固体酸化物形燃料電池
【課題】熱応力による破損を回避し、燃料電池の信頼性を高める。
【解決手段】筒状構造の内側から内側電極、固体電解質及び外側電極をこの順に積層した構成を有し、内側電極で囲まれた中空部分を有する単セルで構成され、中空部分及び外側電極の外部は、燃料又は酸化剤の流路であり、少なくとも内側電極に電気的に接続された内側電極用インターコネクタを有する固体酸化物形燃料電池において、内側電極用インターコネクタの端部に内側電極用応力抑制部を設ける。
【解決手段】筒状構造の内側から内側電極、固体電解質及び外側電極をこの順に積層した構成を有し、内側電極で囲まれた中空部分を有する単セルで構成され、中空部分及び外側電極の外部は、燃料又は酸化剤の流路であり、少なくとも内側電極に電気的に接続された内側電極用インターコネクタを有する固体酸化物形燃料電池において、内側電極用インターコネクタの端部に内側電極用応力抑制部を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質を有する燃料電池に係り、特に固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質を挟んでアノード（燃料極）及びカソード（空気極）を備え、アノード側には燃料ガスを、カソード側には酸化剤ガスを供給し、電解質を介して燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させることにより発電する発電装置である。燃料電池の種類の一つである固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、発電効率が高く、６００〜１０００℃の高温で運転されるため、電池内で燃料の改質反応ができるという特徴がある。このため、ＳＯＦＣを用いることにより、電池システムの構造をシンプルにすることができ、他の燃料電池に比べてコスト低減のポテンシャルを持つ。また、ＳＯＦＣは、高温度の排熱を利用し、熱・電気併用システムやガスタービンなどの他のシステムとのハイブリッドシステムを形成し易い特徴を持つ。
【０００３】
一方で、一つの燃料電池セルの起電力は、１．０Ｖ程度と小さいため、数多くの燃料電池セルを直列に接続して使用する場合が多い。
【０００４】
燃料電池は、固体電解質の形状により、円筒形と平板形とに大別され、円筒形は、平板形に比べて、ガスのシール性に優れ、熱応力に強く、高温度で運転する固体酸化物形燃料電池にとっては大きな利点を持つが、円筒形燃料電池セルにおいては、単セルと単セルとを接続するインターコネクタと呼ばれる接続部分が必要になる。
【０００５】
インターコネクタと、外側電極、内側電極又は集電板との接触は、熱膨張によって不十分となる場合があり、これによる電気抵抗の増加を抑制するため、直列に接続した複数のセルを集電板によって締め付けて固定している。
【０００６】
したがって、温度の上昇に伴って、これらの構成部材の自由な熱膨張が抑制され、内部に熱応力が生じ、亀裂の発生などの破損を引き起こす懸念がある。閉空間を構成する部材に亀裂が生ずれば、ガスリークが発生する。また、接続界面に亀裂が生じれば、電気的接触面積の減少から電気抵抗が大きくなり、性能低下の原因となる。ＳＯＦＣの構成部材は、セラミックスを主体としているため、熱応力による亀裂や破損が生じやすい傾向があり、発電装置としての信頼性に影響する場合がある。
【０００７】
この問題を解決するための従来技術の例としては、以下のものが挙げられる。
【０００８】
特許文献１には、複数の発電セルを直列に配列したモジュールの端部に設置された集電部と、この集電部の表面に、発電セルの軸方向に配列された複数の弾性接触部とを設ける技術が開示されている。
【０００９】
特許文献２には、所定のアスペクト比を有するセラミックスまたはその前駆体のファイバーと、固体電解質の原料粉とを混合し、焼結する技術が開示されている。
【００１０】
特許文献３には、集電体の外面に所定の深さの凹部を形成するとともに、この集電体の外面に所定の厚みの金属メッキ膜を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−３３７８８号公報
【特許文献２】特開２００９−２４５６２８号公報
【特許文献３】特開平１１−１８５７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載されている弾性接触部に用いる材料は、金属であるニッケルが好適とされている。このため、これが高温度条件において熱収縮−伸長を繰り返すと、材料の延性が低下すること（クリープ破壊）が知られている。よって、弾性接触部に弾力性を有する金属部材を用いることは好ましくない。
【００１３】
また、特許文献２に記載されているセラミックスまたはその前駆体のファイバーは、セルの電気抵抗を増加させ、発電性能の低下の要因となる。
【００１４】
さらに、特許文献３に記載されている集電体の外面に凹部を設けた場合、機械的強度の改善が不十分であると考えられる。
【００１５】
したがって、熱応力が集中する部位を特定し、応力の分散及び緩和を促すセル構造が必要である。
【００１６】
本発明の目的は、熱応力による破損を回避し、燃料電池の信頼性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、筒状構造の内側から内側電極、固体電解質及び外側電極をこの順に積層した構成を有し、内側電極で囲まれた中空部分を有する単セルで構成され、少なくとも内側電極に電気的に接続された内側電極用インターコネクタを有する固体酸化物形燃料電池において、内側電極用インターコネクタの端部に内側電極用応力抑制部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、熱応力による破損を回避し、燃料電池の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例の固体酸化物形燃料電池を示す斜視図である。
【図２】固体酸化物形燃料電池を示す斜視図である。
【図３】固体酸化物形燃料電池のスタックを示す斜視図である。
【図４Ａ】シミュレーション解析に用いる形状モデルを示す断面図である。
【図４Ｂ】シミュレーション解析に用いる形状モデルを示す斜視図である。
【図５】シミュレーション解析結果である燃料電池の温度分布を示す斜視図である。
【図６】シミュレーション解析結果である燃料電池の熱応力分布を示す斜視図である。
【図７】シミュレーション解析結果である燃料電池の熱応力分布を示す端面図である。
【図８】実施例のインターコネクタの形状を示す図である。
【図９Ａ】従来のインターコネクタ（図８の形状Ａ）の熱応力分布を示す斜視図である。
【図９Ｂ】実施例のインターコネクタ（図８の形状Ｂ）の熱応力分布を示す斜視図である。
【図９Ｃ】実施例のインターコネクタ（図８の形状Ｃ）の熱応力分布を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池について説明する。
【００２１】
前記固体酸化物形燃料電池は、筒状構造の内側から内側電極、固体電解質及び外側電極をこの順に積層した構成を有し、内側電極で囲まれた中空部分を有する単セルで構成され、中空部分及び外側電極の外部は、燃料又は酸化剤の流路であり、少なくとも内側電極に電気的に接続された内側電極用インターコネクタを有する燃料電池であって、内側電極用インターコネクタの端部には、内側電極用応力抑制部が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
前記固体酸化物形燃料電池は、さらに、外側電極に電気的に接続された外側電極用インターコネクタを有し、この外側電極用インターコネクタの端部には、外側電極用応力抑制部が設けられていることが望ましい。
【００２３】
前記固体酸化物形燃料電池においては、内側電極用応力抑制部及び外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、単セルの端部に向かって幅広であることが望ましい。
【００２４】
前記固体酸化物形燃料電池においては、内側電極用応力抑制部及び外側電極用応力抑制部のうち少なくともいずれかの単セルの端部側には、凹部が設けられていることが望ましい。
【００２５】
前記固体酸化物形燃料電池においては、内側電極用応力抑制部及び外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、金属材料で構成されていることが望ましい。
【００２６】
前記固体酸化物形燃料電池においては、内側電極用応力抑制部及び外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、多孔質材料で構成されていることが望ましい。
【００２７】
前記固体酸化物形燃料電池においては、単セルが複数個直列に接続されたスタックを含むことが望ましい。
【００２８】
図２は、円筒形燃料電池の概要を示したものである。
【００２９】
本図においては、単セル２００（円筒形燃料電池）は、固体電解質２０３で形成された閉空間の内面に設けられた内側電極２０２と、固体電解質２０３の外面に設けられた外側電極２０４と、内側電極２０２と電気的に接続されたインターコネクタ２０１（内側電極用インターコネクタ）とを含む構成である。内側電極２０２の内部は、燃料である水素ガス等が流れる燃料流路である。一方、外側電極２０４の外部は、酸素等の酸化剤が流れる空気流路である。
【００３０】
なお、本図に示す単セル２００は、内側電極２０２だけにインターコネクタ２０１を設けたものである。後述のように、外側電極２０４にもインターコネクタ（外側電極用インターコネクタ）を設けることは、２つの単セル２００の間、又は単セル２００と集電板との間の電気抵抗を低減する観点から望ましい。
【００３１】
図３は、固体酸化物形燃料電池のスタックを示す斜視図である。
【００３２】
本図においては、単セル３００を直列に接続したスタック３０３を、集電板３０１と集電板３０２との間に挟み込んで固定したものである。各電池セルは、内側電極と外側電極とをインターコネクタを介して電気的に直列に接続してあり、大きな電圧を得ることができるようになっている。集電板３０１と集電板３０２との間に挟んで締め付けることにより、熱膨張による接触状態の悪化及びそれに伴う抵抗の増加を抑制することができる。
【００３３】
本発明においては、単セルの形状は、平板状ではなく、外形が円筒形状、扁平円筒形状、楕円形状、直方体形状、立方体形状等であって中空であり、中空部分が閉空間となっている。すなわち、本発明の単セルは、筒状の固体電解質の内側及び外側に電極を形成した構造を有する。アノード及びカソードは、どちらが内側であってもよいが、以下の実施例では、内側にアノードを設け、外側にカソードを設けた場合について説明する。
【００３４】
以下、実施例について図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は、実施例の固体酸化物形燃料電池を示す斜視図である。
【００３６】
本図において、燃料電池の単セル１００は、固体電解質１０４の外面にカソード電極１０５を有し、固体電解質で囲まれた閉空間（固体電解質１０４の内側（内面））にアノード電極１０３を有している。カソード電極１０５には、インターコネクタ１０１（外側電極用インターコネクタ）が電気的に接続され、アノード電極１０３には、インターコネクタ１０７（内側電極用インターコネクタ）が電気的に接続されている。固体電解質１０４及びカソード電極１０５は、インターコネクタ１０７をアノード電極１０３に接続するためにスリットを設けてある。インターコネクタ１０１、１０７を外部負荷に接続することにより、電流を取り出すことができるようになっている。
【００３７】
アノード電極１０３の内部には、ガス流路１０２が設けられている。インターコネクタ１０１、１０７の端部には、熱応力による破損を防止するための応力抑制部１０６、１０８が設けられている。応力抑制部１０６、１０８は、インターコネクタ１０１、１０７の両端部に設けることが望ましい。ここで、応力抑制部１０６は外側電極用応力抑制部であり、応力抑制部１０８は内側電極用応力抑制部である。燃料ガスは、ガス流路１０２を流れ、酸素等の酸化剤ガスは、カソード電極１０５に接触するように単セル１００の外側を流れる。
【００３８】
本明細書においては、応力抑制部１０６、１０８を有する単セル１００の場合、インターコネクタ１０１、１０７の端部とは、インターコネクタ１０１、１０７と応力抑制部１０６、１０８との接続面をいい、この場合のインターコネクタ１０１、１０７の端部は、単セル１００の端部よりも内側に位置する。インターコネクタ１０１、１０７及び応力抑制部１０６、１０８の材質は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。一方、応力抑制部を有しない単セルの場合は、インターコネクタの端部が単セルの端部に位置していてもよいし、若干内側に位置していてもよい。
【００３９】
本図においては、応力抑制部１０６、１０８は、インターコネクタ１０１、１０７の端部に向かって枝分かれした形状を有している。この形状は、後述の図８に示す形状Ｃである。応力抑制部１０６、１０８の形状は、これに限定されるものではなく、後述の図８に示す形状Ｂのように、インターコネクタ１０１、１０７の端部に向かうほど幅が広くなる形状としてもよい。
【００４０】
固体電解質１０４は、円筒形セルの袋管になっている。固体電解質１０４の材質としては、例えばイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いることができる。また、単セル１００の他の構成部材であるアノード電極１０３には、ニッケル及びＹＳＺからなる多孔質のサーメットが望ましい。このほか、カソード電極１０５にはランタンマンガネイトが望ましく、インターコネクタ１０１、１０７にはランタンクロマイドが望ましい。応力抑制部１０６、１０８は、インターコネクタ１０１、１０７と同じ材質であるランタンクロマイドを用いて、インターコネクタ１０１、１０７と結合していることが望ましいが、更に高い機械的強度を持たせるため、あるいは弾力性を付与するため、別の材質のものを用いてもよい。
【００４１】
次に、数値シミュレーションを用いた解析により、本発明の効果について説明する。
【００４２】
シミュレーション解析による本発明の効果についての検証は、円筒形燃料電池を用いて実施した。
【００４３】
図４Ａは、シミュレーション解析に用いる形状モデルを示す断面図である。図４Ｂは、図４Ａの形状モデルの斜視図である。
【００４４】
図４Ａは、円筒形燃料電池の単セル４００の流れ方向に垂直な断面を示したものである。
【００４５】
単セル４００は、内側電極をアノード電極４０３、外側電極をカソード電極４０５とし、内側電極で閉じられた空間を燃料ガス流路４２２とする構成である。単セル４００は、電気的接続要素であるインターコネクタ４０１、４０２を中心軸について対称の位置に配置し、アノード電極４０３およびカソード電極４０５からの電流を隣接する単セルまたは集電板に伝えるように構成されている。燃料ガス流路４２２は、図４Ｂに示すように、燃料ガスの入口４１０及び出口４１２を有する。
【００４６】
単セル４００の寸法は、直径８０ｍｍ、長さ２０００ｍｍとし、固体電解質４０４の寸法は、直径６０ｍｍで厚さ４０μｍとしている。また、固体電解質４０４の電気抵抗率は、０．１Ω・ｍとしている。図４Ａにおいて、中心から外側にかけて示されている寸法（数値）は、比率であり、燃料ガス流路４２２、アノード電極４０３、カソード電極４０５及び空気流路４２４が２：１：０．５：０．５としてある。固体電解質４０４は、厚さが４０μｍと薄いため、上記の比率からは除外している。
【００４７】
次に、各要素の材質および物性値について説明する。
【００４８】
本シミュレーションにおいては、アノード電極には、密度７４３０ｋｇ／ｍ３、比熱４５６Ｊ／ＫｇＫ、熱伝導率１１Ｗ／ｍＫ、気孔率０．３のニッケル（Ｎｉ）とスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）との複合材を用い、固体電解質には、ＳｃＳＺ材を用いるものと仮定した。カソード電極には、密度４５００ｋｇ／ｍ３、比熱５６６Ｊ／ＫｇＫ、熱伝導率２．２Ｗ／ｍＫ、気孔率０．３の（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３材を用いることを想定した。また、インターコネクタは、密度６３００ｋｇ／ｍ３、比熱５００Ｊ／ＫｇＫ、熱伝導率２Ｗ／ｍＫの（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３材を用いるものと仮定した。
【００４９】
燃料ガス流路４２２には、入口４１０から出口４１２に向かって７００℃に加熱した水素ガスを流し、空気流路４２４には、７００℃に加熱した空気を水素ガスと同じ方向に流すと仮定し、電流密度０．４Ａ／ｃｍ２における単セル４００の温度分布をＳＯＦＣシミュレータによって算出した。入口４１０及び出口４１２以外の壁面は断熱条件とした。ＳＯＦＣシミュレータとしては、市販のシミュレータソフトであるＡＮＳＹＳ社のＦＬＵＥＮＴ熱流動解析プログラムを用いた。
【００５０】
図５は、解析結果の一つである温度分布を示したものである。
【００５１】
本図から、単セル５００の入口５１０付近においては７００℃（９７３Ｋ）であるのに対し、電気化学反応に伴って発生する反応熱によって出口５１２に向かって温度が徐々に上昇することがわかる。そして、出口５１２付近においては、１０００℃（１３００Ｋ）程度まで温度が上昇することがわかる。
【００５２】
次に、ＳＯＦＣシミュレータで求めた単セル５００の温度分布における熱応力を、構造解析シミュレータを用いて算出した。構造解析シミュレータとしては、ＡＮＳＹＳ社の解析ソフトＷｏｒｋｂｅｎｃｈを用いた。拘束条件は、上下のインターコネクタの接地面が固定されていることとした。
【００５３】
図６及び図７は、構造解析の結果を示したものである。図６は斜視図であり、図７は端面図である。
【００５４】
これらの図においては、単セル６００に生じる熱応力の強さの分布を示している。これらの図から、熱応力はインターコネクタ６０６、６０８の端部に集中して生じることがわかる。
【００５５】
よって、単セル６００は、温度上昇に伴い、自由な熱膨張が抑制されて生じる内部の熱応力により、その端部において亀裂などの破損が生じる可能性がある。
【００５６】
そこで、熱応力が集中するインターコネクタ６０６、６０８の端部に応力抑制部を設けることにより、機械的強度を高め、又は、応力を分散し、熱応力を原因とする亀裂などの破損を抑制することを検討した。
【００５７】
図８は、インターコネクタの端部に応力抑制部を設けた構成を示したものである。
【００５８】
本図において、形状Ａは、単セル８００のインターコネクタ８０６、８０８の端部に応力抑制部を設けていない従来の形状である。一方、形状Ｂ及び形状Ｃは、インターコネクタの端部に応力抑制部を設けた場合である。
【００５９】
形状Ｂは、単セル８１０の端部に向かって、徐々に幅が広がる形状の応力抑制部８０１を設けた場合である。一方、形状Ｃは、単セル８２０のインターコネクタ８２６、８２８の端部で枝分れした応力抑制部８０２を設けた場合である。
【００６０】
インターコネクタの端部を形状Ａ、Ｂ又はＣとした場合について強度解析を実施した。
【００６１】
この強度解析は、上述のように、ＳＯＦＣシミュレータを用いて温度分布を算出し、この温度分布における熱応力分布を構造解析シミュレータで算出する手法ではなく、上下のインターコネクタの接続面を拘束し、円筒形燃料電池セルの両側から圧力を加え、強度解析をすることにより、熱応力による破損評価を実施した。
【００６２】
その結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
本表は、上下のインターコネクタの接続面を拘束し、単セルの両端から流路方向と平行に１ＭＮ／ｍ２の押し圧を加え、最大応力の値と、最大応力値に対する安全度数を計算した値を示す。安全度数は、相当応力が材料の降伏強度に達する状態において、その位置における降伏強さを相当応力で割って計算したものであり、値が大きい程、安全度が高いことを示している。この安全度数を破壊判断基準の指標とした。
【００６４】
本表において、インターコネクタの端部に応力抑制部を持たない従来の形状Ａは、最大応力が６．３ＭＮ／ｍ２で、安全度数は４３．８であった。これに対して、インターコネクタの端部に応力抑制部８０１を持つ形状Ｂは、最大応力が６．４ＭＮ／ｍ２で安全度数が３２．５となり、応力抑制部を持たない従来の形状Ａよりも低い値となった。一方、インターコネクタの端部に応力抑制部８０２を持つ形状Ｃは、最大応力が３．４ＭＮ／ｍ２で、安全度数が６７．８となり、応力抑制部を持たない従来の形状Ａよりも約５０％程度、安全度が改善できた。
【００６５】
図９Ａ、９Ｂ及び９Ｃは、それぞれ、インターコネクタの端部を形状Ａ、Ｂ又はＣとした場合に、応力が集中し、破損しやすい領域を示したものである。
【００６６】
図９Ａに示す単セル８００は、インターコネクタ８０６、８０８を有する。インターコネクタ８０６、８０８の端部には、応力抑制部を設けていない。すなわち、インターコネクタ８０６、８０８は、図８に示す従来の形状Ａである。
【００６７】
本図においては、インターコネクタ８０６、８０８と単セル８００の円筒部材との接合部を含む領域９０１に破損しやすい部分が存在し、円筒部材に亀裂が生じる可能性がある。このため、単セル８００のシール性が維持できず、ガス漏れを引き起こし、信頼性を著しく低下させる。
【００６８】
これに対して、図９Ｂに示す単セル８１０は、インターコネクタ８１６、８１８を有する。インターコネクタ８１６、８１８の端部には、応力抑制部８０１を設けてある。すなわち、インターコネクタ８１６、８１８は、図８に示す形状Ｂである。
【００６９】
本図においては、応力抑制部８０１に破損しやすい領域９０２が集中し、円筒部材には破損しやすい領域がない。したがって、たとえ破損したとしても、円筒部材の破損は免れ、単セル８１０のシール性は確保することができる。
【００７０】
図９Ｃに示す単セル８２０は、インターコネクタ８２６、８２８を有する。インターコネクタ８２６、８２８の端部には、応力抑制部８０２を設けてある。すなわち、インターコネクタ８２６、８２８は、図８に示す形状Ｃである。
【００７１】
本図においては、応力抑制部８０２の広い領域９０３に破損しやすい範囲が分散され、円筒部材の破損を防止することできることがわかる。
【００７２】
以上のように、インターコネクタの端部に応力抑制部を設けることにより、熱応力による円筒部材の破損を防止することができ、ガスシールが確保され、燃料電池の信頼性を維持することができる。
【００７３】
応力抑制部の形状は、形状Ｂのように単セルの端部に向かって幅広になるものが望ましく、形状Ｃのように単セルの端部に向かって分岐するものは更に望ましい。形状Ｃの応力抑制部の構成について言い換えると、単セルの端部に向かって幅広になるものであって単セルの端部側には凹部が設けられているということができる。
【００７４】
さらに、形状Ｂの応力抑制部の構成は、インターコネクタの長軸に向かって凸であって曲率を有する形状で幅広になっている。また、形状Ｃの応力抑制部の構成は、単セルの端部側の凹部が曲率を有し、当該凹部の最奥部が単セルの端部に向かって凹である曲率を有している。さらに、インターコネクタと単セルとの接続部及び応力抑制部と単セルとの接続部は、単セルの中心軸に向かって凸となる曲率を有することが望ましい。さらにまた、片側の応力抑制部のインターコネクタの長軸方向の寸法は、単セルの長さの２０％以内であることが望ましい。
【００７５】
なお、インターコネクタの端部の応力抑制部には、インターコネクタとは別の弾力性に富む金属材料を用いてもよい。例えば、フェライト系のＦｅ−２２ＣｒにＺｒ及びＬａを添加した日立金属（株）製の金属材料を用いてもよく、（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３の多孔質材を用いてもよい。このように、熱応力が集中しやすいインターコネクタの端部の応力抑制部には、弾力性に富む金属材料や、熱伸びを吸収する多孔質材料を適用することにより、熱膨張による歪を吸収することができ、内部熱応力を低減することを可能にし、破損を回避し、燃料電池の信頼性を高めることができる。
【００７６】
上記の実施例の構成によれば、インターコネクタの端部に設けた応力抑制部に熱応力が集中するため、カソード電極等の円筒部材に熱応力が及ばず、円筒部材の破損を防止することができる。また、この構成によれば、仮に応力抑制部が破損したとしても、円筒部材が破損を免れ得る。
【符号の説明】
【００７７】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、８００、８１０、８２０：単セル、１０１、１０７、２０１、４０１、４０２、６０６、６０８、８０６、８０８、８１６、８１８、８２６、８２８：インターコネクタ、１０２：ガス流路、１０３、２０２、４０３：アノード電極、１０４、２０３、４０４：固体電解質、１０５、２０４、４０５：カソード電極、１０６、１０８、８０１、８０２：応力抑制部、３０１、３０２：集電板、３０３：スタック、４１０、５１０：入口、４１２、５１２：出口、４２２：燃料ガス流路、４２４：空気流路、９０１、９０２、９０３：領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質を有する燃料電池に係り、特に固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質を挟んでアノード（燃料極）及びカソード（空気極）を備え、アノード側には燃料ガスを、カソード側には酸化剤ガスを供給し、電解質を介して燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させることにより発電する発電装置である。燃料電池の種類の一つである固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、発電効率が高く、６００〜１０００℃の高温で運転されるため、電池内で燃料の改質反応ができるという特徴がある。このため、ＳＯＦＣを用いることにより、電池システムの構造をシンプルにすることができ、他の燃料電池に比べてコスト低減のポテンシャルを持つ。また、ＳＯＦＣは、高温度の排熱を利用し、熱・電気併用システムやガスタービンなどの他のシステムとのハイブリッドシステムを形成し易い特徴を持つ。
【０００３】
一方で、一つの燃料電池セルの起電力は、１．０Ｖ程度と小さいため、数多くの燃料電池セルを直列に接続して使用する場合が多い。
【０００４】
燃料電池は、固体電解質の形状により、円筒形と平板形とに大別され、円筒形は、平板形に比べて、ガスのシール性に優れ、熱応力に強く、高温度で運転する固体酸化物形燃料電池にとっては大きな利点を持つが、円筒形燃料電池セルにおいては、単セルと単セルとを接続するインターコネクタと呼ばれる接続部分が必要になる。
【０００５】
インターコネクタと、外側電極、内側電極又は集電板との接触は、熱膨張によって不十分となる場合があり、これによる電気抵抗の増加を抑制するため、直列に接続した複数のセルを集電板によって締め付けて固定している。
【０００６】
したがって、温度の上昇に伴って、これらの構成部材の自由な熱膨張が抑制され、内部に熱応力が生じ、亀裂の発生などの破損を引き起こす懸念がある。閉空間を構成する部材に亀裂が生ずれば、ガスリークが発生する。また、接続界面に亀裂が生じれば、電気的接触面積の減少から電気抵抗が大きくなり、性能低下の原因となる。ＳＯＦＣの構成部材は、セラミックスを主体としているため、熱応力による亀裂や破損が生じやすい傾向があり、発電装置としての信頼性に影響する場合がある。
【０００７】
この問題を解決するための従来技術の例としては、以下のものが挙げられる。
【０００８】
特許文献１には、複数の発電セルを直列に配列したモジュールの端部に設置された集電部と、この集電部の表面に、発電セルの軸方向に配列された複数の弾性接触部とを設ける技術が開示されている。
【０００９】
特許文献２には、所定のアスペクト比を有するセラミックスまたはその前駆体のファイバーと、固体電解質の原料粉とを混合し、焼結する技術が開示されている。
【００１０】
特許文献３には、集電体の外面に所定の深さの凹部を形成するとともに、この集電体の外面に所定の厚みの金属メッキ膜を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−３３７８８号公報
【特許文献２】特開２００９−２４５６２８号公報
【特許文献３】特開平１１−１８５７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載されている弾性接触部に用いる材料は、金属であるニッケルが好適とされている。このため、これが高温度条件において熱収縮−伸長を繰り返すと、材料の延性が低下すること（クリープ破壊）が知られている。よって、弾性接触部に弾力性を有する金属部材を用いることは好ましくない。
【００１３】
また、特許文献２に記載されているセラミックスまたはその前駆体のファイバーは、セルの電気抵抗を増加させ、発電性能の低下の要因となる。
【００１４】
さらに、特許文献３に記載されている集電体の外面に凹部を設けた場合、機械的強度の改善が不十分であると考えられる。
【００１５】
したがって、熱応力が集中する部位を特定し、応力の分散及び緩和を促すセル構造が必要である。
【００１６】
本発明の目的は、熱応力による破損を回避し、燃料電池の信頼性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、筒状構造の内側から内側電極、固体電解質及び外側電極をこの順に積層した構成を有し、内側電極で囲まれた中空部分を有する単セルで構成され、少なくとも内側電極に電気的に接続された内側電極用インターコネクタを有する固体酸化物形燃料電池において、内側電極用インターコネクタの端部に内側電極用応力抑制部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、熱応力による破損を回避し、燃料電池の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例の固体酸化物形燃料電池を示す斜視図である。
【図２】固体酸化物形燃料電池を示す斜視図である。
【図３】固体酸化物形燃料電池のスタックを示す斜視図である。
【図４Ａ】シミュレーション解析に用いる形状モデルを示す断面図である。
【図４Ｂ】シミュレーション解析に用いる形状モデルを示す斜視図である。
【図５】シミュレーション解析結果である燃料電池の温度分布を示す斜視図である。
【図６】シミュレーション解析結果である燃料電池の熱応力分布を示す斜視図である。
【図７】シミュレーション解析結果である燃料電池の熱応力分布を示す端面図である。
【図８】実施例のインターコネクタの形状を示す図である。
【図９Ａ】従来のインターコネクタ（図８の形状Ａ）の熱応力分布を示す斜視図である。
【図９Ｂ】実施例のインターコネクタ（図８の形状Ｂ）の熱応力分布を示す斜視図である。
【図９Ｃ】実施例のインターコネクタ（図８の形状Ｃ）の熱応力分布を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池について説明する。
【００２１】
前記固体酸化物形燃料電池は、筒状構造の内側から内側電極、固体電解質及び外側電極をこの順に積層した構成を有し、内側電極で囲まれた中空部分を有する単セルで構成され、中空部分及び外側電極の外部は、燃料又は酸化剤の流路であり、少なくとも内側電極に電気的に接続された内側電極用インターコネクタを有する燃料電池であって、内側電極用インターコネクタの端部には、内側電極用応力抑制部が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
前記固体酸化物形燃料電池は、さらに、外側電極に電気的に接続された外側電極用インターコネクタを有し、この外側電極用インターコネクタの端部には、外側電極用応力抑制部が設けられていることが望ましい。
【００２３】
前記固体酸化物形燃料電池においては、内側電極用応力抑制部及び外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、単セルの端部に向かって幅広であることが望ましい。
【００２４】
前記固体酸化物形燃料電池においては、内側電極用応力抑制部及び外側電極用応力抑制部のうち少なくともいずれかの単セルの端部側には、凹部が設けられていることが望ましい。
【００２５】
前記固体酸化物形燃料電池においては、内側電極用応力抑制部及び外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、金属材料で構成されていることが望ましい。
【００２６】
前記固体酸化物形燃料電池においては、内側電極用応力抑制部及び外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、多孔質材料で構成されていることが望ましい。
【００２７】
前記固体酸化物形燃料電池においては、単セルが複数個直列に接続されたスタックを含むことが望ましい。
【００２８】
図２は、円筒形燃料電池の概要を示したものである。
【００２９】
本図においては、単セル２００（円筒形燃料電池）は、固体電解質２０３で形成された閉空間の内面に設けられた内側電極２０２と、固体電解質２０３の外面に設けられた外側電極２０４と、内側電極２０２と電気的に接続されたインターコネクタ２０１（内側電極用インターコネクタ）とを含む構成である。内側電極２０２の内部は、燃料である水素ガス等が流れる燃料流路である。一方、外側電極２０４の外部は、酸素等の酸化剤が流れる空気流路である。
【００３０】
なお、本図に示す単セル２００は、内側電極２０２だけにインターコネクタ２０１を設けたものである。後述のように、外側電極２０４にもインターコネクタ（外側電極用インターコネクタ）を設けることは、２つの単セル２００の間、又は単セル２００と集電板との間の電気抵抗を低減する観点から望ましい。
【００３１】
図３は、固体酸化物形燃料電池のスタックを示す斜視図である。
【００３２】
本図においては、単セル３００を直列に接続したスタック３０３を、集電板３０１と集電板３０２との間に挟み込んで固定したものである。各電池セルは、内側電極と外側電極とをインターコネクタを介して電気的に直列に接続してあり、大きな電圧を得ることができるようになっている。集電板３０１と集電板３０２との間に挟んで締め付けることにより、熱膨張による接触状態の悪化及びそれに伴う抵抗の増加を抑制することができる。
【００３３】
本発明においては、単セルの形状は、平板状ではなく、外形が円筒形状、扁平円筒形状、楕円形状、直方体形状、立方体形状等であって中空であり、中空部分が閉空間となっている。すなわち、本発明の単セルは、筒状の固体電解質の内側及び外側に電極を形成した構造を有する。アノード及びカソードは、どちらが内側であってもよいが、以下の実施例では、内側にアノードを設け、外側にカソードを設けた場合について説明する。
【００３４】
以下、実施例について図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は、実施例の固体酸化物形燃料電池を示す斜視図である。
【００３６】
本図において、燃料電池の単セル１００は、固体電解質１０４の外面にカソード電極１０５を有し、固体電解質で囲まれた閉空間（固体電解質１０４の内側（内面））にアノード電極１０３を有している。カソード電極１０５には、インターコネクタ１０１（外側電極用インターコネクタ）が電気的に接続され、アノード電極１０３には、インターコネクタ１０７（内側電極用インターコネクタ）が電気的に接続されている。固体電解質１０４及びカソード電極１０５は、インターコネクタ１０７をアノード電極１０３に接続するためにスリットを設けてある。インターコネクタ１０１、１０７を外部負荷に接続することにより、電流を取り出すことができるようになっている。
【００３７】
アノード電極１０３の内部には、ガス流路１０２が設けられている。インターコネクタ１０１、１０７の端部には、熱応力による破損を防止するための応力抑制部１０６、１０８が設けられている。応力抑制部１０６、１０８は、インターコネクタ１０１、１０７の両端部に設けることが望ましい。ここで、応力抑制部１０６は外側電極用応力抑制部であり、応力抑制部１０８は内側電極用応力抑制部である。燃料ガスは、ガス流路１０２を流れ、酸素等の酸化剤ガスは、カソード電極１０５に接触するように単セル１００の外側を流れる。
【００３８】
本明細書においては、応力抑制部１０６、１０８を有する単セル１００の場合、インターコネクタ１０１、１０７の端部とは、インターコネクタ１０１、１０７と応力抑制部１０６、１０８との接続面をいい、この場合のインターコネクタ１０１、１０７の端部は、単セル１００の端部よりも内側に位置する。インターコネクタ１０１、１０７及び応力抑制部１０６、１０８の材質は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。一方、応力抑制部を有しない単セルの場合は、インターコネクタの端部が単セルの端部に位置していてもよいし、若干内側に位置していてもよい。
【００３９】
本図においては、応力抑制部１０６、１０８は、インターコネクタ１０１、１０７の端部に向かって枝分かれした形状を有している。この形状は、後述の図８に示す形状Ｃである。応力抑制部１０６、１０８の形状は、これに限定されるものではなく、後述の図８に示す形状Ｂのように、インターコネクタ１０１、１０７の端部に向かうほど幅が広くなる形状としてもよい。
【００４０】
固体電解質１０４は、円筒形セルの袋管になっている。固体電解質１０４の材質としては、例えばイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いることができる。また、単セル１００の他の構成部材であるアノード電極１０３には、ニッケル及びＹＳＺからなる多孔質のサーメットが望ましい。このほか、カソード電極１０５にはランタンマンガネイトが望ましく、インターコネクタ１０１、１０７にはランタンクロマイドが望ましい。応力抑制部１０６、１０８は、インターコネクタ１０１、１０７と同じ材質であるランタンクロマイドを用いて、インターコネクタ１０１、１０７と結合していることが望ましいが、更に高い機械的強度を持たせるため、あるいは弾力性を付与するため、別の材質のものを用いてもよい。
【００４１】
次に、数値シミュレーションを用いた解析により、本発明の効果について説明する。
【００４２】
シミュレーション解析による本発明の効果についての検証は、円筒形燃料電池を用いて実施した。
【００４３】
図４Ａは、シミュレーション解析に用いる形状モデルを示す断面図である。図４Ｂは、図４Ａの形状モデルの斜視図である。
【００４４】
図４Ａは、円筒形燃料電池の単セル４００の流れ方向に垂直な断面を示したものである。
【００４５】
単セル４００は、内側電極をアノード電極４０３、外側電極をカソード電極４０５とし、内側電極で閉じられた空間を燃料ガス流路４２２とする構成である。単セル４００は、電気的接続要素であるインターコネクタ４０１、４０２を中心軸について対称の位置に配置し、アノード電極４０３およびカソード電極４０５からの電流を隣接する単セルまたは集電板に伝えるように構成されている。燃料ガス流路４２２は、図４Ｂに示すように、燃料ガスの入口４１０及び出口４１２を有する。
【００４６】
単セル４００の寸法は、直径８０ｍｍ、長さ２０００ｍｍとし、固体電解質４０４の寸法は、直径６０ｍｍで厚さ４０μｍとしている。また、固体電解質４０４の電気抵抗率は、０．１Ω・ｍとしている。図４Ａにおいて、中心から外側にかけて示されている寸法（数値）は、比率であり、燃料ガス流路４２２、アノード電極４０３、カソード電極４０５及び空気流路４２４が２：１：０．５：０．５としてある。固体電解質４０４は、厚さが４０μｍと薄いため、上記の比率からは除外している。
【００４７】
次に、各要素の材質および物性値について説明する。
【００４８】
本シミュレーションにおいては、アノード電極には、密度７４３０ｋｇ／ｍ３、比熱４５６Ｊ／ＫｇＫ、熱伝導率１１Ｗ／ｍＫ、気孔率０．３のニッケル（Ｎｉ）とスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）との複合材を用い、固体電解質には、ＳｃＳＺ材を用いるものと仮定した。カソード電極には、密度４５００ｋｇ／ｍ３、比熱５６６Ｊ／ＫｇＫ、熱伝導率２．２Ｗ／ｍＫ、気孔率０．３の（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３材を用いることを想定した。また、インターコネクタは、密度６３００ｋｇ／ｍ３、比熱５００Ｊ／ＫｇＫ、熱伝導率２Ｗ／ｍＫの（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３材を用いるものと仮定した。
【００４９】
燃料ガス流路４２２には、入口４１０から出口４１２に向かって７００℃に加熱した水素ガスを流し、空気流路４２４には、７００℃に加熱した空気を水素ガスと同じ方向に流すと仮定し、電流密度０．４Ａ／ｃｍ２における単セル４００の温度分布をＳＯＦＣシミュレータによって算出した。入口４１０及び出口４１２以外の壁面は断熱条件とした。ＳＯＦＣシミュレータとしては、市販のシミュレータソフトであるＡＮＳＹＳ社のＦＬＵＥＮＴ熱流動解析プログラムを用いた。
【００５０】
図５は、解析結果の一つである温度分布を示したものである。
【００５１】
本図から、単セル５００の入口５１０付近においては７００℃（９７３Ｋ）であるのに対し、電気化学反応に伴って発生する反応熱によって出口５１２に向かって温度が徐々に上昇することがわかる。そして、出口５１２付近においては、１０００℃（１３００Ｋ）程度まで温度が上昇することがわかる。
【００５２】
次に、ＳＯＦＣシミュレータで求めた単セル５００の温度分布における熱応力を、構造解析シミュレータを用いて算出した。構造解析シミュレータとしては、ＡＮＳＹＳ社の解析ソフトＷｏｒｋｂｅｎｃｈを用いた。拘束条件は、上下のインターコネクタの接地面が固定されていることとした。
【００５３】
図６及び図７は、構造解析の結果を示したものである。図６は斜視図であり、図７は端面図である。
【００５４】
これらの図においては、単セル６００に生じる熱応力の強さの分布を示している。これらの図から、熱応力はインターコネクタ６０６、６０８の端部に集中して生じることがわかる。
【００５５】
よって、単セル６００は、温度上昇に伴い、自由な熱膨張が抑制されて生じる内部の熱応力により、その端部において亀裂などの破損が生じる可能性がある。
【００５６】
そこで、熱応力が集中するインターコネクタ６０６、６０８の端部に応力抑制部を設けることにより、機械的強度を高め、又は、応力を分散し、熱応力を原因とする亀裂などの破損を抑制することを検討した。
【００５７】
図８は、インターコネクタの端部に応力抑制部を設けた構成を示したものである。
【００５８】
本図において、形状Ａは、単セル８００のインターコネクタ８０６、８０８の端部に応力抑制部を設けていない従来の形状である。一方、形状Ｂ及び形状Ｃは、インターコネクタの端部に応力抑制部を設けた場合である。
【００５９】
形状Ｂは、単セル８１０の端部に向かって、徐々に幅が広がる形状の応力抑制部８０１を設けた場合である。一方、形状Ｃは、単セル８２０のインターコネクタ８２６、８２８の端部で枝分れした応力抑制部８０２を設けた場合である。
【００６０】
インターコネクタの端部を形状Ａ、Ｂ又はＣとした場合について強度解析を実施した。
【００６１】
この強度解析は、上述のように、ＳＯＦＣシミュレータを用いて温度分布を算出し、この温度分布における熱応力分布を構造解析シミュレータで算出する手法ではなく、上下のインターコネクタの接続面を拘束し、円筒形燃料電池セルの両側から圧力を加え、強度解析をすることにより、熱応力による破損評価を実施した。
【００６２】
その結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
本表は、上下のインターコネクタの接続面を拘束し、単セルの両端から流路方向と平行に１ＭＮ／ｍ２の押し圧を加え、最大応力の値と、最大応力値に対する安全度数を計算した値を示す。安全度数は、相当応力が材料の降伏強度に達する状態において、その位置における降伏強さを相当応力で割って計算したものであり、値が大きい程、安全度が高いことを示している。この安全度数を破壊判断基準の指標とした。
【００６４】
本表において、インターコネクタの端部に応力抑制部を持たない従来の形状Ａは、最大応力が６．３ＭＮ／ｍ２で、安全度数は４３．８であった。これに対して、インターコネクタの端部に応力抑制部８０１を持つ形状Ｂは、最大応力が６．４ＭＮ／ｍ２で安全度数が３２．５となり、応力抑制部を持たない従来の形状Ａよりも低い値となった。一方、インターコネクタの端部に応力抑制部８０２を持つ形状Ｃは、最大応力が３．４ＭＮ／ｍ２で、安全度数が６７．８となり、応力抑制部を持たない従来の形状Ａよりも約５０％程度、安全度が改善できた。
【００６５】
図９Ａ、９Ｂ及び９Ｃは、それぞれ、インターコネクタの端部を形状Ａ、Ｂ又はＣとした場合に、応力が集中し、破損しやすい領域を示したものである。
【００６６】
図９Ａに示す単セル８００は、インターコネクタ８０６、８０８を有する。インターコネクタ８０６、８０８の端部には、応力抑制部を設けていない。すなわち、インターコネクタ８０６、８０８は、図８に示す従来の形状Ａである。
【００６７】
本図においては、インターコネクタ８０６、８０８と単セル８００の円筒部材との接合部を含む領域９０１に破損しやすい部分が存在し、円筒部材に亀裂が生じる可能性がある。このため、単セル８００のシール性が維持できず、ガス漏れを引き起こし、信頼性を著しく低下させる。
【００６８】
これに対して、図９Ｂに示す単セル８１０は、インターコネクタ８１６、８１８を有する。インターコネクタ８１６、８１８の端部には、応力抑制部８０１を設けてある。すなわち、インターコネクタ８１６、８１８は、図８に示す形状Ｂである。
【００６９】
本図においては、応力抑制部８０１に破損しやすい領域９０２が集中し、円筒部材には破損しやすい領域がない。したがって、たとえ破損したとしても、円筒部材の破損は免れ、単セル８１０のシール性は確保することができる。
【００７０】
図９Ｃに示す単セル８２０は、インターコネクタ８２６、８２８を有する。インターコネクタ８２６、８２８の端部には、応力抑制部８０２を設けてある。すなわち、インターコネクタ８２６、８２８は、図８に示す形状Ｃである。
【００７１】
本図においては、応力抑制部８０２の広い領域９０３に破損しやすい範囲が分散され、円筒部材の破損を防止することできることがわかる。
【００７２】
以上のように、インターコネクタの端部に応力抑制部を設けることにより、熱応力による円筒部材の破損を防止することができ、ガスシールが確保され、燃料電池の信頼性を維持することができる。
【００７３】
応力抑制部の形状は、形状Ｂのように単セルの端部に向かって幅広になるものが望ましく、形状Ｃのように単セルの端部に向かって分岐するものは更に望ましい。形状Ｃの応力抑制部の構成について言い換えると、単セルの端部に向かって幅広になるものであって単セルの端部側には凹部が設けられているということができる。
【００７４】
さらに、形状Ｂの応力抑制部の構成は、インターコネクタの長軸に向かって凸であって曲率を有する形状で幅広になっている。また、形状Ｃの応力抑制部の構成は、単セルの端部側の凹部が曲率を有し、当該凹部の最奥部が単セルの端部に向かって凹である曲率を有している。さらに、インターコネクタと単セルとの接続部及び応力抑制部と単セルとの接続部は、単セルの中心軸に向かって凸となる曲率を有することが望ましい。さらにまた、片側の応力抑制部のインターコネクタの長軸方向の寸法は、単セルの長さの２０％以内であることが望ましい。
【００７５】
なお、インターコネクタの端部の応力抑制部には、インターコネクタとは別の弾力性に富む金属材料を用いてもよい。例えば、フェライト系のＦｅ−２２ＣｒにＺｒ及びＬａを添加した日立金属（株）製の金属材料を用いてもよく、（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３の多孔質材を用いてもよい。このように、熱応力が集中しやすいインターコネクタの端部の応力抑制部には、弾力性に富む金属材料や、熱伸びを吸収する多孔質材料を適用することにより、熱膨張による歪を吸収することができ、内部熱応力を低減することを可能にし、破損を回避し、燃料電池の信頼性を高めることができる。
【００７６】
上記の実施例の構成によれば、インターコネクタの端部に設けた応力抑制部に熱応力が集中するため、カソード電極等の円筒部材に熱応力が及ばず、円筒部材の破損を防止することができる。また、この構成によれば、仮に応力抑制部が破損したとしても、円筒部材が破損を免れ得る。
【符号の説明】
【００７７】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、８００、８１０、８２０：単セル、１０１、１０７、２０１、４０１、４０２、６０６、６０８、８０６、８０８、８１６、８１８、８２６、８２８：インターコネクタ、１０２：ガス流路、１０３、２０２、４０３：アノード電極、１０４、２０３、４０４：固体電解質、１０５、２０４、４０５：カソード電極、１０６、１０８、８０１、８０２：応力抑制部、３０１、３０２：集電板、３０３：スタック、４１０、５１０：入口、４１２、５１２：出口、４２２：燃料ガス流路、４２４：空気流路、９０１、９０２、９０３：領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状構造の内側から内側電極、固体電解質及び外側電極をこの順に積層した構成を有し、前記内側電極で囲まれた中空部分を有する単セルで構成され、前記中空部分及び前記外側電極の外部は、燃料又は酸化剤の流路であり、少なくとも前記内側電極に電気的に接続された内側電極用インターコネクタを有する燃料電池であって、前記内側電極用インターコネクタの端部には、内側電極用応力抑制部が設けられていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
さらに、前記外側電極に電気的に接続された外側電極用インターコネクタを有し、この外側電極用インターコネクタの端部には、外側電極用応力抑制部が設けられてい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】
前記内側電極用応力抑制部及び前記外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、前記単セルの端部に向かって幅広であることを特徴とする請求項２記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記内側電極用応力抑制部及び前記外側電極用応力抑制部のうち少なくともいずれかの前記単セルの端部側には、凹部が設けられていることを特徴とする請求項３記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記内側電極用応力抑制部及び前記外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、金属材料で構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
前記内側電極用応力抑制部及び前記外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、多孔質材料で構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
前記単セルが複数個直列に接続されたスタックを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１】
筒状構造の内側から内側電極、固体電解質及び外側電極をこの順に積層した構成を有し、前記内側電極で囲まれた中空部分を有する単セルで構成され、前記中空部分及び前記外側電極の外部は、燃料又は酸化剤の流路であり、少なくとも前記内側電極に電気的に接続された内側電極用インターコネクタを有する燃料電池であって、前記内側電極用インターコネクタの端部には、内側電極用応力抑制部が設けられていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
さらに、前記外側電極に電気的に接続された外側電極用インターコネクタを有し、この外側電極用インターコネクタの端部には、外側電極用応力抑制部が設けられてい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】
前記内側電極用応力抑制部及び前記外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、前記単セルの端部に向かって幅広であることを特徴とする請求項２記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記内側電極用応力抑制部及び前記外側電極用応力抑制部のうち少なくともいずれかの前記単セルの端部側には、凹部が設けられていることを特徴とする請求項３記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記内側電極用応力抑制部及び前記外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、金属材料で構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
前記内側電極用応力抑制部及び前記外側電極用応力抑制部の少なくともいずれかは、多孔質材料で構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
前記単セルが複数個直列に接続されたスタックを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【公開番号】特開２０１３−９８１１０（Ｐ２０１３−９８１１０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１９２２（Ｐ２０１１−２４１９２２）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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