固体酸化物形燃料電池
【課題】燃料電池セル本体とコネクタ間の電気的導通の確実性を向上した固体酸化物形燃料電池を提供する。
【解決手段】固体酸化物形燃料電池は，燃料電池セル本体１４０と，インターコネクタ１１０（１）（２）と，集電体１４７、１８１とからなり，前記集電体の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが通電するように第１の強度で接続される第１の領域Ａｆ１、Ａｆ２と，前記第１の強度より弱い第２の強度で接続される第２の領域Ａｎ１と，前記第２の領域と対応して，前記集電体の面上に配置され，前記インターコネクタと前記集電体とが通電するように前記第２の強度より強い第３の強度で接続される第３の領域Ａｆ３と，前記第１の領域Ａｆ１、Ａｆ２と対応して，前記集電体の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第１および前記第３の強度より弱い第４の強度で接続される第４の領域Ａｓ１、Ａｓ２と，を具備する。
【解決手段】固体酸化物形燃料電池は，燃料電池セル本体１４０と，インターコネクタ１１０（１）（２）と，集電体１４７、１８１とからなり，前記集電体の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが通電するように第１の強度で接続される第１の領域Ａｆ１、Ａｆ２と，前記第１の強度より弱い第２の強度で接続される第２の領域Ａｎ１と，前記第２の領域と対応して，前記集電体の面上に配置され，前記インターコネクタと前記集電体とが通電するように前記第２の強度より強い第３の強度で接続される第３の領域Ａｆ３と，前記第１の領域Ａｆ１、Ａｆ２と対応して，前記集電体の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第１および前記第３の強度より弱い第４の強度で接続される第４の領域Ａｓ１、Ａｓ２と，を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（以下，「ＳＯＦＣ」または単に「燃料電池」と記す場合がある）が知られている。ＳＯＦＣは，例えば，板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを多数積層したスタック（燃料電池スタック）を有する。燃料極および空気極それぞれに，燃料ガスおよび酸化剤ガス（例えば，空気中の酸素）を供給し，固体電解質体を介して化学反応させることで，電力を発生させる。
【０００３】
燃料電池セルは，一対のインターコネクタ，燃料電池セル本体（空気極，固体電解質体，燃料極が積層されたもの）を有する。燃料電池セル本体とインターコネクタの電気的接続のために，集電体が配置される。
ここで，燃料電池セルが温度変化等により変形した際に，燃料電池セル本体とインターコネクタの電気的接続が解除される可能性がある。例えば，集電体が塑性変形することで（例えば，座屈），集電体−燃料電池セル本体間，または集電体−インターコネクタ間の接触が断たれ，燃料電池セル本体とインターコネクタの電気的接続が解除される可能性がある。
【０００４】
次のような場合，集電体が変形しやすくなる。即ち，集電体に塑性変形し易い材料を用いる可能性が有る。固体電解質層，集電体，インターコネクタ，フレーム等の部材の全てに硬い材質を用い，ＳＯＦＣのスタックを作製，組み付けると（ボルト締め付け），固体電解質層が割れる可能性がある。このため，アノード側の集電体に軟らかい材質，若しくはスポンジ状の材質が用いられることがある。この場合，高温により集電体が塑性変形（例えば，座屈）する可能性が高くなる。
【０００５】
なお，燃料極上に順次固体酸化物電解質膜及び空気極を配置した単セルをフレームで囲い，燃料極側及び空気極側にそれぞれ燃料ガス及び空気を流通させるようにしてなる支持膜式固体酸化物形燃料電池が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０３６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は，燃料電池セル本体とコネクタ間の電気的導通の確実性を向上した固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池は，発電機能を有する燃料電池セル本体と，前記燃料電池セル本体と対向して配置される，コネクタと，前記燃料電池セル本体と前記コネクタの間に配置され，前記燃料電池セル本体側の第１の面と，前記コネクタ側の第２の面と，を有する集電体と，前記第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが通電するように第１の強度で接続される第１の領域と，前記第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第２の強度で接続される第２の領域と，前記第２の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが通電するように前記第２の強度より強い第３の強度で接続される第３の領域と，前記第１の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第１および前記第３の強度より弱い第４の強度で接続される第４の領域と，を具備する。
【０００９】
集電体の第１の面に第１，第２の領域が，第２の面に第４，第３の領域が第１，第２の領域と対応して配置される。第１，第３の領域での接続強度は第２，第４の領域での接続強度より強い。このため，熱応力等が集電体に加わった場合に，接続強度の弱い第２，第４の領域の接続が断たれ，接続強度の強い第１，第３の領域の接続は保持される傾向となる。この結果，第１，第３の領域を通して，燃料電池セル本体，集電体，コネクタ間の電気的導通が確保される。
【００１０】
（１）前記第１の領域と前記第２の領域の間に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第５の強度で接続される第５の領域と，前記第５の領域と対応して，前記第３の領域と前記第４の領域の間に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第３の強度より弱い第６の強度で接続される第６の領域と，をさらに具備しても良い。
この場合，第１，第３の領域での接続強度は第２，第４〜第６の領域での接続強度より強い。このため，熱応力等が集電体に加わった場合に，接続強度の強い第１，第３の領域の接続は保持される傾向となる。この結果，第１，第３の領域を通して，燃料電池セル本体，集電体，コネクタ間の電気的導通が確保される。
【００１１】
（２）前記第２の領域及び前記第４の領域の少なくとも一部に，アルミナを含む層が配置されても良い。
アルミナを含む層を配置することで，第２，第４の領域の接続強度を第１，第３の領域より弱くすることができる。
【００１２】
（３）前記第１の領域及び前記第３の領域の少なくとも一方に，ＮｉまたはＰｔの少なくともいずれかを含む層が配置されても良い。
ＮｉまたはＰｔの少なくともいずれかを含む層を配置することで，第１，第３の領域の接続強度および電気的導通を確保できる。
【００１３】
（４）前記集電体が，多孔質の金属から構成されても良い。
集電体を多孔質の金属から構成することで，組み立て時等での燃料電池セル本体の破壊を防止できる。その反面，集電体が塑性変形し易くなる。この場合でも，第１，第３の領域を通して，燃料電池セル本体，集電体，コネクタ間の電気的導通が確保される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，燃料電池セル本体とコネクタ間の電気的導通の確実性を向上した固体酸化物形燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０を表す斜視図である。
【図２】燃料電池セル１００の断面図である。
【図３】燃料電池セル１００の分解斜視図である。
【図４】燃料電池セル１００の断面図である（集電体１８１変形時）。
【図５】集電体１８１と対象物の接続強度を測定している状態を表す側面図である。
【図６】集電体１８１と対象物の接続強度を測定している状態を表す正面図である。
【図７】本発明の比較例に係る燃料電池セル１００ｘの断面図である。
【図８】燃料電池セル１００ｘの断面図である（集電体１８１変形時）。
【図９】本発明の変形例１に係る燃料電池セル１００ａの断面図である。
【図１０】本発明の変形例２に係る燃料電池セル１００ｂの断面図である。
【図１１】本発明の変形例３に係る燃料電池セル１００ｃの断面図である。
【図１２】本発明の変形例４に係る燃料電池セル１００ｄの断面図である。
【図１３】本発明の変形例５に係る燃料電池セル１００ｅの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施形態）
以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は，本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（燃料電池スタック）１０を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池１０は，燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する装置である。
【００１７】
燃料ガスとしては，水素，還元剤となる炭化水素，水素と炭化水素との混合ガス，及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス，これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず，例えば，天然ガス，ナフサ，石炭ガス化ガス等が挙げられる。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは１種のみを用いてもよいし，２種以上を併用することもできる。また，５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。
【００１８】
酸化剤ガスとしては，酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に，この混合ガスには８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの酸化剤ガスのうちでは安全であって，且つ安価であるため，空気（約８０体積％の窒素が含まれている。）が好ましい。
【００１９】
固体酸化物形燃料電池１０は，略直方体形状をなし，上面１１，底面１２，貫通孔２１〜２８を有する。貫通孔２１〜２４は，上面１１，底面１２の辺近傍（後述の燃料極フレーム１６０の辺近傍）を貫通し，貫通孔２５〜２８は，上面１１，底面１２の頂点近傍（後述の燃料極フレーム１６０の頂点近傍）を貫通する。貫通孔２１〜２８にはそれぞれ，連結部材（締結具であるボルト４１〜４８，ナット５１〜５８）が取り付けられる。なお，ナット５３，５４，５７は，判りやすさのために，図示を省略している。
【００２０】
上面１１側の貫通孔２１〜２４の開口に，部材６０が配置される。部材６０（部材６２）の貫通孔，貫通孔２１〜２４にボルト４１〜４４が挿通され，ナット５１〜５４がねじ込まれる。
【００２１】
部材６０は，部材６２，導入管６１を有する。部材６２は，略円筒形状をなし，略平面状の上面および底面，曲面状の側面に，導入管６１は上面と底面間を貫通する貫通孔を有する。部材６２の貫通孔と導入管６１の貫通孔とが連通する。
【００２２】
部材６２の貫通孔と貫通孔２１〜２４の径は略同一である。これらの径より，ボルト４１〜４４の軸の径が小さいことで，部材６２の貫通孔とボルト４１〜４４の軸間，および貫通孔２１〜２４とボルト４１〜４４の軸間をガス（酸化剤ガス（空気），発電後の残余の燃料ガス，発電後の残余の酸化剤ガス，燃料ガス）が通過する。即ち，酸化剤ガス（空気），燃料ガスが導入管６１から流入し，貫通孔２１，２４をそれぞれ経由して，固体酸化物形燃料電池１０内に流入する。発電後の残余の酸化剤ガス（空気），発電後の残余の燃料ガスが固体酸化物形燃料電池１０から流入し，貫通孔２３，２２をそれぞれ経由して，導入管６１から流出する。
【００２３】
固体酸化物形燃料電池１０は，発電単位である平板形の燃料電池セル１００が複数個積層されて構成される。複数個の燃料電池セル１００が電気的に直列に接続される。
【００２４】
図２は，燃料電池セル１００の断面図である。図３は，燃料電池セル１００の分解斜視図である。
図２に示すように，前記燃料電池セル１００は，いわゆる燃料極支持形タイプの燃料電池セルであり，上下一対の金属製のインターコネクタ１１０（１），１１０（２）の間に，燃料電池セル本体１４０が配置される。燃料電池セル本体１４０とインターコネクタ１１０（１），１１０（２）の間に，空気流路１０１，燃料ガス流路１０２が配置される。
【００２５】
燃料電池セル本体１４０は，空気極（カソード）機能層１４１，反応防止層１４２，固体電解質層１４３，燃料極（アノード）機能層１４４，燃料極（アノード）基板層１４５が積層されて構成される。
【００２６】
空気極機能層１４１は，空気極層として機能する。空気極機能層１４１の材料としては，例えば，各種の金属，金属の酸化物，金属の複酸化物等を用いることができる。金属としては，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。更に，金属の酸化物としては，Ｌａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，Ｍｎ及びＦｅ等の酸化物（Ｌａ２Ｏ３，ＳｒＯ，Ｃｅ２Ｏ３，Ｃｏ２Ｏ３，ＭｎＯ２及びＦｅＯ等）が挙げられる。また，複酸化物としては，少なくともＬａ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｏ，Ｆｅ及びＭｎ等を含有する複酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ｘＳｒｘＦｅＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複酸化物，Ｌａ1−ｘＳｒｘＭｎＯ３系複酸化物，Ｐｒ１−ｘＢａｘＣｏＯ３系複酸化物及びＳｍ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複酸化物等）が挙げられる。
【００２７】
反応防止層１４２は，空気極機能層１４１，固体電解質層１４３間での反応を制限するためのものである。その材質は特に限定されず，例えば，通常，ＣｅＯ２のＣｅの一部が少なくとも１種の希土類元素により置換されたＣｅＯ２系酸化物が用いられる。
【００２８】
固体電解質層１４３の材料としては，例えばＺｒＯ２系セラミック，ＬａＧａＯ３系セラミック，ＢａＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＺｒＯ３系セラミック，及びＣａＺｒＯ３系セラミック等が挙げられる。
【００２９】
燃料極機能層１４４，燃料極基板層１４５の全体が燃料極層として機能する。
燃料極機能層１４４，燃料極基板層１４５の構成材料は同一でもよく，同一でなくても良い。燃料極機能層１４４，燃料極基板層１４５の構成材料を同一とする場合，これらの熱膨張係数が同程度となり，熱処理時や高温での作動時にこれらの間での剥離を抑制する効果がより大きい。
【００３０】
なお，燃料極機能層１４４，燃料極基板層１４５の構成材料として，例えば，金属，金属の酸化物，金属の複酸化物，金属と金属の酸化物の混合物などを用いることができる。
金属としては，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ,Ｎｉ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。
更に金属の酸化物としては，固体電解質層１４３と同等の材料で，例えばＺｒＯ２系セラミック，ＬａＧａＯ３系セラミック，ＢａＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＺｒＯ３系セラミック，及びＣａＺｒＯ３系セラミック等が挙げられる。
金属と金属の酸化物の混合物として，例えば，Ｎｉ金属とＺｒＯ２系セラミックの混合物が挙げられる。なお，この場合，ＮｉＯとＺｒＯ２系セラミックの混合物を初期材料（燃料電池セル１００動作開始前の構成材料）として用いることができる。燃料極側では還元雰囲気に曝されるために，還元反応が進行した結果，ＮｉＯとＺｒＯ２系セラミックの混合物が，Ｎｉ金属とＺｒＯ２系セラミックの混合物に変化するからである。
【００３１】
また，燃料極基板層１４５内での燃料の拡散を促進するため，燃料極基板層１４５の空孔率を燃料極機能層１４４より高く設定することが望ましい。
【００３２】
図３に示すように，燃料電池セル１００は，上下一対のインターコネクタ１１０（１），１１０（２）の間に，ガスシール部１２０，セパレータ１３０，ガスシール部１５０，燃料極フレーム１６０，ガスシール部１７０，集電体１８１を備え，それらが積層されて一体に構成されている。
【００３３】
空気極機能層１４１とインターコネクタ１１０（１）との間に，その導通を確保するために集電体１４７が配置されている。燃料極基板層１４５とインターコネクタ１１０（２）との間に，その導通を確保するために集電体１８１が配置されている。集電体１８１の上面（第１の主面）が燃料極基板層１４５と電気的に接続される。集電体１８１の下面（第２の主面）がインターコネクタ１１０（２）（コネクタ）と電気的に接続される。集電体１８１は，「燃料電池セル本体とコネクタの間に配置され，前記燃料電池セル本体側の第１の面と，前記コネクタ側の第２の面と，を有する集電体」に対応する。
【００３４】
集電体１８１は，多孔質の金属（例えば，Ｎｉ）から構成される。集電体１８１は，多孔質のため，潰れ易く，後述のように，高温等に起因する応力の印加により塑性変形する可能性がある。
一方，集電体１４７は，非多孔質（多孔質でない）の金属（例えばステンレス）から構成され，座屈等の塑性変形は事実上無視できる。なお，集電体１４７を多孔質とすることも可能である。
【００３５】
以下，燃料電池セル１００を構成する各部材について，更に詳細に説明する。なお，燃料電池セル１００の平面形状は正方形であるので，燃料電池セル１００を構成する各部材の平面形状も正方形に形成することが望ましい。各部材を正方形とする場合，ボルトで締め付けた際に燃料電池セル本体１４０面内にほぼ均一に荷重を印加することが可能となり，荷重の不均一による燃料電池セル本体１４０の割れなどを抑制する効果が大きい。
なお，各部材の平面形状は，「正方形」に限らず，他の平面形状とすることも可能である。例えば，長方形，円形などが挙げられる。他の平面形状とした場合では，燃料電池セル本体１４０面内の荷重をある程度均一にすることができる。
【００３６】
インターコネクタ１１０（１），１１０（２）は，例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．３〜２．０ｍｍの板材であり，その外縁部には，前記ボルト４１〜４８が貫挿される例えば直径１０ｍｍの丸孔である貫通孔２１〜２８が，等間隔に形成されている。インターコネクタ１１０（２）は，「燃料電池セル本体と対向して配置される，コネクタ」に対応する。
【００３７】
ガスシール部１２０は，空気極機能層１４１側に配置され，例えばマイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍの枠状の板材であり，その四隅の角部には，前記ボルト４５〜４８が貫挿される各貫通孔２５〜２８が形成されている。
【００３８】
このガスシール部１２０の四方の各辺の縁部には，前記ボルト４１〜４４が貫挿される各貫通孔２１〜２４と連通するように，その辺に沿って，ガスの流路となる略長方形状（長さ１００ｍｍ×幅１０ｍｍ）の貫通孔１２１〜１２４が形成されている。つまり，各貫通孔１２１〜１２４は，積層方向から見た場合，各貫通孔２１〜２４を含むように形成されている。
【００３９】
ガスシール部１２０には，中央の正方形の開口部１２５と左右の貫通孔１２１，１２３と連通するように，ガスシール部１２０の右左の枠部分に，細径（長さ２０ｍｍ×幅５ｍｍ）のガス流路となる長方形の切り欠き１２７がそれぞれ４本ずつ形成されている。
【００４０】
なお，この切り欠き１２７は，貫通孔として形成しても良く，ガスシール部１２０の一方の表面を掘って形成された溝でも良い。また，切り欠き１２７は，レーザやプレス加工によって形成できる。
【００４１】
この切り欠き１２７のガス流路の流れ方向（図３左右方向）における断面積（流れ方向と垂直の断面積）は，各貫通孔１２１，１２３の流れ方向（図３上下方向：積層方向）における断面積（流れ方向と垂直の断面積）より小さく設定されている。また，各切り欠き１２７は，左右の辺の中点を結んだ線を中心とした線対称となるように配置されているが，その本数については，例えば１つの辺について６本以上など，適宜設定すればよい。
【００４２】
セパレータ１３０は，燃料電池セル本体１４０の外縁部の上面に接合して空気流路１０１と燃料ガス流路１０２との間を遮断するものであり，「固体電解質層に接続され，前記空気極層側，前記燃料極層側の空間を分画する，導電性セパレータ」として機能する。セパレータ１３０は，例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．０２〜０．３０ｍｍの枠状の板状であり，その中央の正方形の開口部１３５には，開口部１３５を閉塞するように前記燃料電池セル本体１４０が接合される。
【００４３】
このセパレータ１３０においても，前記ガスシール部１２０と同様に，その四隅の角部に同形状の各貫通孔２５〜２８が形成されるとともに，四方の各辺に沿って（第１ガス流路となる）同形状の各貫通孔１３１〜１３４が形成されている。
【００４４】
ガスシール部１５０は，燃料極基板層１４５側に配置され，例えばマイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍの枠状の板材であり，その四隅の角部には，前記ボルト４５〜４８が貫挿される各貫通孔２５〜２８が形成されている。
【００４５】
このガスシール部１５０の四方の各辺の縁部には，前記ボルト４１〜４４が貫挿される各貫通孔２１〜２４と連通するように，その辺に沿って，ガスの流路となる略長方形状（長さ１００ｍｍ×幅１０ｍｍ）の貫通孔１５１〜１５４が形成されている。つまり，各貫通孔１５１〜１５４は，積層方向から見た場合，各貫通孔２１〜２４を含むように形成されている。
ガスシール部１５０は，中央に正方形の開口部１５５を有する。
【００４６】
燃料極フレーム１６０は，燃料ガス流路１０２側に配置され，中央に開口部１６５を備えた例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．５〜２．０ｍｍの枠状の板材である。前記燃料極フレーム１６０は，前記セパレータ１３０と同様に，その四隅の角部に同形状の各貫通孔２５〜２８が形成されるとともに，四方の各辺に沿って，ガス流路となる各貫通孔１６１〜１６４が形成されている。
【００４７】
ガスシール部１７０は，燃料極フレーム１６０より図３下方の燃料極機能層１４４側に配置され，ガスシール部１２０と同様に，中央に開口部１７５を備えた例えばマイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍの枠状の板材である。ガスシール部１７０は，その四隅の角部には同形状の各貫通孔２５〜２８が形成されるとともに，四方の各辺に沿って，ガス流路となる同形状の各貫通孔１７１〜１７４が形成されている。
【００４８】
このガスシール部１７０にも，対向する各枠部分に，開口部１７５と貫通孔１７２，１７４と連通するように，細径（長さ２０ｍｍ×幅５ｍｍ）のガス流路となる切り欠き１７６が，それぞれ４本ずつ設けられている。
【００４９】
本実施形態に係る燃料電池セル１００は，図２，図３に示すように，燃料電池セル本体１４０と集電体１８１間（集電体１８１の上面），および集電体１８１とインターコネクタ１１０（２）間（集電体１８１の下面）に，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３を有する。
集電体１８１の上面に固着領域Ａｆ１，Ａｆ２，通常領域Ａｎ１が，集電体１８１の下面に固着領域Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ２，Ａｎ３が配置される。
【００５０】
固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３は，集電体１８１と燃料電池セル本体１４０またはインターコネクタ１１０（２）間の面積当たりの接続強度が固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３より大きい。
固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２は，集電体１８１と燃料電池セル本体１４０またはインターコネクタ１１０（２）間の面積当たりの接続強度が固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３の何れよりも小さい。
即ち，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３それぞれでの単位面積当たりの接続強度をＰｆ，Ｐｓ，Ｐｎとすると，Ｐｆ＞Ｐｎ＞Ｐｓの順番となる。
【００５１】
固着領域Ａｆ１，Ａｆ２は，「第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが通電するように第１の強度で接続される第１の領域」に対応する。
固着領域Ａｆ３は，「第２の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが通電するように前記第２の強度より強い第３の強度で接続される第３の領域」に対応する。
【００５２】
固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２は，「第１の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第１および前記第３の強度より弱い第４の強度で接続される第４の領域」に対応する。
【００５３】
通常領域Ａｎ１中，通常領域Ａｎ２，Ａｎ３と対応しない領域は，「第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第２の強度で接続される第２の領域」に対応する。
通常領域Ａｎ１中，通常領域Ａｎ２，Ａｎ３と対応する領域は，「第１の領域と前記第２の領域の間に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第５の強度で接続される第５の領域」に対応する。
通常領域Ａｎ２，Ａｎ３は，「第５の領域と対応して，前記第３の領域と前記第４の領域の間に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第３の強度より弱い第６の強度で接続される第６の領域」に対応する。
【００５４】
このように接続強度の異なる領域Ａｆ，Ａｓ，Ａｎは，例えば，次のようにして形成できる。
通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３では，集電体１８１と燃料電池セル本体１４０またはインターコネクタ１１０（２）間に特に何も介在させない。
既述のように，燃料極基板層１４５（燃料電池セル本体１４０）は，ＺｒＯ２系セラミック，ＣｅＯ２系セラミック等のセラミックの混合物から構成される。また，集電体１８１は，多孔質の金属（例えば，Ｎｉ）から構成される。インターコネクタ１１０（２）は，例えば，フェライト系のステンレスから構成される。
【００５５】
燃料極基板層１４５と集電体１８１間の接着は，熱によるセラミック混合物と金属間の接着であり，また，集電体１８１とインターコネクタ１１０（２）間の接着は，熱による金属間の接着である。このように何も介在させない状態で熱固着を行うことにより，これらの間での接着が達成され，更に，前記固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３より弱く，前記固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２より強い接着が達成される。
【００５６】
固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３には，導電性を有し，接続力を高める材料を配置する。固着領域Ａｆ１，Ａｆ２に，例えば，Ｐｔおよび／またはＮｉＯを含むペーストを配置する。これらを含有するペーストを配置し，焼成することで，金属とセラミック混合物間の接続力（接続強度）を高めることが可能になると同時に，ＮｉＯは還元によりＮｉとなることで，導電性も同時に確保できることとなる。また，固着領域Ａｆ３に，例えば，Ｐｔおよび／またはＡｇを含むペーストを配置する。これらを含有するペーストを配置し，焼成することで，金属間の接続力を高めることが可能になると同時に，導電性も確保できる。なお，集電体１８１の上下でペーストに含まれる材料が必ずしも一致しないのは，集電体１８１の上下で接続される構成材料が異なるためである。
なお，集電体１８１の下側の固着領域Ａｆ３での接続に熱固着を採用しても良い。熱固着とは，加熱によって部材同士が接着することを指す。ここでは，集電体１８１とコネクタ１１０（２）間の金属同士の接着が加熱のみにより達成されることを示す。
【００５７】
固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２には，接続力を弱める材料，例えば，アルミナを含むペーストを配置する。燃料電池セル１００の作製工程において，このペーストを焼成することで，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２にアルミナを含む層が形成される。この層が固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２の接続強度を弱める。アルミナを含む層は，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２の一部にのみ配置しても良い。固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２の全域にアルミナを均一に配置しなくても，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２の接続強度を固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３および通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３の接続強度より低下できる。
【００５８】
以上のように，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３の接続強度は，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３の接続強度より大きい。このため，集電体１８１に熱応力等が印加された場合に，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３での接続が失われた場合でも，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３での接続が確保される。この結果，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３を介して，燃料電池セル本体１４０，集電体１８１，インターコネクタ１１０（２）間での電気的導通が確保される。
【００５９】
既述のように，集電体１８１は，比較的潰れやすい材料から構成される。これは，インターコネクタ１１０（１），１１０（２），燃料電池セル本体１４０，集電体１４７，１８１を積層し，締結具（ボルト４１〜４８，ナット５１〜５８）で締め付けたときに，燃料電池セル本体１４０，特に，固体電解質層１４３が割れることを防止するためである。集電体１８１が変形することで，燃料電池セル本体１４０に印加される応力が緩和される。
【００６０】
しかし，集電体１８１を比較的潰れやすい材料から構成したことで，例えば，固体酸化物形燃料電池１０の運転時の高温による熱応力により，集電体１８１が塑性変形する（例えば，座屈）可能性が高くなっている。後述の図８では，集電体１８１の変形により，集電体１８１−燃料電池セル本体１４０間，または集電体１８１−インターコネクタ１１０（２）間での接触が断たれている。この結果，燃料電池セル本体１４０−集電体１８１−インターコネクタ１１０（２）間での直接的な電気的導通が遮断されている。
【００６１】
本実施形態では，集電体１８１が座屈等変形した場合でも，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３を通じて，燃料電池セル本体１４０−集電体１８１−インターコネクタ１１０（２）間での電気的導通が確保される。これは，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３の配置が図４の上下および左右に分散して配置していることに基づく。即ち，固着領域Ａｆ１，Ａｆ３（あるいは固着領域Ａｆ２，Ａｆ３）は，集電体１８１の上下左右の何れについても並んで配置されていない（斜めに配置されている）。このように，集電体１８１の上下左右に分散して配置される固着領域Ａｆ１，Ａｆ３が有れば，燃料電池セル本体１４０−インターコネクタ１１０（２）間での電気的導通を確保できる。
【００６２】
ここで，図４に示す，最大座屈幅Ｗｍａｘに対して，固着領域Ａｆ１，Ａｆ２（正確には，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２と上下に重なり合う領域）の幅Ｗ１が十分大きいことが好ましい。例えば，「Ｗ１／Ｗｍａｘ≧１０」であることが好ましい。
最大座屈幅Ｗｍａｘは，集電体１８１が座屈したときの集電体１８１と燃料電池セル本体１４０（またはインターコネクタ１１０（２））間の間隔の最大値を言う。比Ｗ１／Ｗｍａｘを大きくすることで，集電体１８１が座屈した場合に，固着領域Ａｆ１，Ａｆ２にかかる引っ張りの力が緩和され，固着領域Ａｆ１，Ａｆ２と燃料電池セル本体１４０との剥離を防止できる。この結果，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３による，燃料電池セル本体１４０と，インターコネクタ１１０（２）の間での電気的導通の確実性がより向上する。
なお，集電体１４７には，このような固着領域Ａｆ１，Ａｆ２，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２を必ずしも設ける必要はない。集電体１４７は，集電体１８１と異なり，多孔質では無いため，塑性変形し難いからである。
【００６３】
固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３での接続強度は，以下の方法に基づき測定できる。図５，図６はそれぞれ，集電体１８１と対象物（燃料電池セル本体１４０またはコネクタ１１０（２））の接続強度を測定している状態を表す側面図および正面図である。
【００６４】
この測定には，集電体固定部ＦＸ，フォースゲージＦＧが用いることができる。集電体固定部ＦＸ，フォースゲージＦＧは，フックＦＫ１，ＦＫ２で接続される。集電体固定部ＦＸは，集電体１８１をネジＳＣ等で固定する。フォースゲージＦＧはフックＦＫ１に印加される荷重を測定するものである。
【００６５】
（１）測定の準備
集電体１８１と対象物（燃料電池セル本体１４０またはコネクタ１１０（２））それぞれの面積の１/２が固着領域，固着抑制領域，通常領域の何れかにより，接続されているとする（接続領域Ａ１）。また，集電体１８１と対象物の残りの面積が接続されていないとする（非接続領域Ａ２）。
【００６６】
接続領域Ａ１と非接続領域Ａ２の境界で，集電体１８１を垂直に折り曲げ、非接続領域Ａ２側を集電体固定部ＦＸに固定する。例えば，ネジＳＣによる固定（ネジ止め）により，集電体１８１の非接続領域Ａ２が集電体固定部ＦＸに挟まれ，固定される。ここで，非接続領域Ａ２中，集電体固定部ＦＸに挟まれた領域の長さＬ１と集電体固定部ＦＸに挟まれない領域の長さＬ２を等しくする。
【００６７】
フォースゲージＦＧとして，接続領域Ａ１の接続強度（接着強度）に応じて，荷重（力）を測定できるもの（計測器）を選択できる。例えば，２Ｎから１０００Ｎまでの荷重を測定可能なものを用いることができる。フォースゲージＦＧの一例として，IMADA製高性能型デジタルフォースゲージZP（Z2）シリーズを挙げることができる。
【００６８】
（２）測定
測定の準備が完了後，図５，図６に示すように，フォースゲージＦＧを介して，集電体１８１の非接続領域Ａ２を対象物（燃料電池セル本体１４０またはコネクタ１１０（２））に対して垂直方向に向かって，例えば，１ｃｍ／ｍｉｎの速度Ｖで引っ張る。そして，集電体１８１の接続領域Ａ１が対象物の表面から完全に剥がれた時点の荷重（力）をフォースゲージＦＧによって測定する。このようにして，固着領域，固着抑制領域，通常領域の接続強度を測定できる。なお，本実施形態では，接続強度の大小関係が問題であり，接続強度の具体的な数値にはそれほど大きな意味は無いため，接続強度の数値を規定していない。
【００６９】
（比較例）
図７，図８は，本発明の比較例に係る燃料電池セル１００ｘの断面図であり，それぞれ図２，図４に対応する。
燃料電池セル１００ｘの集電体１８１上には，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２を有しない（通常領域のみ）。
このため，図８に示すように，集電体１８１への応力の印加時に，集電体１８１の上下いずれかの接続が全面的に解除され，インターコネクタ１１０（１），１１０（２）間の導通が確保されない可能性が大きい。
【００７０】
（変形例１）
図９は，本発明の変形例１に係る燃料電池セル１００ａの断面図であり，図４に対応する。
燃料電池セル１００ａは，燃料電池セル本体１４０と集電体１８１間（集電体１８１の上面），および集電体１８１とインターコネクタ１１０（２）間（集電体１８１の下面）に，固着領域Ａｆ１１〜Ａｆ１３，固着抑制領域Ａｓ１１，通常領域Ａｎ１１〜Ａｎ１４を有する。この変形例では，通常領域Ａｎ１１と固着領域Ａｆ１２，固着領域Ａｆ１１と固着抑制領域Ａｓ１１，通常領域Ａｎ１２と固着領域Ａｆ１３が対応して上下に配置される。この結果，集電体１８１への熱応力等の印加により，固着抑制領域Ａｓ１１，通常領域Ａｎ１１〜Ａｎ１４での接続が解除されても，固着領域Ａｆ１１〜Ａｆ１３での接続が確保され，燃料電池セル本体１４０と，インターコネクタ１１０（２）の間での電気的導通が保たれる。
【００７１】
（変形例２）
図１０は，本発明の変形例２に係る燃料電池セル１００ｂの断面図であり，図４に対応する。
変形例１と比較して，燃料電池セル１００ｂは，集電体１８１に換えて，集電体１８１１，１８１２を有する。また，集電体１８１１，１８１２の上下に，固着領域Ａｆ１１に換えて，固着領域Ａｆ１１１，Ａｆ１１２，固着抑制領域Ａｓ１１に換えて，固着抑制領域Ａｓ１１１，Ａｓ１１２を有する。その他の固着領域Ａｆ１２等は変形例１と同様である。即ち，変形例１に対して，この変形例２では，集電体１８１が２つに区分され，固着領域Ａｆ１１，固着抑制領域Ａｓ１１それぞれが２つに区分される。この結果，集電体１８１１では，固着領域Ａｆ１１１，Ａｆ１２，集電体１８１２では，固着領域Ａｆ１１２，Ａｆ１３により，燃料電池セル本体１４０と，インターコネクタ１１０（２）の間での電気的導通の確実性が確保される。
【００７２】
なお，集電体１８１を３つ以上に区分することも可能である。また，区分した集電体の全てに固着領域，固着抑制領域を配置しなくても良い。即ち，区分した集電体の一方のみで電気的導通の確実性を図っても良い。
ここで，既述のように，最大座屈幅Ｗｍａｘに対して，固着領域Ａｆ１１１，Ａｆ１１２（正確には，固着抑制領域Ａｓ１１１，Ａｓ１１２と上下に重なり合う領域）の幅Ｗ１が十分大きいことが好ましい。例えば，「Ｗ１／Ｗｍａｘ≧１０」であることが好ましい。
【００７３】
（変形例３）
図１１は，本発明の変形例３に係る燃料電池セル１００ｃの断面図であり，図４に対応する。
燃料電池セル１００ｃは，集電体１８１１，１８１２の上下に，固着領域Ａｆ３１〜Ａｆ３６，固着抑制領域Ａｓ３１，Ａｓ３２，通常領域Ａｎ３１〜Ａｎ３８を有する。この変形例３では，集電体１８１１，１８１２それぞれでの固着領域，固着抑制領域の配置は，燃料電池セル１００ａの集電体１８１と同様である。この結果，集電体１８１１，１８１２それぞれでの電気的導通の確実性を確保できる。
【００７４】
なお，集電体１８１を３つ以上に区分することも可能である。また，区分した集電体の全てに固着領域，固着抑制領域を配置しなくても良い。最大座屈幅Ｗｍａｘに対して，固着領域Ａｆ３１〜Ａｆ３６（正確には，固着抑制領域Ａｓ３１，通常領域Ａｎ３１，Ａｎ３２，固着抑制領域Ａｓ３２，通常領域Ａｎ３５，Ａｎ３６と上下に重なり合う領域）の幅Ｗ１が十分大きいことが好ましい。例えば，「Ｗ１／Ｗｍａｘ≧１０」であることが好ましい。
【００７５】
（変形例４）
図１２は，本発明の変形例４に係る燃料電池セル１００ｄの断面図であり，図４に対応する。
燃料電池セル１００ｄは，また，集電体１８１１，１８１２の上下に，固着領域Ａｆ４１〜Ａｆ４６，固着抑制領域Ａｓ４１〜Ａｓ４４，通常領域Ａｎ４１〜Ａｎ４６を有する。この変形例４では，集電体１８１１，１８１２それぞれでの固着領域，固着抑制領域の配置は，燃料電池セル１００の集電体１８１と同様である。この結果，集電体１８１１，１８１２それぞれでの電気的導通の確実性を確保できる。
【００７６】
なお，集電体１８１を３つ以上に区分することも可能である。また，区分した集電体の全てに固着領域，固着抑制領域を配置しなくても良い。最大座屈幅Ｗｍａｘに対して，固着領域Ａｆ４１〜Ａｆ４６（正確には，固着抑制領域Ａｓ４１，Ａｓ４２，通常領域Ａｎ４１，固着抑制領域Ａｓ４３，Ａｓ４４，通常領域Ａｎ４４と上下に重なり合う領域）の幅Ｗ１が十分大きいことが好ましい。例えば，「Ｗ１／Ｗｍａｘ≧１０」であることが好ましい。
【００７７】
（変形例５）
図１３は，本発明の変形例５に係る燃料電池セル１００ｅのガスシール部１７０と集電体１８１の配置を表す平面図である。なお，この図では，集電体１８１の上下の固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３を示している。
燃料電池セル１００では，図２，図３に示すように，全ての集電体１８１に固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２が配置されるのに対して，燃料電池セル１００ｅでは，一部の集電体１８１にのみ固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２が配置される。この場合でも，この一部の集電体１８１により，燃料電池セル本体１４０と，インターコネクタ１１０（２）の間での電気的導通の確実性を確保できる。
【００７８】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７９】
（１）上記実施形態では，集電体１８１上（燃焼極側）に固着領域，固着抑制領域を配置し，集電体１８１が変形した場合でも，燃料電池セル本体１４０の燃料極側とインターコネクタ１１０（２）間の電気的導通を確保している。
これに対して，集電体１４７上（空気極側）に固着領域，固着抑制領域を配置しても良い。この場合，集電体１４７が変形した場合でも，燃料電池セル本体１４０の空気極側とインターコネクタ１１０（１）間の電気的導通の確保が可能となる。
【００８０】
（２）上記実施形態では，燃料電池セル本体１４０とインターコネクタ１１０（２）間の電気的導通を確保している。
インターコネクタ１１０は，燃料電池セル１００間での電気的導通を確保するために，燃料電池セル１００間に配置される。このインターコネクタ１１０（２）を，固体酸化物形燃料電池１０の上端または下端の端末コネクタとしてもよい。即ち，インターコネクタ１１０（２）に替えて，コネクタ一般への適用が可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 固体酸化物型燃料電池
１１ 上面
１２ 底面
２１-２８ 貫通孔
４１-４８ ボルト
５１-５８ ナット
６０ 部材
６１ 導入管
６２ 部材
１００ 燃料電池セル
１０１ 空気流路
１０２ 燃料ガス流路
１１０ インターコネクタ
１２０ ガスシール部
１２１-１２４ 貫通孔
１２５ 開口部
１２７ 切り欠き
１３１-１３４ 貫通孔
１５１-１５４ 貫通孔
１６１-１６４ 貫通孔
１７１-１７４ 貫通孔
１３０ セパレータ
１３５ 開口部
１４０ 燃料電池セル本体
１４１ 空気極機能層
１４２ 反応防止層
１４３ 固体電解質層
１４４ 燃料極機能層
１４５ 燃料極基板層
１４７ 集電体
１５０ ガスシール部
１５５ 開口部
１６０ 燃料極フレーム
１６５ 開口部
１７０ ガスシール部
１７５ 開口部
１７６ 切り欠き
１８１ 集電体
１８１１，１８１２ 集電体
【技術分野】
【０００１】
本発明は，固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（以下，「ＳＯＦＣ」または単に「燃料電池」と記す場合がある）が知られている。ＳＯＦＣは，例えば，板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを多数積層したスタック（燃料電池スタック）を有する。燃料極および空気極それぞれに，燃料ガスおよび酸化剤ガス（例えば，空気中の酸素）を供給し，固体電解質体を介して化学反応させることで，電力を発生させる。
【０００３】
燃料電池セルは，一対のインターコネクタ，燃料電池セル本体（空気極，固体電解質体，燃料極が積層されたもの）を有する。燃料電池セル本体とインターコネクタの電気的接続のために，集電体が配置される。
ここで，燃料電池セルが温度変化等により変形した際に，燃料電池セル本体とインターコネクタの電気的接続が解除される可能性がある。例えば，集電体が塑性変形することで（例えば，座屈），集電体−燃料電池セル本体間，または集電体−インターコネクタ間の接触が断たれ，燃料電池セル本体とインターコネクタの電気的接続が解除される可能性がある。
【０００４】
次のような場合，集電体が変形しやすくなる。即ち，集電体に塑性変形し易い材料を用いる可能性が有る。固体電解質層，集電体，インターコネクタ，フレーム等の部材の全てに硬い材質を用い，ＳＯＦＣのスタックを作製，組み付けると（ボルト締め付け），固体電解質層が割れる可能性がある。このため，アノード側の集電体に軟らかい材質，若しくはスポンジ状の材質が用いられることがある。この場合，高温により集電体が塑性変形（例えば，座屈）する可能性が高くなる。
【０００５】
なお，燃料極上に順次固体酸化物電解質膜及び空気極を配置した単セルをフレームで囲い，燃料極側及び空気極側にそれぞれ燃料ガス及び空気を流通させるようにしてなる支持膜式固体酸化物形燃料電池が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０３６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は，燃料電池セル本体とコネクタ間の電気的導通の確実性を向上した固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池は，発電機能を有する燃料電池セル本体と，前記燃料電池セル本体と対向して配置される，コネクタと，前記燃料電池セル本体と前記コネクタの間に配置され，前記燃料電池セル本体側の第１の面と，前記コネクタ側の第２の面と，を有する集電体と，前記第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが通電するように第１の強度で接続される第１の領域と，前記第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第２の強度で接続される第２の領域と，前記第２の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが通電するように前記第２の強度より強い第３の強度で接続される第３の領域と，前記第１の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第１および前記第３の強度より弱い第４の強度で接続される第４の領域と，を具備する。
【０００９】
集電体の第１の面に第１，第２の領域が，第２の面に第４，第３の領域が第１，第２の領域と対応して配置される。第１，第３の領域での接続強度は第２，第４の領域での接続強度より強い。このため，熱応力等が集電体に加わった場合に，接続強度の弱い第２，第４の領域の接続が断たれ，接続強度の強い第１，第３の領域の接続は保持される傾向となる。この結果，第１，第３の領域を通して，燃料電池セル本体，集電体，コネクタ間の電気的導通が確保される。
【００１０】
（１）前記第１の領域と前記第２の領域の間に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第５の強度で接続される第５の領域と，前記第５の領域と対応して，前記第３の領域と前記第４の領域の間に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第３の強度より弱い第６の強度で接続される第６の領域と，をさらに具備しても良い。
この場合，第１，第３の領域での接続強度は第２，第４〜第６の領域での接続強度より強い。このため，熱応力等が集電体に加わった場合に，接続強度の強い第１，第３の領域の接続は保持される傾向となる。この結果，第１，第３の領域を通して，燃料電池セル本体，集電体，コネクタ間の電気的導通が確保される。
【００１１】
（２）前記第２の領域及び前記第４の領域の少なくとも一部に，アルミナを含む層が配置されても良い。
アルミナを含む層を配置することで，第２，第４の領域の接続強度を第１，第３の領域より弱くすることができる。
【００１２】
（３）前記第１の領域及び前記第３の領域の少なくとも一方に，ＮｉまたはＰｔの少なくともいずれかを含む層が配置されても良い。
ＮｉまたはＰｔの少なくともいずれかを含む層を配置することで，第１，第３の領域の接続強度および電気的導通を確保できる。
【００１３】
（４）前記集電体が，多孔質の金属から構成されても良い。
集電体を多孔質の金属から構成することで，組み立て時等での燃料電池セル本体の破壊を防止できる。その反面，集電体が塑性変形し易くなる。この場合でも，第１，第３の領域を通して，燃料電池セル本体，集電体，コネクタ間の電気的導通が確保される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，燃料電池セル本体とコネクタ間の電気的導通の確実性を向上した固体酸化物形燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１０を表す斜視図である。
【図２】燃料電池セル１００の断面図である。
【図３】燃料電池セル１００の分解斜視図である。
【図４】燃料電池セル１００の断面図である（集電体１８１変形時）。
【図５】集電体１８１と対象物の接続強度を測定している状態を表す側面図である。
【図６】集電体１８１と対象物の接続強度を測定している状態を表す正面図である。
【図７】本発明の比較例に係る燃料電池セル１００ｘの断面図である。
【図８】燃料電池セル１００ｘの断面図である（集電体１８１変形時）。
【図９】本発明の変形例１に係る燃料電池セル１００ａの断面図である。
【図１０】本発明の変形例２に係る燃料電池セル１００ｂの断面図である。
【図１１】本発明の変形例３に係る燃料電池セル１００ｃの断面図である。
【図１２】本発明の変形例４に係る燃料電池セル１００ｄの断面図である。
【図１３】本発明の変形例５に係る燃料電池セル１００ｅの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施形態）
以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は，本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（燃料電池スタック）１０を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池１０は，燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する装置である。
【００１７】
燃料ガスとしては，水素，還元剤となる炭化水素，水素と炭化水素との混合ガス，及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス，これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず，例えば，天然ガス，ナフサ，石炭ガス化ガス等が挙げられる。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは１種のみを用いてもよいし，２種以上を併用することもできる。また，５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。
【００１８】
酸化剤ガスとしては，酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に，この混合ガスには８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの酸化剤ガスのうちでは安全であって，且つ安価であるため，空気（約８０体積％の窒素が含まれている。）が好ましい。
【００１９】
固体酸化物形燃料電池１０は，略直方体形状をなし，上面１１，底面１２，貫通孔２１〜２８を有する。貫通孔２１〜２４は，上面１１，底面１２の辺近傍（後述の燃料極フレーム１６０の辺近傍）を貫通し，貫通孔２５〜２８は，上面１１，底面１２の頂点近傍（後述の燃料極フレーム１６０の頂点近傍）を貫通する。貫通孔２１〜２８にはそれぞれ，連結部材（締結具であるボルト４１〜４８，ナット５１〜５８）が取り付けられる。なお，ナット５３，５４，５７は，判りやすさのために，図示を省略している。
【００２０】
上面１１側の貫通孔２１〜２４の開口に，部材６０が配置される。部材６０（部材６２）の貫通孔，貫通孔２１〜２４にボルト４１〜４４が挿通され，ナット５１〜５４がねじ込まれる。
【００２１】
部材６０は，部材６２，導入管６１を有する。部材６２は，略円筒形状をなし，略平面状の上面および底面，曲面状の側面に，導入管６１は上面と底面間を貫通する貫通孔を有する。部材６２の貫通孔と導入管６１の貫通孔とが連通する。
【００２２】
部材６２の貫通孔と貫通孔２１〜２４の径は略同一である。これらの径より，ボルト４１〜４４の軸の径が小さいことで，部材６２の貫通孔とボルト４１〜４４の軸間，および貫通孔２１〜２４とボルト４１〜４４の軸間をガス（酸化剤ガス（空気），発電後の残余の燃料ガス，発電後の残余の酸化剤ガス，燃料ガス）が通過する。即ち，酸化剤ガス（空気），燃料ガスが導入管６１から流入し，貫通孔２１，２４をそれぞれ経由して，固体酸化物形燃料電池１０内に流入する。発電後の残余の酸化剤ガス（空気），発電後の残余の燃料ガスが固体酸化物形燃料電池１０から流入し，貫通孔２３，２２をそれぞれ経由して，導入管６１から流出する。
【００２３】
固体酸化物形燃料電池１０は，発電単位である平板形の燃料電池セル１００が複数個積層されて構成される。複数個の燃料電池セル１００が電気的に直列に接続される。
【００２４】
図２は，燃料電池セル１００の断面図である。図３は，燃料電池セル１００の分解斜視図である。
図２に示すように，前記燃料電池セル１００は，いわゆる燃料極支持形タイプの燃料電池セルであり，上下一対の金属製のインターコネクタ１１０（１），１１０（２）の間に，燃料電池セル本体１４０が配置される。燃料電池セル本体１４０とインターコネクタ１１０（１），１１０（２）の間に，空気流路１０１，燃料ガス流路１０２が配置される。
【００２５】
燃料電池セル本体１４０は，空気極（カソード）機能層１４１，反応防止層１４２，固体電解質層１４３，燃料極（アノード）機能層１４４，燃料極（アノード）基板層１４５が積層されて構成される。
【００２６】
空気極機能層１４１は，空気極層として機能する。空気極機能層１４１の材料としては，例えば，各種の金属，金属の酸化物，金属の複酸化物等を用いることができる。金属としては，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。更に，金属の酸化物としては，Ｌａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，Ｍｎ及びＦｅ等の酸化物（Ｌａ２Ｏ３，ＳｒＯ，Ｃｅ２Ｏ３，Ｃｏ２Ｏ３，ＭｎＯ２及びＦｅＯ等）が挙げられる。また，複酸化物としては，少なくともＬａ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｏ，Ｆｅ及びＭｎ等を含有する複酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ｘＳｒｘＦｅＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複酸化物，Ｌａ1−ｘＳｒｘＭｎＯ３系複酸化物，Ｐｒ１−ｘＢａｘＣｏＯ３系複酸化物及びＳｍ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複酸化物等）が挙げられる。
【００２７】
反応防止層１４２は，空気極機能層１４１，固体電解質層１４３間での反応を制限するためのものである。その材質は特に限定されず，例えば，通常，ＣｅＯ２のＣｅの一部が少なくとも１種の希土類元素により置換されたＣｅＯ２系酸化物が用いられる。
【００２８】
固体電解質層１４３の材料としては，例えばＺｒＯ２系セラミック，ＬａＧａＯ３系セラミック，ＢａＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＺｒＯ３系セラミック，及びＣａＺｒＯ３系セラミック等が挙げられる。
【００２９】
燃料極機能層１４４，燃料極基板層１４５の全体が燃料極層として機能する。
燃料極機能層１４４，燃料極基板層１４５の構成材料は同一でもよく，同一でなくても良い。燃料極機能層１４４，燃料極基板層１４５の構成材料を同一とする場合，これらの熱膨張係数が同程度となり，熱処理時や高温での作動時にこれらの間での剥離を抑制する効果がより大きい。
【００３０】
なお，燃料極機能層１４４，燃料極基板層１４５の構成材料として，例えば，金属，金属の酸化物，金属の複酸化物，金属と金属の酸化物の混合物などを用いることができる。
金属としては，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ,Ｎｉ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。
更に金属の酸化物としては，固体電解質層１４３と同等の材料で，例えばＺｒＯ２系セラミック，ＬａＧａＯ３系セラミック，ＢａＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＺｒＯ３系セラミック，及びＣａＺｒＯ３系セラミック等が挙げられる。
金属と金属の酸化物の混合物として，例えば，Ｎｉ金属とＺｒＯ２系セラミックの混合物が挙げられる。なお，この場合，ＮｉＯとＺｒＯ２系セラミックの混合物を初期材料（燃料電池セル１００動作開始前の構成材料）として用いることができる。燃料極側では還元雰囲気に曝されるために，還元反応が進行した結果，ＮｉＯとＺｒＯ２系セラミックの混合物が，Ｎｉ金属とＺｒＯ２系セラミックの混合物に変化するからである。
【００３１】
また，燃料極基板層１４５内での燃料の拡散を促進するため，燃料極基板層１４５の空孔率を燃料極機能層１４４より高く設定することが望ましい。
【００３２】
図３に示すように，燃料電池セル１００は，上下一対のインターコネクタ１１０（１），１１０（２）の間に，ガスシール部１２０，セパレータ１３０，ガスシール部１５０，燃料極フレーム１６０，ガスシール部１７０，集電体１８１を備え，それらが積層されて一体に構成されている。
【００３３】
空気極機能層１４１とインターコネクタ１１０（１）との間に，その導通を確保するために集電体１４７が配置されている。燃料極基板層１４５とインターコネクタ１１０（２）との間に，その導通を確保するために集電体１８１が配置されている。集電体１８１の上面（第１の主面）が燃料極基板層１４５と電気的に接続される。集電体１８１の下面（第２の主面）がインターコネクタ１１０（２）（コネクタ）と電気的に接続される。集電体１８１は，「燃料電池セル本体とコネクタの間に配置され，前記燃料電池セル本体側の第１の面と，前記コネクタ側の第２の面と，を有する集電体」に対応する。
【００３４】
集電体１８１は，多孔質の金属（例えば，Ｎｉ）から構成される。集電体１８１は，多孔質のため，潰れ易く，後述のように，高温等に起因する応力の印加により塑性変形する可能性がある。
一方，集電体１４７は，非多孔質（多孔質でない）の金属（例えばステンレス）から構成され，座屈等の塑性変形は事実上無視できる。なお，集電体１４７を多孔質とすることも可能である。
【００３５】
以下，燃料電池セル１００を構成する各部材について，更に詳細に説明する。なお，燃料電池セル１００の平面形状は正方形であるので，燃料電池セル１００を構成する各部材の平面形状も正方形に形成することが望ましい。各部材を正方形とする場合，ボルトで締め付けた際に燃料電池セル本体１４０面内にほぼ均一に荷重を印加することが可能となり，荷重の不均一による燃料電池セル本体１４０の割れなどを抑制する効果が大きい。
なお，各部材の平面形状は，「正方形」に限らず，他の平面形状とすることも可能である。例えば，長方形，円形などが挙げられる。他の平面形状とした場合では，燃料電池セル本体１４０面内の荷重をある程度均一にすることができる。
【００３６】
インターコネクタ１１０（１），１１０（２）は，例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．３〜２．０ｍｍの板材であり，その外縁部には，前記ボルト４１〜４８が貫挿される例えば直径１０ｍｍの丸孔である貫通孔２１〜２８が，等間隔に形成されている。インターコネクタ１１０（２）は，「燃料電池セル本体と対向して配置される，コネクタ」に対応する。
【００３７】
ガスシール部１２０は，空気極機能層１４１側に配置され，例えばマイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍの枠状の板材であり，その四隅の角部には，前記ボルト４５〜４８が貫挿される各貫通孔２５〜２８が形成されている。
【００３８】
このガスシール部１２０の四方の各辺の縁部には，前記ボルト４１〜４４が貫挿される各貫通孔２１〜２４と連通するように，その辺に沿って，ガスの流路となる略長方形状（長さ１００ｍｍ×幅１０ｍｍ）の貫通孔１２１〜１２４が形成されている。つまり，各貫通孔１２１〜１２４は，積層方向から見た場合，各貫通孔２１〜２４を含むように形成されている。
【００３９】
ガスシール部１２０には，中央の正方形の開口部１２５と左右の貫通孔１２１，１２３と連通するように，ガスシール部１２０の右左の枠部分に，細径（長さ２０ｍｍ×幅５ｍｍ）のガス流路となる長方形の切り欠き１２７がそれぞれ４本ずつ形成されている。
【００４０】
なお，この切り欠き１２７は，貫通孔として形成しても良く，ガスシール部１２０の一方の表面を掘って形成された溝でも良い。また，切り欠き１２７は，レーザやプレス加工によって形成できる。
【００４１】
この切り欠き１２７のガス流路の流れ方向（図３左右方向）における断面積（流れ方向と垂直の断面積）は，各貫通孔１２１，１２３の流れ方向（図３上下方向：積層方向）における断面積（流れ方向と垂直の断面積）より小さく設定されている。また，各切り欠き１２７は，左右の辺の中点を結んだ線を中心とした線対称となるように配置されているが，その本数については，例えば１つの辺について６本以上など，適宜設定すればよい。
【００４２】
セパレータ１３０は，燃料電池セル本体１４０の外縁部の上面に接合して空気流路１０１と燃料ガス流路１０２との間を遮断するものであり，「固体電解質層に接続され，前記空気極層側，前記燃料極層側の空間を分画する，導電性セパレータ」として機能する。セパレータ１３０は，例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．０２〜０．３０ｍｍの枠状の板状であり，その中央の正方形の開口部１３５には，開口部１３５を閉塞するように前記燃料電池セル本体１４０が接合される。
【００４３】
このセパレータ１３０においても，前記ガスシール部１２０と同様に，その四隅の角部に同形状の各貫通孔２５〜２８が形成されるとともに，四方の各辺に沿って（第１ガス流路となる）同形状の各貫通孔１３１〜１３４が形成されている。
【００４４】
ガスシール部１５０は，燃料極基板層１４５側に配置され，例えばマイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍの枠状の板材であり，その四隅の角部には，前記ボルト４５〜４８が貫挿される各貫通孔２５〜２８が形成されている。
【００４５】
このガスシール部１５０の四方の各辺の縁部には，前記ボルト４１〜４４が貫挿される各貫通孔２１〜２４と連通するように，その辺に沿って，ガスの流路となる略長方形状（長さ１００ｍｍ×幅１０ｍｍ）の貫通孔１５１〜１５４が形成されている。つまり，各貫通孔１５１〜１５４は，積層方向から見た場合，各貫通孔２１〜２４を含むように形成されている。
ガスシール部１５０は，中央に正方形の開口部１５５を有する。
【００４６】
燃料極フレーム１６０は，燃料ガス流路１０２側に配置され，中央に開口部１６５を備えた例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．５〜２．０ｍｍの枠状の板材である。前記燃料極フレーム１６０は，前記セパレータ１３０と同様に，その四隅の角部に同形状の各貫通孔２５〜２８が形成されるとともに，四方の各辺に沿って，ガス流路となる各貫通孔１６１〜１６４が形成されている。
【００４７】
ガスシール部１７０は，燃料極フレーム１６０より図３下方の燃料極機能層１４４側に配置され，ガスシール部１２０と同様に，中央に開口部１７５を備えた例えばマイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍの枠状の板材である。ガスシール部１７０は，その四隅の角部には同形状の各貫通孔２５〜２８が形成されるとともに，四方の各辺に沿って，ガス流路となる同形状の各貫通孔１７１〜１７４が形成されている。
【００４８】
このガスシール部１７０にも，対向する各枠部分に，開口部１７５と貫通孔１７２，１７４と連通するように，細径（長さ２０ｍｍ×幅５ｍｍ）のガス流路となる切り欠き１７６が，それぞれ４本ずつ設けられている。
【００４９】
本実施形態に係る燃料電池セル１００は，図２，図３に示すように，燃料電池セル本体１４０と集電体１８１間（集電体１８１の上面），および集電体１８１とインターコネクタ１１０（２）間（集電体１８１の下面）に，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３を有する。
集電体１８１の上面に固着領域Ａｆ１，Ａｆ２，通常領域Ａｎ１が，集電体１８１の下面に固着領域Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ２，Ａｎ３が配置される。
【００５０】
固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３は，集電体１８１と燃料電池セル本体１４０またはインターコネクタ１１０（２）間の面積当たりの接続強度が固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３より大きい。
固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２は，集電体１８１と燃料電池セル本体１４０またはインターコネクタ１１０（２）間の面積当たりの接続強度が固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３の何れよりも小さい。
即ち，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３それぞれでの単位面積当たりの接続強度をＰｆ，Ｐｓ，Ｐｎとすると，Ｐｆ＞Ｐｎ＞Ｐｓの順番となる。
【００５１】
固着領域Ａｆ１，Ａｆ２は，「第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが通電するように第１の強度で接続される第１の領域」に対応する。
固着領域Ａｆ３は，「第２の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが通電するように前記第２の強度より強い第３の強度で接続される第３の領域」に対応する。
【００５２】
固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２は，「第１の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第１および前記第３の強度より弱い第４の強度で接続される第４の領域」に対応する。
【００５３】
通常領域Ａｎ１中，通常領域Ａｎ２，Ａｎ３と対応しない領域は，「第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第２の強度で接続される第２の領域」に対応する。
通常領域Ａｎ１中，通常領域Ａｎ２，Ａｎ３と対応する領域は，「第１の領域と前記第２の領域の間に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第５の強度で接続される第５の領域」に対応する。
通常領域Ａｎ２，Ａｎ３は，「第５の領域と対応して，前記第３の領域と前記第４の領域の間に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第３の強度より弱い第６の強度で接続される第６の領域」に対応する。
【００５４】
このように接続強度の異なる領域Ａｆ，Ａｓ，Ａｎは，例えば，次のようにして形成できる。
通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３では，集電体１８１と燃料電池セル本体１４０またはインターコネクタ１１０（２）間に特に何も介在させない。
既述のように，燃料極基板層１４５（燃料電池セル本体１４０）は，ＺｒＯ２系セラミック，ＣｅＯ２系セラミック等のセラミックの混合物から構成される。また，集電体１８１は，多孔質の金属（例えば，Ｎｉ）から構成される。インターコネクタ１１０（２）は，例えば，フェライト系のステンレスから構成される。
【００５５】
燃料極基板層１４５と集電体１８１間の接着は，熱によるセラミック混合物と金属間の接着であり，また，集電体１８１とインターコネクタ１１０（２）間の接着は，熱による金属間の接着である。このように何も介在させない状態で熱固着を行うことにより，これらの間での接着が達成され，更に，前記固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３より弱く，前記固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２より強い接着が達成される。
【００５６】
固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３には，導電性を有し，接続力を高める材料を配置する。固着領域Ａｆ１，Ａｆ２に，例えば，Ｐｔおよび／またはＮｉＯを含むペーストを配置する。これらを含有するペーストを配置し，焼成することで，金属とセラミック混合物間の接続力（接続強度）を高めることが可能になると同時に，ＮｉＯは還元によりＮｉとなることで，導電性も同時に確保できることとなる。また，固着領域Ａｆ３に，例えば，Ｐｔおよび／またはＡｇを含むペーストを配置する。これらを含有するペーストを配置し，焼成することで，金属間の接続力を高めることが可能になると同時に，導電性も確保できる。なお，集電体１８１の上下でペーストに含まれる材料が必ずしも一致しないのは，集電体１８１の上下で接続される構成材料が異なるためである。
なお，集電体１８１の下側の固着領域Ａｆ３での接続に熱固着を採用しても良い。熱固着とは，加熱によって部材同士が接着することを指す。ここでは，集電体１８１とコネクタ１１０（２）間の金属同士の接着が加熱のみにより達成されることを示す。
【００５７】
固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２には，接続力を弱める材料，例えば，アルミナを含むペーストを配置する。燃料電池セル１００の作製工程において，このペーストを焼成することで，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２にアルミナを含む層が形成される。この層が固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２の接続強度を弱める。アルミナを含む層は，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２の一部にのみ配置しても良い。固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２の全域にアルミナを均一に配置しなくても，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２の接続強度を固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３および通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３の接続強度より低下できる。
【００５８】
以上のように，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３の接続強度は，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３の接続強度より大きい。このため，集電体１８１に熱応力等が印加された場合に，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３での接続が失われた場合でも，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３での接続が確保される。この結果，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３を介して，燃料電池セル本体１４０，集電体１８１，インターコネクタ１１０（２）間での電気的導通が確保される。
【００５９】
既述のように，集電体１８１は，比較的潰れやすい材料から構成される。これは，インターコネクタ１１０（１），１１０（２），燃料電池セル本体１４０，集電体１４７，１８１を積層し，締結具（ボルト４１〜４８，ナット５１〜５８）で締め付けたときに，燃料電池セル本体１４０，特に，固体電解質層１４３が割れることを防止するためである。集電体１８１が変形することで，燃料電池セル本体１４０に印加される応力が緩和される。
【００６０】
しかし，集電体１８１を比較的潰れやすい材料から構成したことで，例えば，固体酸化物形燃料電池１０の運転時の高温による熱応力により，集電体１８１が塑性変形する（例えば，座屈）可能性が高くなっている。後述の図８では，集電体１８１の変形により，集電体１８１−燃料電池セル本体１４０間，または集電体１８１−インターコネクタ１１０（２）間での接触が断たれている。この結果，燃料電池セル本体１４０−集電体１８１−インターコネクタ１１０（２）間での直接的な電気的導通が遮断されている。
【００６１】
本実施形態では，集電体１８１が座屈等変形した場合でも，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３を通じて，燃料電池セル本体１４０−集電体１８１−インターコネクタ１１０（２）間での電気的導通が確保される。これは，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３の配置が図４の上下および左右に分散して配置していることに基づく。即ち，固着領域Ａｆ１，Ａｆ３（あるいは固着領域Ａｆ２，Ａｆ３）は，集電体１８１の上下左右の何れについても並んで配置されていない（斜めに配置されている）。このように，集電体１８１の上下左右に分散して配置される固着領域Ａｆ１，Ａｆ３が有れば，燃料電池セル本体１４０−インターコネクタ１１０（２）間での電気的導通を確保できる。
【００６２】
ここで，図４に示す，最大座屈幅Ｗｍａｘに対して，固着領域Ａｆ１，Ａｆ２（正確には，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２と上下に重なり合う領域）の幅Ｗ１が十分大きいことが好ましい。例えば，「Ｗ１／Ｗｍａｘ≧１０」であることが好ましい。
最大座屈幅Ｗｍａｘは，集電体１８１が座屈したときの集電体１８１と燃料電池セル本体１４０（またはインターコネクタ１１０（２））間の間隔の最大値を言う。比Ｗ１／Ｗｍａｘを大きくすることで，集電体１８１が座屈した場合に，固着領域Ａｆ１，Ａｆ２にかかる引っ張りの力が緩和され，固着領域Ａｆ１，Ａｆ２と燃料電池セル本体１４０との剥離を防止できる。この結果，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３による，燃料電池セル本体１４０と，インターコネクタ１１０（２）の間での電気的導通の確実性がより向上する。
なお，集電体１４７には，このような固着領域Ａｆ１，Ａｆ２，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２を必ずしも設ける必要はない。集電体１４７は，集電体１８１と異なり，多孔質では無いため，塑性変形し難いからである。
【００６３】
固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２，通常領域Ａｎ１〜Ａｎ３での接続強度は，以下の方法に基づき測定できる。図５，図６はそれぞれ，集電体１８１と対象物（燃料電池セル本体１４０またはコネクタ１１０（２））の接続強度を測定している状態を表す側面図および正面図である。
【００６４】
この測定には，集電体固定部ＦＸ，フォースゲージＦＧが用いることができる。集電体固定部ＦＸ，フォースゲージＦＧは，フックＦＫ１，ＦＫ２で接続される。集電体固定部ＦＸは，集電体１８１をネジＳＣ等で固定する。フォースゲージＦＧはフックＦＫ１に印加される荷重を測定するものである。
【００６５】
（１）測定の準備
集電体１８１と対象物（燃料電池セル本体１４０またはコネクタ１１０（２））それぞれの面積の１/２が固着領域，固着抑制領域，通常領域の何れかにより，接続されているとする（接続領域Ａ１）。また，集電体１８１と対象物の残りの面積が接続されていないとする（非接続領域Ａ２）。
【００６６】
接続領域Ａ１と非接続領域Ａ２の境界で，集電体１８１を垂直に折り曲げ、非接続領域Ａ２側を集電体固定部ＦＸに固定する。例えば，ネジＳＣによる固定（ネジ止め）により，集電体１８１の非接続領域Ａ２が集電体固定部ＦＸに挟まれ，固定される。ここで，非接続領域Ａ２中，集電体固定部ＦＸに挟まれた領域の長さＬ１と集電体固定部ＦＸに挟まれない領域の長さＬ２を等しくする。
【００６７】
フォースゲージＦＧとして，接続領域Ａ１の接続強度（接着強度）に応じて，荷重（力）を測定できるもの（計測器）を選択できる。例えば，２Ｎから１０００Ｎまでの荷重を測定可能なものを用いることができる。フォースゲージＦＧの一例として，IMADA製高性能型デジタルフォースゲージZP（Z2）シリーズを挙げることができる。
【００６８】
（２）測定
測定の準備が完了後，図５，図６に示すように，フォースゲージＦＧを介して，集電体１８１の非接続領域Ａ２を対象物（燃料電池セル本体１４０またはコネクタ１１０（２））に対して垂直方向に向かって，例えば，１ｃｍ／ｍｉｎの速度Ｖで引っ張る。そして，集電体１８１の接続領域Ａ１が対象物の表面から完全に剥がれた時点の荷重（力）をフォースゲージＦＧによって測定する。このようにして，固着領域，固着抑制領域，通常領域の接続強度を測定できる。なお，本実施形態では，接続強度の大小関係が問題であり，接続強度の具体的な数値にはそれほど大きな意味は無いため，接続強度の数値を規定していない。
【００６９】
（比較例）
図７，図８は，本発明の比較例に係る燃料電池セル１００ｘの断面図であり，それぞれ図２，図４に対応する。
燃料電池セル１００ｘの集電体１８１上には，固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２を有しない（通常領域のみ）。
このため，図８に示すように，集電体１８１への応力の印加時に，集電体１８１の上下いずれかの接続が全面的に解除され，インターコネクタ１１０（１），１１０（２）間の導通が確保されない可能性が大きい。
【００７０】
（変形例１）
図９は，本発明の変形例１に係る燃料電池セル１００ａの断面図であり，図４に対応する。
燃料電池セル１００ａは，燃料電池セル本体１４０と集電体１８１間（集電体１８１の上面），および集電体１８１とインターコネクタ１１０（２）間（集電体１８１の下面）に，固着領域Ａｆ１１〜Ａｆ１３，固着抑制領域Ａｓ１１，通常領域Ａｎ１１〜Ａｎ１４を有する。この変形例では，通常領域Ａｎ１１と固着領域Ａｆ１２，固着領域Ａｆ１１と固着抑制領域Ａｓ１１，通常領域Ａｎ１２と固着領域Ａｆ１３が対応して上下に配置される。この結果，集電体１８１への熱応力等の印加により，固着抑制領域Ａｓ１１，通常領域Ａｎ１１〜Ａｎ１４での接続が解除されても，固着領域Ａｆ１１〜Ａｆ１３での接続が確保され，燃料電池セル本体１４０と，インターコネクタ１１０（２）の間での電気的導通が保たれる。
【００７１】
（変形例２）
図１０は，本発明の変形例２に係る燃料電池セル１００ｂの断面図であり，図４に対応する。
変形例１と比較して，燃料電池セル１００ｂは，集電体１８１に換えて，集電体１８１１，１８１２を有する。また，集電体１８１１，１８１２の上下に，固着領域Ａｆ１１に換えて，固着領域Ａｆ１１１，Ａｆ１１２，固着抑制領域Ａｓ１１に換えて，固着抑制領域Ａｓ１１１，Ａｓ１１２を有する。その他の固着領域Ａｆ１２等は変形例１と同様である。即ち，変形例１に対して，この変形例２では，集電体１８１が２つに区分され，固着領域Ａｆ１１，固着抑制領域Ａｓ１１それぞれが２つに区分される。この結果，集電体１８１１では，固着領域Ａｆ１１１，Ａｆ１２，集電体１８１２では，固着領域Ａｆ１１２，Ａｆ１３により，燃料電池セル本体１４０と，インターコネクタ１１０（２）の間での電気的導通の確実性が確保される。
【００７２】
なお，集電体１８１を３つ以上に区分することも可能である。また，区分した集電体の全てに固着領域，固着抑制領域を配置しなくても良い。即ち，区分した集電体の一方のみで電気的導通の確実性を図っても良い。
ここで，既述のように，最大座屈幅Ｗｍａｘに対して，固着領域Ａｆ１１１，Ａｆ１１２（正確には，固着抑制領域Ａｓ１１１，Ａｓ１１２と上下に重なり合う領域）の幅Ｗ１が十分大きいことが好ましい。例えば，「Ｗ１／Ｗｍａｘ≧１０」であることが好ましい。
【００７３】
（変形例３）
図１１は，本発明の変形例３に係る燃料電池セル１００ｃの断面図であり，図４に対応する。
燃料電池セル１００ｃは，集電体１８１１，１８１２の上下に，固着領域Ａｆ３１〜Ａｆ３６，固着抑制領域Ａｓ３１，Ａｓ３２，通常領域Ａｎ３１〜Ａｎ３８を有する。この変形例３では，集電体１８１１，１８１２それぞれでの固着領域，固着抑制領域の配置は，燃料電池セル１００ａの集電体１８１と同様である。この結果，集電体１８１１，１８１２それぞれでの電気的導通の確実性を確保できる。
【００７４】
なお，集電体１８１を３つ以上に区分することも可能である。また，区分した集電体の全てに固着領域，固着抑制領域を配置しなくても良い。最大座屈幅Ｗｍａｘに対して，固着領域Ａｆ３１〜Ａｆ３６（正確には，固着抑制領域Ａｓ３１，通常領域Ａｎ３１，Ａｎ３２，固着抑制領域Ａｓ３２，通常領域Ａｎ３５，Ａｎ３６と上下に重なり合う領域）の幅Ｗ１が十分大きいことが好ましい。例えば，「Ｗ１／Ｗｍａｘ≧１０」であることが好ましい。
【００７５】
（変形例４）
図１２は，本発明の変形例４に係る燃料電池セル１００ｄの断面図であり，図４に対応する。
燃料電池セル１００ｄは，また，集電体１８１１，１８１２の上下に，固着領域Ａｆ４１〜Ａｆ４６，固着抑制領域Ａｓ４１〜Ａｓ４４，通常領域Ａｎ４１〜Ａｎ４６を有する。この変形例４では，集電体１８１１，１８１２それぞれでの固着領域，固着抑制領域の配置は，燃料電池セル１００の集電体１８１と同様である。この結果，集電体１８１１，１８１２それぞれでの電気的導通の確実性を確保できる。
【００７６】
なお，集電体１８１を３つ以上に区分することも可能である。また，区分した集電体の全てに固着領域，固着抑制領域を配置しなくても良い。最大座屈幅Ｗｍａｘに対して，固着領域Ａｆ４１〜Ａｆ４６（正確には，固着抑制領域Ａｓ４１，Ａｓ４２，通常領域Ａｎ４１，固着抑制領域Ａｓ４３，Ａｓ４４，通常領域Ａｎ４４と上下に重なり合う領域）の幅Ｗ１が十分大きいことが好ましい。例えば，「Ｗ１／Ｗｍａｘ≧１０」であることが好ましい。
【００７７】
（変形例５）
図１３は，本発明の変形例５に係る燃料電池セル１００ｅのガスシール部１７０と集電体１８１の配置を表す平面図である。なお，この図では，集電体１８１の上下の固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３を示している。
燃料電池セル１００では，図２，図３に示すように，全ての集電体１８１に固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２が配置されるのに対して，燃料電池セル１００ｅでは，一部の集電体１８１にのみ固着領域Ａｆ１〜Ａｆ３，固着抑制領域Ａｓ１，Ａｓ２が配置される。この場合でも，この一部の集電体１８１により，燃料電池セル本体１４０と，インターコネクタ１１０（２）の間での電気的導通の確実性を確保できる。
【００７８】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７９】
（１）上記実施形態では，集電体１８１上（燃焼極側）に固着領域，固着抑制領域を配置し，集電体１８１が変形した場合でも，燃料電池セル本体１４０の燃料極側とインターコネクタ１１０（２）間の電気的導通を確保している。
これに対して，集電体１４７上（空気極側）に固着領域，固着抑制領域を配置しても良い。この場合，集電体１４７が変形した場合でも，燃料電池セル本体１４０の空気極側とインターコネクタ１１０（１）間の電気的導通の確保が可能となる。
【００８０】
（２）上記実施形態では，燃料電池セル本体１４０とインターコネクタ１１０（２）間の電気的導通を確保している。
インターコネクタ１１０は，燃料電池セル１００間での電気的導通を確保するために，燃料電池セル１００間に配置される。このインターコネクタ１１０（２）を，固体酸化物形燃料電池１０の上端または下端の端末コネクタとしてもよい。即ち，インターコネクタ１１０（２）に替えて，コネクタ一般への適用が可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 固体酸化物型燃料電池
１１ 上面
１２ 底面
２１-２８ 貫通孔
４１-４８ ボルト
５１-５８ ナット
６０ 部材
６１ 導入管
６２ 部材
１００ 燃料電池セル
１０１ 空気流路
１０２ 燃料ガス流路
１１０ インターコネクタ
１２０ ガスシール部
１２１-１２４ 貫通孔
１２５ 開口部
１２７ 切り欠き
１３１-１３４ 貫通孔
１５１-１５４ 貫通孔
１６１-１６４ 貫通孔
１７１-１７４ 貫通孔
１３０ セパレータ
１３５ 開口部
１４０ 燃料電池セル本体
１４１ 空気極機能層
１４２ 反応防止層
１４３ 固体電解質層
１４４ 燃料極機能層
１４５ 燃料極基板層
１４７ 集電体
１５０ ガスシール部
１５５ 開口部
１６０ 燃料極フレーム
１６５ 開口部
１７０ ガスシール部
１７５ 開口部
１７６ 切り欠き
１８１ 集電体
１８１１，１８１２ 集電体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機能を有する燃料電池セル本体と，
前記燃料電池セル本体と対向して配置される，コネクタと，
前記燃料電池セル本体と前記コネクタの間に配置され，前記燃料電池セル本体側の第１の面と，前記コネクタ側の第２の面と，を有する集電体と，
前記第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが通電するように第１の強度で接続される第１の領域と，
前記第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第２の強度で接続される第２の領域と，
前記第２の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが通電するように前記第２の強度より強い第３の強度で接続される第３の領域と，
前記第１の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第１および前記第３の強度より弱い第４の強度で接続される第４の領域と，
を具備することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記第１の領域と前記第２の領域の間に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第５の強度で接続される第５の領域と，
前記第５の領域と対応して，前記第３の領域と前記第４の領域の間に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第３の強度より弱い第６の強度で接続される第６の領域と，
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記第２の領域及び前記第４の領域の少なくとも一部に，アルミナを含む層が配置される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記第１の領域及び前記第３の領域の少なくとも一方に，ＮｉまたはＰｔの少なくともいずれかを含む層が配置される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記集電体が，多孔質の金属から構成される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１】
発電機能を有する燃料電池セル本体と，
前記燃料電池セル本体と対向して配置される，コネクタと，
前記燃料電池セル本体と前記コネクタの間に配置され，前記燃料電池セル本体側の第１の面と，前記コネクタ側の第２の面と，を有する集電体と，
前記第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが通電するように第１の強度で接続される第１の領域と，
前記第１の面上に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第２の強度で接続される第２の領域と，
前記第２の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが通電するように前記第２の強度より強い第３の強度で接続される第３の領域と，
前記第１の領域と対応して，前記第２の面上に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第１および前記第３の強度より弱い第４の強度で接続される第４の領域と，
を具備することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記第１の領域と前記第２の領域の間に配置され，前記燃料電池セル本体と前記集電体とが前記第１の強度より弱い第５の強度で接続される第５の領域と，
前記第５の領域と対応して，前記第３の領域と前記第４の領域の間に配置され，前記コネクタと前記集電体とが前記第３の強度より弱い第６の強度で接続される第６の領域と，
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記第２の領域及び前記第４の領域の少なくとも一部に，アルミナを含む層が配置される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記第１の領域及び前記第３の領域の少なくとも一方に，ＮｉまたはＰｔの少なくともいずれかを含む層が配置される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記集電体が，多孔質の金属から構成される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１８６０２６（Ｐ２０１２−１８６０２６Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８４７７（Ｐ２０１１−４８４７７）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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