JP2012033285A - 燃料電池セル - Google Patents

Abstract

【課題】寿命が長い燃料電池セルを提供する。
【解決手段】第１の面における第１引出部材２５の片側に設けられた発電素子部１３と、第２の面における第２引出部材２７の片側に設けられた発電素子部１３とが素子間接続部材１５により電気的に直列に接続され、第１の面における第１引出部材２５の他側に配置された発電素子部１３と、第２の面における第２引出部材２７の他側に設けられた発電素子部１３とが素子間接続部材１５により電気的に直列に接続され、第１、第２引出部材２５、２７と、該第１、第２引出部材２５、２７の両側に隣接する発電素子部１３とが電気的に接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池セル、燃料電池セルを集積した燃料電池セルスタック、および当該燃料電池セルスタックを具備する燃料電池に関するものである。

近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数接続してなる燃料電池セルスタックを、収納容器に収容した燃料電池が種々提案されている。このような燃料電池セルとしては、固体高分子形燃料電池セル、リン酸形燃料電池セル、溶融炭酸塩形燃料電池セル、固体電解質形燃料電池セルなど、各種のものが知られている。とりわけ、固体電解質形燃料電池セルは、発電効率が高く、また、作動温度が７００℃〜１０００℃と高いため、その排熱を利用できるなどの利点を有しており、研究開発が推し進められている。

従来、ガス流路を内部に備える電気絶縁性の多孔質支持体と、多孔質支持体の表面に複数形成され、それぞれが内側電極、固体電解質および外側電極を積層した構造を有する発電素子部と、発電素子部の内側電極と、同じ多孔質支持体に形成された隣接する発電素子部の外側電極とを直列につなぐための素子間接続部材とを備え、発電素子部間を流れる電流の向きがガス流路の方向に対して垂直である燃料電池セルが開発されている（特許文献１参照）。

この特許文献１には、各発電素子部の配列方向と燃料ガスの流れとが同一であった従来の横縞型燃料電池セルとは異なり、電流の流れる方向は、燃料ガスの流れる方向とほぼ直角の方向になるので、ガス流路を流れる燃料ガスの下流側へのガス供給量が減少して発電素子部の一部の発電量が低下しても、各発電素子部の発電量はほぼ同一になるため、燃料電池セルにおける発電能力の低下を防止できると記載されている。

特開２００７−１３４２３０号公報

しかしながら、特許文献１の燃料電池セルでは、複数の発電素子が素子間接続部材を介して直列に接続され、さらに燃料電池セルがセル間接続部材を介して直列に接続されていたため、燃料電池セルスタックにおける全ての発電素子が直列に接続されており、例えば、燃料電池セルの複数の発電素子のうち一つでも断線した場合には、燃料電池セルスタック、燃料電池全体として発電しなくなるという問題があった。

本発明は、寿命が長い燃料電池セルを提供することを目的とする。

本発明の燃料電池セルは、ガス流路を内部に有する電気絶縁性の多孔質支持体と、
該多孔質支持体の対向する第１、第２の面にそれぞれ設けられた第１、第２引出部材と、
前記多孔質支持体の前記第１、第２の面に、前記第１、第２引出部材の両側に位置するように設けられ、それぞれが内側電極、固体電解質および外側電極を積層した構造を有する発電素子部と、
該発電素子部の内側電極と、前記多孔質支持体に形成された隣接する前記発電素子部の
外側電極とを直列に接続するための素子間接続部材と、
を具備するとともに、
前記第１の面における前記第１引出部材の片側に設けられた前記発電素子部と、前記第２の面における前記第２引出部材の片側に設けられた前記発電素子部とが前記素子間接続部材により電気的に直列に接続され、
前記第１の面における前記第１引出部材の他側に設けられた前記発電素子部と、前記第２の面における前記第２引出部材の他側に設けられた前記発電素子部とが前記素子間接続部材により電気的に直列に接続され、
前記第１、第２引出部材と、該第１、第２引出部材の両側に隣接する発電素子部とが電気的に接続されていることを特徴とする。

このような燃料電池セルでは、第１の面における第１引出部材の片側に設けられた発電素子部と、第２の面における第２引出部材の片側に設けられた発電素子部とが素子間接続部材により電気的に直列に接続された第１のルートと、第１の面における第１引出部材の他側に設けられた発電素子部と、第２の面における第２引出部材の他側に設けられた発電素子部とが素子間接続部材により電気的に直列に接続された第２のルートとを電流が流れ、燃料電池セルは並列回路となるため、例えば第１のルートの発電素子部が経時劣化等により断線したとしても、第２のルートを介して電流が流れ、発電することができる。

また、本発明の燃料電池セルでは、前記発電素子部間を流れる電流の向きが前記ガス流路の形成方向に対して垂直である場合がある。前記多孔質支持体は、前記ガス流路の形成方向における長さが、前記発電素子部間の電流の流れる方向における長さよりも短い場合がある。

本発明の燃料電池セルスタックは、上記の複数の燃料電池セルを、前記第１、第２引出部を介して互いに電気的に接続してなることを特徴とする。

本発明の燃料電池は、上記の燃料電池セルスタックを、収納容器内に収納してなることを特徴とする。

本発明の燃料電池セルでは、複数の発電素子部を２つのルートで電流が流れ並列回路となるため、例えば第１のルートの発電素子部が経時劣化等により断線したとしても、第２のルートを介して電流が流れ、発電することができ、このような燃料電池セルを第１、第２引出部材を介して複数接続した燃料電池セルスタックでは、一つの燃料電池セルに形成された発電素子部のうち一つが断線したとしても、その燃料電池セルは発電することができ、燃料電池セルスタックとして長期にわたり発電することができる。従って、このような燃料電池セルスタックを収納容器に収納した燃料電池では、発電寿命を長くできる。

（ａ）は燃料電池セルの一方側の面を示す側面図、（ｂ）は燃料電池セルの他方側の面を示す側面図である。 図１の燃料電池セルのＡ−Ａ線に沿った横断面図である。 発電素子部の詳細な構造を示す拡大断面図である。 発電素子部の製造工程を示す断面図である。 （ａ）は燃料電池セルを複数接続した燃料電池セルスタックの接続構造を示す断面図であり、（ｂ）は燃料電池セルスタックの回路図である。 燃料電池セルスタックの側面図である。 多孔質支持体の正面中央部に集電体を形成せずに、緻密な第１引出部を燃料極に形成した状態を示す横断面図である。 多孔質支持体の背面中央部の２個の発電素子の空気極層を連結して、この空気極の連結体に多孔質な第２引出部を形成した状態を示す横断面図である。

以下、本形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）は燃料電池セル３の一実施形態を示す正面図、図１（ｂ）は燃料電池セル３の背面図であり、図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、図１では、第１、第２引出部材、素子間接続部材の記載は省略した。図１および図２において、燃料電池セル３は、中空板状の多孔質支持体１１の表面に、この支持体１１の軸長方向すなわち燃料ガスの流れる方向ｘに沿って、矩形形状の複数の発電素子部１３を形成して構成されている。

この形態では、発電素子部１３は、中空板状の多孔質支持体１１の正面（第１の面）に６個、背面（第２の面）に６個、合計１２個形成されている。複数の発電素子部１３は、それぞれ長辺と短辺とを有する細長い長方形状であり、その長辺の延びる方向が前記燃料ガスの流れる方向ｘになっている。そして、隣り合う複数の発電素子部１３の長辺同士が対向している。

多孔質支持体１１は、図２に示すように、その内部に一流路以上（図中では１０個）の独立したガス流路１２が発電素子部１３の長辺に沿った方向（図２の紙面に垂直な方向）、言い換えれば多孔質支持体１１の軸長方向に平行に直線状に設けられている。多孔質支持体１１は、発電素子部１３同士の電気的短絡を防止する観点から絶縁性とされている。

発電素子部１３は、内側電極としての燃料極１７、固体電解質１９、および外側電極としての空気極１８が、多孔質支持体１１の表面に順次積層された構造を有しており、固体電解質１９を燃料極１７、空気極１８により挟持した部分が発電素子部とされている。前記固体電解質１９には発電素子部１３の長辺の方向に沿って開口部が設けられており、ここに導電性の集電層１４が形成されている。集電層１４は、燃料極１７の電荷を、隣接する発電素子部１３の表面に引き出す機能を有する。

発電素子部１３の詳細な構造について、図３を用いて説明する。図３は、発電素子部１３の詳細な構造を示す拡大断面図である。多孔質支持体１１全体の表面には、支持体材料の拡散を防止するための拡散防止層１１ａが形成されている。その上に、発電素子部１３の形状に合わせて、水素ガスを透過させる燃料極１７が形成されている。燃料極１７は、この形態では、集電燃料極１７ａと活性燃料極１７ｂとの２層で構成されている。

さらに燃料極１７の上には固体電解質１９が形成されている。この固体電解質１９は隣接する発電素子部１３との間にも形成され、隣接する発電素子部１３間を絶縁している。固体電解質１９には発電素子部１３の長辺に沿った方向に延びる開口部が設けられており、この開口部に、燃料極１７から電気を取り出すための集電層１４が形成されている。集電層１４は、図３では、金属層１４ａと、金属ガラス層１４ｂとの二層構造からなる。

さらに、固体電解質１９の上には、空気極１８と固体電解質１９との反応を防止するための反応防止層２０を介して、空気極１８が形成されている。この空気極１８と前記集電層１４とから、発電素子部１３の正負の電気を取り出すので、空気極１８と集電層１４とは接触しないように配置される。

そして、多孔質支持体１１の正面（第１の面）に設けられた６個の発電素子部１３、および同じ多孔質支持体１１の背面（第２の面）に設けられた６個の発電素子部１３は、それぞれ多孔質支持体１１の軸長方向に対して直交する方向における幅Ｄの中央を中心にして線対称に設けられている。なお、線対称とする中心位置は少しずれても良い。

すなわち、多孔質支持体１１の正面（第１の面）の幅Ｄの中央部には、第１引出部２５が設けられており、第１引出部２５の左側の３個の発電素子部１３と、右側の３個の発電素子部１３とは、多孔質支持体１１の幅Ｄの中央を中心にして、言い換えれば第１引出部２５を中心にして線対称の構造とされている。

また、多孔質支持体１１の背面（第２の面）の中央部には、第２引出部２７が設けられており、多孔質支持体１１の背面（第２の面）に設けられた６個の発電素子部１３は、第２引出部２７の左側の３個の発電素子部１３と、右側の３個の発電素子部１３とは、多孔質支持体１１の幅Ｄの中央を中心にして、言い換えれば第２引出部２７を中心にして線対称の構造とされている。

隣接する発電素子部１３同士は、多孔質の素子間接続部材１５により電気的に接続されている。素子間接続部材１５は、１つの発電素子部１３の空気極１８と、これに隣接する他の発電素子部１３の集電層１４とを接続するための導電性の部材である。この素子間接続部材１５は、発電素子部１３の長辺方向に沿って延びる一枚の部材であってもよく、発電素子部１３同士を複数箇所接続する複数の部材からなっていてもよい。この素子間接続部材１５により、縦長の発電素子部１３同士が電気的に直列に接続される。なお、図２の多孔質支持体１１、素子間接続部材１５は断面を示している。図７、８においても同様である。

また、多孔質支持体１１の正面（第１の面）に設けられた発電素子部１３と、同じ多孔質支持体１１の背面（第２の面）に設けられた発電素子部１３とは、図２に示すように、素子間接続部材１５の回り込みによって、接続される。本明細書では、このような多孔質支持体１１の表裏面に設けられた発電素子部１３であっても、それらが素子間接続部材１５で接続されるならば、互いに「隣接」した関係にあるという。

すなわち、図２で説明すると、第１引出部材２５の左側に配置された３個の発電素子部１３が素子間接続部材１５で直列に接続され、正面（第１の面）に設けられた左端の発電素子部１３と、背面（第２の面）に設けられた左端の発電素子部１３とが、多孔質支持体の第１側面２９に固体電解質１９を介して形成された素子間接続部材１５で接続され、背面（第２の面）に設けられた左端の発電素子部１３と、第２引出部材２７の左側に配置された発電素子部１３とが素子間接続部材１５により電気的に直列に接続されている。なお、第２引出部材２７の左側に配置された発電素子部１３とは、実際は、発電素子部１３の上に第２引出部材２７の一部が積層されているが、便宜上、第２引出部材２７の左側に配置されていると表現した。

また、第１引出部材２５の右側に配置された３個の発電素子部１３が素子間接続部材１５で直列に接続され、正面（第１の面）に設けられた右端の発電素子部１３と、背面（第２の面）に設けられた右端の発電素子部１３とが、多孔質支持体１１の第２側面３１に固体電解質１９を介して形成された素子間接続部材１５で接続され、背面（第２の面）に設けられた右端の発電素子部１３と、第２引出部材２７の右側に配置された発電素子部１３とが素子間接続部材１５により電気的に直列に接続されている。なお、第２引出部材２７の右側に配置された発電素子部１３とは、実際は、発電素子部１３の上に第２引出部材２７の一部が積層されているが、便宜上、第２引出部材２７の右側に配置されていると表現した。

言い換えれば、図２の第１、第２引出部材２５、２７の左側の６個の発電素子部１３は素子間接続部材１５で直列に接続され、第２引出部材２５、２７の右側の６個の発電素子部１３は素子間接続部材１５で直列に接続されている。

第１、第２引出部材２５、２７と、第１、第２引出部材２５、２７の両側に隣接する発電素子部１３とが電気的に接続されている。すなわち、第１引出部材２５は、左右両側に配置された発電素子部１３のそれぞれの集電層１４に接続し、第２引出部材２７は、左右両側に配置された発電素子部１３のそれぞれの空気極１８に接続し、これにより、第１、第２引出部材２５、２７と、その両側に隣接する発電素子部１３とが電気的に接続されている。従って、燃料電池セルは、図５（ｂ）に示すように、並列回路となり、図２で説明すると、第１引出部材２５と第２引出部材２７との間の発電素子部１３が、左側の６個の発電素子部１３が直列に接続され、右側の６個の発電素子部１３が直列に接続され、２つのルートで電流が流れるようになり、例えば左側のルートの６個の発電素子部中の１個が経時劣化等により断線したとしても、右側のルートを介して電流が流れ、発電することができ、直ちに発電しなくなるということがなくなり、燃料電池セル３の寿命が長くなる。

また、燃料電池セル３の発電素子部１３の長辺の延びる方向に沿って設けられた複数の発電素子部１３の長辺同士が、素子間接続部材１５により接続されているので、電流の流れる方向は、発電素子部１３の長辺の延びる方向すなわち燃料ガスの流れる方向ｘとほぼ直角の方向になる。したがって、燃料ガスの流れる方向ｘに複数の発電素子部を設けた従来の燃料電池セルと異なり、発電素子部１３の下流側へのガス供給量が減少する燃料枯れが起って、発電素子部１３の下流側の発電量が低下しても、全体として、電流の流れる経路は確保されることになる。

また、本形態では、多孔質支持体１１は、ガス流路の形成方向ｘにおける長さ（高さＨ）が、発電素子部１３間の電流の流れる方向における長さ（幅Ｄ）よりも短くされている。これにより、１つの燃料電池セルに配置することができる発電素子を容易に増加することができ、より小さなスペースで高電圧の燃料電池セルおよびセルスタックを得ることが可能となる。この場合、燃料ガスを有効に利用するため、ガス流路１２の出口側に燃料ガスの流出を抑制する蓋部材を設けたり、ガス流路１２の出口側を狭めることが望ましい。

この燃料電池セル３では、ガス流路１２内に水素を含む燃料ガスを流して多孔質支持体１１を還元雰囲気に曝し、かつ、空気極１８の表面に空気などの酸素含有ガスを流して空気極１８を酸化雰囲気に曝すことにより、燃料極１７および空気極１８で、電極反応が生じ、両極間に電位差が発生し、発電することができる。

また、多孔質支持体１１は、その開気孔率が、例えば、２５％以上、好ましくは、３０％〜４５％の範囲に設定するとよい。これにより、ガス流路１２内の燃料ガスを、燃料極１７の表面まで導入することができる。

以下、燃料電池セル３の材料・組成を説明する。多孔質支持体１１の組成として、次のような例を挙げることができる。多孔質支持体１１は、Ｎｉを、ＮｉＯ換算で６〜２２ｍｏｌ％含有し、Ｙ及び／又はＹｂを、Ｙ_２Ｏ_３またはＹｂ_２Ｏ_３換算で５〜１５ｍｏｌ％含有し、Ｍｇを、ＭｇＯ換算で６８〜８４ｍｏｌ％含有している。このような組成としたのは、固体電解質との収縮率差を小さくでき、固体電解質の割れを防止することができるからである。

集電燃料極１７ａは、主に発電した電流を集電層１４、素子間接続部材１５に流すための機能を有するもので、多孔質の導電性サーメットから形成されている。この多孔質の導電性サーメットは、例えば、Ｎｉと希土類元素酸化物から構成されている。希土類元素酸化物としては、特にＹ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３が望ましい。活性燃料極１７ｂは、多孔質の導電性サーメットから形成されている。この多孔質の導電性サーメットは、例えば、希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニア）と、Ｎｉおよび／またはＮｉ酸化物（
ＮｉＯなど）とからなっている。また、安定化ジルコニアとしては、固体電解質１９の材料と同様のものを用いることもできる。

活性燃料極１７ｂにおいて、安定化ジルコニアの配合割合は、活性燃料極１７ｂの総量に対して、３５体積％〜６５体積％の範囲が好ましく、Ｎｉおよび／またはＮｉ酸化物の配合割合は、活性燃料極１７ｂの総量に対して、３５体積％〜６５体積％の範囲が好ましい。また、活性燃料極１７ｂは、その開気孔率が、例えば、１５％以上、好ましくは、２０％〜４０％の範囲であり、厚さは、良好な集電性能を発揮させるため、例えば、１μｍ〜１００μｍの範囲である。

固体電解質１９は、希土類またはその酸化物を固溶させた安定化ＺｒＯ_２からなる緻密質のセラミックスで形成されている。ここで、固溶させる希土類元素またはその酸化物としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなど、又は、これらの酸化物などが挙げられる。好ましくは、Ｙ、Ｙｂ、または、これらの酸化物が挙げられる。

具体的には、固体電解質１９として、８モル％のＹが固溶している安定化ＺｒＯ_２（８ｍｏｌ％ Yttria Stabilized Zirconia、以下「８ＹＳＺ」とする）が挙げられる。また
、収縮率が８ＹＳＺとほぼ等しいランタンガレート系（ＬａＧａＯ_３系）固体電解質を挙げることもできる。固体電解質１９は、例えば、厚さが１０μｍ〜１００μｍであり、例えば、相対密度（アルキメデス法による）が９３％以上、好ましくは、９５％以上の範囲に設定される。

このような固体電解質１９は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有すると同時に、燃料ガスまたは酸素含有ガスのリーク（ガス透過）を防止するためにガス遮断性を有している。空気極１８は、多孔質の導電性セラミックスから形成されている。導電性セラミックスとしては、例えば、ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物が挙げられる。このようなペロブスカイト型酸化物としては、例えば、遷移金属型ペロブスカイト酸化物、好ましくは、ＬａＭｎＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物など、特にＡサイトにＬａを有する遷移金属型ペロブスカイト酸化物を挙げることができる。さらに好ましくは、６００℃〜１０００℃程度の比較的低温での電気伝導性が高いという観点から、ＬａＣｏＯ_３系酸化物が挙げられる。また、前記したペロブスカイト型酸化物において、ＡサイトにＬａおよびＳｒが共存してもよく、また、ＢサイトにＦｅ、ＣｏおよびＭｎが共存してもよい。

また、空気極１８は、その開気孔率が、例えば、２０％以上、好ましくは、３０％〜５０％の範囲に設定される。開気孔率が前記した範囲内にあれば、空気極１８が良好なガス透過性を有することができる。また、空気極１８は、その厚さが、例えば、３０μｍ〜１００μｍの範囲に設定される。前記した範囲内にあれば、空気極１８が良好な集電性を有することができる。

なお、前記した実施形態においては、発電素子部１３の内側電極が燃料極１７であって、外側電極が空気極１８である多層構造を有しているが、両電極の位置関係を逆としてもよい。すなわち、多孔質支持体の表面に、空気極、固体電解質、燃料極を順次積層された発電素子部を形成することもできる。この場合、多孔質支持体のガス流路内には、空気などの酸素含有ガスが流され、外側電極としての燃料極の表面には、水素などの燃料ガスが流されることになる。

次に、前記した燃料電池セル３（特に発電素子部１３）の製造方法について、図４（ａ）から図４（ｉ）を参照して説明する。なお、以下では焼成前の部材（成形体）であって
も、焼成後でき上がった部材の名称・番号を付すことがある。まず、支持体成形体を作製する。支持体成形体の材料として、体積基準での平均粒径（Ｄ_５０）（以下、単に「平均粒径」とする。）が０．１μｍ〜１０．０μｍのＮｉＯ粉末、Ｙ_２Ｏ_３またはＹｂ_２Ｏ_３粉末、ＭｇＯ粉末を所定の比率で配合して混合する。この混合粉末に、ポアー剤と、セルロース系有機バインダーと、水とからなる溶媒とを混合し、押し出し成形して、内部にガス流路を有する中空の板状形状で、扁平状の支持体成形体を作製し、これを乾燥後、９００℃〜１１００℃にて仮焼処理して支持体成形体１１を作製する。

次いで、集電燃料極材料を用意する。例えば、ＮｉＯ粉末と、Ｙ_２Ｏ_３などの希土類元素酸化物粉末とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、厚さ５０μｍ〜６０μｍの集電燃料極テープ１７ａを作製する。この集電燃料極テープを、発電素子部１３の形状にあわせて切断し、絶縁体を形成する部分を打ち抜く（図４（ａ））。

次に、例えば、ＮｉＯ粉末と、Ｙ_２Ｏ_３などの希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ_２粉末とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、このスラリーを集電燃料極テープ１７ａ上に塗布し、活性燃料極１７ｂを印刷する（図４（ｂ））。その後、図４（ｃ）に示すように、活性燃料極１７ｂが印刷された矩形状の集電燃料極テープ１７ａを、仮焼した支持体成形体１１に、拡散防止層１１ａを介して貼り付ける。これを繰り返し行い、支持体成形体１１の表面に複数の集電燃料極テープ１７ａを貼り付ける。なお、このとき一方の集電燃料極テープ１７ａと、他方の集電燃料極テープ１７ａとは、幅３ｍｍ〜２０ｍｍの間隔をあけて配置する。

次に、この集電燃料極テープ１７ａを貼り付けた状態で、支持体成形体１１を乾燥し、その後、９００℃〜１２００℃の温度範囲で仮焼する（図４（ｃ））。燃料極１７の、集電層１４を形成したい部分に、マスキングテープ２１を貼り付ける（図４（ｄ））。次に、この積層体を、８ＹＳＺ（８モル％のＹが固溶したＺｒＯ_２粉末）にアクリル系バインダーとトルエンを加えてスラリーとした固体電解質溶液に漬けて、固体電解質溶液から取り出す。このディップにより、全面に固体電解質１９の層が塗布されるとともに、前記（ａ）で打ち抜いた空間にも絶縁体である固体電解質１９が充填される。

この状態で、８００℃、１時間仮焼する。この仮焼中に、マスキングテープ２１とその上に塗布された固体電解質４の層を除去することができる（図４（ｅ））。次に空気極の形成部分に反応防止層２０を塗布して１４８０℃で、２時間焼成する（図４（ｆ））。その反応防止層１１の上から、ランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ_３）とイソプロピルアルコールとを混合したスラリーを印刷し、厚さ１０μｍ〜１００μｍの空気極１８を形成する。そして、１０５０℃、２時間焼き付ける（図４（ｇ））。

そして、集電層１４を形成したい部分にＡｇ／Ｎｉからなる金属層１４ａを貼り付け、さらにＡｇとガラスからなる金属ガラス層１４ｂを貼り付け（図４（ｈ））、その後、１０００℃〜１２００℃で熱処理を行う。最後に、素子間接続部材１５を所定位置に塗布して、燃料電池セル３を得ることができる。

次に、前記した燃料電池セル３を用いて組み立てられる燃料電池セルスタック４について、図５、図６を参照して説明する。図５（ａ）は、前記した燃料電池セル３を複数組み合わせた燃料電池セルスタック４の接続構造を示す断面図、図５（ｂ）はその回路図であり、図６は、燃料ガスタンク２に装着された燃料電池セルスタック４の側面図である。

図５に示すように、複数の燃料電池セル３が積層するように配置され、隣接するセル同士は、表裏面に形成された第１、第２引出部２５、２７、さらにセル間接続部材２８を介
して接続されている。セル間接続部材２８にはＬａＳｒＭｎＯ_３系の導電性酸化物導を用いてもよいし、ＹＳＺ等の絶縁体に導電性ペーストを塗布したものを用いてもよい。

第１、第２引出部２５、２７の材質は、前記した燃料電池セル３同士を電気的に接続するものであれば特に制限されず、例えば、素子間接続部材１５と同様の材料から形成される。

燃料電池セルスタック４は、図６に示すように、一方向に細長く延びる直方体形状の燃料ガスタンク２に挿入され固定されている。前記燃料ガスタンク２の上壁は、耐熱性のガラス等で形成されている。この燃料ガスタンク２の上壁には複数個のスリットが形成されており、多孔質支持体１１の各々に形成されている燃料ガス通路１２がスリットを介して燃料ガスタンク２内の燃料ガス室に連通している。前記燃料電池セルの各々は、燃料ガスタンク２の上壁を構成する前記耐熱ガラスに対して、耐熱性に優れたセラミック接着剤などによって接合される。

この燃料ガスタンク２を含む燃料電池セルスタック４を複数集合して、発電ユニット集合体を組み立てる。この発電ユニット集合体に、発電ユニット集合体で発生した電力を燃料電池外に取り出すための電極を取り付けて、収容容器に収容して、燃料電池を製作する。燃料電池の使用時、水素を含む燃料ガスを、導入管を通して燃料ガスタンクに導入する。一方、燃料電池セルスタック４の表面には、酸素を含む空気を導入する。燃料電池セル３を所定温度に加熱すれば、直列に接続された燃料電池セル３によって効率よく発電することができる。使用された燃料ガス、酸素含有ガスは、収納容器外に排出される。

本発明は、上記形態に限定されるものではない。たとえば、図１に示した燃料電池セルでは、多孔質支持体１１は、中空板状以外に中空円筒状などの形状をしていてもよい。また、中空板状の多孔質支持体１１の片面に６個、他面に６個、合計１２個形成されていたが、この数に限定されるものではない。

なお、図７に示すように、多孔質支持体の正面中央部の集電体を形成せずに、緻密な第１引出部２５を燃料極に形成することもできる。この場合には、セル間接続部材２８を用いずに他の燃料電池セルの第２引出部２８と直接接続することができる。

さらに、図８に示すように、多孔質支持体の背面中央部の２個の発電素子の空気極層を連結して、この空気極の連結体に多孔質な第２引出部２７を形成することもできる。この場合には、第２引出部２７を含む発電素子１３の発電面積を増やすことができる。

２ 燃料ガスタンク
３ 燃料電池セル
４ セルスタック
１１ 多孔質支持体
１２ ガス流路
１３ 発電素子部
１４ 集電層
１５ 素子間接続部材
１７ 燃料極
１８ 空気極
１９ 固体電解質
２５ 第１引出部
２７ 第２引出部

Claims (5)

1. ガス流路を内部に有する電気絶縁性の多孔質支持体と、
   該多孔質支持体の対向する第１、第２の面にそれぞれ設けられた第１、第２引出部材と、
   前記多孔質支持体の前記第１、第２の面に、前記第１、第２引出部材の両側に位置するように設けられ、それぞれが内側電極、固体電解質および外側電極を積層した構造を有する発電素子部と、
   該発電素子部の内側電極と、前記多孔質支持体に形成された隣接する前記発電素子部の外側電極とを直列に接続するための素子間接続部材と、
   を具備するとともに、
   前記第１の面における前記第１引出部材の片側に設けられた前記発電素子部と、前記第２の面における前記第２引出部材の片側に設けられた前記発電素子部とが前記素子間接続部材により電気的に直列に接続され、
   前記第１の面における前記第１引出部材の他側に設けられた前記発電素子部と、前記第２の面における前記第２引出部材の他側に設けられた前記発電素子部とが前記素子間接続部材により電気的に直列に接続され、
   前記第１、第２引出部材と、該第１、第２引出部材の両側に隣接する発電素子部とが電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池セル。
2. 前記発電素子部間を流れる電流の向きが前記ガス流路の形成方向に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
3. 前記多孔質支持体は、前記ガス流路の形成方向における長さが、前記発電素子部間の電流の流れる方向における長さよりも短いことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池セル。
4. 請求項１乃至３のうちいずれかに記載の複数の燃料電池セルを、前記第１、第２引出部を介して互いに電気的に接続してなることを特徴とする燃料電池セルスタック。
5. 請求項４に記載の燃料電池セルスタックを、収納容器内に収納してなることを特徴とする燃料電池。

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