JP2019200879A

JP2019200879A - 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック

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Publication number: JP2019200879A
Application number: JP2018093556A
Authority: JP
Inventors: 良二谷村; Ryoji Tanimura; 哲也森川; Tetsuya Morikawa; 健太江口; Kenta Eguchi; 法之小林; Noriyuki Kobayashi
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: JP6917339B2

Abstract

【課題】発電単位の性能低下を抑制し、かつ、第１の方向の応力によって単セルが損傷することを抑制する。【解決手段】電気化学反応単位は、単セルと、単セルの燃料極および空気極にそれぞれ対向するように配置された第１のインターコネクタおよび第２のインターコネクタと、燃料極と第１のインターコネクタとの間に配置された第１の集電部材と、空気極と第２のインターコネクタとの間に配置された第２の集電部材と、を備える。第１の集電部材の第１の電極対向部における第１のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第１のスペーサと、第２の集電部材の第２の電極対向部における第２のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第２のスペーサと、をさらに備える。燃料極はＮｉを含有し、第１のスペーサは金属材料から形成されており、第２のスペーサはマイカから形成されている。【選択図】図６

Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単位に関する。

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の１つとして、固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣの構成単位である燃料電池発電単位（以下、「発電単位」という）は、燃料電池単セル（以下、「単セル」という）を備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向に互いに対向する２つの電極（空気極および燃料極）とを含む。

また、発電単位は、隣り合う他の発電単位との電気的接続を確保しつつ反応ガスの混合を防止するインターコネクタと、インターコネクタと電極との間に配置されて両者を電気的に接続する金属製の集電部材とを備える。集電部材は、インターコネクタと電気的に接続されたインターコネクタ対向部と、電極と電気的に接続された電極対向部とを含む。発電単位は、さらに、電極対向部におけるインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置されたスペーサを含む（例えば、特許文献１参照）。

また、発電単位において、インターコネクタと空気極との間に配置された集電部材に接するように剛体スペーサが配置された技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１４−２６９７４号公報特開２００７−３５４９８号公報

発電単位には、発電単位に第１の方向の応力が発生した際に、単セルが損傷することを抑制するために、当該応力を緩和可能なマイカで形成されたスペーサを含んでいることが好ましい。しかしながら、マイカで形成されたスペーサからはＳｉ系化合物が放出または拡散するおそれがあり、このＳｉ系化合物が燃料極に付着し、燃料極を汚染するおそれがある。このＳｉのような燃料極を汚染する物質（以下「汚染物質」ともいう）により燃料極に含まれるＮｉが被毒すると、発電単位の性能が低下するおそれがある。このため、燃料極がＮｉを含む発電単位において、第１の方向の応力によって単セルが損傷することを抑制しつつ、発電単位の性能が低下することを抑制することが困難である、という課題がある。

なお、このような課題は、燃料電池発電単位に限らず、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という）の構成単位である電解セル単位にも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて、電気化学反応単位と呼ぶ。また、このような課題は、固体酸化物形に限らず、他のタイプの電気化学反応単位にも共通の課題である。

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本明細書に開示される電気化学反応単位は、電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記燃料極に対向するように配置された第１のインターコネクタと、前記電気化学反応単セルの前記空気極に対向するように配置された第２のインターコネクタと、前記燃料極と前記第１のインターコネクタとの間に配置された導電性の第１の集電部材であって、前記第１のインターコネクタと電気的に接続された第１のインターコネクタ対向部と、前記燃料極と電気的に接続された第１のセル対向部電極対向部と、前記第１のインターコネクタ対向部と前記第１のセル対向部電極対向部とを結ぶ第１の連接部と、を含む、第１の集電部材と、前記第１の集電部材の前記第１のセル対向部電極対向部における前記第１のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第１のスペーサと、を備える電気化学反応単位において、さらに、前記空気極と前記第２のインターコネクタとの間に配置された導電性の第２の集電部材であって、前記第２のインターコネクタと電気的に接続された第２のインターコネクタ対向部と、前記空気極と電気的に接続された第２のセル対向部電極対向部と、前記第２のインターコネクタ対向部と前記第２のセル対向部電極対向部とを結ぶ第２の連接部と、を含む、第２の集電部材と、前記第２の集電部材の前記第２のセル対向部電極対向部における前記第２のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第２のスペーサと、を備え、前記燃料極は、Ｎｉを含有し、前記第１のスペーサは、金属材料から形成されており、前記第２のスペーサは、マイカから形成されている。本電気化学反応単位によれば、燃料極がＮｉを含有しており、かつ、燃料極と第１のインターコネクタとの間に配置された第１の集電部材に接する第１のスペーサは金属材料から形成されている。このため、燃料極としてＮｉを含有する材料が用いられている場合であっても、第１のスペーサが燃料極を汚染する汚染物質を揮発しないため、燃料極の被毒を抑制することができる。また、本電気化学反応単位では、第２のスペーサがマイカから形成されている。このため、本電気化学反応単位に第１の方向の応力が発生した際に、第２のスペーサにより応力を緩和することによって電気化学反応単セルが損傷（割れ等）することを抑制することができる。従って、本電気化学反応単位によれば、電気化学反応発電単位の性能低下を抑制することができ、かつ、第１の方向の応力によって電気化学反応単セルが損傷することを抑制することができる。

（２）上記電気化学反応単位において、さらに、前記燃料極に面する燃料室を構成する燃料室用孔が形成された燃料極側フレーム部材、を備え、前記燃料極側フレーム部材は、前記第１のスペーサを形成する金属材料と同一種類の金属材料から形成されている構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第１の方向における第１のスペーサの熱膨張率と燃料極側フレーム部材の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して電気化学反応単セルが損傷することを抑制することができる。

（３）上記電気化学反応単位において、さらに、前記空気極に面する空気室を構成する空気室用孔が形成された空気極側フレーム部材、を備え、前記空気極側フレーム部材は、マイカから形成されている構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第１の方向における第２のスペーサの熱膨張率と空気極側フレーム部材の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して電気化学反応単セルが損傷することを抑制することができる。

（４）上記電気化学反応単位において、前記第１の方向視において、前記第１のスペーサの少なくとも一部分は、前記第２のスペーサの少なくとも一部分と重なっている構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、複数の電気化学反応単位を組み立てて電気化学反応セルスタックとして構成する際や、電気化学反応セルスタックの運転中に、電気化学反応単セルにおいて燃料極側スペーサと空気極側スペーサとが対向していない部分に応力が集中することによって電気化学反応単セルが損傷し、ひいては、電気化学反応単位の性能低下が発生することを低減する。また、燃料極側スペーサと空気極側スペーサとの重なっている部分に応力がかかることにより、電気化学反応単セルと第１の集電部材との間、および、電気化学反応単セルと第２の集電部材との間における良好な固着が実現される。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単位（燃料電池発電単位または電解セル単位）、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。

本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。図７および図８のＶＩ−ＶＩの位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。図４〜図６のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。図４〜図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。変形例における空気極側集電部材１３４の構成を概略的に示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．装置構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１（および後述する図７および図８）のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１（および後述する図７および図８）のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。また、本明細書では、Ｚ軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という）１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。

図１に示すように、燃料電池スタック１００を構成する各層（各発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ軸方向回りの外周の４つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びるボルト孔１０９を構成している。各ボルト孔１０９にはボルト２２が挿入されており、各ボルト２２および図示しないナットによって燃料電池スタック１００は締結されている。

また、図１〜図３に示すように、各発電単位１０２のＺ軸方向回りの外周辺の付近には、各発電単位１０２を上下方向に貫通する孔が形成されており、各発電単位１０２に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位１０２にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために各発電単位１０２に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。

図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の付近に位置する連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２の後述する空気室１６６に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の付近に位置する連通孔１０８は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。酸化剤ガスＯＧとしては、例えば空気が使用される。

また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２の後述する燃料室１７６に供給するガス流路である燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、上述した酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔１０８は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。燃料ガスＦＧとしては、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。図２および図３に示すように、下側のエンドプレート１０６には、４つの流路用貫通孔１０７が形成されている。４つの流路用貫通孔１０７は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス導入マニホールド１７１、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。

（ガス通路部材２７等の構成）
図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００は、さらに、下側のエンドプレート１０６に対して複数の発電単位１０２とは反対側（すなわち、下側）に配置された４つのガス通路部材２７を備える。４つのガス通路部材２７は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス導入マニホールド１７１、燃料ガス排出マニホールド１７２と上下方向に重なる位置に配置されている。各ガス通路部材２７は、下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７に連通する孔が形成された本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。なお、各ガス通路部材２７の本体部２８とエンドプレート１０６との間には、絶縁シート２６が配置されている。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。

（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図６は、後述する図７および図８のＶＩ−ＶＩの位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。また、図７は、図４〜図６のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図であり、図８は、図４〜図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。

図４〜図６に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム部材１３０と、空気極側集電部材１３４と、燃料極側フレーム部材１４０と、燃料極側集電部材１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム部材１３０、燃料極側フレーム部材１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ軸方向回りの周縁部には、上述した各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２として機能する連通孔１０８を構成する孔や、各ボルト孔１０９を構成する孔が形成されている。

一対のインターコネクタ１５０は、具体的には、ある発電単位１０２における燃料極１１６に対向するように配置された第１のインターコネクタ１５１と、その発電単位１０２における空気極１１４に対向するように配置された第２のインターコネクタ１５２とにより構成されている。以下では、第１のインターコネクタ１５１と、第２のインターコネクタ１５２とを、特に区別することを要しない場合には、単にインターコネクタ１５０ということもある。インターコネクタ１５０は、Ｚ軸方向視で単セル１１０より大きい略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。また、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における第１のインターコネクタ１５１は、その発電単位１０２の燃料極１１６側（下側）に隣接する他の発電単位１０２における第２のインターコネクタ１５２と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。

電解質層１１２は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層１１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極１１４は、例えば、ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極１１６は、例えば、Ｎｉと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子（例えば、ＹＳＺ）とからなるサーメットにより形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、ステンレス等の金属材料により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。なお、単セル１１０とセパレータ１２０との接合箇所付近に、空気室１６６と燃料室１７６との間をシールするシール部材（例えば、ガラスシール部材）がさらに設けられてもよい。

図４〜図７に示すように、空気極側フレーム部材１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の空気室用孔１３１が形成されたフレーム状の部材である。空気極側フレーム部材１３０は、絶縁体であるマイカにより形成されている。空気極側フレーム部材１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。空気極側フレーム部材１３０に形成された空気室用孔１３１によって、空気極１１４に面する空気室１６６が構成される。また、空気極側フレーム部材１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム部材１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通流路１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通流路１３３とが形成されている。

図４〜図６および図８に示すように、燃料極側フレーム部材１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の燃料室用孔１４１が形成されたフレーム状の部材である。燃料極側フレーム部材１４０は、例えばステンレス材やアルミ添加ステンレス材等の金属材料により形成されている。燃料極側フレーム部材１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。燃料極側フレーム部材１４０に形成された燃料室用孔１４１によって、燃料極１１６に面する燃料室１７６が構成される。また、燃料極側フレーム部材１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通流路１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通流路１４３とが形成されている。

図４〜図６および図８に示すように、燃料極側集電部材１４４は、インターコネクタ１５０と単セル１１０の燃料極１１６との間に配置された導電性部材であり、例えば、ニッケルまたはニッケル合金の箔またはメッシュ等の金属により形成されている。燃料極側集電部材１４４は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における燃料極側集電部材１４４は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電部材１４４は、このような構成であり、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。燃料極側集電部材１４４の構成については、後にさらに詳述する。本実施形態における燃料極側集電部材１４４は、特許請求の範囲における第１の集電部材に相当する。

なお、燃料極側集電部材１４４と燃料極１１６とは、導電性の接合層により接合されていてもよく、その場合には、燃料極側集電部材１４４が燃料極１１６の表面に接するとは、燃料極側集電部材１４４と燃料極１１６との間を接合する接合層を介して両者が接する状態を含む。

図４〜図７に示すように、空気極側集電部材１３４は、インターコネクタ１５０と単セル１１０の空気極１１４との間に配置された導電性部材であり、例えば、フェライト系ステンレス等の金属により形成されている。空気極側集電部材１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面（換言すれば、インターコネクタ１５０の表面の内、燃料極側集電部材１４４が接する一方の面（本実施形態では上面）とは反対側の他方の面（同下面））とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電部材１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電部材１３４は、このような構成であり、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。空気極側集電部材１３４の構成については、後にさらに詳述する。本実施形態における空気極側集電部材１３４は、特許請求の範囲における第２の集電部材に相当する。

また、本実施形態では、空気極側集電部材１３４と空気極１１４とは、導電性の接合層１３８により接合されている。接合層１３８は、例えば、Ｍｎ_２ＣｏＯ_４やＭｎＣｏ_２Ｏ_４、ＺｎＣｏ_２Ｏ_４、ＺｎＭｎＣｏＯ_４、ＣｕＭｎ_２Ｏ_４といったスピネル型酸化物により形成されている。接合層１３８は、例えば、接合層用ペーストを空気極側集電部材１３４に印刷し、該接合層用ペーストを空気極１１４の表面に押し付けた状態で所定の条件で焼成を行うことにより、形成することができる。本明細書において、空気極側集電部材１３４が空気極１１４の表面に接するとは、空気極側集電部材１３４と空気極１１４との間を接合する接合層１３８を介して両者が接する状態を含む。

なお、上述したように、本実施形態では、１つのインターコネクタ１５０が隣接する２つの発電単位１０２に共有されているため、１つのインターコネクタ１５０に注目すると、該インターコネクタ１５０の一方側（例えば上側）の表面上に位置する燃料極側集電部材１４４は、一の発電単位１０２を構成する単セル１１０の燃料極１１６と電気的に接続されており、該インターコネクタ１５０の他方側（例えば下側）の表面上に位置する空気極側集電部材１３４は、他の発電単位１０２を構成する単セル１１０の空気極１１４と電気的に接続されている。

Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２、図４および図７に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９、本体部２８、および、下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通流路１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３、図５および図８に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９、本体部２８、および、下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通流路１４２を介して、燃料室１７６に供給される。

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。後述するように、各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電部材１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電部材１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。

各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２、図４および図７に示すように、酸化剤ガス排出連通流路１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７、酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３、図５および図８に示すように、燃料ガス排出連通流路１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７、燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。

なお、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２では、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（図７に示すように、Ｘ軸正方向側からＸ軸負方向側に向かう方向）と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（図８に示すように、Ｘ軸負方向側からＸ軸正方向側に向かう方向）とが、略反対方向（互いに対向する方向）となっている。すなわち、本実施形態の発電単位１０２（燃料電池スタック１００）は、カウンターフロータイプのＳＯＦＣである。

Ａ−３．燃料極側集電部材１４４の詳細構成：
次に、燃料極側集電部材１４４の詳細構成について説明する。図４〜図６および図８に示すように、燃料極側集電部材１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、複数の燃料極対向部１４５と、複数の連接部１４７とを有している。

燃料極側集電部材１４４のインターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６、以下同様）における燃料極１１６に対向する側の表面に接する板状部分である。インターコネクタ対向部１４６には、インターコネクタ対向部１４６を厚さ方向に貫通する（すなわち、Ｚ軸方向に延びる）複数の貫通孔４０が形成されている。燃料極側集電部材１４４のインターコネクタ対向部１４６は、特許請求の範囲における第１のインターコネクタ対向部に相当する。

燃料極側集電部材１４４の各燃料極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接し、かつ、燃料極１１６と電気的に接続された板状部分である。Ｚ軸方向視での各燃料極対向部１４５の形状は、略矩形である。また、複数の燃料極対向部１４５は、Ｚ軸方向視で、Ｘ方向およびＹ方向に沿った格子状に配置されている。各燃料極対向部１４５は、Ｚ軸方向においてインターコネクタ対向部１４６と重なるように配置されている。各燃料極対向部１４５のＹ軸負方向側の端部４３は、自由端となっている。燃料極側集電部材１４４の燃料極対向部１４５は、特許請求の範囲における第１の電極対向部に相当する。

燃料極側集電部材１４４の各連接部１４７は、各燃料極対向部１４５におけるＹ軸負方向側の端部４２とインターコネクタ対向部１４６における貫通孔４０に面する端部４１とを結ぶ板状部分である。燃料極側集電部材１４４の連接部１４７は、特許請求の範囲における第１の連接部に相当する。

このような構成の燃料極側集電部材１４４は、例えば、図８における部分拡大図に示すように、燃料極側集電部材１４４作製用の平板材料に対して抜き打ち加工を行うことによって、完成状態において各燃料極対向部１４５および各連接部１４７となる矩形領域のそれぞれの３辺に切り込みを入れ、次に、抜き打ち加工後の平板材料に対して折り曲げ加工を行うことによって各燃料極対向部１４５および各連接部１４７を形成することにより、作製することができる。なお、図８における部分拡大図では、燃料極側集電部材１４４の作製方法を示すため、一部、折り曲げ加工前の状態が示されている。

燃料極側集電部材１４４の各燃料極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、燃料極側スペーサ１４９が配置されている。燃料極側スペーサ１４９は、例えばステンレス材やアルミ添加ステンレス材等の金属材料により形成されている。すなわち、本実施形態において、燃料極側フレーム部材１４０は、燃料極側スペーサ１４９と同一種類の金属材料から形成されている。ここで、燃料極側スペーサ１４９を形成する金属材料は、燃料極１１６を汚染する汚染物質（例えば、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、塩素（Ｃｌ）系の化合物）を揮発しない金属材料であることが好ましい。また、燃料極側スペーサ１４９を形成する金属材料は、形状維持の観点から、剛体金属であることが好ましい。なお、本明細書において、剛体金属とは、ヤング率（縦弾性係数）が１００ＧＰａ以上である金属を意味する。燃料極側スペーサ１４９の存在により、燃料極側集電部材１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電部材１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。

Ａ−４．空気極側集電部材１３４の詳細構成：
次に、空気極側集電部材１３４の詳細構成について説明する。図４〜図７に示すように、空気極側集電部材１３４は、インターコネクタ対向部１３６と、複数の空気極対向部１３５と、複数の連接部１３７とを有している。

空気極側集電部材１３４のインターコネクタ対向部１３６は、インターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４、以下同様）における空気極１１４に対向する側の表面に接する板状部分である。インターコネクタ対向部１３６には、インターコネクタ対向部１３６を厚さ方向に貫通する（すなわち、Ｚ軸方向に延びる）複数の貫通孔３０が形成されている。図７に示すように、本実施形態では、インターコネクタ対向部１３６に形成された各貫通孔３０は、Ｘ軸方向に長い形状の孔である。また、インターコネクタ対向部１３６において、複数の貫通孔３０はＹ軸方向に並ぶように配置されている。空気極側集電部材１３４のインターコネクタ対向部１３６は、特許請求の範囲における第２のインターコネクタ対向部に相当する。

空気極側集電部材１３４の各空気極対向部１３５は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接し、かつ、空気極１１４と電気的に接続された板状部分である。Ｚ軸方向視での各空気極対向部１３５の形状は、略矩形である。また、複数の空気極対向部１３５は、Ｚ軸方向視で、Ｘ方向およびＹ方向に沿った格子状に配置されている。各空気極対向部１３５は、Ｚ軸方向においてインターコネクタ対向部１３６に形成された貫通孔３０と重なるように配置されている。各空気極対向部１３５のＹ軸正方向側の端部３３は、自由端となっている。空気極側集電部材１３４の空気極対向部１３５は、特許請求の範囲における第２の電極対向部に相当する。

空気極側集電部材１３４の各連接部１３７は、各空気極対向部１３５におけるＹ軸負方向側の端部３２と、インターコネクタ対向部１３６における貫通孔３０に面する端部３１と、を結ぶ板状部分である。空気極側集電部材１３４の連接部１３７は、特許請求の範囲における第２の連接部に相当する。

このような構成の空気極側集電部材１３４は、例えば、図７における部分拡大図に示すように、空気極側集電部材１３４作製用の平板部材に対して打ち抜き加工を行うことによって、完成状態において各空気極対向部１３５および各連接部１３７となる部分を残しつつ各貫通孔３０の外形に対応する孔をあけ、次に、孔あけ後の平板部材に対して折り曲げ加工を行うことによって各空気極対向部１３５および各連接部１３７を形成することにより、作製することができる。

空気極側集電部材１３４の各空気極対向部１３５とインターコネクタ１５０との間には、空気極側スペーサ１３９が配置されている。空気極側スペーサ１３９は、絶縁体であり、かつ、弾性体（弾性材料）であるマイカにより形成されている。すなわち、本実施形態において、空気極側フレーム部材１３０は、空気極側スペーサ１３９と同一種類の材料から形成されている。なお、本明細書において、弾性体とは、ヤング率（縦弾性係数）が１００ＧＰａ未満である材料を意味する。図６および図７に示すように、各空気極側スペーサ１３９は、略直方体形状の部材であり、Ｚ軸方向において、インターコネクタ１５０の表面から各空気極対向部１３５の表面まで延びるような形状となっている。各空気極側スペーサ１３９におけるインターコネクタ１５０側の一部分は、空気極側集電部材１３４のインターコネクタ対向部１３６に形成された貫通孔３０内に収容されている。空気極側スペーサ１３９の存在により、空気極側集電部材１３４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、空気極側集電部材１３４を介した空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）との電気的接続が良好に維持される。さらに、空気極側スペーサ１３９の存在により、単セル１１０にかかるＺ軸方向の応力を緩和することができ、単セル１１０の損傷（割れ等）の発生を抑制することができる。

また、燃料極側スペーサ１４９の少なくとも一部分は、図６における部分拡大図に示すように、Ｚ軸方向視において、空気極側スペーサ１３９の少なくとも一部分と重なっている。具体的には、燃料極側スペーサ１４９の内の一部分である燃料極側重複部分１４９ａの空気極側スペーサ１３９側の表面は、Ｚ軸方向視における符号Ａの範囲内において、空気極側スペーサ１３９の内の一部分である空気極側重複部分１３９ａの燃料極側スペーサ１４９側の表面と重なっている。

Ａ−５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２は、単セル１１０と、第１のインターコネクタ１５１と、第２のインターコネクタ１５２と、燃料極側集電部材１４４と、燃料極側スペーサ１４９と、空気極側集電部材１３４と、空気極側スペーサ１３９とを備える。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んでＺ軸方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを含む。第１のインターコネクタ１５１は、単セル１１０の燃料極１１６に対向するように配置されており、第２のインターコネクタ１５２は、単セル１１０の空気極１１４に対向するように配置されている。燃料極側集電部材１４４は、燃料極１１６と第１のインターコネクタ１５１との間に配置された導電性の部材であり、インターコネクタ対向部１４６と、燃料極対向部１４５と、インターコネクタ対向部１４６と燃料極対向部１４５とを結ぶ連接部１４７とを含む。インターコネクタ対向部１４６は第１のインターコネクタ１５１と電気的に接続されている。燃料極対向部１４５は燃料極１１６と電気的に接続されている。燃料極側スペーサ１４９は、燃料極側集電部材１４４の燃料極対向部１４５におけるインターコネクタ対向部１４６側の表面に接するように配置されている。空気極側集電部材１３４は、空気極１１４と第２のインターコネクタ１５２との間に配置された導電性の部材であり、インターコネクタ対向部１３６と、空気極対向部１３５と、インターコネクタ対向部１３６と空気極対向部１３５とを結ぶ連接部１３７とを含む。インターコネクタ対向部１３６は第２のインターコネクタ１５２と、空気極対向部１３５は空気極１１４と、それぞれ、電気的に接続されている。空気極側スペーサ１３９は、空気極側集電部材１３４の空気極対向部１３５におけるインターコネクタ対向部１３６側の表面に接するように配置されている。また、本実施形態の発電単位１０２では、燃料極１１６はＮｉを含有し、燃料極側スペーサ１４９は金属材料から形成されており、かつ、空気極側スペーサ１３９はマイカから形成されている。本実施形態の発電単位１０２は、上述した構成であるため、以下に説明するように、汚染物質により燃料極１１６に含まれるＮｉが被毒すること（燃料極１１６の被毒）を原因とする発電単位１０２の性能低下を抑制することができ、かつ、Ｚ軸方向の応力によって単セル１１０が損傷することを抑制することができる。

上述したように、本実施形態の発電単位１０２では、燃料極１１６がＮｉを含有しており、かつ、燃料極１１６と第１のインターコネクタ１５１との間に配置された燃料極側集電部材１４４に接する燃料極側スペーサ１４９は金属材料から形成されている。このため、燃料極１１６としてＮｉを含有する材料が用いられている場合であっても、燃料極側スペーサ１４９が燃料極を汚染する汚染物質を揮発しないため、燃料極１１６の被毒を抑制することができる。また、本実施形態の発電単位１０２では、空気極側スペーサ１３９がマイカから形成されている。このため、本実施形態の発電単位１０２にＺ軸方向の応力が発生した際に、空気極側スペーサ１３９により応力を緩和することによって単セル１１０が損傷（割れ等）することを抑制することができる。従って、本実施形態の発電単位１０２によれば、発電単位１０２の性能低下を抑制することができ、かつ、Ｚ軸方向の応力によって単セル１１０が損傷することを抑制することができる。

また、本実施形態の発電単位１０２では、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する燃料室用孔１４１が形成された燃料極側フレーム部材１４０を備え、燃料極側フレーム部材１４０が燃料極側スペーサ１４９を形成する金属材料と同一種類の金属材料から形成されている。このような構成とすることにより、Ｚ軸方向における燃料極側スペーサ１４９の熱膨張率と燃料極側フレーム部材１４０の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して単セル１１０が損傷することを抑制することができる。

また、本実施形態の発電単位１０２では、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する空気室用孔１３１が形成された空気極側フレーム部材１３０を備え、空気極側フレーム部材１３０がマイカから形成されている。このような構成とすることにより、Ｚ軸方向における空気極側スペーサ１３９の熱膨張率と空気極側フレーム部材１３０の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して単セル１１０が損傷することを抑制することができる。

また、本実施形態の発電単位１０２では、Ｚ軸方向視において、燃料極側スペーサ１４９の少なくとも一部分が、空気極側スペーサ１３９の少なくとも一部分と重なっている。このような構成を採用することにより、複数の発電単位１０２を組み立てて燃料電池スタック１００として構成する際や、燃料電池スタック１００の運転中に、単セル１１０において燃料極側スペーサ１４９と空気極側スペーサ１３９とが対向していない部分に応力が集中することによって単セル１１０が損傷し、ひいては、発電単位１０２の性能低下が発生することを低減する。また、燃料極側スペーサ１４９と空気極側スペーサ１３９との重なっている部分に応力がかかることにより、単セル１１０と燃料極側集電部材１４４との間、および、単セル１１０と空気極側集電部材１３４との間における良好な固着が実現される。

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態における発電単位１０２の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、上記実施形態の発電単位１０２では、空気極側集電部材１３４に対して図９に示す構成を適用してもよい。すなわち、空気極側集電部材１３４は、空気極対向部１３５と、インターコネクタ対向部１３６と、連接部１３７と、から構成される。具体的には、空気極側集電部材１３４のインターコネクタ対向部１３６は、インターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４、以下同様）における空気極１１４に対向する側の表面に接する板状部分である。空気極側集電部材１３４の空気極対向部１３５は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接し、かつ、空気極１１４と電気的に接続された板状部分である。Ｚ軸方向視での各空気極対向部１３５の形状は、略矩形である。また、複数の空気極対向部１３５は、Ｚ軸方向視で、Ｘ方向およびＹ方向に沿った格子状に配置されている。空気極側集電部材１３４は、一の空気極対向部１３５に対して２つの連接部１３７を有する。２つの連接部１３７は、空気極対向部１３５におけるＹ軸負方向側の端部３２と、インターコネクタ対向部１３６におけるＹ軸正方向側の端部３１と、を結ぶ板状部分と、空気極対向部１３５におけるＹ軸正方向側の端部３３と、インターコネクタ対向部１３６におけるＹ軸負方向側の端部であり、Ｙ軸方向において端部３１と略同軸に位置する端部（図示せず）と、を結ぶ板状部分である。このような構成の空気極側集電部材１３４は、例えば、空気極側集電部材１３４作製用の平板部材に対して、完成状態において各空気極対向部１３５および各連接部１３７となる部分が残るように、すなわち、空間部３４に対応する孔が形成されるように、打ち抜き加工を行い、次に、打ち抜き加工後の平板部材に対して折り曲げ加工を行うことによって各空気極対向部１３５および各連接部１３７を形成することにより、作製することができる。このとき、空気極側スペーサ１３９は、空気極側集電部材１３４の各空気極対向部１３５とインターコネクタ１５０との間に配置される。

上記実施形態の発電単位１０２において、空気極側集電部材１３４に対して燃料極側集電部材１４４の構造を適用してもよく、また、燃料極側集電部材１４４に対して空気極側集電部材１３４の構造を適用してもよい。また、空気極側集電部材１３４の構造と燃料極側集電部材１４４の構造とは、同じであってもよく、また、異なっていてもよい。

上記実施形態の発電単位１０２において、燃料極側フレーム部材１４０に対して燃料極側スペーサ１４９を形成する金属材料と同一種類の金属材料を適用したが、これに限定されず、燃料極側フレーム部材１４０に対して燃料極側スペーサ１４９を形成する金属材料と異なる種類の金属材料を適用してもよい。

上記実施形態の発電単位１０２において、空気極側フレーム部材１３０に対して空気極側スペーサ１３９を形成する材料と同一種類の材料であるマイカを適用したが、これに限定されず、空気極側フレーム部材１３０に対して空気極側スペーサ１３９を形成する材料と異なる種類の材料を適用してもよい。

上記実施形態の発電単位１０２において、Ｚ軸方向視において、燃料極側スペーサ１４９の少なくとも一部分が、空気極側スペーサ１３９の少なくとも一部分と重なっている構成としたが、これに限定されず、燃料極側スペーサ１４９と空気極側スペーサ１３９とがＺ軸方向において重なっていない構成としてもよい。

なお、本実施形態において、空気極側集電部材１３４またはインターコネクタ１５０を、導電性のコートによって覆う構成としてもよい。コートは、例えば、Ｍｎ_２ＣｏＯ_４やＭｎＣｏ_２Ｏ_４、ＺｎＣｏ_２Ｏ_４、ＺｎＭｎＣｏＯ_４、ＣｕＭｎ_２Ｏ_４といったスピネル型酸化物により形成されうる。空気極側集電部材１３４へのコートの形成は、例えば、スプレーコート、インクジェット印刷、スピンコート、ディップコート、めっき、スパッタリング、溶射等の周知の方法で実行されうる。コートの存在により、空気極側集電部材１３４に含まれる汚染物質（例えば、Ｃｒ）の放出・拡散が抑制され、空気極１１４の被毒の発生が抑制される。

また、上記実施形態では、空気極側集電部材１３４と空気極１１４との間に接合層１３８が介在しているが、空気極側集電部材１３４と空気極１１４との間に接合層１３８が介在しないとしてもよい。

また、上記実施形態では、ボルト孔１０９が、各マニホールド用の連通孔１０８とは独立して設けられているが、独立したボルト孔１０９を設けず、各マニホールド用の連通孔１０８がボルト孔としても用いられるとしてもよい。また、上記実施形態では、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが略反対方向であるカウンターフロータイプを例に挙げて説明しているが、本発明は、他のタイプ（上記２つの流れ方向が略同一方向であるコフロータイプや上記２つの流れ方向が交差するクロスフロータイプ等）にも適用可能である。

また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の個数は、あくまで一例であり、発電単位１０２の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態において、空気極１１４と電解質層１１２との間に中間層が配置されていてもよい。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の構成単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１６−８１８１３号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替え、単セル１１０を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極１１４がプラス（陽極）で燃料極１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔１０８を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室１７６で水素ガスが発生し、連通孔１０８を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様の構成の集電部材等の構成を採用すると、汚染物質により燃料極１１６に含まれるＮｉが被毒すること（燃料極１１６の被毒）を原因とする発電単位１０２の性能低下を抑制することができ、かつ、Ｚ軸方向の応力によって単セル１１０が損傷することを抑制することができる。

２２：ボルト２６：絶縁シート２７：ガス通路部材２８：本体部２９：分岐部３０：貫通孔３１：端部３２：端部３３：端部３４：空間部４０：貫通孔４１：端部４２：端部４３：端部１００：燃料電池スタック１０２：燃料電池発電単位１０４：エンドプレート１０６：エンドプレート１０７：流路用貫通孔１０８：連通孔１０９：ボルト孔１１０：単セル１１２：電解質層１１４：空気極１１６：燃料極１２０：セパレータ１２１：孔１２４：接合部１３０：空気極側フレーム部材１３１：空気室用孔１３２：酸化剤ガス供給連通流路１３３：酸化剤ガス排出連通流路１３４：空気極側集電部材１３５：空気極対向部１３６：インターコネクタ対向部１３７：連接部１３８：接合層１３９：空気極側スペーサ１３９ａ：空気極側重複部分１４０：燃料極側フレーム部材１４１：燃料室用孔１４２：燃料ガス供給連通流路１４３：燃料ガス排出連通流路１４４：燃料極側集電部材１４５：燃料極対向部１４６：インターコネクタ対向部１４７：連接部１４９：燃料極側スペーサ１４９ａ：燃料極側重複部分１５０：インターコネクタ１５１：第１のインターコネクタ１５２：第２のインターコネクタ１６１：酸化剤ガス導入マニホールド１６２：酸化剤ガス排出マニホールド１６６：空気室１７１：燃料ガス導入マニホールド１７２：燃料ガス排出マニホールド１７６：燃料室

Claims

電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、
前記電気化学反応単セルの前記燃料極に対向するように配置された第１のインターコネクタと、
前記電気化学反応単セルの前記空気極に対向するように配置された第２のインターコネクタと、
前記燃料極と前記第１のインターコネクタとの間に配置された導電性の第１の集電部材であって、前記第１のインターコネクタと電気的に接続された第１のインターコネクタ対向部と、前記燃料極と電気的に接続された第１の電極対向部と、前記第１のインターコネクタ対向部と前記第１の電極対向部とを結ぶ第１の連接部と、を含む、第１の集電部材と、
前記第１の集電部材の前記第１の電極対向部における前記第１のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第１のスペーサと、
を備える電気化学反応単位において、さらに、
前記空気極と前記第２のインターコネクタとの間に配置された導電性の第２の集電部材であって、前記第２のインターコネクタと電気的に接続された第２のインターコネクタ対向部と、前記空気極と電気的に接続された第２の電極対向部と、前記第２のインターコネクタ対向部と前記第２の電極対向部とを結ぶ第２の連接部と、を含む、第２の集電部材と、
前記第２の集電部材の前記第２の電極対向部における前記第２のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第２のスペーサと、
を備え、
前記燃料極は、Ｎｉを含有し、
前記第１のスペーサは、金属材料から形成されており、
前記第２のスペーサは、マイカから形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
請求項１に記載の電気化学反応単位において、さらに、
前記燃料極に面する燃料室を構成する燃料室用孔が形成された燃料極側フレーム部材、
を備え、
前記燃料極側フレーム部材は、前記第１のスペーサを形成する金属材料と同一種類の金属材料から形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応単位において、さらに、
前記空気極に面する空気室を構成する空気室用孔が形成された空気極側フレーム部材、
を備え、
前記空気極側フレーム部材は、マイカから形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の方向視において、前記第１のスペーサの少なくとも一部分は、前記第２のスペーサの少なくとも一部分と重なっている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
前記第１の方向に並べて配列された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。