JP2015028888A - 燃料電池セル及び燃料電池セルスタック - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池セルの電極における平面内での発電量ばらつきを解消し、発電を効率よく行うことができる燃料電池セルを提供すること。【解決手段】燃料電池セル１１１は、空気極２１、燃料極及び固体電解質層を有し、集電のための複数の突起を有する集電体に隣接して配置される。空気極２１の表面上には、集電体の複数の突起が接触しうる集電体接触部位３７が散点状に設定される。空気極２１の表面上に導電層１３８を備える。導電層１３８は、空気極側集電体２７の突起３５が当接する当接パッド部１３９と、隣接する集電体接触部位３７の当接パッド部１３９間を繋げるように設けられる結線部１４０とを有する。結線部１４０は、空気極２１の平面方向に沿って供給される反応ガスＦ１，Ａ１の流入側から流出側に向かって粗から密になるよう形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料極、空気極及び電解質層を有する平板状部材として構成される燃料電池セル、及びその燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックに関するものである。

従来より、発電装置の一種である燃料電池として、例えば固体電解質層（固体酸化物層）を備えた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）が知られている。この固体酸化物形燃料電池は、エネルギー変換効率が５０％以上と非常に高く、かつ、小型化が可能であるため、家庭用コジェネレーションシステムや自動車の動力源として開発が行われている。

具体的には、固体酸化物形燃料電池は、燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とが固体電解質層の両側に配置された平板状の燃料電池セルを備えている（例えば、特許文献１〜３参照）。なお、燃料ガスは水素を生成するためのものであり、酸化剤ガスは酸素を生成するためのものである。そして、水素と酸素とが固体電解質層を介して反応（発電反応）することにより、空気極を正極、燃料極を負極とする直流の電力が発生するようになっている。

特許文献１に開示されている固体酸化物形燃料電池では、燃料極及び空気極の各電極の表面において、導電性細条が連続して設けられている。この燃料電池では、導電性細条を通って電子が電極と平行に流れる。つまり、導電性細条が集電体として機能して平面方向の抵抗が低くなる。このため、各電極で発生した電流は、電極と平行な方向に電圧ロスなく流れるようになっている。

特許文献２に開示されている固体酸化物形燃料電池では、燃料電池セルにおける空気極と空気極側集電体との間に、空気極と空気極側集電体とを接合する導電性の密着層が格子状に形成されている。この密着層を設けることにより、空気極と空気極側集電体とが確実に接触し、それらの接触抵抗が低く抑えられる。

ところで、上述した燃料電池において、燃料電池セルの形状が平板形であり、反応ガスフローが燃料電池セルの端面部から実施される場合、反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）の流れ（ガスフロー）としては、クロスフロー（直交流）、カウンタフロー（対向流）、コフロー（並行流）などが採用される。これらガスフローにて発電を行う場合、発電反応により反応ガスが使用されるため、セル面内（燃料電池セルの各電極の平面内）においてガス濃度が均一とならない。つまり、反応ガスの流入側（上流部）と比較して流出側（下流部）においては、空気極で酸素濃度が低下し、燃料極では燃料濃度（水素などの濃度）が低下する。この反応ガスの上流・下流の酸素濃度差及び水素濃度差により、セル面内での電流密度（酸素イオン伝導量）に大きな差が生じてしまう。この結果、セル面内における発電量差によって温度分布が生じ、燃料電池セルに応力が発生することで燃料電池セルが割れ易くなったり、燃料電池セルの性能が早く低下したりするなどの問題が発生する。

特許文献３には、反応ガスの流れに応じて集電体の配置間隔を変更することにより、セル面内での温度分布の発生を抑えるように構成した固体酸化物形燃料電池が開示されている。この燃料電池では、燃料電池セル（発電部）とインターコネクタとが複数積み重ねられて、燃料電池セルスタックが構成されている。インターコネクタの表面には、ガス流路の方向に沿って、集電部として機能する複数のリブ（突起）が配設されている。そして、それらリブの配置間隔が、ガス流入側から流出側に向かって順次広くなるよう設定されている。この場合、ガス流入側ではガス透過面積が小さくなるため、ガス流入側での発電量が低く抑えられて発熱量が減少する。一方、ガス流出側ではガス透過面積が大きくなるため、ガス流出側での発電量が増加して発熱量も増加する。この結果、面内での電流量（イオン伝導量）の差が抑えられるとともに、セル面内での温度分布の発生が抑えられるようになっている。

特開平４−２９８９６３号公報 特開２００９−９９３０８号公報 特開平１１−２９７３４１号公報

ところが、上記特許文献３の燃料電池では、ガス流入側ではリブの数が多くなっていることから、実際に発電をした場合にはガス流入側では発電量が多くなる。一方、ガス流出側ではリブの数が少ないことから、発電量が少なくなる。その結果、ガス流入側にて発電の集中が起こり、発電に伴う熱の発生がガス流入側で大きく、ガス流出側で小さくなることから、セル面内の発電量ばらつきが生じ、温度分布が大きくなるといった問題が発生する。つまり、特許文献３の燃料電池では、反応ガスが流れる発電面積（発電反応の均一化）を調整してはいるが、その調整を集電体（導電体）で実施していることから、負荷接続される場面でリブの数が多くなっているガス流入側にて多くの電子が流れようとする。そのため、実質的な（発電反応と電流を勘案した）実効発電面積が大きくなり、セル面内の部分的な電流密度上昇が起こる。その結果、（集電体などを含む）単セル面内の実効発電量分布（温度分布）が大きくなってしまう。また、集電体の形状変更が必要となるため、その加工コストが嵩んでしまう。

因みに、特許文献１の燃料電池では、空気極の表面において、導電性細条が均一に形成されている。このため、反応ガスの流れに起因してセル面内で発電量に差が生じて発電量が不均一になってしまうこと（即ち、発電量ばらつき）を回避することができない。また、特許文献２の燃料電池では、空気極の表面内において、導電性の密着層が格子状に規則正しく設けられており、これら密着層は同じ導電材料を用いて形成されている。このため、反応ガスの流れに起因するセル面内での発電量ばらつきを回避することができない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極における平面内での（発電反応と集電による）発電量ばらつきを解消し、発電を効率よく行うことができる燃料電池セルを提供することにある。また、別の目的は、上記燃料電池セルを用いて効率よく発電することができる燃料電池セルスタックを提供することにある。

そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、集電のための複数の突起を有する集電体に隣接して配置され、燃料極、空気極及び電解質層を有する平板状部材として構成され、前記燃料極及び前記空気極のうちの少なくとも一方の電極の表面上に、前記集電体の複数の突起が接触しうる集電体接触部位が散点状に設定された燃料電池セルであって、前記電極の表面上に設けられた導電層を備え、前記導電層は、複数の前記集電体接触部位の内部領域に各々設けられ、前記集電体の突起が当接する当接パッド部を有するとともに、隣接する前記集電体接触部位の前記当接パッド部間を繋げるように設けられる結線部及び前記当接パッド部から前記集電体接触部位の外側にはみ出るように設けられるパッド拡張部のうちの少なくとも一方を有し、前記結線部及び前記パッド拡張部のうちの少なくとも一方が、粗密を有するように形成されていることを特徴とする燃料電池セルがある。

従って、手段１に記載の発明によると、集電体の複数の突起が接触しうる集電体接触部位が散点状に設定されている。また、電極の表面上において導電層が設けられており、その導電層を構成する結線部及びパッド拡張部のうちの少なくとも一方が、粗密を有するように形成されている。燃料電池において、発電は集電体から電極に電子が授受されることにより起こるため、このような粗密を有する導電層を電極表面に形成することにより、燃料電池セル内に集電抵抗の差が生じる。つまり、ガス流入側のように、セル面内の燃料ガス及び酸化ガス濃度が高い箇所においては、集電抵抗を増加させるように導電層を設定する。反対にガス流出側のように、セル面内の燃料ガス及び酸化ガス濃度が低い箇所においては、集電抵抗を低くするように導電層を設定する。なお、本発明における集電抵抗とは、集電体のみの電気抵抗ではなく、集電体と電極（燃料極及び空気極）とを通じて三相界面（反応ガスと電極と固体電解質層との界面）に至るまでの電気抵抗のことを言う。従って、上記のように燃料電池セル内に集電抵抗の差が生じることで、燃燃料電池セルの平面内における発電量ばらつきが解消され、発電時の温度分布の差が小さくなり、セル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。なお、本発明において、発電量とは、発電反応によるものとその発電反応で得られた集電抵抗によるものとの両方を含む。また、本発明の燃料電池セルでは、集電体の突起が所定の間隔をあけて散点状に配置されており、従来技術のように反応ガスの流れに応じて集電体の配置間隔などの形状変更を行う必要がない。このため、燃料電池セルにおいて、各電極に供給される反応ガスの流量を十分に確保することができ、発電を効率よく行うことができる。さらに、集電体の形状変更に伴う加工コストが必要ないため、燃料電池セルの製造コストを抑えることができる。

導電層における結線部及びパッド拡張部のうちの少なくとも一方は、電極の表面内における単位面積当たりの面積割合が、電極の平面方向に沿って供給される反応ガスの流入側から流出側に向かって粗から密になるよう形成される。燃料電池セルにおいて、このように導電層を形成すると、燃料電池セル内に集電抵抗の差が生じる。つまり、ガス流入側のように、セル面内の燃料ガス及び酸化ガス濃度が高い箇所においては、集電抵抗を増加させるように導電層を設定する。反対にガス流出側のように、セル面内の燃料ガス及び酸化ガス濃度が低い箇所においては、集電抵抗を低くするように導電層を設定する。この結果、反応ガスの流入側と流出側とにおいて発電量に差が生じにくくなり、燃料電池セルの平面内における発電量ばらつきを解消することができ、セル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。

導電層における結線部及びパッド拡張部のうちの少なくとも一方の個々の面積は、反応ガスの流入側よりも流出側のほうが大きくなっていてもよい。燃料電池セルにおいて、このように導電層を形成すると、反応ガスの流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなり、セル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。

導電層における結線部及びパッド拡張部のうちの少なくとも一方の個々の幅（太さ）は、反応ガスの流入側よりも流出側のほうが広く（太く）なっていてもよい。このようにすると、反応ガスの流入側から流出側に向かって導電層の面積を増やすことができる。従って、燃料電池セルにおいて、燃料電池セル内に集電抵抗の差が生じる。つまり、ガス流入側のように、セル面内の燃料ガス及び酸化ガス濃度が高い箇所においては集電抵抗を増加させるように導電層を設定する。反対にガス流出側のように、セル面内の燃料ガス及び酸化ガス濃度が低い箇所においては、集電抵抗を低くするように導電層を設定する。この結果、反応ガスの流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなり、セル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。

導電層における結線部の個々の幅は、反応ガスの流入側と流出側とで等しく、隣接する集電体接触部位の当接パッド部間に存在する結線部の本数は、流入側よりも流出側のほうが多くなっていてもよい。このようにしても、反応ガスの流入側から流出側に向かって導電層の面積を増やすことができる。従って、燃料電池セルにおいて、燃料電池セル内に集電抵抗の差が生じる。つまり、ガス流入側のように、セル面内の燃料ガス及び酸化ガス濃度が高い箇所においては、集電抵抗を増加させるように導電層を設定する。反対にガス流出側のように、セル面内の燃料ガス及び酸化ガス濃度が低い箇所においては、集電抵抗を低くするように導電層を設定する。この結果、反応ガスの流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなり、セル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。

導電層において集電体接触部位の当接パッド部を除く部分の面積割合は、集電体接触部位の面積を除いた電極の表面積に対して、１％以上１０％以下である。ここで、導電層において当接パッド部を除く部分の面積割合が１％未満である場合、隣接する集電体接触部位の当接パッド部間を接続する結線部やパッド拡張部の幅が狭くなるため、セル面内の集電抵抗差が少なくなる。そのため、面内のガス濃度差の傾向に見合うだけの十分な集電抵抗差を生むことができず、本願の課題であるセル面内の発電バラツキを抑えることができない。また、導電層において当接パッド部を除く部分の面積割合が１０％を越える場合、結線部やパッド拡張部の面積が大きくなりすぎることで、電極におけるガス透過性が悪化し、セル特性が低下してしまう。従って、燃料電池セルにおいて、導電層において当接パッド部を除く部分の面積割合を１％以上１０％以下とすることにより、セル特性の低下を回避しつつ、不均一な発電による電流集中（集電抵抗の上昇）を回避することができる。

導電層は、電極の形成材料よりも低い抵抗値を有する導電材料を用いて形成される。具体的には、導電層は、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）の少なくとも１つを含む導電材料を用いて形成される。このような導電材料を用いて導電層を形成すると、導電層を介して電荷移動が容易となり、集電効率を高めることができる。

導電層は、反応ガスの流れに対して、垂直な結線部と平行な結線部とを含んでいてもよい。また、複数の集電体接触部位は、同一の形状及び面積を有し、電極の表面上において縦横に格子状に規則正しく設定されていてもよい。このようにすると、燃料電池セルにおいて集電体の突起と電極表面との間に反応ガスの流路を確保しつつ、集電体によって確実に集電することができる。

燃料電池セルは固体酸化物形燃料電池に用いられ、導電層が形成される電極が燃料極であっても空気極であってもよい。この場合、各電極及び集電体間での電子の授受が導電層を介して効率よく行われるため、発電効率を十分に高めることができる。

電極の表面内にて散点状に配置された複数の集電体接触部位のうちの一部について、隣接する集電体接触部位の当接パッド部間を繋ぐように結線部が形成されていてもよい。このように導電層（当接パッド部及び結線部）を形成すると、発電時の燃料電池セルの熱変形によって集電体接触部位の一部が集電体の突起から離間した場合でも、その離間した集電体接触部位の当接パッド部とそれに隣接する集電体接触部位の当接パッド部とが結線部によって電気的に接続されているため、十分な集電能力を確保することができる。この結果、燃料電池セルにおいて、電圧ロスがなく効率よく発電することができる。

燃料電池セルを構成する電解質層が固体酸化物層である場合、その形成材料としては、例えばＺｒＯ_２系セラミック、ＬａＧａＯ_３系セラミックなどがある。

空気極は、酸化剤となる酸化剤ガス（反応ガス）と接触し、燃料電池セルにおける正電極として機能する。ここで、空気極の形成材料としては、例えば、金属材料、金属の酸化物、金属の複合酸化物などを挙げることができる。金属材料の好適例としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ等やそれらの合金などがある。金属の酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅの酸化物（Ｌａ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、ＣｅＯ_２、Ｃｏ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２、ＦｅＯ）などがある。金属の複合酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎを含有する複合酸化物（Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏＯ_３系複合酸化物、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＦｅＯ_３系複合酸化物、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏ_１−ｙＦｅ_ｙＯ_３系複合酸化物、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３系複合酸化物、Ｐｒ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_３系複合酸化物、Ｓｍ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏＯ_３系複合酸化物）などがある。

酸化剤ガスとしては、例えば酸素と他の気体との混合ガスなどが挙げられる。この混合ガスは、窒素やアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。なお、混合ガスは、安全で安価な空気であることが好ましい。

燃料極は、還元剤となる燃料ガス（反応ガス）と接触し、燃料電池セルにおける負電極として機能する。ここで、燃料極の形成材料としては、例えば、希土類元素（Ｓｃ、Ｙなど）により安定化されたＺｒＯ_２系セラミック、及び、希土類元素（Ｓｍ、Ｇｄなど）をドープしたＣｅＯ_２系セラミック等のうち、少なくとも１つのセラミック材料と、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属材料及びそれら金属材料の合金のうちの少なくとも１つと、を混合した金属セラミック材料の混合物（サーメット）を使用することができる。

また、燃料ガスとしては、例えば水素ガス、炭化水素ガス、水素ガスと炭化水素ガスとの混合ガスなどが挙げられる。燃料ガスとして炭化水素ガスを選択した場合、炭化水素ガスの種類は特に限定されないが、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等であることが好ましい。なお、水中にガス（水素ガス、炭化水素ガス、混合ガス）を通過させて加湿することによって得られる燃料ガスや、ガス（水素ガス、炭化水素ガス、混合ガス）に水蒸気を混合させることによって得られる燃料ガスを選択してもよい。また、１種類の燃料ガスのみを用いてもよいし、複数種類の燃料ガスを併用してもよい。さらに、燃料ガスは、窒素やアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。また、液体の原料を気化したものを燃料ガスとして使用したり、水素ガス以外のガスを改質して生成した水素ガスを燃料ガスとして使用したりすることもできる。

また、上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、手段１に記載の燃料電池セルと、集電のための複数の突起を有し、前記複数の突起の先端面が前記電極の表面上に設定された前記集電体接触部位に接触するように配置される集電体とを備え、前記燃料電池セルと前記集電体とが複数個ずつ積層されていることを特徴とする燃料電池セルスタックがある。

手段２に記載の発明によると、手段１の燃料電池セルと集電体とが複数個ずつ積層されることで燃料電池セルスタックが構成されている。この燃料電池セルスタックでは、各燃料電池セルにおいて反応ガスの流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなり、セル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。従って、燃料電池セルスタックにおいて効率よく発電することができる。

また、上記の燃料電池セルスタックを用いて構成される燃料電池としては、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が挙げられる。本発明の燃料電池セルとしては、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）などの固体酸化物形電気化学セルを含むものとする。

本実施の形態の燃料電池を示す概略構成図。 燃料電池セルスタックを示す概略断面図。 集電体の突起の配置を示す平面図。 集電体接触部位及び導電層を示す平面図。 接続本数の異なる結線部を有する別の実施の形態の導電層を示す平面図。 接続本数の異なる結線部を有する別の実施の形態の導電層を示す平面図。 ガスフローがコフローである場合において幅の異なる結線部を有する別の実施の形態の導電層を示す平面図。 ガスフローがコフローである場合において接続本数の異なる結線部を有する別の実施の形態の導電層を示す平面図。 当接パッド部及びパッド拡張部を有する別の実施の形態の導電層を示す平面図。 当接パッド部、結線部及びパッド拡張部を有する別の実施の形態の導電層を示す平面図。 当接パッド部及び結線部を有する別の実施の形態の導電層を示す平面図。 円形状の空気極を有する別の実施の形態の導電層を示す平面図。

以下、本発明を燃料電池に具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

本実施の形態の燃料電池１００は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。図１に示されるように、燃料電池１００は、発電の最小単位である燃料電池セル１１１を複数積層してなる燃料電池セルスタック１１２を備えている。

燃料電池セルスタック１１２は、例えば縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍ×高さ８０ｍｍの略直方体形状をなしている。本実施の形態において、燃料電池セルスタック１１２を構成する燃料電池セル１１１の積層数は、２０枚程度となっている。また、燃料電池セルスタック１１２には、燃料電池セル１１１の積層方向における両端部（図１では上端部と下端部）に、エンドプレート１４，１５が配置されている。さらに、セルスタック１１２の周縁部には、同スタック１１２を厚さ方向に貫通する複数の貫通穴が形成されている。そして、各貫通穴に締結ボルト１８を挿通させ、セルスタック１１２の下面から突出するボルト１８の下端部分にナット１９が螺着されている。このように締結ボルト１８及びナット１９を用いて各エンドプレート１４，１５を各燃料電池セル１１１の積層方向に締め付けることで、複数の燃料電池セル１１１が固定されるようになっている。また、セルスタック１１２の両端部に配置されるエンドプレート１４，１５が、セルスタック１１２から出力される電流の出力端子となっている。

図２に示されるように、セルスタック１１２を構成する燃料電池セル１１１は、空気極２１、燃料極２２及び固体電解質層２３を有する平板状部材として構成され、発電反応により電力を発生する。また、セルスタック１１２には、燃料電池セル１１１に加えて、コネクタプレート２４、セパレータ２５、空気極側集電体２７及び燃料極側集電体２８等が設けられ、それらが複数個ずつ積層されている。

より詳しくは、コネクタプレート２４は、ステンレスなどの導電性材料によって形成されており、燃料電池セル１１１の厚み方向の両側に一対配置される。各コネクタプレート２４により板厚方向での燃料電池セル１１１間の導通が確保される。隣り合う燃料電池セル１１１の間に配置されるコネクタプレート２４は、インターコネクタとなり、隣り合う燃料電池セル１１１を区分する。

セパレータ２５は、ステンレスなどの導電性材料によって形成されており、矩形状の開口部２９を中央部に有する略矩形枠状をなしている。セパレータ２５は、燃料電池セル１１１間の仕切り板として機能する。

固体電解質層２３は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのセラミック材料（酸化物）によって矩形板状に形成されている。固体電解質層２３は、セパレータ２５の下面に固定されるとともに、セパレータ２５の開口部２９を塞ぐように配置されている。固体電解質層２３は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。

また、固体電解質層２３の上面には、セルスタック１１２に供給された酸化剤ガスに接する空気極２１が貼付され、固体電解質層２３の下面には、同じくセルスタック１１２に供給された燃料ガスに接する燃料極２２が貼付されている。即ち、空気極２１及び燃料極２２は、固体電解質層２３の両側に配置されている。また、空気極２１は、セパレータ２５の開口部２９内に配置され、セパレータ２５と接触しないようになっている。なお、本実施の形態の燃料電池セル１１１では、セパレータ２５の下方に燃料室３１が形成されるとともに、セパレータ２５の上方に空気室３２が形成されている。

本実施の形態の燃料電池セル１１１において、空気極２１は、金属の複合酸化物であるＬＳＣＦ（Ｌａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．２Ｆｅ_０．８Ｏ_３）によって矩形板状に形成されている。また、燃料極２２は、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとの混合物（Ｎｉ−ＹＳＺ）によって矩形板状に形成されている。燃料電池セル１１１において、空気極２１はカソード層として機能し、燃料極２２はアノード層として機能する。

空気極２１は、空気極側集電体２７によってコネクタプレート２４に電気的に接続され、燃料極２２は、燃料極側集電体２８によってコネクタプレート２４に電気的に接続されている。空気極側集電体２７は、例えばＬａ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｒ等を微量添加したＳＵＳ４３０系フェライト合金等の緻密な金属板からなる。一方、燃料極側集電体２８は、燃料ガスの通過が可能なように、例えばニッケル製の多孔体からなる。

図２〜図４に示されるように、空気極側集電体２７は、集電のための複数の突起３５を有しており、それら突起３５の先端面が空気極２１の表面上にて散点状に設定された集電体接触部位３７に接触するよう燃料電池セル１１１に隣接して配置されている。本実施の形態において、複数の集電体接触部位３７は、例えば四角形状の領域であり、同一の形状及び面積を有し、空気極２１の表面上において縦横に格子状に規則正しく設定されている。空気極側集電体２７における複数の突起３５は、同一の形状及びサイズを有する四角形状の突起であり、縦横に格子状に規則正しく配置されている。

図４に示されるように、本実施の形態の燃料電池セル１１１は、空気極２１の表面上において、導電層１３８が設けられている。導電層１３８は、集電体接触部位３７の内側領域に各々設けられ、空気極側集電体２７の突起３５が当接する当接パッド部１３９と、隣接する集電体接触部位３７の当接パッド部１３９間を繋ぐように形成された結線部１４０とを有する。空気極２１は平面視で四角形状である。導電層１３８は、銀パラジウム合金（パラジウムの含有量が１〜１０ｍｏｌ％の合金）からなり、その厚さは、例えば数十μｍ程度である。ここで、集電体接触部位３７の内側領域とは、空気極側集電体２７における四角形状の突起３５が接触する領域であって、集電体接触部位３７の中央部の領域、つまり四角形状の内側に位置する領域のことを言う。

また、燃料電池セル１１１において、空気極２１の表面上にて散点状に設定された複数の集電体接触部位３７の内部領域には、それら領域全体を覆うように当接パッド部１３９が形成されており、当接パッド部１３９を介して空気極２１と空気極側集電体２７とが接合されている（図２参照）。本実施の形態の燃料電池セル１１１では、導電層１３８において集電体接触部位３７の当接パッド部１３９を除く部分（集電体接触部位３７の内側領域からはみ出ている結線部１４０）の面積割合は、集電体接触部位３７の面積を除いた空気極２１の表面積に対して５％程度となっている。なお、本実施の形態では、導電層１３８の結線部１４０は、集電体接触部位３７の内側領域（当接パッド部１３９）から外側領域に延展する展開パターンであり、隣り合う集電体接触部位３７の間に形成されている。つまり、結線部１４０は、各集電体接触部位３７の当接パッド部１３９間を繋ぐ導線として機能する部分である。

本実施の形態の燃料電池セルスタック１１２には、各燃料電池セル１１１の燃料室３１に燃料ガスを供給する燃料供給経路（図示略）と、燃料室３１から燃料ガスを排出する燃料排出経路（図示略）とが設けられている。また、セルスタック１１２には、各燃料電池セル１１１の空気室３２に空気を供給する空気供給経路（図示略）と、空気室３２から空気を排出する空気排出経路（図示略）とが設けられている。各供給経路及び各排出経路は、燃料電池セルスタック１１２の側面に設けられたジョイント部（図示略）を介して外部配管（図示略）に接続されている。

本実施の形態では、外部配管や各供給経路を通じて燃料電池セル１１１の端面部から反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）が供給される。具体的には、図４に示されるように、反応ガス（燃料ガスＦ１及び酸化剤ガスＡ１）の流れとしてクロスフロー（直交流）の方式が採用されている。燃料電池セル１１１において、酸化剤ガスＡ１は、空気極２１の面方向に沿って図４の右側から左側に向けて供給される。一方、燃料ガスＦ１は、空気極２１の裏面側にある燃料極２２の面方向に沿って図４の上側から下側に向けて供給される。つまり、本実施の形態では、酸化剤ガスＡ１の流れと燃料ガスＦ１の流れとが直交している。

空気極２１の表面上において、導電層１３８は、電極の平面方向に粗密を有するように、電極全体として不均一に形成されている。より詳しくは、導電層１３８は、空気極２１の表面内における単位面積当たりの面積割合が、空気極２１の平面方向に沿って供給される反応ガスＦ１，Ａ１の流入側から流出側に向かって粗から密になるよう形成されている。具体的には、本実施の形態において、隣接する集電体接触部位３７の当接パッド部１３９間に存在する結線部１４０について、個々の幅は反応ガスＦ１，Ａ１の流入側（上側及び右側）よりも流出側（下側及び左側）のほうが広くなるよう形成されている。つまり、右上に位置する結線部１４０が最も狭く形成される一方、左下に位置する結線部１４０が最も広く形成されている。この結果、結線部１４０の個々の面積は、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側よりも流出側のほうが大きくなっている。

そして、燃料電池１００の発電時には、上記のように形成した導電層１３８（当接パッド部１３９及び結線部１４０）を介して空気極２１と空気極側集電体２７との間で発電反応に伴う電子の授受が行われるようになっている。

次に、本実施の形態における燃料電池セルスタック１１２の製造方法について説明する。

まず、例えばＳＵＳ４３０からなる板材を打ち抜いて、コネクタプレート２４やセパレータ２５を製造する。また、燃料極２２のグリーンシート上に、固体電解質層２３の材料を印刷し、その上に空気極２１の材料を印刷した後焼成する。この焼成によって、空気極２１、燃料極２２及び固体電解質層２３を有する平板状の燃料電池セル１１１が製造される。

その後、燃料電池セル１１１とセパレータ２５とをロウ付けにて固定する。さらに、空気極側集電体２７と燃料極側集電体２８とを、それぞれ隣接する上部のコネクタプレート２４と下部のコネクタプレート２４とにロウ付けによって固定する。

また、Ａｇ−Ｐｄ粉末（Ｐｄ：１ｍｏｌ％）とエチルセルロースと有機溶剤とを三本ロール混合することで、Ａｇ−Ｐｄ導電性ペーストを作製する。次に、空気極２１の表面に、その導電性ペーストをスクリーン印刷し、その後乾燥する。ここでは、各集電体接触部位３７に対応する当接パッド部１３９のパターンと各集電体接触部位３７間を繋ぐ結線部１４０のパターンとを導電性ペーストによって形成する。

そして、上述したコネクタプレート２４、セパレータ２５をロウ付けした燃料電池セル１１１、空気極側集電体２７、燃料極側集電体２８などを一体に組み付けるとともに、燃料電池セル１１１を含むそれら部材を複数積層することで燃料電池セルスタック１１２を構成する。またこのとき、燃料電池セルスタック１１２において、貫通孔に締結ボルト１８を嵌め込むとともにその先端にナット１９を螺合させる。この結果、各燃料電池セル１１１をその積層方向に押圧した状態で一体化させることにより、燃料電池セルスタック１１２が組み付けられる。

上述した導電性ペーストは、燃料電池１００の運転温度（例えば７００℃）において、エチルセルロースなどが除去されることで導電層１３８（銀パラジウム合金）となる。また、燃料電池１００の運転温度には、導電層１３８の銀パラジウム合金が軟化して空気極２１と空気極側集電体２７とが密着する。なお、運転停止時において、集電体接触部位３７の当接パッド部１３９は、空気極２１と空気極側集電体２７とを接合して一体化している。

次に、本実施の形態の燃料電池１００における燃料電池セル１１１の作用について説明する。

燃料電池１００において、例えば、その燃料電池１００を稼働温度に加熱した状態で、燃料供給経路から燃料室３１に燃料ガスＦ１を供給するとともに、空気供給経路から空気室３２に酸化剤ガスＡ１を供給する。本実施の形態では、セルスタック１１２の各燃料電池セル１１１において、燃料ガスＦ１及び酸化剤ガスＡ１の流れがクロスフロー（直交流）となるように、空気極２１の平面方向に沿って酸化剤ガスＡ１が供給されるとともに燃料極２２の平面方向に沿って燃料ガスＦ１が供給される。このとき、燃料ガスＦ１中の水素と酸化剤ガスＡ１中の酸素とが固体電解質層２３を介して反応（発電反応）し、空気極２１を正極、燃料極２２を負極とする直流の電力が発生する。本実施の形態では、空気極２１の表面上に形成されている導電層１３８（結線部１４０）は、電極の平面方向に沿って供給される反応ガスＦ１，Ａ１の流入側から流出側に向かって粗から密になるよう形成されている。この場合、反応ガスＦ１，Ａ１の濃度が高く発電反応量が多くなり易い流入側では、導電層１３８（結線部１４０）の面積が小さいため発電量が抑制される。一方、反応ガスＦ１，Ａ１の濃度が低く発電反応量が少なくなり易い流出側では、導電層１３８（結線部１４０）の面積が大きいため、発電量が増える。この結果、空気極２１及び燃料極２２の電極平面において、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とにおいて電流集中（集電抵抗の上昇）が起こることなく効率よく電力が発生する。

本実施の形態のセルスタック１１２は、燃料電池セル１１１を複数積層して直列に接続している。このため、燃料電池１００では、空気極２１に電気的に接続される上側エンドプレート１４（正極）と、燃料極２２に電気的に接続される下側エンドプレート１５（負極）とから直流電力が出力される。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態の燃料電池セル１１１では、空気極２１の表面において、導電層１３８が設けられており、その導電層１３８を構成する結線部１４０は、平面方向に沿って供給される反応ガスＦ１，Ａ１の流入側から流出側に向かって粗から密になるよう形成されている。燃料電池１００において、発電は空気極側集電体２７から空気極２１に電子が授受されることにより起こるため、このように粗密を有する導電層１３８を形成することにより、燃料電池セル１１１内に集電抵抗の差が生じる。つまり、ガス流入側のように、セル面内の燃料ガス及び酸化ガス濃度が高い箇所においては、集電抵抗を増加させるように導電層１３８（結線部１４０）を設定する。反対にガス流出側のように、セル面内の燃料ガス及び酸化ガス濃度が低い箇所においては、集電抵抗を低くするように導電層１３８（結線部１４０）を設定する。この結果、燃料電池セル１１１の平面内において、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなり、燃料電池セル１１１の平面内における発電量ばらつきが解消され、発電時の温度分布の差が小さくなる。従って、従来技術のようなセル割れやセル特性の早期低下を回避することができ、発電を効率よく行うことができる。

（２）本実施の形態の燃料電池セル１１１では、空気極側集電体２７の突起３５が所定の間隔をあけて散点状に配置されており、従来技術のように反応ガスＦ１，Ａ１の流れに応じて集電体２７の配置間隔などの形状変更を行う必要がない。このため、燃料電池セル１１１において、空気極２１に供給される酸化剤ガスＡ１の流量を十分に確保することができる。さらに、本実施の形態の燃料電池セル１１１では、空気極側集電体２７の形状変更に伴う加工コストが必要ないため、燃料電池セル１１１の製造コストを抑えることができる。

（３）本実施の形態の燃料電池セル１１１では、結線部１４０は、個々の幅が反応ガスＦ１，Ａ１の流入側よりも流出側のほうが広くなっており、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側よりも流出側のほうが面積が大きくなっている。このように結線部１４０を形成すると、燃料電池セル１１１の平面内において集電抵抗の差が生じる。セル面内のガス濃度の増減と集電抵抗の増減とは逆となるので、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなる。その結果、発電量ばらつきが解消され、セル割れやセル特性の早期低下を確実に回避することができる。

（４）本実施の形態の燃料電池セル１１１では、導電層１３８の結線部１４０（集電体接触部位３７の当接パッド部１３９を除く部分）の面積割合は、集電体接触部位３７の面積を除いた空気極２１の表面積に対して５％程度となっている。ここで、結線部１４０の面積割合が１％未満である場合、隣接する集電体接触部位３７の当接パッド部１３９間を接続する結線部１４０の幅が狭くなるため、セル面内の集電抵抗差が少なくなる。そのため、面内のガス濃度差の傾向に見合うだけの十分な集電抵抗差を生むことができず、セル面内の発電バラツキを抑えることができない。また、結線部１４０の面積割合が１０％を越える場合、結線部１４０の面積が大きくなりすぎることで、空気極２１におけるガス透過性が悪化し、セル特性が低下してしまう。従って、本実施の形態の燃料電池セル１１１のように、結線部１４０の面積割合を５％とすることにより、セル特性の低下を回避しつつ、不均一な発電による電流集中（集電抵抗の上昇）を回避することができる。

（５）本実施の形態の燃料電池セル１１１において、空気極２１の表面上にて散点状に設定された複数の集電体接触部位３７の内部領域には、それら領域全体を覆うように当接パッド部１３９が形成されており、当接パッド部１３９を介して空気極２１と空気極側集電体２７とが接合されている。このように構成すると、空気極側集電体２７の各突起３５と空気極２１との間の接触抵抗を低く抑えることができ、集電効率を十分に高めることができる。

（６）本実施の形態の燃料電池セル１１１において、複数の集電体接触部位３７は、同一の形状及び面積を有し、空気極２１の表面上において縦横に格子状に規則正しく設定されている。このようにすると、燃料電池セル１１１において空気極側集電体２７の突起３５と空気極２１の表面との間に酸化剤ガスＡ１の流路を確保しつつ、空気極側集電体２７によって確実に集電することができる。

（７）本実施の形態の燃料電池セル１１１において、導電層１３８は、空気極２１の形成材料よりも低い抵抗値を有する導電材料（具体的には銀パラジウム合金）を用いて形成される。このような導電材料を用いて導電層１３８を形成すると、導電層１３８を介して電荷移動が容易となり、燃料電池セル１１１の集電効率をより高めることができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施の形態では、各結線部１４０は、個々の幅が反応ガスＦ１，Ａ１の流入側よりも流出側のほうが広く形成されていたが、これに限定されるものではない。図５に示される導電層１４３のように、結線部１４５の個々の幅は、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで等しく、隣接する集電体接触部位３７の当接パッド部１４４間に存在する結線部１４５の本数は、流入側にある集電体接触部位３７よりも流出側にある集電体接触部位３７ほど多くなるように形成してもよい。このようにしても、導電層１４３の結線部１４５は、空気極２１の表面内における単位面積当たりの面積割合が、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側から流出側に向かって粗から密になるよう形成される。このため、燃料電池セル１１１において、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなる。従って、燃料電池１００におけるセル割れやセル特性の早期低下を回避することができ、発電を効率よく行うことができる。

・上記実施の形態において、各導電層１３８，１４３の結線部１４０，１４５としては、反応ガスＦ１，Ａ１の流れに対して、垂直な結線部１４０，１４５と平行な結線部１４０，１４５とを有するものであったが、これに限定されるものではない。図６に示される導電層１４６（当接パッド部１４７及び結線部１４８，１４９）のように、反応ガスＦ１，Ａ１の流れの向きに対して、垂直な結線部１４８と平行な結線部１４８とに加えて、傾斜した結線部１４９を形成してもよい。また、上記実施の形態では、反応ガス（燃料ガスＦ１及び酸化剤ガスＡ１）の流れとしては、クロスフロー（直交流）のものに具体化したが、コフロー（並行流）、カウンタフロー（対向流）のものに具体化してもよい。図７及び図８には、コフローによって燃料ガスＦ１及び酸化剤ガスＡ１が各電極に供給される場合の具体例を示している。図７及び図８では、空気極２１の平面方向に沿って酸化剤ガスＡ１が図中上側から下側に向けて流れる。また、図７及び図８では、空気極２１の裏側にある燃料極２２（図示略）の平面方向に沿って燃料ガスＦ１が図中上側から下側に向けて流れる。図７に示す導電層１５１では、空気極２１の表面において、集電体接触部位３７の当接パッド部１５２間に存在する結線部１５３は、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側（図７では上側）にあるパターンよりも流出側（図７では下側）にあるパターンほど幅が広く形成されている。また、図８示す導電層１５５では、空気極２１の表面において、集電体接触部位３７の当接パッド部１５６間に存在する結線部１５７,１５８の本数は、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側（図８では上側）にあるパターンよりも流出側（図８では下側）にあるパターンほど多く形成されている。図７及び図８のように導電層１５１，１５５を形成した場合でも、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなる。従って、燃料電池１００におけるセル割れやセル特性の早期低下を回避することができ、発電を効率よく行うことができる。

・上記実施の形態では、導電層１３８，１４３，１４６，１５１，１５５は、各集電体接触部位３７の内部領域に形成される当接パッド部１３９，１４４，１４７，１５２,１５６と、それら当接パッド部１３９，１４４，１４７，１５２,１５６間を繋ぐように形成された結線部１４０，１４５，１４８，１４９，１５３，１５７，１５８を有していたが、これに限定されるものではない。図９に示されるように、集電体接触部位３７間を接続しない矩形島状の導電層１６１を形成してもよい。図９において、空気極２１の表面に形成される導電層１６１は、集電体接触部位３７の内部領域に各々設けられた当接パッド部１６２と、当接パッド部１６２から集電体接触部位３７の外側にはみ出るように設けられるパッド拡張部１６３とを有する。そして、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側よりも流出側ほど集電体接触部位３７から外側にはみ出ているパッド拡張部１６３の面積（幅）を大きくしている。つまり、矩形島状の導電層１６１（当接パッド部１６２及びパッド拡張部１６３）の各々の面積が流出側ほど大きくなっている。なお、図９では、集電体接触部位３７の形状に合わせて、各導電層１６１も四角形状としているが、これに限定されるものではなく、円形状の導電層となるようにパッド拡張部を形成してもよい。つまり、燃料電池セル１１１において、流入側の集電体接触部位３７に繋がるパッド拡張部１６３よりも流出側の集電体接触部位３７に繋がるパッド拡張部１６３の面積が大きくなるよう導電層１６１を形成するものであればパッド拡張部１６３の形状は適宜変更してもよい。このように燃料電池セル１１１を構成しても、燃料電池セル１１１内に集電抵抗の差が生じる。つまり、セル面内のガス濃度の増減と集電抵抗の増減とは逆となるので、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなる。従って、燃料電池１００におけるセル割れやセル特性の早期低下を回避することができ、発電を効率よく行うことができる。

また、図１０に示される導電層１６５ように、空気極２１の表面内にて散点状に配置された複数の集電体接触部位３７のうちの一部（例えばコーナー部の集電体接触部位３７のみ）について、隣接する集電体接触部位３７の当接パッド部１６６間を繋ぐように結線部１６７を形成してもよい。集電体接触部位３７の当接パッド部１６６間を繋ぐ結線部１６７は、発電時の燃料電池セル１１１の熱変形によって空気極側集電体２７に対して離間する方向の反りが発生する部位に形成される。このようにすると、燃料電池セル１１１の熱変形によって集電体接触部位３７の一部が空気極側集電体２７の突起３５から離間した場合でも、コーナー部に隣接する集電体接触部位３７の当接パッド部１６６及び結線部１６７を介して（空気極側集電体２７と剥離し電極表面上に残った）コーナー部の集電体接触部位３７から（集電抵抗を上げることなく）集電することができる。従って、燃料電池セル１１１における発電効率の悪化を回避することができる。

さらに、図１０の導電層１６５では、当接パッド部１６６から集電体接触部位３７の外側にはみ出るようにパッド拡張部１６８が設けられている。導電層１６５において、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側よりも流出側ほど集電体接触部位３７から外側にはみ出ているパッド拡張部１６８の面積を大きくしている。このように導電層１６５を形成しても、セル面内のガス濃度の増減と集電抵抗の増減とが逆となるので、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなる。従って、燃料電池１００におけるセル割れやセル特性の早期低下を回避することができ、発電を効率よく行うことができる。

・上記実施の形態では、空気極２１において、各集電体接触部位３７の内部領域にはそれら領域全体を覆うように当接パッド部１３９，１４４，１４７，１５２,１５６，１６２，１６６が形成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、図１１に示されるように、空気極２１の表面において、各集電体接触部位３７の内側領域と、それと隣接する集電体接触部位３７の内側領域とを繋げるように、矩形状の導電層１７１（当接パッド部１７２及び結合部１７３）を形成してもよい。各導電層１７１は、各集電体接触部位３７の内側領域の一部のみに重なるように形成されており、この内側領域に重なる部分が当接パッド部１７２となる。また、隣接する集電体接触部位３７の当接パッド部１７２間を繋げる部分が結合部１７３となる。そして、これら矩形状の導電層１７１（結合部１７３）は、個々の太さが反応ガスＦ１，Ａ１の流入側（上側及び右側）よりも流出側（下側及び左側）のほうが太くなるよう形成されている。つまり、右上に位置する導電層１７１（結合部１７３）が最も細く形成される一方、左下に位置する導電層１７１（結合部１７３）が最も太く形成されている。この結果、導電層１７１（結合部１７３）の個々の面積は、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側よりも流出側のほうが大きくなっている。このように燃料電池セル１１１を構成しても、燃料電池セル１１１内に集電抵抗の差が生じる。セル面内のガス濃度の増減と集電抵抗の増減とは逆となるので、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなる。従って、燃料電池１００におけるセル割れやセル特性の早期低下を回避することができ、発電を効率よく行うことができる。

・上記実施の形態では、四角形状の空気極２１（電極）に導電層１３８，１４３，１４６，１５１，１５５，１６１，１６５，１７１を形成するものであったが、電極形状は四角形状に限定されるものではなく、円形状や四角形以外の多角形状の空気極２１に導電層を形成してもよい。図１２には、円形状の空気極１７５の電極表面に導電層１７６（当接パッド部１７８及び結合部１７９，１８０，１８１）を形成した具体例を示している。図１２の空気極１７５においても、空気極側集電体が接触する複数の集電体接触部位１７７が散点状に設けられている。この円形状の空気極１７５では、電極中央部１７５ａに酸化剤ガスが供給され、電池反応後のガスが電極外縁部１７５ｂ側から排出されるようになっている。また、空気極１７５において、直径の異なる２つの円周上となる位置に複数の集電体接触部位１７７がそれぞれ設定されている。そして、空気極１７５において、同一円周上に位置する各集電体接触部位１７７について隣接する集電体接触部位１７７の当接パッド部１７８間をそれぞれ繋げるように結合部１７９，１８０が設けられている。さらに、空気極１７５において、電極外縁部１７５ｂ側における右端、左端、上端及び下端の４つの箇所にある集電体接触部位１７７とその集電体接触部位１７７に対して内側に隣接する集電体接触部位１７７とをそれぞれ繋げるように結合部１８１が形成されている。そして、電極中央部１７５ａ側の集電体接触部位１７７の当接パッド部１７８間に存在する結合部１７９よりも外周部側の集電体接触部位１７７の当接パッド部１７８間に存在する結合部１８０のほうが面積が大きく（幅が太く）なるように導電層１７６が形成されている。このように導電層１７６を形成した場合でも、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなる。従って、燃料電池１００におけるセル割れやセル特性の早期低下を回避することができ、発電を効率よく行うことができる。

・上記実施の形態では、空気極２１，１７５の表面に導電層１３８，１４３，１４６，１５１，１５５，１６１，１６５，１７１，１７６を形成するものであったが、燃料極２２の表面に導電層を形成してもよい。なおこの場合でも、燃料極側集電体２８は複数の突起を有し、燃料極２２には燃料極側集電体２８の突起が接触しうる集電体接触部位が散点状に設定される。そして、燃料極２２の表面には、反応ガスＦ１，Ａ１の流れに応じて粗密を有するように導電層を形成する。このように燃料電池セルを構成しても、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなる。その結果、燃料電池におけるセル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。

・上記実施の形態では、集電体接触部位３７，１７７（空気極側集電体２７の各突起３５）の形状は正四角形状であったが、長方形、円形や楕円形などの形状に変更してもよい。

・上記実施の形態では、固体酸化物形燃料電池１００の運転温度によって、導電性ペーストを焼成して導電層１３８，１４３，１４６，１５１，１５５，１６１，１６５，１７１，１７６を形成していたが、導電層１３８，１４３，１４６，１５１，１５５，１６１，１６５，１７１，１７６を形成するための焼成工程を別途行うことで燃料電池セルスタック１１２を製造してもよい。また、燃料電池セル１１１における空気極２１,１７５、燃料極２２及び固体電解質層２３の焼成工程と同時に導電層１３８，１４３，１４６，１５１，１５５，１６１，１６５，１７１，１７６を形成してもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）手段１において、前記結線部の個々の幅は、前記反応ガスの流入側と流出側とで等しく、隣接する前記集電体接触部位の当接パッド部間に存在する前記結線部の本数は、前記流入側よりも前記流出側のほうが多いことを特徴とする燃料電池セル。

（２）手段１において、前記導電層は、前記電極の形成材料よりも低い抵抗値を有する導電材料を用いて形成されることを特徴とする燃料電池セル。

（３）手段１において、前記導電層は、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）の少なくとも１つを含む導電材料を用いて形成されることを特徴とする燃料電池セル。

（４）手段１において、前記導電層は、前記反応ガスの流れに対して、垂直な前記結線部と平行な前記結線部とを含むことを特徴とする燃料電池セル。

（５）手段１において、前記複数の集電体接触部位は、同一の形状及び面積を有し、前記電極の表面上において縦横に格子状に規則正しく設定されていることを特徴とする燃料電池セル。

（６）手段１において、固体酸化物形燃料電池に用いられ、前記導電層が形成される前記電極が前記空気極であることを特徴とする燃料電池セル。

（７）手段１において、前記電極の表面内にて散点状に配置された複数の前記集電体接触部位のうちの一部について、隣接する前記集電体接触部位の前記当接パッド部間を繋ぐように前記結線部が形成されていることを特徴とする燃料電池セル。

２１，１７５…空気極
２２…燃料極
２３…固体電解質層
２７…集電体としての空気極側集電体
３５…突起
３７，１７７…集電体接触部位
１００…燃料電池
１１１…燃料電池セル
１１２…燃料電池セルスタック
１３８，１４３，１４６，１５１，１５５，１６１，１６５，１７１，１７６…導電層
１３９，１４４，１４７，１５２,１５６，１６２，１６６,１７２,１７８…当接パッド部
１４０，１４５，１４８，１４９，１５３，１５７，１５８,１６７,１７３,１７９〜１８１…結線部
１６３，１６８…パッド拡張部
Ａ１…反応ガスとしての酸化剤ガス
Ｆ１…反応ガスとしての燃料ガス

Claims (6)

1. 集電のための複数の突起を有する集電体に隣接して配置され、燃料極、空気極及び電解質層を有する平板状部材として構成され、前記燃料極及び前記空気極のうちの少なくとも一方の電極の表面上に、前記集電体の複数の突起が接触しうる集電体接触部位が散点状に設定された燃料電池セルであって、
   前記電極の表面上に設けられた導電層を備え、
   前記導電層は、複数の前記集電体接触部位の内部領域に各々設けられ、前記集電体の突起が当接する当接パッド部を有するとともに、隣接する前記集電体接触部位の前記当接パッド部間を繋げるように設けられる結線部及び前記当接パッド部から前記集電体接触部位の外側にはみ出るように設けられるパッド拡張部のうちの少なくとも一方を有し、
   前記結線部及び前記パッド拡張部のうちの少なくとも一方が、粗密を有するように形成されている
   ことを特徴とする燃料電池セル。
2. 前記結線部及び前記パッド拡張部のうちの少なくとも一方は、前記電極の表面内における単位面積当たりの面積割合が、前記電極の平面方向に沿って供給される反応ガスの流入側から流出側に向かって粗から密になるよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
3. 前記結線部及び前記パッド拡張部のうちの少なくとも一方の個々の面積は、前記反応ガスの流入側よりも流出側のほうが大きくなっていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池セル。
4. 前記結線部及び前記パッド拡張部のうちの少なくとも一方の個々の幅は、前記反応ガスの流入側よりも流出側のほうが広くなっていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池セル。
5. 前記導電層において前記集電体接触部位の前記当接パッド部を除く部分の面積割合は、前記集電体接触部位の面積を除いた前記電極の表面積に対して、１％以上１０％以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池セルと、
   集電のための複数の突起を有し、前記複数の突起の先端面が前記電極の表面上に設定された前記集電体接触部位に接触するように配置される集電体と
   を備え、前記燃料電池セルと前記集電体とが複数個ずつ積層されている
   ことを特徴とする燃料電池セルスタック。

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