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，空気極層，固体電解質層，燃料極層を有する板状の燃料電池セル本体と，前記空気極層，前記燃料極層の一方と面的に接触して電気的に接続される第１の主面と，前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する集電体と，前記集電体の第２の主面と面的に接触して電気的に接続される，板状のコネクタと，前記燃料電池本体と前記コネクタで挟まれた空間に位置し，前記燃料電池セル本体の前記空気極層または前記燃料極層に接続される一端と，前記コネクタに接続される他端とを有し，かつ前記燃料電池セル本体と前記コネクタ間の距離の変動に対して，前記集電体より追随変形容易な導電性部材と，を具備する。
【解決手段】 固体酸化物形燃料電池は，空気極層，固体電解質層，燃料極層を有する板状の燃料電池セル本体と，前記空気極層，前記燃料極層の一方と面的に接触して電気的に接続される第１の主面と，前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する集電体と，前記集電体の第２の主面と面的に接触して電気的に接続される，板状のコネクタと，前記燃料電池本体と前記コネクタで挟まれた空間に位置し，前記燃料電池セル本体の前記空気極層または前記燃料極層に接続される一端と，前記コネクタに接続される他端とを有し，かつ前記燃料電池セル本体と前記コネクタ間の距離の変動に対して，前記集電体より追随変形容易な導電性部材と，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」又は単に「燃料電池」とも記す場合がある）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，集電体の緻密化やずれによる集電体とセル，セパレータ相互の電気的な接続不良を防止することができ，良好な導通性を発揮する集電構造を有する固体酸化物形燃料電池の技術が開示されている（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２００６−１２４５３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，空気極層，固体電解質層，燃料極層を有する板状の燃料電池セル本体と，前記空気極層，前記燃料極層の一方と面的に接触して電気的に接続される第１の主面と，前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する集電体と，前記集電体の第２の主面と面的に接触して電気的に接続される，板状のコネクタと，前記燃料電池本体と前記コネクタで挟まれた空間に位置し，前記燃料電池セル本体の前記空気極層または前記燃料極層に接続される一端と，前記コネクタに接続される他端とを有し，かつ前記燃料電池セル本体と前記コネクタ間の距離の変動に対して，前記集電体より追随変形容易な導電性部材と，を具備する。
集電体が変形した場合でも，追随変形容易な導電性部材によって，空気極層，前記燃料極層の一方と，コネクタの間での電気的導通が確保される。
なお，「板状の」コネクタもしくは燃料電池本体は，その表面にガス流路を形成する凹凸状を有するものも含む。
【０００９】
ここで，導電性部材を次の（１）〜（３）のように構成することで，追随変形が容易となる。
（１）前記導電性部材の少なくとも一部が，屈曲される。
（２）前記導電性部材が，互いに曲率半径の正負が異なる第１，第２の屈曲部を有する。
（３）前記導電性部材の長さＬに対する厚さＤの比（Ｄ/Ｌ）が１／２以下である。
【００１０】
また，前記導電性部材が，Ｆｅ，Ｎｉ，およびＰｔの少なくとも何れかを含む金属から構成できる。
このような金属材料を用いて，導電性部材の導電性と耐久性の両立が可能である。
【００１１】
更に，前記一端と前記燃料電池セル本体間，及び前記他端と前記コネクタ間，の少なくとも一方が，金属または金属ペーストで接続されてもよい。
このようにすることで，導電性部材と，燃料電池セル本体またはコネクタとの間の電気的接続の確実性を向上できる。
【発明の効果】
【００１２】
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】
【００１３】
【図１】本発明の第１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】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６】燃料電池セル１００ｘの断面図である（集電体１８１変形時）。
【図７】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８】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
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，本発明の第１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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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，「前記集電体の第２の主面と電気的に接続される，コネクタ」に対応する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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１１７２，１７４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。
【００４７】
本実施形態に係る燃料電池セル１００は，導電性部材１８２を有する。
導電性部材１８２は，燃料電池セル本体１４０，インターコネクタ１１０（２）間に配置され，「燃料電池セル本体に接続される一端と，前記コネクタに接続される他端とを有し，かつ前記燃料電池セル本体と前記コネクタ間の距離の変動に対して，前記集電体より追随変形容易な導電性部材」として機能する。
【００４８】
導電性部材１８２は，例えば，Ｆｅ，Ｎｉ，およびＰｔの少なくとも何れかを含む金属からなる金属板あるいは金属箔から構成できる。このような材料を用いることで，導電性部材１８２の導電性と耐久性の両立が可能である。また，導電性部材１８２の変形容易性を確保するために，導電性部材１８２の長さＬに対する厚さＤの比（Ｄ/Ｌ）が１／２以下であることが好ましい。
【００４９】
導電性部材１８２は，曲率半径の正負が異なる，２つの屈曲部（屈曲された部位，山および谷）を有する。このように，導電性部材１８２が屈曲部を有することで，屈曲部が変形し，燃料電池セル本体１４０，インターコネクタ１１０（２）間の間隔の変化に追随する変形が容易となる。
【００５０】
導電性部材１８２の一端および他端がそれぞれ，燃料電池セル本体１４０（燃料極基板層１４５）の下面およびインターコネクタ１１０（２）の上面に接続され，これらが電気的に接続される。この電気的接続に，金属または金属ペーストを用いることができる。具体的には，ろう付け（導電性部材１８２の構成材料より低融点の金属を接着剤として用いる固着）を利用できる。また，金属を含むペーストを導電性部材１８２の端部と，燃料電池セル本体１４０またはインターコネクタ１１０（２）の間に塗布し，焼成することにより電気的接続しても良い。
【００５１】
図３に示すように，導電性部材１８２は，開口部１７５（開口部１６５）の対向する２辺それぞれに，２つずつ配置されている。即ち，各辺それぞれで，導電性部材１８２が分割して配置されている。ここでは，分割の個数を２としているが，３以上とすることも可能である。導電性部材１８２を分割することで，その柔軟性（追随変形性）を向上できる。
【００５２】
導電性部材１８２を分割せず，導電性部材１８２の幅が，開口部１７５の辺の全長に近くすることも可能である。この場合，導電性部材１８２の幅がその長さよりも大きくなる（図３の例では，導電性部材１８２の幅がその長さよりも小さい）。この場合，導電性部材１８２の取り付けが容易となる。
【００５３】
以上の結果，図２に示すように，インターコネクタ１１０（１），１１０（２）間の電気的接続は，次の２つの経路によって確保される。
（１）燃料極基板層１４５，集電体１８１を経由する経路（電流Ｉ１）
（２）燃料極基板層１４５，導電性部材１８２を経由する経路（電流Ｉ２）
【００５４】
このため，図４に示すように，集電体１８１による燃料極基板層１４５，インターコネクタ１１０（２）間の電気的接続が遮断された場合でも，経路（２）での導通（電流Ｉ２）が確保される（インターコネクタ１１０（１），１１０（２）間の導通確保）。
【００５５】
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。
【００５６】
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。図４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。
【００５７】
本実施形態では，集電体１８１が座屈等変形した場合でも，導電性部材１８２によって，燃料電池セル本体１４０−インターコネクタ１１０（２）間での電気的導通が確保される。
【００５８】
（比較例）
図５，図６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は，導電性部材１８２を有せず，インターコネクタ１１０（１），１１０（２）間の電気的接続は，燃料極基板層１４５および集電体１８１を経由する経路（電流Ｉ１）のみに限定される。
このため，図６に示すように，集電体１８１による燃料極基板層１４５，インターコネクタ１１０（２）間の電気的接続が遮断された場合，インターコネクタ１１０（１），１１０（２）間の導通が確保されない。
【００５９】
（変形例１）
図７は，本発明の第１の実施形態の変形例１に係る燃料電池セル１００ａの断面図であり，図２に対応する。
燃料電池セル１００ａは，導電性部材１８２ａの形状が燃料電池セル１００の導電性部材１８２と異なる。ここでは，導電性部材１８２ａの屈曲部が１つのみとしている。１つの屈曲部によっても，導電性部材１８２ａの追随変形が可能である。
【００６０】
（変形例２）
図８は，本発明の第１の実施形態の変形例２に係る燃料電池セル１００ｂの断面図であり，図２に対応する。
燃料電池セル１００ｂは，導電性部材１８２ｂの形状が燃料電池セル１００の導電性部材１８２と異なる。ここでは，導電性部材１８２ｂが３つの屈曲部を有し，各屈曲部が折り曲げて形成されている。即ち，導電性部材１８２の屈曲部が曲線的形状であるのに対し，導電性部材１８２ｂは直線的形状と言える。このように，折り曲げて形成された屈曲部によっても，導電性部材１８２ｂの追随変形が可能である。
【００６１】
（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。
【００６２】
（１）上記実施形態では，燃料極側に導電性部材１８２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，空気極側に導電性部材１８２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。
【００６３】
（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。
【００６４】
（３）導電性部材１８２として種々の形状が可能である。屈曲部の個数，各屈曲部の形状（直線的形状（折り曲げ），曲線的形状）に関し，種々の組み合わせが可能である。例えば，直線的形状の屈曲部と曲線的形状の屈曲部を組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 固体酸化物形燃料電池
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
１３０ セパレータ
１３１-１３４ 貫通孔
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
１５１-１５４ 貫通孔
１５５ 開口部
１６０ 燃料極フレーム
１６１-１６４ 貫通孔
１６５ 開口部
１７０ ガスシール部
１７１-１７４ 貫通孔
１７５ 開口部
１７６ 切り欠き
１８１ 集電体
１８２ 導電性部材
【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」又は単に「燃料電池」とも記す場合がある）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，集電体の緻密化やずれによる集電体とセル，セパレータ相互の電気的な接続不良を防止することができ，良好な導通性を発揮する集電構造を有する固体酸化物形燃料電池の技術が開示されている（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２００６−１２４５３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，空気極層，固体電解質層，燃料極層を有する板状の燃料電池セル本体と，前記空気極層，前記燃料極層の一方と面的に接触して電気的に接続される第１の主面と，前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する集電体と，前記集電体の第２の主面と面的に接触して電気的に接続される，板状のコネクタと，前記燃料電池本体と前記コネクタで挟まれた空間に位置し，前記燃料電池セル本体の前記空気極層または前記燃料極層に接続される一端と，前記コネクタに接続される他端とを有し，かつ前記燃料電池セル本体と前記コネクタ間の距離の変動に対して，前記集電体より追随変形容易な導電性部材と，を具備する。
集電体が変形した場合でも，追随変形容易な導電性部材によって，空気極層，前記燃料極層の一方と，コネクタの間での電気的導通が確保される。
なお，「板状の」コネクタもしくは燃料電池本体は，その表面にガス流路を形成する凹凸状を有するものも含む。
【０００９】
ここで，導電性部材を次の（１）〜（３）のように構成することで，追随変形が容易となる。
（１）前記導電性部材の少なくとも一部が，屈曲される。
（２）前記導電性部材が，互いに曲率半径の正負が異なる第１，第２の屈曲部を有する。
（３）前記導電性部材の長さＬに対する厚さＤの比（Ｄ/Ｌ）が１／２以下である。
【００１０】
また，前記導電性部材が，Ｆｅ，Ｎｉ，およびＰｔの少なくとも何れかを含む金属から構成できる。
このような金属材料を用いて，導電性部材の導電性と耐久性の両立が可能である。
【００１１】
更に，前記一端と前記燃料電池セル本体間，及び前記他端と前記コネクタ間，の少なくとも一方が，金属または金属ペーストで接続されてもよい。
このようにすることで，導電性部材と，燃料電池セル本体またはコネクタとの間の電気的接続の確実性を向上できる。
【発明の効果】
【００１２】
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】
【００１３】
【図１】本発明の第１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】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６】燃料電池セル１００ｘの断面図である（集電体１８１変形時）。
【図７】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８】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
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，本発明の第１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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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，「前記集電体の第２の主面と電気的に接続される，コネクタ」に対応する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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１１７２，１７４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。
【００４７】
本実施形態に係る燃料電池セル１００は，導電性部材１８２を有する。
導電性部材１８２は，燃料電池セル本体１４０，インターコネクタ１１０（２）間に配置され，「燃料電池セル本体に接続される一端と，前記コネクタに接続される他端とを有し，かつ前記燃料電池セル本体と前記コネクタ間の距離の変動に対して，前記集電体より追随変形容易な導電性部材」として機能する。
【００４８】
導電性部材１８２は，例えば，Ｆｅ，Ｎｉ，およびＰｔの少なくとも何れかを含む金属からなる金属板あるいは金属箔から構成できる。このような材料を用いることで，導電性部材１８２の導電性と耐久性の両立が可能である。また，導電性部材１８２の変形容易性を確保するために，導電性部材１８２の長さＬに対する厚さＤの比（Ｄ/Ｌ）が１／２以下であることが好ましい。
【００４９】
導電性部材１８２は，曲率半径の正負が異なる，２つの屈曲部（屈曲された部位，山および谷）を有する。このように，導電性部材１８２が屈曲部を有することで，屈曲部が変形し，燃料電池セル本体１４０，インターコネクタ１１０（２）間の間隔の変化に追随する変形が容易となる。
【００５０】
導電性部材１８２の一端および他端がそれぞれ，燃料電池セル本体１４０（燃料極基板層１４５）の下面およびインターコネクタ１１０（２）の上面に接続され，これらが電気的に接続される。この電気的接続に，金属または金属ペーストを用いることができる。具体的には，ろう付け（導電性部材１８２の構成材料より低融点の金属を接着剤として用いる固着）を利用できる。また，金属を含むペーストを導電性部材１８２の端部と，燃料電池セル本体１４０またはインターコネクタ１１０（２）の間に塗布し，焼成することにより電気的接続しても良い。
【００５１】
図３に示すように，導電性部材１８２は，開口部１７５（開口部１６５）の対向する２辺それぞれに，２つずつ配置されている。即ち，各辺それぞれで，導電性部材１８２が分割して配置されている。ここでは，分割の個数を２としているが，３以上とすることも可能である。導電性部材１８２を分割することで，その柔軟性（追随変形性）を向上できる。
【００５２】
導電性部材１８２を分割せず，導電性部材１８２の幅が，開口部１７５の辺の全長に近くすることも可能である。この場合，導電性部材１８２の幅がその長さよりも大きくなる（図３の例では，導電性部材１８２の幅がその長さよりも小さい）。この場合，導電性部材１８２の取り付けが容易となる。
【００５３】
以上の結果，図２に示すように，インターコネクタ１１０（１），１１０（２）間の電気的接続は，次の２つの経路によって確保される。
（１）燃料極基板層１４５，集電体１８１を経由する経路（電流Ｉ１）
（２）燃料極基板層１４５，導電性部材１８２を経由する経路（電流Ｉ２）
【００５４】
このため，図４に示すように，集電体１８１による燃料極基板層１４５，インターコネクタ１１０（２）間の電気的接続が遮断された場合でも，経路（２）での導通（電流Ｉ２）が確保される（インターコネクタ１１０（１），１１０（２）間の導通確保）。
【００５５】
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。
【００５６】
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。図４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。
【００５７】
本実施形態では，集電体１８１が座屈等変形した場合でも，導電性部材１８２によって，燃料電池セル本体１４０−インターコネクタ１１０（２）間での電気的導通が確保される。
【００５８】
（比較例）
図５，図６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は，導電性部材１８２を有せず，インターコネクタ１１０（１），１１０（２）間の電気的接続は，燃料極基板層１４５および集電体１８１を経由する経路（電流Ｉ１）のみに限定される。
このため，図６に示すように，集電体１８１による燃料極基板層１４５，インターコネクタ１１０（２）間の電気的接続が遮断された場合，インターコネクタ１１０（１），１１０（２）間の導通が確保されない。
【００５９】
（変形例１）
図７は，本発明の第１の実施形態の変形例１に係る燃料電池セル１００ａの断面図であり，図２に対応する。
燃料電池セル１００ａは，導電性部材１８２ａの形状が燃料電池セル１００の導電性部材１８２と異なる。ここでは，導電性部材１８２ａの屈曲部が１つのみとしている。１つの屈曲部によっても，導電性部材１８２ａの追随変形が可能である。
【００６０】
（変形例２）
図８は，本発明の第１の実施形態の変形例２に係る燃料電池セル１００ｂの断面図であり，図２に対応する。
燃料電池セル１００ｂは，導電性部材１８２ｂの形状が燃料電池セル１００の導電性部材１８２と異なる。ここでは，導電性部材１８２ｂが３つの屈曲部を有し，各屈曲部が折り曲げて形成されている。即ち，導電性部材１８２の屈曲部が曲線的形状であるのに対し，導電性部材１８２ｂは直線的形状と言える。このように，折り曲げて形成された屈曲部によっても，導電性部材１８２ｂの追随変形が可能である。
【００６１】
（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。
【００６２】
（１）上記実施形態では，燃料極側に導電性部材１８２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，空気極側に導電性部材１８２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。
【００６３】
（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。
【００６４】
（３）導電性部材１８２として種々の形状が可能である。屈曲部の個数，各屈曲部の形状（直線的形状（折り曲げ），曲線的形状）に関し，種々の組み合わせが可能である。例えば，直線的形状の屈曲部と曲線的形状の屈曲部を組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 固体酸化物形燃料電池
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
１３０ セパレータ
１３１-１３４ 貫通孔
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
１５１-１５４ 貫通孔
１５５ 開口部
１６０ 燃料極フレーム
１６１-１６４ 貫通孔
１６５ 開口部
１７０ ガスシール部
１７１-１７４ 貫通孔
１７５ 開口部
１７６ 切り欠き
１８１ 集電体
１８２ 導電性部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気極層，固体電解質層，燃料極層を有する板状の燃料電池セル本体と，
前記空気極層，前記燃料極層の一方と面的に接触して電気的に接続される第１の主面と，前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する集電体と，
前記集電体の第２の主面と面的に接触して電気的に接続される，板状のコネクタと，
前記燃料電池本体と前記コネクタで挟まれた空間に位置し，前記燃料電池セル本体の前記空気極層または前記燃料極層に接続される一端と，前記コネクタに接続される他端とを有し，かつ前記燃料電池セル本体と前記コネクタ間の距離の変動に対して，前記集電体より追随変形容易な導電性部材と，
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】
前記導電性部材の少なくとも一部が，屈曲されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記導電性部材が，互いに曲率半径の正負が異なる第１，第２の屈曲部を有する，
ことを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記導電性部材の長さＬに対する厚さＤの比（Ｄ/Ｌ）が１／２以下である
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】
前記導電性部材が，Ｆｅ，Ｎｉ，およびＰｔの少なくとも何れかを含む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６】
前記一端と前記燃料電池セル本体間，及び前記他端と前記コネクタ間，の少なくとも一方が，金属または金属ペーストで接続される
ことを特徴とする請求項１乃至５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】
空気極層，固体電解質層，燃料極層を有する板状の燃料電池セル本体と，
前記空気極層，前記燃料極層の一方と面的に接触して電気的に接続される第１の主面と，前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する集電体と，
前記集電体の第２の主面と面的に接触して電気的に接続される，板状のコネクタと，
前記燃料電池本体と前記コネクタで挟まれた空間に位置し，前記燃料電池セル本体の前記空気極層または前記燃料極層に接続される一端と，前記コネクタに接続される他端とを有し，かつ前記燃料電池セル本体と前記コネクタ間の距離の変動に対して，前記集電体より追随変形容易な導電性部材と，
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】
前記導電性部材の少なくとも一部が，屈曲されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記導電性部材が，互いに曲率半径の正負が異なる第１，第２の屈曲部を有する，
ことを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記導電性部材の長さＬに対する厚さＤの比（Ｄ/Ｌ）が１／２以下である
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】
前記導電性部材が，Ｆｅ，Ｎｉ，およびＰｔの少なくとも何れかを含む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６】
前記一端と前記燃料電池セル本体間，及び前記他端と前記コネクタ間，の少なくとも一方が，金属または金属ペーストで接続される
ことを特徴とする請求項１乃至５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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１９０７２４（Ｐ２０１２−１９０７２４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４８１０（Ｐ２０１１−５４８１０）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【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１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【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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