WO2016189620A1 - 固体酸化物型燃料電池 - Google Patents

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矢島　健太郎
隆夫 和泉
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Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a solid oxide fuel cell.
  • a fuel cell is a device that converts scientific energy into electrical energy through an electrochemical reaction (see, for example, Patent Document 1).
  • a solid oxide fuel cell which is a kind of such fuel cell, each layer of a fuel electrode, a solid electrolyte and an air electrode is laminated, and this is used as a power generation part of the fuel cell, and fuel gas such as hydrogen or hydrocarbon is externally supplied.
  • the fuel electrode is supplied and an oxidant gas such as air is supplied to the air electrode to generate electricity.
  • a cell that is a power generation unit of a fuel cell is sandwiched between current collectors that collect electrons from a fuel electrode and an air electrode, and the current collector further includes a fuel channel and an air channel. It functions as a separator for partition formation.
  • Some cells have a laminated structure of a metal support, a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode held by a metal support to ensure strength.
  • a temperature difference may occur between the outer edge portion of the cell (portion in the vicinity of the casing) and the inner area of the outer edge portion, particularly during rapid start-up.
  • the cell expands due to thermal expansion, and since the periphery is held by the housing, the plate-shaped cell may be greatly deformed in the film thickness direction.
  • the bending deformation of the cell in the film thickness direction may cause the cell and the current collector that are in contact to be separated from each other, increasing the current collection resistance (ASR) and reducing the output of the fuel cell.
  • ASR current collection resistance
  • the present invention provides a solid oxide fuel cell that has good contact between the cell and the current collector during rapid start-up, and can suppress an increase in current collection resistance and a decrease in the output of the fuel cell. With the goal.
  • a cell and a current collector are laminated.
  • the cell is provided with a deformation guiding portion that is more easily deformed than other portions of the cell.
  • the cell When the cell is deformed due to thermal expansion, the cell is likely to be deformed with the deformation inducing portion as a base point, so that it is possible to suppress separation of the current collector and the cell. Thereby, the contact property between the cell and the current collector at the time of rapid activation is improved, and an increase in current collecting resistance and a decrease in the output of the fuel cell can be suppressed.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a solid oxide fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a state where the cell according to the first embodiment is deformed.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a method for manufacturing a cell according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the evaluation results of the current collection resistance improvement degree.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a solid oxide fuel cell according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a solid oxide fuel cell according to the third embodiment of the present invention.
  • Solid oxide fuel cells are a type of fuel cell that is a device that converts scientific energy into electrical energy through an electrochemical reaction.
  • the solid oxide fuel cell according to this embodiment includes a cell 1 as a power generation unit of the fuel cell, and a current collector that collects electrons from the fuel electrode 4 and the air electrode 6 of the cell 1. 2 and a housing (not shown) that accommodates the cell 1 and the current collector 2.
  • the cell 1 has a three-layer structure in which a solid electrolyte 5 is sandwiched between a fuel electrode (anode electrode) 4 and an air electrode (cathode electrode) 6, and these fuel electrode 4 and solid electrolyte 5 and the air electrode 6 are laminated
  • the metal support 3 is formed of a conductive material for the purpose of improving the output per unit area of the fuel cell, but gas permeability is also required to supply fuel gas or oxidant gas to the electrode. .
  • the metal support 3 is formed of a porous metal substrate formed by sintering fine particles of high Cr stainless steel.
  • the fuel electrode 4 for example, a noble metal such as nickel (Ni), cobalt (Co) and platinum (Pt) can be used. Further, a cermet of nickel (Ni) and a solid electrolyte can be used as the fuel electrode 4.
  • the characteristics required for the fuel electrode 4 include a strong resistance to a reducing atmosphere, permeation of fuel gas, high electrical conductivity, and excellent catalytic action for converting hydrogen molecules into protons. .
  • the air electrode 6 for example, metal powder particles such as silver (Ag) and platinum (Pt) can be used. Further, as the air electrode 6, oxide powder particles having a perovskite structure typified by lanthanum strontium manganite (LSM: LaSrMnO) and lanthanum strontium cobaltite (LSC: LaSrCoO) can also be used.
  • LSM LaSrMnO
  • LSC LaSrCoO
  • the characteristics required for the air electrode 6 include resistance to oxidation, permeation of oxidant gas, high electrical conductivity, and excellent catalytic action for converting oxygen molecules into oxygen ions. It is done.
  • oxygen gas molecules are decomposed into oxygen ions and electrons at the three-phase interface serving as an active point, and the oxygen ions are conducted to the fuel electrode 4 through the solid electrolyte 5. Further, in the fuel electrode 4, oxygen ions conducted from the solid electrolyte 5 react with fuel gas molecules at the three-phase interface which is also an active point, and electrons are emitted at that time.
  • solid electrolyte 5 for example, stabilized zirconia in which yttria (Y2O3), neodymium (Nd2O3), samaria (Sm2O3), gadria (Gd2O3), scandia (Sc2O3), or the like can be used.
  • Y2O3 yttria
  • Nd2O3 neodymium
  • Sm2O3 samaria
  • Gd2O3 gadria
  • Sc2O3 scandia
  • CeO3 cerium oxide
  • CeO2O2O2O3 cerium oxide
  • oxide powder particles such as bismuth oxide (Bi2O3) and lanthanum gallium oxide (LaGaO3) can also be used.
  • the current collector 2 is laminated so as to sandwich both surfaces of the cell 1 and is in contact with both surfaces of the cell 1.
  • the current collector 2 further functions as a separator that partitions the fuel channel and the air channel with the cell 1.
  • the current collector 2 is formed of a material (for example, Fe alloy or SUS) that has excellent oxidation resistance and conductivity.
  • a portion corresponding to an active region contributing to power generation in the cell 1 is formed in a corrugated plate shape, and a contact portion 7 that contacts the metal support 3 and a contact portion that contacts the air electrode 6. 8 are alternately arranged.
  • the current collector 2 is laminated in a symmetrical manner in which the contact portion 7 with the metal support 3 and the contact portion 8 with the air electrode 6 are in the same position with the cell 1 in between.
  • the current collector 2 is fixed to the cell 1 by welding the contact portion 7 of the current collector 2 with the metal support 3.
  • the weld 9 is shown as an ellipse.
  • a solid oxide fuel cell having a stack structure is formed by laminating the aforementioned cell 1 and current collector 2 in multiple layers.
  • the cell 1 is provided with the deformation induction unit 10, and the deformation induction unit 10 is configured to be more easily deformed than other portions of the cell 1. Then, when the cell 1 is deformed due to thermal expansion, the cell 1 is easily deformed with the deformation guiding portion 10 as a base point.
  • the deformation induction part 10 is formed on the metal support 3 along the contact parts 7 and 8 with the cell 1 of the current collector 2, that is, the flow direction of the fuel flow path or the air flow path (the direction orthogonal to the plane of FIG. 1). ) Along the line.
  • the deformation guiding unit 10 has a structure for facilitating the deformation of the cell 1 with the deformation guiding unit 10 as a base point, such as adding a crease in advance when the cell 1 is compared to origami.
  • the deformation induction portion 10 is provided on the metal support 3 because it is generally difficult to provide the deformation induction portion 10 on the fuel electrode 4, the solid electrolyte 5, and the air electrode 6.
  • the deformation induction part 10 is disposed on the metal support 3 in pairs with the contact part 7 of the current collector 2 with the metal support 3 interposed therebetween. Further, the deformation guide portion 10 is disposed at an intermediate portion between the contact portions 7 and 7 adjacent to each other on the metal support 3.
  • the deformation induction part 10 of 1st embodiment is the thin film part 11 whose film thickness of the metal support body 3 is thinner than another part. Although not shown, the thin film portion 11 is intermittently disposed in the flow direction of the fuel flow path or the air flow path (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1).
  • a plate-shaped metal support 3 is prepared by sintering fine particles of high Cr stainless steel (FIG. 3A).
  • the thin film portion 11 is formed on either one of both surfaces of the metal support 3 by using grinding or etching (FIG. 3B). At this time, the thin film portion 11 is formed outside the contact portion that contacts the current collector 2, and another thin film portion 11 is formed between the contact portion that contacts the current collector 2 and the adjacent contact portion. Formed in the site.
  • the fuel electrode 4, the solid electrolyte 5 and the air electrode 6 are formed on the surface of the metal support 3 opposite to the surface on which the thin film portion 11 is formed (FIG. 3 (c)).
  • the solid electrolyte 5 was formed using a sputtering method
  • the air electrode 6 was formed using a coating method.
  • the separator pitch of the specimen is 4 mm, and the film thickness of the cell is 300 ⁇ m.
  • the specimen has a stack structure in which cells and current collectors are stacked in multiple layers as shown in FIG. 1, and the outer edge surface of the cells is held by a casing.
  • the specimens of the examples were provided with a deformation induction part (thin film part) on the metal support, and the test specimens of the comparative example were not provided with the deformation induction part (thin film part) on the metal support.
  • the solid oxide fuel cell according to this embodiment includes a plate-like cell 1 having a structure in which a fuel electrode 4, a solid electrolyte 5, and an air electrode 6 are laminated on a metal support 3, and both surfaces of the cell 1.
  • Current collectors 2 stacked so as to sandwich them.
  • the current collector 2 is in contact with both surfaces of the cell 1.
  • the cell 1 has a deformation guiding portion 10 that is more easily deformed than other portions of the cell 1.
  • the cell 1 When the cell 1 is deformed due to thermal expansion, the cell 1 is likely to be deformed with the deformation guiding portion 10 as a base point, so that it is possible to suppress the current collector 2 and the cell 1 from being separated. Thereby, the contact property between the cell 1 and the current collector 2 at the time of rapid activation is improved, and an increase in current collecting resistance and a decrease in the output of the fuel cell can be suppressed.
  • the deformation guiding part 10 extends linearly.
  • the deformation guiding portion 10 extends linearly, when the cell 1 is deformed due to thermal expansion, the cell 1 is easily deformed with the deformation guiding portion 10 as a starting point as shown in FIG. Become. Therefore, when the cell 1 is deformed due to thermal expansion, it is possible to more reliably suppress the current collector 2 and the cell 1 from separating.
  • the deformation induction part 10 is disposed in a pair with the contact part 7 between the current collector 2 and the cell 1 (metal support 3) interposed therebetween.
  • the deformation induction unit 10 is disposed in a pair with the contact unit 7 interposed therebetween. It becomes easy to bend using the contact parts 7 and 8 with 1 as fulcrums. Therefore, when the cell 1 is deformed due to thermal expansion, it is possible to more reliably suppress the current collector 2 and the cell 1 from separating.
  • the deformation guide portion 10 is disposed at an intermediate portion between the contact portions 7 and 7 adjacent to each other.
  • the current collector is disposed as the deformation guide portion 10 is disposed at an intermediate portion between the contact portions 7 and 7 adjacent to each other. It becomes easy to bend using the contact parts 7 and 8 with the cell 1 of 2 as fulcrums. Therefore, when the cell 1 is deformed due to thermal expansion, it is possible to more reliably suppress the current collector 2 and the cell 1 from separating.
  • the deformation induction part 10 is the thin film part 11 in which the film thickness of the metal support 3 is thinner than other parts.
  • the deformation inducing part 10 is a thin film part 11 in which the film thickness of the metal support 3 is thinner than other parts, so that the cell 1 is easily deformed with the thin film part 11 as a starting point, as shown in FIG. Therefore, when the cell 1 is deformed due to thermal expansion, it is possible to more reliably suppress the current collector 2 and the cell 1 from separating.
  • the cell 1 is provided with a deformation induction part 20, and the deformation induction part 20 is more than the other part of the cell 1. It is configured to be easily deformed, and when the cell 1 is deformed due to thermal expansion, the cell 1 is easily deformed with the deformation guiding portion 20 as a base point.
  • the deformation guiding part 20 is formed on the metal support 3 along the contact parts 7 and 8 with the cell 1 of the current collector 2, that is, the flow direction of the fuel flow path or the air flow path (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 5). ) Along the line.
  • the deformation guiding part 20 has a structure for facilitating the deformation of the cell 1 with the deformation guiding part 20 as a base point, such as attaching a crease in advance when the cell 1 is compared to origami.
  • the deformation induction portion 20 is provided on the metal support 3 because it is generally difficult to provide the deformation induction portion 20 on the fuel electrode 4, the solid electrolyte 5, and the air electrode 6.
  • the deformation induction part 20 is disposed on the metal support 3 in a pair with the contact part 7 of the current collector 2 with the metal support 3 interposed therebetween. Further, the deformation guide portion 20 is disposed at an intermediate portion between the contact portions 7 and 7 adjacent to each other on the metal support 3.
  • the deformation induction part 20 of 2nd embodiment is the sparse structure part 21 whose porosity of the porous metal substrate which comprises the metal support body 3 is higher than another part.
  • the sparse structure portion 21 is intermittently disposed in the flow direction of the fuel flow path or the air flow path (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 5).
  • the sparse structure portion 21 may be continuously arranged in the flow direction of the fuel flow path or the air flow path (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 5).
  • a plate-like metal support 3 is prepared by sintering fine particles of high Cr stainless steel.
  • a groove is formed on either one of both surfaces of the metal support 3 using grinding or etching. At this time, the groove was formed in the outer part of the contact part in contact with the current collector 2, and another groove was formed in the intermediate part between the contact part in contact with the current collector 2 and the adjacent contact part. .
  • high Cr stainless steel particles having a particle size larger than that of the metal support 3 are dispersed in a viscous organic binder solution to form a viscous slurry, and after filling the groove, sintering treatment is performed. Do.
  • the sparse structure portion 21 was formed on the metal support 3 by such a process.
  • the fuel electrode 4, the solid electrolyte 5, and the air electrode 6 are formed on the surface of the metal support 3 opposite to the surface on which the sparse structure portion 21 is formed.
  • the solid electrolyte 5 was formed using a sputtering method
  • the air electrode 6 was formed using a coating method.
  • the current collector 2 is laminated.
  • the deformation induction part 20 of 2nd embodiment is the sparse structure part 21 whose porosity of the porous metal substrate which comprises the metal support body 3 is higher than another part.
  • the deformation induction part 20 is the sparse structure part 21 in which the porosity of the porous metal substrate constituting the metal support 3 is higher than that of the other part, the cell 1 is easily deformed with the sparse structure part 21 as a base point. . Therefore, it is possible to suppress the current collector 2 and the cell 1 from separating when the cell 1 is deformed due to thermal expansion. Moreover, since the deformation
  • a solid oxide fuel cell according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the cell 1 is provided with a deformation induction part 30, and the deformation induction part 30 is more than the other part of the cell 1. It is configured to be easily deformed, and when the cell 1 is deformed due to thermal expansion, the cell 1 is easily deformed with the deformation guiding portion 30 as a base point.
  • the deformation guide 30 is formed on the metal support 3 along the contact portions 7 and 8 with the cell 1 of the current collector 2, that is, the flow direction of the fuel flow path or the air flow path (the direction orthogonal to the paper surface of FIG. 6). ) Along the line.
  • the deformation guiding part 30 has a structure for facilitating the deformation of the cell 1 with the deformation guiding part 20 as a base point, such as attaching a crease in advance when the cell 1 is compared to origami.
  • the deformation induction part 30 is provided on the metal support 3 because it is generally difficult to provide the deformation induction part 30 on the fuel electrode 4, the solid electrolyte 5 and the air electrode 6.
  • the deformation induction part 30 is arrange
  • the deformation induction part 30 of the third embodiment is a groove part 31 provided on the surface of the metal support 3. Although not shown, the groove 31 extends continuously in the flow direction of the fuel flow path or the air flow path (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 6).
  • the deformation guiding part 30 of the third embodiment is a groove part 31 provided on the surface of the metal support 3.
  • the deformation induction part 30 is the groove part 31 provided on the surface of the metal support 3, so that the cell 1 is easily deformed with the groove part 31 as a base point. Therefore, it is possible to suppress the current collector 2 and the cell 1 from separating when the cell 1 is deformed due to thermal expansion.
  • the fuel electrode 4 is laminated so as to be in contact with the metal support 3 among the three-layer laminated structure of the fuel electrode 4, the solid electrolyte 5, and the air electrode 6.
  • the air electrode 6 may be laminated so as to be in contact with the metal support 3.
  • the deformation induction part 10 thin film part 11 of 1st embodiment
  • the deformation induction part 20 sinse structure part 21 of 2nd embodiment
  • the deformation induction part 30 groove part 31 of 3rd embodiment mutually. It can be used in combination.

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Abstract

固体酸化物型燃料電池は、金属支持体（３）に燃料極（４）と固体電解質（５）と空気極（６）とを積層した構造を有する板状のセル（１）と、セル（１）の両面を挟み込むように積層された集電体（２）と、を備える。集電体（２）は、セル（１）の両面にそれぞれ接触している。セル（１）は、セル（１）の他の部分よりも変形し易い変形誘導部（１０，２０，３０）を有し、熱膨張に伴いセル（１）が変形する際に、セル１が変形誘導部（１０，２０，３０）を基点として変形し易くなる。

Description

固体酸化物型燃料電池
　本発明は、固体酸化物型燃料電池に関する。
　燃料電池は、科学エネルギーを電気化学的な反応により電気エネルギーに変換する装置である（例えば、特許文献１参照）。このような燃料電池の一種である固体酸化物型燃料電池では、燃料極、固体電解質および空気極の各層を積層し、これを燃料電池の発電部として外部から水素や炭化水素などの燃料ガスを燃料極に供給し、かつ、空気極には空気などの酸化剤ガスを供給して電気を発生させる仕組みとなっている。
　一般的に、燃料電池の発電部であるセルは、燃料極および空気極から電子を集電する集電体で挟み込まれており、さらに、この集電体は、燃料流路および空気流路を区画形成するセパレータとして機能する。また、セルは、強度を確保するために金属支持体によって保持されて、金属支持体と燃料極と固体電解質と空気極との積層構造となっているものもある。
特開２００１－３５５１４号公報
　前述のような固体酸化物型燃料電池では、特に急速起動時にセルの外縁部（筐体近傍の部分）と外縁部よりも内側の領域とで温度差が生じ得る。その際、セルは熱膨張によって伸長するところ、周囲を筐体により保持されているため、板状のセルが膜厚方向に大きく湾曲変形する可能性がある。このセルの膜厚方向への湾曲変形は接触していたセルと集電体とが離れ、集電抵抗（ＡＳＲ）が増加し、燃料電池の出力を低下させる虞がある。
　そこで、本発明は、急速起動時におけるセルと集電体との接触性がよく、集電抵抗の増加および燃料電池の出力の低下を抑制することができる固体酸化物型燃料電池を提供することを目的とする。
　本発明に係る固体酸化物型燃料電池では、セルと、集電体とが積層される。セルにセルの他の部分よりも変形し易い変形誘導部が設けられる。
　熱膨張に伴いセルが変形する際に、セルが変形誘導部を基点として変形し易くなるため、集電体とセルとが離れるのを抑制することが可能になる。これにより、急速起動時におけるセルと集電体との接触性がよくなり、集電抵抗の増加および燃料電池の出力の低下を抑制することができる。
図１は、本発明の第一実施形態に係る固体酸化物型燃料電池の部分断面図である。 図２は、第一実施形態に係るセルが変形した状態を示す説明図である。 図３は、第一実施形態に係るセルを製造する方法の一例を示す説明図である。 図４は、集電抵抗改善度の評価結果を示すグラフである。 図５は、本発明の第二実施形態に係る固体酸化物型燃料電池の部分断面図である。 図６は、本発明の第三実施形態に係る固体酸化物型燃料電池の部分断面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面とともに詳述する。
　［第一実施形態］
　本発明の第一実施形態に係る固体酸化物型燃料電池を図１から図４に基づいて説明する。
　固体酸化物型燃料電池は、科学エネルギーを電気化学的な反応により電気エネルギーに変換する装置である燃料電池の一種である。本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池は、図１に示すように、燃料電池の発電部としてのセル１と、セル１の燃料極４および空気極６から電子を集電する集電体２と、これらのセル１および集電体２を収容する筐体（図示せず）と、を備えている。
　セル１は、燃料極（アノード極）４と空気極（カソード極）６との間に固体電解質５を挟み込んだ三層の積層構造を有しており、さらに、これらの燃料極４と固体電解質５と空気極６とが、強度を確保するための金属支持体（メタルサポート）３に積層されている。すなわち、セル（金属支持型セル）１は、金属支持体３と燃料極４と固体電解質５と空気極６との積層体として板状に形成されている。
　金属支持体３は、燃料電池の単位面積当たりの出力向上を目的として、導電性を有する材料により形成されるが、電極に燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するためにガス透過性も要求される。この金属支持体３は、高Crステンレス鋼の微粒子を焼結してなる多孔質金属基板により形成される。
　燃料極４としては、例えば、ニッケル（Ni）、コバルト（Co）および白金（Pt）などの貴金属を用いることができる。また、燃料極４として、ニッケル（Ni）と固体電解質とのサーメットを用いることもできる。この燃料極４に要求される特性としては、還元雰囲気に強いこと、燃料ガスを透過すること、電気伝導度が高いこと、水素分子をプロトンに変換する触媒作用に優れていることなどが挙げられる。
　その一方で、空気極６としては、例えば、銀（Ag）や白金（Pt）などの金属系粉末粒子を用いることができる。また、空気極６として、ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ：LaSrMnO）やランタンストロンチウムコバルタイト（ＬＳＣ：LaSrCoO）に代表されるペロブスカイト構造の酸化物粉末粒子を用いることもできる。この空気極６に要求される特性としては、酸化に強いこと、酸化剤ガスを透過すること、電気伝導度が高いこと、酸素分子を酸素イオンに変換する触媒作用に優れていることなどが挙げられる。
　空気極６では活性点となる三相界面において酸素ガス分子が酸素イオンと電子とに分解し、酸素イオンは固体電解質５を通り燃料極４に伝導する。さらに、燃料極４では、同じく活性点となる三相界面において、固体電解質５より伝導してきた酸素イオンと燃料ガス分子とが反応し、その際に電子が放出される。
　前記固体電解質５としては、例えば、例えば、イットリア（Y2O3）、ネオジム（Nd2O3）、サマリア（Sm2O3）、ガドリア（Gd2O3）やスカンジア（Sc2O3）などを固溶した安定化ジルコニアを用いることができる。また、固体電解質５として、酸化セリウム（CeO2）系固溶体、酸化ビスマス（Bi2O3）やランタンガリウム酸化物（LaGaO3）などの酸化物粉末粒子を用いることもできる。
　集電体２は、セル１の両面を挟み込むように積層されて、セル１の両面にそれぞれ接触している。この集電体２は、さらに、セル１との間に燃料流路および空気流路を区画形成するセパレータとして機能する。集電体２は、耐酸化性に優れ、かつ、導電性を有する材料（例えば、Fe合金やSUS）により形成される。
　集電体２は、セル１のうち発電に寄与するアクティブ領域に対応する部分が波板状に形成されており、金属支持体３と接触する接触部７と、空気極６と接触する接触部８とが交互に並ぶように形成される。また、集電体２の積層は、金属支持体３との接触部７と、空気極６との接触部８とがセル１を間に挟んで同位置である対称積層とされている。そして、集電体２の金属支持体３との接触部７を溶接することにより、集電体２がセル１に対して固定される。溶接部９を、楕円形で示す。
　このような固体酸化物型燃料電池においては、水素や炭化水素などの燃料ガスを燃料極４に供給し、その一方で、空気や酸素などの酸化剤ガスを空気極６に供給して、電気を発生させる仕組みとなっている。前述のセル１および集電体２を多層に積層したものを、スタック構造を有する固体酸化物型燃料電池としている。
　そして、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池では、セル１に変形誘導部１０が設けられており、この変形誘導部１０は、セル１の他の部分よりも変形し易いような構成とされ、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、セル１が変形誘導部１０を基点として変形し易くなる。
　変形誘導部１０は、金属支持体３上に集電体２のセル１との接触部７，８に沿って、すなわち燃料流路または空気流路の流れ方向（図１の紙面に直交する方向）に沿って線状に延在している。変形誘導部１０は、セル１を折り紙に例えると予め折り皺を付けておくことなどのように、変形誘導部１０を基点としてセル１を変形し易くするための構造である。この変形誘導部１０は、燃料極４、固体電解質５および空気極６に設けることが一般的に難しいため、金属支持体３に設けている。
　変形誘導部１０は、金属支持体３上に集電体２の金属支持体３との接触部７を間に挟んで一対に配設されている。さらに、変形誘導部１０は、金属支持体３上において互いに隣接する接触部７，７間の中間部位に配設されている。第一実施形態の変形誘導部１０は、金属支持体３の膜厚が他の部分よりも薄い薄膜部１１である。この薄膜部１１は、図示はしないが、燃料流路または空気流路の流れ方向（図１の紙面に直交する方向）に断続的に配設されている。
　次に、第一実施形態に係るセル１を製造する方法の一例を図３に基づいて説明する。
　まず、高Crステンレス鋼の微粒子を焼結させて板状の金属支持体３を作成する（図３（ａ））。
　次いで、金属支持体３の両面のうち、いずれか一方の面に、薄膜部１１を研削加工やエッチング加工などを用いて形成する（図３（ｂ））。この際、薄膜部１１を、集電体２と接触する接触部位の外側部位に形成し、さらに、別の薄膜部１１を、集電体２と接触する接触部位と隣接する接触部位間の中間部位に形成した。
　次いで、金属支持体３の両面のうち、薄膜部１１を形成した面とは反対側の面に、燃料極４と固体電解質５と空気極６とを成膜する（図３（ｃ））。この際、固体電解質５はスパッタ法を用いて成膜し、空気極６は塗布法を用いて成膜した。
　次いで、集電体２の金属支持体３との接触部７と、集電体２の空気極６との接触部８とが、金属支持体３を間に挟んで同位置で対向するように、集電体２を積層する（図３（ｄ））。
　そして、最後に、集電体２の金属支持体３との接触部７を溶接する（図３（ｅ））。
　以下、本実施形態の効果を確認するために行った集電抵抗測定試験について説明する。
　［供試体］
　供試体のセパレータピッチは４ｍｍ、セルの膜厚は３００μｍである。また、当然のことながら、供試体は、図１に示すような、セルおよび集電体が多層に積層されたスタック構造を有しており、セルの外縁面は筐体によって保持される。実施例の供試体は、金属支持体に変形誘導部（薄膜部）を設けたものとし、比較例の供試体は、金属支持体に変形誘導部（薄膜部）を設けないものとした。
　［集電抵抗測定試験］
　急速昇温によって筐体とセルとの温度差が３００℃になった時点で、集電抵抗の測定を開始した。急速昇温は、空気流路に加熱ガスを流すことにより行った。
　［比較結果］
　実施例に係る供試体の集電抵抗値と、比較例に係る供試体の集電抵抗値との比較によって効果を確認した。図４に示すように、実施例に係る供試体の集電抵抗値は、比較例に係る供試体の集電抵抗値に対して１５％低減したことが分かった。
　［考察］
　集電抵抗測定試験後に、比較例に係る供試体を観察した結果、集電体の空気極との接触部が空気極から離れていることが確認され、最大２５０μｍの隙間があることが分かった。これに対して、同様に、集電抵抗測定試験後に、実施例に係る供試体を観察した結果、集電体の空気極との接触部が空気極から離れることは確認されなかった（図２参照）。すなわち、集電体とセルとが離れるのを抑制することによって、集電抵抗の増加を抑制することが可能になった。
　以下に、本実施形態による作用効果を説明する。
　（１）本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池は、金属支持体３に燃料極４と固体電解質５と空気極６とを積層した構造を有する板状のセル１と、セル１の両面を挟み込むように積層された集電体２と、を備える。集電体２は、セル１の両面にそれぞれ接触している。セル１は、セル１の他の部分よりも変形し易い変形誘導部１０を有する。
　熱膨張に伴いセル１が変形する際に、セル１が変形誘導部１０を基点として変形し易くなるため、集電体２とセル１とが離れるのを抑制することが可能になる。これにより、急速起動時におけるセル１と集電体２との接触性がよくなり、集電抵抗の増加および燃料電池の出力の低下を抑制することができる。
　（２）変形誘導部１０は、線状に延在している。
　変形誘導部１０が、線状に延在していることにより、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、図２に示されるように、セル１が変形誘導部１０を基点として変形し易くなる。よって、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、集電体２とセル１とが離れるのをより確実に抑制することが可能になる。
　（３）変形誘導部１０は、集電体２のセル１（金属支持体３）との接触部７を間に挟んで一対に配設されている。
　変形誘導部１０は、接触部７を間に挟んで一対に配設されていることにより、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、図２に示されるように、集電体２のセル１との接触部７，８を支点として撓み易くなる。よって、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、集電体２とセル１とが離れるのをより確実に抑制することが可能になる。
　（４）変形誘導部１０は、互いに隣接する接触部７，７間の中間部位に配設されている。
　変形誘導部１０が、互いに隣接する接触部７，７間の中間部位に配設されていることにより、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、図２に示されるように、集電体２のセル１との接触部７，８を支点として撓み易くなる。よって、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、集電体２とセル１とが離れるのをより確実に抑制することが可能になる。
　（５）変形誘導部１０は、金属支持体３の膜厚が他の部分よりも薄い薄膜部１１である。
　変形誘導部１０は、金属支持体３の膜厚が他の部分よりも薄い薄膜部１１であることにより、図２に示されるように、セル１が薄膜部１１を基点として変形し易くなる。よって、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、集電体２とセル１とが離れるのをより確実に抑制することが可能になる。
　［第二実施形態］
　本発明の第二実施形態に係る固体酸化物型燃料電池を図５に基づいて説明する。なお、前述の第一実施形態と同一の部分は同一符号を付することによってその説明を省略する。
　図５に示すように、第二実施形態に係る固体酸化物型燃料電池においては、セル１に変形誘導部２０が設けられており、この変形誘導部２０は、セル１の他の部分よりも変形し易いような構成とされ、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、セル１が変形誘導部２０を基点として変形し易くなる。
　変形誘導部２０は、金属支持体３上に集電体２のセル１との接触部７，８に沿って、すなわち燃料流路または空気流路の流れ方向（図５の紙面に直交する方向）に沿って線状に延在している。変形誘導部２０は、セル１を折り紙に例えると予め折り皺を付けておくことなどのように、変形誘導部２０を基点としてセル１を変形し易くするための構造である。この変形誘導部２０は、燃料極４、固体電解質５および空気極６に設けることが一般的に難しいため、金属支持体３に設けている。
　変形誘導部２０は、金属支持体３上に集電体２の金属支持体３との接触部７を間に挟んで一対に配設されている。さらに、変形誘導部２０は、金属支持体３上において互いに隣接する接触部７，７間の中間部位に配設されている。第二実施形態の変形誘導部２０は、金属支持体３を構成する多孔質金属基板の気孔率が他の部分よりも高い疎構造部２１である。この疎構造部２１は、図示はしないが、燃料流路または空気流路の流れ方向（図５の紙面に直交する方向）に断続的に配設されている。前記疎構造部２１は、燃料流路または空気流路の流れ方向（図５の紙面に直交する方向）に連続的に配設するようにしてもよい。
　次に、第二実施形態に係るセル１を製造する方法の一例を基づいて説明する。なお、第二実施形態に係るセル１を製造する方法は、第一実施形態とは途中の工程が異なるのみであるので図示は省略する。
　まず、高Crステンレス鋼の微粒子を焼結させて板状の金属支持体３を作成する。
　次いで、金属支持体３の両面のうち、いずれか一方の面に、溝を研削加工やエッチング加工を用いて形成する。この際、溝を、集電体２と接触する接触部位の外側部位に形成し、さらに、別の溝を、集電体２と接触する接触部位と隣接する接触部位間の中間部位に形成した。
　さらに、金属支持体３よりも粒子径が大きい高Crステンレス鋼の粒子を粘性がある有機バインダー溶液中に分散させて、粘性があるスラリーをとしたもの前記溝に充填した後に、焼結処理を行う。このような工程によって、疎構造部２１を金属支持体３上に形成した。
　次いで、金属支持体３の両面のうち、疎構造部２１を形成した面とは反対側の面に、燃料極４と固体電解質５と空気極６とを成膜する。この際、固体電解質５はスパッタ法を用いて成膜し、空気極６は塗布法を用いて成膜した。
　次いで、集電体２の金属支持体３との接触部７と、集電体２の空気極６との接触部８とが、金属支持体３を間に挟んで同位置で対向するように、集電体２を積層する。
　そして、最後に、集電体２の金属支持体３との接触部７を溶接する。
　以下に、第二実施形態による作用効果を説明する。
　第二実施形態の変形誘導部２０は、金属支持体３を構成する多孔質金属基板の気孔率が他の部分よりも高い疎構造部２１である。
　変形誘導部２０が、金属支持体３を構成する多孔質金属基板の気孔率が他の部分よりも高い疎構造部２１であることにより、セル１が疎構造部２１を基点として変形し易くなる。よって、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、集電体２とセル１とが離れるのを抑制することが可能になる。また、変形誘導部２０が疎構造部２１であることにより、変形誘導部２０が切欠きや溝などである場合と比較して、電極面内方向の電子パスを向上することができる。
　［第三実施形態］
　本発明の第三実施形態に係る固体酸化物型燃料電池を図６に基づいて説明する。なお、前述の第一実施形態と同一の部分は同一符号を付することによってその説明を省略する。
　図６に示すように、第三実施形態に係る固体酸化物型燃料電池においては、セル１に変形誘導部３０が設けられており、この変形誘導部３０は、セル１の他の部分よりも変形し易いような構成とされ、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、セル１が変形誘導部３０を基点として変形し易くなる。
　変形誘導部３０は、金属支持体３上に集電体２のセル１との接触部７，８に沿って、すなわち燃料流路または空気流路の流れ方向（図６の紙面に直交する方向）に沿って線状に延在している。変形誘導部３０は、セル１を折り紙に例えると予め折り皺を付けておくことなどのように、変形誘導部２０を基点としてセル１を変形し易くするための構造である。この変形誘導部３０は、燃料極４、固体電解質５および空気極６に設けることが一般的に難しいため、金属支持体３に設けている。
　変形誘導部３０は、金属支持体３上に集電体２の金属支持体３との接触部７を間に挟んで一対に配設されている。さらに、変形誘導部３０は、金属支持体３上において互いに隣接する接触部７，７間の中間部位に配設されている。第三実施形態の変形誘導部３０は、金属支持体３の表面に設けられた溝部３１である。この溝部３１は、図示はしないが、燃料流路または空気流路の流れ方向（図６の紙面に直交する方向）に連続的に延在している。
　第三実施形態に係るセル１を製造する方法は、第一実施形態とほぼ同様であるので説明は省略する。
　以下に、第三実施形態による作用効果を説明する。
　第三実施形態の変形誘導部３０は、金属支持体３の表面に設けられた溝部３１である。
　変形誘導部３０が、金属支持体３の表面に設けられた溝部３１であることにより、セル１が溝部３１を基点として変形し易くなる。よって、熱膨張に伴いセル１が変形する際に、集電体２とセル１とが離れるのを抑制することが可能になる。
　以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
　例えば、前述の実施形態では、燃料極４と固体電解質５と空気極６との三層の積層構造のうち、燃料極４が金属支持体３と接するように積層されているが、これに限定されず、空気極６が金属支持体３と接するように積層されていてもよい。また、第一実施形態の変形誘導部１０（薄膜部１１）、第二実施形態の変形誘導部２０（疎構造部２１）および第三実施形態の変形誘導部３０（溝部３１）は、相互に組み合わせて用いることが可能である。
　１　セル
　２　集電体
　３　金属支持体
　４　燃料極
　５　固体電解質
　６　空気極
　７　接触部
　８　接触部
１０　変形誘導部
１１　薄膜部
２０　変形誘導部
２１　疎構造部
３０　変形誘導部
３１　溝部

Claims (7)

  1. 　金属支持体に燃料極と固体電解質と空気極とを積層した構造を有する板状のセルと、前記セルの両面を挟み込むように積層された集電体と、を備え、
    　前記集電体は、前記セルの両面にそれぞれ接触しており、
    　前記セルは、前記セルの他の部分よりも変形し易い変形誘導部を有する
    　ことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。
  2. 　前記変形誘導部は、線状に延在していることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池。
  3. 　前記変形誘導部は、前記集電体の前記セルとの接触部を間に挟んで一対に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
  4. 　前記変形誘導部は、互いに隣接する前記接触部間の中間部位に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物型燃料電池。
  5. 　前記変形誘導部は、前記金属支持体の膜厚が他の部分よりも薄い薄膜部を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池。
  6. 　前記金属支持体は、多孔質金属基板により形成されており、
    　前記変形誘導部は、前記多孔質金属基板の気孔率が他の部分よりも高い疎構造部を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池。
  7. 　前記変形誘導部は、前記金属支持体の表面に設けられた溝部を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池。
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