２ｂ、固体酸化物形燃料電池セル１１、および端部セパレータ１２ｃをこの順序で互いに電気的に接続しながら積層することによって形成することができる。

なお、第１の燃料電池セル積層体１０を形成する工程と、第２の燃料電池セル積層体２０を形成する工程とが行なわれる順序は特に限定されず、第１の燃料電池セル積層体１０を先に形成してもよく、第２の燃料電池セル積層体２０を先に形成してもよく、第１の燃料電池セル積層体１０と第２の燃料電池セル積層体２０とを同時に形成してもよい。

図６に、図４に示す第１の燃料電池セル積層体１０および図５に示す第２の燃料電池セル積層体２０のそれぞれの模式的な拡大断面図を示す。図６に示すように、固体酸化物形燃料電池セル１１は、固体酸化物からなる電解質１１ａと、電解質１１ａの上面に設けられた空気極１１ｂと、電解質１１ａの下面に設けられた燃料極１１ｃとを備えている。

固体酸化物からなる電解質１１ａとしては、空気極１１ｂにおける電極反応によって生成した酸化物イオンなどのイオンを伝導できる固体酸化物であれば特に限定されず、たとえば、ジルコニア系酸化物、セリア系酸化物、ランタンガレート系酸化物、バリウムセレート系酸化物、バリウムジルコネート系酸化物、ストロンチウムセレート系酸化物、ストロンチウムジルコネート系酸化物、ランタンシリケート系酸化物などの電解質を特に限定なく用いることができる。なかでも、固体酸化物からなる電解質１１ａとしては、下記の組成式（Ｉ）で表わされるランタンガレート系酸化物を用いることが好ましい。

Ｌａ_1-sＳｒ_sＧａ_1-(u+v)Ｃｏ_uＭｇ_vＯ_w …（Ｉ）
上記の組成式（Ｉ）において、ｓは０≦ｓ≦０．２５を満たす実数を示し、ｕは０≦ｕ≦０．１を満たす実数を示し、ｖは０．０５≦ｖ≦０．２５を満たす実数を示し、ｗは２．７≦ｗ≦３．０２５を満たす実数を示すことが好ましい。

固体酸化物からなる電解質１１ａの厚さは、たとえば、１８０μｍ以上２２０μｍ以下とすることができる。

空気極１１ｂとしては、空気極として機能するものであれば特に限定されないが、たとえば、厚さ３０μｍ以上５０μｍ以下の空気極などを用いることができる。

燃料極１１ｃとしては、燃料極として機能するものであれば特に限定されないが、たとえば、厚さ３０μｍ以上５０μｍ以下のニッケルセリア系の燃料極などを用いることができる。

また、中央部セパレータ１２ａおよび通常セパレータ１２ｂは、それぞれ、これらのセパレータの直下に位置する固体酸化物形燃料電池セル１１の空気極１１ｂと、これらのセパレータの直上に位置する固体酸化物形燃料電池セル１１の燃料極１１ｃとを電気的に接続している。

また、固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の最上方に位置する端部セパレータ１２ｃは、当該端部セパレータ１２ｃの直下に位置する固体酸化物形燃料電池セル１１の空気極１１ｂと電気的に接続されている。

さらに、固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の最下方に位置する端部セパレータ１２ｃは、当該端部セパレータ１２ｃの直上に位置する固体酸化物形燃料電池セル１１の燃料極１１ｃと電気的に接続されている。

中央部セパレータ１２ａ、通常セパレータ１２ｂおよび端部セパレータ１２ｃとしては、それぞれ、導電性材料からなるものを特に限定なく用いることができ、たとえば、ステンレスなどを用いることができる。なお、中央部セパレータ１２ａ、通常セパレータ１２ｂおよび端部セパレータ１２ｃは、ガス流路の長手方向に直交する方向の断面の断面積の大きさのみが異なり、同一の形状および同一の材質からなることが、固体酸化物形燃料電池スタックの製造効率を向上させる観点から好ましい。

なお、固体酸化物形燃料電池セル１１、中央部セパレータ１２ａ、通常セパレータ１２ｂおよび端部セパレータ１２ｃは、それぞれ、たとえば、多角形の表面を有する板状、または円板状などにすることができる。

次に、図７に示すように、第２の燃料電池セル積層体２０上に、放熱体３０を積層する工程が行なわれる。ここで、放熱体３０は、たとえば、放熱体３０の下側導電性部材３０ｂが第２の燃料電池セル積層体２０の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の最上方に位置する端部セパレータ１２ｃと電気的に接続されるようにして、第２の燃料電池セル積層体２０上に設置することができる。

次に、図８に示すように、放熱体３０上に第１の燃料電池セル積層体１０を設置する工程が行なわれる。ここで、第１の燃料電池セル積層体１０は、たとえば、第１の燃料電池セル積層体１０の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の最下方に位置する端部セパレータ１２ｃと、放熱体３０の最上方に位置する上側導電性部材３０ａとが電気的に接続されるようにして、放熱体３０上に設置することができる。

その後、図１に示すように、第２の燃料電池セル積層体２０、放熱体３０および第１の燃料電池セル積層体１０の積層体を枠体４０の内部に収容することによって、実施の形態の固体酸化物形燃料電池スタックを作製することができる。

なお、上記において、中央部セパレータ１２ａ、通常セパレータ１２ｂおよび端部セパレータ１２ｃは、それぞれ、ステンレスであることが好ましい。この場合には、固体酸化物形燃料スタックの発電時における中央部セパレータ１２ａ、通常セパレータ１２ｂおよび端部セパレータ１２ｃのそれぞれの導電性が向上する傾向にある。

また、上記においては、第１の燃料電池セル積層体１０と、第２の燃料電池セル積層体２０との２つの燃料電池セル積層体から固体酸化物形燃料電池スタックを作製したが、燃料電池セル積層体の数は２つに限定されないことは言うまでもない。

また、固体酸化物形燃料電池セル１１、中央部セパレータ１２ａ、通常セパレータ１２ｂおよび端部セパレータ１２ｃのそれぞれの枚数も上記に限定されないことは言うまでもない。すなわち、固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部近傍に少なくとも１枚の中央部セパレータ１２ａが存在し、固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部セパレータ１２ａの設置箇所よりも端部側に、ガス流路の長手方向と直交する方向のガス流路の断面積が中央部セパレータ１２ａよりも小さい少なくとも１枚の端部セパレータ１２ｃが存在していればよい。なお、通常セパレータ１２ｂは含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、固体酸化物形燃料電池スタックに利用することができる。

１０ 第１の燃料電池セル積層体、１１ 固体酸化物形燃料電池セル、１１ａ 電解質、１１ｂ 空気極、１１ｃ 燃料極、１２ａ 中央部セパレータ、１２ｂ 通常セパレータ、１２ｃ 端部セパレータ、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ ガス流路、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 本体部、２０ 第２の燃料電池セル積層体、３０ 放熱体、３０ａ 上側導電性部材、３０ｂ 下側導電性部材、３０ｃ 柱状導電性部材、４０ 枠体、１００，２００ 固体酸化物形燃料電池セル積層体、１０１ 固体酸化物形燃料電池セル、１０２ セパレータ、３００ 放熱体、３００ａ 上側導電性部材、３００ｂ 下側導電性部材、３００ｃ 柱状導電性部材、４００ 枠体。

Claims (4)

1. 燃料電池セル積層体を備え、
   前記燃料電池セル積層体は、交互に積層された、固体酸化物形燃料電池セルと、前記固体酸化物形燃料電池セルを電気的に接続するためのセパレータと、を有し、
   前記セパレータは、前記燃料電池セル積層体の前記固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部近傍に配置された中央部セパレータと、前記燃料電池セル積層体の前記積層方向の端部近傍に配置された端部セパレータと、を含み、
   前記中央部セパレータに設けられたガス流路の断面積が、前記端部セパレータに設けられたガス流路の断面積よりも大きい、固体酸化物形燃料電池スタック。
2. 前記中央部セパレータに設けられた前記ガス流路の前記断面積は、前記端部セパレータに設けられた前記ガス流路の前記断面積の１．１倍以上１．５倍以下である、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
3. 第１の燃料電池セル積層体と、
   第２の燃料電池セル積層体と、
   前記第１の燃料電池セル積層体と、前記第２の燃料電池セル積層体と、の間に設けられた放熱体と、を備え、
   前記第１の燃料電池セル積層体は、交互に積層された、第１の固体酸化物形燃料電池セルと、前記第１の固体酸化物形燃料電池セルを電気的に接続するための第１のセパレータと、を有し、
   前記第２の燃料電池セル積層体は、交互に積層された、第２の固体酸化物形燃料電池セルと、前記第２の固体酸化物形燃料電池セルを電気的に接続するための第２のセパレータと、を有しており、
   前記第１のセパレータは、前記第１の燃料電池セル積層体の前記第１の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部近傍に配置された第１の中央部セパレータと、前記第１の燃料電池セル積層体の前記積層方向の端部近傍に配置された第１の端部セパレータと、を有し、
   前記第２のセパレータは、前記第２の燃料電池セル積層体の前記第２の固体酸化物形燃料電池セルの積層方向の中央部近傍に配置された第２の中央部セパレータと、前記第２の燃料電池セル積層体の前記積層方向の端部近傍に配置された第２の端部セパレータと、を有しており、
   前記第１の中央部セパレータに設けられたガス流路の断面積が、前記第１の端部セパレータに設けられたガス流路の断面積よりも大きく、
   前記第２の中央部セパレータに設けられたガス流路の断面積が、前記第２の端部セパレータに設けられたガス流路の断面積よりも大きい、固体酸化物形燃料電池スタック。
4. 前記第１の中央部セパレータに設けられた前記ガス流路の前記断面積は、前記第１の端部セパレータに設けられた前記ガス流路の前記断面積の１．１倍以上１．５倍以下であって、
   前記第２の中央部セパレータに設けられた前記ガス流路の前記断面積は、前記第２の端部セパレータに設けられた前記ガス流路の前記断面積の１．１倍以上１．５倍以下である、請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。

Images