复合体和电化学反应电池堆的制作方法

本说明书所公开的技术涉及一种复合体。

背景技术：

作为利用氢和氧之间的电化学反应来进行发电的燃料电池的种类之一，公知具有包括固体氧化物的电解质层的固体氧化物形的燃料电池(以下称作“sofc”)。sofc一般以燃料电池堆的形态被利用，该燃料电池堆具有在规定的方向(以下称作“第1方向”)上排列的多个燃料电池单体电池(以下简称作“单体电池”)。单体电池包含电解质层和隔着电解质层在第1方向上互相相对的空气极和燃料极。

在此，例如，有时因单体电池的烧制时的收缩等而在单体电池存在第1方向的翘曲。当单体电池存在翘曲时，例如，在燃料电池堆的制造阶段层叠多个单体电池时，层叠负荷会集中于翘曲了的单体电池的特定部位，因此在该单体电池产生裂纹、裂缝(以下，称作“裂纹等”)的可能性变高。另外，由于重复燃料电池堆的发电和停止，热应力会集中于翘曲了的单体电池的特定部位，因此在该单体电池产生裂纹等的可能性变高。

因此，以往提出使单体电池的整体翘曲量(挠曲量)处于规定的数值范围内的各种技术(专利文献1～专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－89496号公报

专利文献2：日本特开2015－118925号公报

专利文献3：日本特开2001－247373号公报

专利文献4：日本特开2006－104058号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

对于单体电池，并不限于上述单体电池的整体翘曲，例如，有时因单体电池的烧制前的状态下的电池前驱体的厚度偏差、构成成分的密度偏差等而在单体电池的表面存在局部凹凸。在单体电池的表面存在局部凹凸的情况下，层叠负荷、热应力也会集中该凹凸部位，因此产生裂纹等的可能性变高。但是，在上述的现有技术中，即使能够抑制由单体电池的整体翘曲引起的裂纹等，也无法抑制由局部凹凸引起的裂纹等。特别是，越是推进单体电池的大面积化、薄膜化，这样的课题越显著地出现。

此外，这样的课题对于具备空气极和燃料极中的一个电极以及电解质层的、所谓的半电池来说也是共同的课题。另外，这样的课题对于利用水的电解反应生成氢的固体氧化物形的电解池(以下称作“soec”)来说也是共同的课题。此外，在本说明书中，将燃料电池单体电池和电解单体电池统称为电化学反应单体电池。

在本说明书中公开了能够解决上述课题的至少一部分的技术。

用于解决问题的方案

本说明书所公开的技术能够作为以下的形态来实现。

(1)本说明书所公开的复合体包括：电解质层，其包含固体氧化物；以及空气极和燃料极中的至少一个电极，该空气极配置于所述电解质层的第1方向的一侧，该燃料极配置于所述电解质层的所述第1方向的另一侧，其中，所述复合体的所述第1方向上的任一个表面满足如下的第1条件：在所述第1方向观察时，所述复合体的所述第1方向上的任一个表面的基于以5mm间隔排列的任意的3点的曲率小于0.0013(1/mm)，且在与所述第1方向垂直的第2方向观察时，所述曲率是经过所述任意的3点的假想圆的半径的倒数。采用本复合体，复合体的至少一个表面满足该表面上基于以5mm间隔排列的任意的3点的曲率小于0.0013(1/mm)这样的第1条件。由此，与在表面上存在该曲率为0.0013(1/mm)以上的部分的结构相比，能够抑制复合体的表面的局部翘曲引起的强度降低。

(2)在上述复合体中，也可以设为这样的结构，即，所述复合体的满足所述第1条件的表面还满足所述表面的翘曲率为0.18％以下这样的第2条件。采用本复合体，复合体的至少一个表面还满足表面整体翘曲率为0.18％以下这样的第2条件。由此，与表面整体翘曲率高于0.18％的结构相比，能够提高复合体的强度。

(3)在上述复合体中，也可以设为这样的结构，即，所述电极包含所述空气极和所述燃料极，在所述复合体的所述第1方向上的一侧配置有所述空气极，在所述复合体的所述第1方向上的另一侧配置有所述燃料极，所述复合体的所述第1方向上的所述一侧的表面是满足所述第1条件的表面。采用本复合体，能够抑制空气极的表面的局部翘曲引起的强度降低。另外，能够抑制与同空气极接合的空气极侧集电构件之间的接触不良引起的空气极与空气极侧集电构件之间的导电性的降低。

(4)在上述复合体中，也可以设为这样的结构，即，所述复合体仅包含所述电解质层、所述空气极以及所述燃料极中的所述电解质层和所述燃料极，所述复合体的所述第1方向上的所述一侧的表面是满足所述第1条件的表面。采用本复合体，能够抑制电解质层的表面的局部翘曲引起的强度降低。

另外，本说明书所公开的技术能够以多种形态实现，例如能够以具备电解质层和燃料极的半电池、燃料电池单体电池、燃料电池发电单位、具备多个燃料电池发电单位的燃料电池堆、具备燃料电池堆的发电组件、具备发电组件的燃料电池系统、电解池单位、具备多个电解池单位的电解池堆、具备电解池堆的氢生成组件、具备氢生成组件的氢生成系统等的形态实现。

附图说明

图1是表示本实施方式中的燃料电池堆100的外观结构的立体图。

图2是表示图1的ii-ii的位置的燃料电池堆100的xz截面结构的说明图。

图3是表示图1的iii-iii的位置的燃料电池堆100的yz截面结构的说明图。

图4是表示与图2所示的截面相同的位置的、互相相邻的两个发电单位102的xz截面结构的说明图。

图5是表示与图3所示的截面相同的位置的、互相相邻的两个发电单位102的yz截面结构的说明图。

图6是概略地表示单体电池110的xy平面(上表面)结构的说明图。

图7是表示图6的vii－vii的位置的单体电池110的截面结构的说明图。

图8是表示性能评价结果的说明图。

具体实施方式

a.实施方式：

a-1.结构：

(燃料电池堆100的结构)

图1是表示本实施方式的燃料电池堆100的外观结构的立体图，图2是表示图1的ii-ii的位置的燃料电池堆100的xz截面结构的说明图，图3是表示图1的iii-iii的位置的燃料电池堆100的yz截面结构的说明图。在各图中示出用于指定方向的互相正交的xyz轴。在本说明书中，为了方便起见，将z轴正方向称作“上方”，将z轴负方向称作“下方”，但燃料电池堆100在实际中也可以以异于该方向的方向设置。在图4以后的图中也相同。

燃料电池堆100具有多个(在本实施方式中为七个)发电单位102以及一对端板104、端板106。七个发电单位102在规定的排列方向(在本实施方式中为上下方向)上排列地配置。一对端板104、端板106配置为从上下夹着由七个发电单位102构成的集合体。另外，上述排列方向(上下方向)相当于权利要求书中的第1方向。

在构成燃料电池堆100的各层(发电单位102、端板104、端板106)的绕z方向的周缘部形成有在上下方向上贯通的多个(在本实施方式中为八个)孔，形成于各层并互相对应的孔彼此在上下方向上连通，构成了在上下方向上从一侧的端板104延伸到另一侧的端板106的连通孔108。在以下的说明中，为了构成连通孔108而形成于燃料电池堆100的各层的孔有时也称作“连通孔108”。

在各连通孔108中插入有在上下方向上延伸的螺栓22，利用螺栓22和拧紧于螺栓22的两侧的螺母24，燃料电池堆100被紧固。另外，如图2和图3所示，在拧紧于螺栓22的一侧(上侧)的螺母24和构成燃料电池堆100的上端的端板104的上侧表面之间、以及在拧紧于螺栓22的另一侧(下侧)的螺母24和构成燃料电池堆100的下端的端板106的下侧表面之间隔着绝缘片26。但是，在设有后述的气体通路构件27的部位，在螺母24和端板106的表面之间夹杂有气体通路构件27以及分别配置在气体通路构件27的上侧和下侧的绝缘片26。绝缘片26例如由云母片、陶瓷纤维片、陶瓷粉末压片、玻璃片、玻璃陶瓷复合剂等构成。

各螺栓22的轴部的外径小于各连通孔108的内径。因此，能够在各螺栓22的轴部的外周面和各连通孔108的内周面之间确保空间。如图1和图2所示，由位于燃料电池堆100的绕z方向的外周的一个边(与y轴平行的两个边中的靠x轴正方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22a)和插有该螺栓22a的连通孔108形成的空间作为氧化剂气体导入歧管161来发挥功能，该氧化剂气体导入歧管161是从燃料电池堆100的外部被导入氧化剂气体og并将该氧化剂气体og向各发电单位102供给的气体流路，由位于与该边相反的一侧的边(与y轴平行的两个边中的靠x轴负方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22b)和插有该螺栓22b的连通孔108形成的空间作为氧化剂气体排出歧管162发挥功能，该氧化剂气体排出歧管162将从各发电单位102的空气室166排出的气体即氧化剂废气oog向燃料电池堆100的外部排出。另外，在本实施方式中，例如使用空气作为氧化剂气体og。

此外，如图1和图3所示，由位于燃料电池堆100的绕z方向的外周的一个边(与x轴平行的两个边中的靠y轴正方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22d)和插有该螺栓22d的连通孔108形成的空间作为燃料气体导入歧管171发挥功能，该燃料气体导入歧管171从燃料电池堆100的外部被导入燃料气体fg，并将该燃料气体fg向各发电单位102供给，由位于与该边相反的一侧的边(与x轴平行的两个边中的靠y轴负方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22e)和插有该螺栓22e的连通孔108形成的空间作为燃料气体排出歧管172发挥功能，该燃料气体排出歧管172将从各发电单位102的燃料室176排出的气体即燃料废气fog向燃料电池堆100的外部排出。另外，在本实施方式中，例如使用对城市燃气进行改性后的富含氢的气体作为燃料气体fg。

在燃料电池堆100设有四个气体通路构件27。各气体通路构件27具有中空筒状的主体部28和从主体部28的侧面分支的中空筒状的分支部29。分支部29的孔与主体部28的孔相连通。在各气体通路构件27的分支部29连接气体配管(未图示)。此外，如图2所示，在形成氧化剂气体导入歧管161的螺栓22a的位置配置的气体通路构件27的主体部28的孔与氧化剂气体导入歧管161相连通，在形成氧化剂气体排出歧管162的螺栓22b的位置配置的气体通路构件27的主体部28的孔与氧化剂气体排出歧管162相连通。此外，如图3所示，在形成燃料气体导入歧管171的螺栓22d的位置配置的气体通路构件27的主体部28的孔与燃料气体导入歧管171相连通，在形成燃料气体排出歧管172的螺栓22e的位置配置的气体通路构件27的主体部28的孔与燃料气体排出歧管172相连通。

(端板104、端板106的结构)

一对端板104、端板106是大致矩形的平板形状的导电性构件，例如由不锈钢形成。一侧的端板104配置在位于最上方的发电单位102的上侧，另一侧的端板106配置在位于最下方的发电单位102的下侧。多个发电单位102以被按压的状态被一对端板104、端板106夹持。上侧的端板104作为燃料电池堆100的正侧的输出端子发挥功能，下侧的端板106作为燃料电池堆100的负侧的输出端子发挥功能。

(发电单位102的结构)

图4是表示与图2所示的截面相同的位置的互相相邻的两个发电单位102的xz截面结构的说明图，图5是表示与图3所示的截面相同的位置的互相相邻的两个发电单位102的yz截面结构的说明图。

如图4和图5所示，作为发电的最小单位的发电单位102具有单体电池110、分隔件120、空气极侧框130、空气极侧集电体134、燃料极侧框140、燃料极侧集电体144以及构成发电单位102的最上层和最下层的一对互连器150。在分隔件120、空气极侧框130、燃料极侧框140、互连器150的绕z方向的周缘部形成有与插入上述螺栓22的连通孔108对应的孔。

互连器150是大致矩形的平板形状的导电性构件，其由例如铁素体系不锈钢形成。互连器150确保发电单位102之间的电导通，并且防止在发电单位102之间的反应气体的混合。另外，在本实施方式中，在两个发电单位102相邻地配置的情况下，一个互连器150被相邻的两个发电单位102共有。即，一个发电单位102的上侧的互连器150与在该发电单位102的上侧与该发电单位102相邻的另一发电单位102的下侧的互连器150是同一构件。此外，由于燃料电池堆100具有一对端板104、端板106，因此，在燃料电池堆100中位于最上方的发电单位102不具有上侧的互连器150，位于最下方的发电单位102不具有下侧的互连器150(参照图2和图3)。

单体电池110具有电解质层112、空气极(阴极)114以及燃料极(阳极)116，其中，该空气极114和燃料极116隔着电解质层112在上下方向(发电单位102并排的排列方向)上互相相对。另外，本实施方式的单体电池110是利用燃料极116支承电解质层112和空气极114的燃料极支承形的单体电池。

电解质层112是大致矩形的平板形状构件，至少包含zr，例如由ysz(氧化钇稳定的氧化锆)、scsz(氧化钪稳定的氧化锆)、casz(氧化钙稳定的氧化锆)等的固体氧化物形成。空气极114是大致矩形的平板形状构件，例如由钙钛矿型氧化物(例如lscf(镧锶钴铁氧化物)、lsm(镧锶锰氧化物)、lnf(镧镍鉄))形成。燃料极116是大致矩形的平板形状构件，例如由ni(镍)、由ni和陶瓷粒子形成的金属陶瓷、ni基合金等形成。这样，本实施方式的单体电池110(发电单位102)是使用固体氧化物作为电解质的固体氧化物形燃料电池(sofc)。

分隔件120是在中央附近形成有在上下方向上贯通的大致矩形的孔121的框状的构件，例如由金属形成。分隔件120的孔121的周围部分与电解质层112的空气极114侧的表面的周缘部相对。分隔件120利用配置在该相对的部分的由焊料形成接合部124与电解质层112(单体电池110)相接合。通过分隔件120，划分出面向空气极114的空气室166和面向燃料极116的燃料室176，能够抑制气体从单体电池110的周缘部的一个电极侧向另一个电极侧泄漏。另外，接合有分隔件120的单体电池110也称作带有分隔件的单体电池。

空气极侧框130是在中央附近形成有在上下方向上贯通的大致矩形的孔131的框状的构件，例如由云母等绝缘体形成。空气极侧框130的孔131构成面向空气极114的空气室166。空气极侧框130接触分隔件120的与电解质层112相对的那侧的相反侧的表面的周缘部、和互连器150的与空气极114相对的那侧的表面的周缘部。此外，在空气极侧框130的作用下，包含于发电单位102的一对互连器150之间电绝缘。此外，在空气极侧框130形成有用于将氧化剂气体导入歧管161和空气室166连通的氧化剂气体供给连通孔132、以及用于将空气室166和氧化剂气体排出歧管162连通的氧化剂气体排出连通孔133。

燃料极侧框140是在中央附近形成有在上下方向上贯通的大致矩形的孔141的框状的构件，例如由金属形成。燃料极侧框140的孔141构成面向燃料极116的燃料室176。燃料极侧框140接触分隔件120的与电解质层112相对的那侧的表面的周缘部接触、和互连器150的与燃料极116相对的那侧的表面的周缘部。此外，在燃料极侧框140形成有用于将燃料气体导入歧管171和燃料室176连通的燃料气体供给连通孔142、以及用于将燃料室176和燃料气体排出歧管172连通的燃料气体排出连通孔143。

燃料极侧集电体144配置在燃料室176内。燃料极侧集电体144具有互连器相对部146、电极相对部145以及将电极相对部145和互连器相对部146连接的连接部147，例如由镍、镍合金、不锈钢等形成。电极相对部145接触燃料极116的与电解质层112相对的那侧的相反侧的表面，互连器相对部146接触互连器150的与燃料极116相对的那侧的表面。但是，像上述那样，由于在燃料电池堆100中位于最下方的发电单位102不具有下侧的互连器150，因此该发电单位102的互连器相对部146与下侧的端板106相接触。由于燃料极侧集电体144是这样的结构，因此使燃料极116与互连器150(或端板106)电连接。另外，在电极相对部145和互连器相对部146之间配置有例如由云母形成的间隔物149。因此，燃料极侧集电体144随着因温度循环、反应气体压力变动引起的发电单位102的变形而良好地维持燃料极116和互连器150(或端板106)之间的经由燃料极侧集电体144的电连接。

空气极侧集电体134配置在空气室166内。空气极侧集电体134由多个大致四棱柱状的集电体元件135构成，例如由铁素体系不锈钢形成。空气极侧集电体134接触空气极114的与电解质层112相对的那侧的相反侧的表面、和互连器150的与空气极114相对的那侧的表面接触。具体而言，空气极侧集电体134为按压于空气极114的状态。但是，像上述那样，由于在燃料电池堆100中位于最上方的发电单位102不具有上侧的互连器150，因此，该发电单位102的空气极侧集电体134与上侧的端板104相接触。由于空气极侧集电体134是这样的结构，因此使空气极114与互连器150(或端板104)电连接。此外，空气极侧集电体134和互连器150也可以形成为一体的构件。空气极侧集电体134相当于权利要求书中的集电构件。

a-2.燃料电池堆100的动作：

如图2和图4所示，当经由与设于氧化剂气体导入歧管161的位置的气体通路构件27的分支部29相连接的气体配管(未图示)供给氧化剂气体og时，氧化剂气体og经由气体通路构件27的分支部29和主体部28的孔向氧化剂气体导入歧管161供给，从氧化剂气体导入歧管161经由各发电单位102的氧化剂气体供给连通孔132向空气室166供给。此外，如图3和图5所示，当经由与设于燃料气体导入歧管171的位置的气体通路构件27的分支部29相连接的气体配管(未图示)供给燃料气体fg时，燃料气体fg经由气体通路构件27的分支部29和主体部28的孔向燃料气体导入歧管171供给，从燃料气体导入歧管171经由各发电单位102的燃料气体供给连通孔142向燃料室176供给。

当氧化剂气体og供给到各发电单位102的空气室166、燃料气体fg供给到燃料室176时，在单体电池110中进行由氧化剂气体og和燃料气体fg的电化学反应引起的发电。该发电反应为发热反应。在各发电单位102中，单体电池110的空气极114经由空气极侧集电体134与一侧的互连器150电连接，燃料极116经由燃料极侧集电体144与另一侧的互连器150电连接。此外，包含于燃料电池堆100的多个发电单位102串联地电连接。因此，能够从作为燃料电池堆100的输出端子发挥功能的端板104、端板106获取在各发电单位102生成的电能。另外，由于sofc在比较高的温度(例如700℃～1000℃)下进行发电，因此在起动后也可以利用加热器(未图示)加热燃料电池堆100，直到达到能够通过由发电产生的热来维持高温的状态。

如图2和图4所示，从各发电单位102的空气室166排出的氧化剂废气oog经由氧化剂气体排出连通孔133向氧化剂气体排出歧管162排出，然后经过设于氧化剂气体排出歧管162的位置的气体通路构件27的主体部28和分支部29的孔并经由连接于该分支部29的气体配管(未图示)向燃料电池堆100的外部排出。此外，如图3和图5所示，从各发电单位102的燃料室176排出的燃料废气fog经由燃料气体排出连通孔143向燃料气体排出歧管172排出，然后经过设于燃料气体排出歧管172的位置的气体通路构件27的主体部28和分支部29的孔并经由连接于该分支部29的气体配管(未图示)向燃料电池堆100的外部排出。

a－3.与单体电池110的空气极114的表面有关的条件：

图6是概略地表示单体电池110的xy平面(上表面)结构的说明图，图7是表示图6的vii－vii的位置的单体电池110的与上下方向(z方向)平行的截面结构的说明图。单体电池110相当于权利要求书中的复合体。

单体电池110在空气极114中的在上下方向(z方向)上与电解质层112相反的一侧的外表面(以下，称作“空气极114的上表面114u”)至少满足如下的第1条件。此外，空气极114的上表面114u是在与上下方向大致垂直的面方向上延伸的表面。面方向相当于权利要求的方向中的第2方向。

＜第1条件＞

“在上下方向观察时，空气极114的上表面114u的基于以5mm间隔排列的任意3点的曲率小于0.0013(1/mm)。”

在此所说的“曲率”是在面方向(与上下方向和任意的3点的排列方向这两者正交的方向)观察时经过任意的3点的假想圆的半径的倒数。空气极114的上表面114u相当于权利要求书中的复合体的任一个表面。

是否满足第1条件的判断方法如下所述。

(1)不是将空气极114的上表面114u的整个表面，而是将空气极114的上表面114u的一部分的区域设为对象区域e。对象区域e是由位于从空气极114的外形线向内侧偏移规定宽度δh的量的位置的矩形划分出的区域。规定宽度δh是在上下方向观察时为对象区域e的外形的最大宽度q的2.5％的宽度。在图6的例子中，最大宽度q是矩形形状的空气极114的对角线方向的宽度。距离空气极114的外形线规定宽度δh的量的区域对发电反应的贡献度较低，即使产生裂缝等，其对单体电池110的发电特性的影响也比较少，因此，如本实施方式那样，优选该区域不包含在对象区域e中。

(2)在对象区域e上，配置在一方向(与空气极114的一个边平行的x方向)上以5mm间隔排列的多个第1假想直线l1和在与该一方向垂直的另一方向(与空气极114的另一个边平行的y方向)上以5mm间隔排列的第2假想直线l2，将第1假想直线l1与第2假想直线l2的多个交点中的、沿着对象区域e的最外周排列的一列的量的交点以外的交点设为用于测量曲率的测量点p。第1假想直线l1与第2假想直线l2的一个交点同在上下方向观察空气极114时的中心点o大致一致。此外，在图6中，为了方便，将相对于空气极114的尺寸而言的各假想线l1、l2的间隔(5mm)表示为比实际的尺寸稍大。

(3)对于各测量点p，测量基于三个交点(测量点p和位于该测量点p的前后的两个交点)的曲率，该三个交点以该测量点p为中心且上下方向观察时在与第1假想直线l1和第2假想直线l2中的任一者平行的直线上排列。例如，对于以测量点p2为中心的曲率，基于以该测量点p2为中心且沿着第1假想直线l1排列的测量点p2和两个交点(测量点p1、测量点p3)来计算出来。具体而言，如图6中放大表示的x1部分那样，在与上下方向(z方向)和三个测量点p1～p3的排列方向(x方向)这两者正交的方向(y方向)观察时，将经过三个测量点p1～p3的假想圆的半径的倒数设为关于测量点p2的曲率。此外，与3点的交点的上下方向的高度差有关的信息能够通过例如光学3d测量器等公知的装置、方法来取得。

(4)对于全部的测量点p，在曲率小于0.0013(1/mm)的情况下，判定为满足第1条件。

优选的是，单体电池110在空气极114的上表面114u还满足如下的第2条件。

＜第2条件＞

“对于空气极114的上表面114u，空气极114的上表面114u的翘曲率为0.18％以下。”

在此所说的“翘曲率(％)”由如下的式子表示。

翘曲率(％)＝(“对象区域e中的最大高度差δz”/“对象区域e的外形的最大宽度q”)×100

如图7所例示那样，对象区域e中的最大高度差δz是在将单体电池110以燃料极116位于下方的方式配置在水平的平面m上时的空气极114的对象区域e的最大高度差。此外，与空气极114的上表面114u的上下方向的高度差有关的信息例如能够通过光学3d测量器等公知的装置、方法来取得。

a－4.燃料电池堆100的制造方法：

首先，制作单体电池110。具体而言，如下所述。

(燃料极基板层用生片的制作)

相对于nio粉末(50重量份)和ysz粉末(50重量份)的混合粉末(100重量份)，加入作为造孔材料的有机珠(相对于混合粉末为15重量％)、丁醛树脂、作为塑化剂的dop、分散剂、以及甲苯+乙醇混合溶剂，利用球磨机进行混合而调整浆料。有机珠例如是由聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等高分子形成的球状粒子。通过刮刀法使得到的浆料薄膜化，进行干燥，由此制作出厚度200μm以上且300μm以下的燃料极基板层用生片。具体而言，对得到的浆料实施脱泡和搅拌，利用刮刀法进行薄膜化并将其涂布在输送体(未图示)上。涂布后的浆料通过输送体从干燥室(未图示)的输入口朝向输出口输送。从输入口朝向输出口流动的干燥用的空气供给至干燥室内。

在此，通过控制干燥室的输入口处的空气的流速，抑制干燥后的燃料极基板层用生片的不均质性(例如生片的厚度的偏差、生片的构成成分的密度的偏差等)，其结果，不仅能够抑制因后述的烧制工序而形成的燃料极基板层的整体翘曲，而且能够抑制局部凹凸的产生。即，难以从输入口向干燥室内在与输送方向正交的宽度方向上以均匀的流速(流量)供给空气，在输送室内，在宽度方向上存在空气的流速差。例如，在干燥室的宽度方向的外侧，由于干燥室的内侧壁的阻力，与宽度方向的中央侧相比，空气的流速变慢。若存在该宽度方向上的空气的流速差，则在所输送的浆料中的、特别是位于输入口附近且仍含有很多溶剂的部分，干燥偏差变大，其结果，干燥后的燃料极基板层用生片变得不均质。另一方面，通过减慢输入口处的空气的流速，能够降低宽度方向上的空气的流速差。因而，通过适当调整输入口处的空气的流速，能够抑制燃料极基板层用生片的不均质性。此外，对于燃料极基板层用生片的nio粉末与ysz粉末的比率，只要能够满足其性能就能适当变更，例如nio粉末：ysz粉末也可以是60：40或40：60。也就是说，使nio粉末和ysz粉末的混合粉末保持100重量份，nio粉末能够在40重量份～60重量份之间适当变更，使余下的粉末为ysz粉末。

(燃料极活性层用生片的制作)

相对于nio粉末(60重量份)和ysz粉末(40重量份)的混合粉末(100重量份)，加入丁醛树脂、作为塑化剂的dop、分散剂、以及甲苯+乙醇混合溶剂，利用球磨机进行混合而调整浆料。通过刮刀法使得到的浆料薄膜化，制作出厚度10μm以上且30μm以下的燃料极活性层用生片。此外，对于燃料极活性层用生片的nio粉末与ysz粉末的比率，只要能够满足其性能就能适当变更，例如nio粉末：ysz粉末也可以是50：50或40：60。也就是说，使nio粉末和ysz粉末的混合粉末保持100重量份，nio粉末能够在40重量份～60重量份之间适当变更，使余下的粉末为ysz粉末。

(电解质层用生片的制作)

相对于ysz粉末(100重量份)，加入丁醛树脂、作为塑化剂的dop、分散剂、以及甲苯+乙醇混合溶剂，利用球磨机进行混合而调整浆料。通过刮刀法使得到的浆料薄膜化，制作出厚度5μm以上且15μm以下的电解质层用生片。

(电解质层112和燃料极116的层叠)

将燃料极基板层用生片、燃料极活性层用生片、以及电解质层用生片粘贴起来，以大约280℃进行脱脂。然后，以大约1350℃进行烧制，得到电解质层112和燃料极116的层叠体。在此，如上述那样，本实施方式的单体电池110是燃料极支承形的单体电池，燃料极活性层(燃料极活性层用生片)的厚度和电解质层112(电解质层用生片)的厚度与燃料极基板层(燃料极基板层用生片)的厚度相比极薄。因此，电解质层112和燃料极116的层叠体(所谓的半电池)的翘曲和局部凹凸的主要原因是燃料极基板层用生片的不均质性。即，在电解质层112和燃料极116的层叠体中，电解质层112和燃料极活性层与燃料极基板层相比较薄而容易变形，因此成为与燃料极基板层的翘曲、局部凹凸相对应的形状，其结果，电解质层112中的与燃料极活性层相反的一侧的表面(上表面)的形状也成为与燃料极基板层的翘曲、局部凹凸相对应的形状。因此，在本实施方式中，在电解质层用生片和燃料极活性层用生片的制作阶段，未特别进行干燥用的空气的流速的控制。当然，优选的是，在电解质层用生片和燃料极活性层用生片的制作阶段，也对干燥用的空气的流速进行控制，由此抑制电解质层用生片和燃料极活性层用生片的不均质性。

(空气极114的形成)

制作包含la0.6sr0.4co0.2fe0.8o3粉末和异丙醇的混合液。将制作出的混合液丝网印刷在上述层叠体的电解质层112的表面，以1100℃进行烧制而成形空气极114，由此能够获得烧制体(还原前的单体电池110)。此外，与燃料极活性层等的厚度同样地，空气极114的厚度与燃料极基板层(燃料极基板层用生片)的厚度相比也极薄。因此，空气极114的不均质性对单体电池110的翘曲等造成的影响较小。

之后，进行余下的组装工序(例如空气极114和空气极侧集电体134的接合、基于螺栓22的燃料电池堆100的紧固)，完成燃料电池堆100的组装。

a－5.本实施方式的效果：

如以上说明那样，在本实施方式的燃料电池堆100中，单体电池110中的空气极114的上表面114u的基于在上下方向观察时以5mm间隔排列的任意的3点的曲率小于0.0013(1/mm)(第1条件)。由此，与在空气极114的上表面114u上存在该曲率为0.0013(1/mm)以上的部分的结构相比，能够抑制单体电池110的表面的局部翘曲引起的强度降低。另外，采用本实施方式，能够抑制以下情况，即，因空气极114的上表面114u的局部凹凸而产生空气极114与集电体元件135的接触不良，空气极114和集电体元件135(空气极侧集电体134)的导电性降低。

另外，在本实施方式的燃料电池堆100中，单体电池110中的空气极114的上表面114u的表面的整体翘曲率为0.18％以下(第2条件)。由此，与表面的整体翘曲率高于0.18％的结构相比，能够提高单体电池110的强度。

a－6.性能评价：

制作了多个单体电池的样品，使用所制作的多个单体电池的样品进行了性能评价。图8是表示性能评价结果的说明图。图8的曲率c的比例表示单体电池的空气极114的外表面(上表面114u)的局部凹凸的程度。具体而言，利用是否满足上述第1条件的判断方法来测量对象区域e中的各测量点p的曲率c。接下来，基于该测量结果，分类为曲率c小于0.0010μm的测量点p、曲率c为0.0010μm以上且小于0.0013的测量点p、曲率c为0.0013μm以上且小于0.0016的测量点p、以及曲率c为0.0016μm以上的测量点p。各分类的曲率的比例是指对象区域e中的属于该分类的测量点p的数量相对于测量点p的总数的比例。另外，如图8的翘曲率是指上述第2条件中的空气极114的上表面114u的整体翘曲率。另外，电池裂纹的有无是指将各样品安装于燃料电池堆100时的单体电池的裂纹、裂缝(以下，称作“裂纹等”)的有无。特别是，通过相对于空气极114按压空气极侧集电体134，从而在单体电池产生裂纹等。单体电池中的裂纹等的有无例如能够根据视觉识别、敲击单体电池时的声音等来判断。

a－6－1.对于各样品：

如图8所示，性能评价以比较例和实施例1～实施例6为对象来进行。比较例和实施例1～实施例6均是具备电解质层112、空气极114以及燃料极116的单体电池，局部凹凸的程度和整体翘曲率中的至少一者互不相同。在比较例中，存在曲率c为0.0013μm以上的测量点p，在实施例1～实施例6中，不存在曲率c为0.0013μm以上的测量点p。在比较例和实施例1、实施例3中，翘曲率为0.18％以上，在实施例2、实施例4～实施例6中，翘曲率小于0.18％。

a－6－2.关于评价结果：

如图8所示，在比较例中，存在曲率c为0.0013μm以上的测量点p，在单体电池产生了裂纹等。与此相对，在实施例1～实施例6中，不存在曲率c为0.0013μm以上的测量点p，单体电池未产生裂纹等。由该评价结果可知，通过使单体电池满足第1条件(空气极114的上表面114u的基于在上下方向观察时以5mm间隔排列的任意的3点的曲率小于0.0013(1/mm)。)，能够抑制产生单体电池的裂纹等。另外，尽管比较例和实施例1、实施例3的翘曲率大致相同，但仅在比较例中产生了单体电池的裂纹等。这意味着，即使单体电池的整体翘曲率相同，也会因局部凹凸的存在而容易产生裂纹等。反过来讲，意味着，即使翘曲率为0.18％以上，通过满足第1条件，也能够抑制单体电池的裂纹等的产生。即，使单体电池满足第1条件的做法对抑制裂纹等的产生有效。

b.变形例：

本说明书所公开的技术并不限定于上述的实施方式，在不脱离其要旨的范围内能够变形为各种形态，例如也能够进行如下的变形。

在上述实施方式中，作为复合体，例示了燃料极支承形的单体电池110，但复合体也可以是电解质支承形的单体电池、空气极支承形的单体电池。例如，在电解质支承形的单体电池中，优选的是，燃料极和空气极中的任一者的与电解质层相反的一侧的外表面至少满足第1条件。复合体并不限于单体电池，也可以是不具备空气极、而具备燃料极和电解质层的半电池。在半电池的情况下，优选的是，燃料极的与电解质层相反的一侧的外表面和电解质层的与燃料极相反的一侧的外表面(即，半电池的与燃料极相反的一侧的外表面)中的任一者至少满足第1条件。另外，半电池还可以是在电解质层的与燃料极相反的一侧配置有中间层(防反应层)的结构。在为具备该中间层的半电池的情况下，优选的是，燃料极的与电解质层相反的一侧的外表面和中间层的与电解质层相反的一侧的外表面(即，半电池的与燃料极相反的一侧的外表面)中的任一者至少满足第1条件。此外，权利要求书中的复合体的任一个表面是指在第1方向上位于最外侧的两个外表面的至少一个外表面。

另外，单体电池110也可以是在电解质层112与空气极114之间、和电解质层112与燃料极116之间中的至少一者具备中间层(防反应层)的结构。

另外，形成上述实施方式中的各构件的材料只是例示，各构件也可以由其他材料形成。

例如，本说明书所公开的技术也能够应用于圆筒型、圆筒平板型等燃料电池的公知构造。在为这些燃料电池的情况下，第1条件中的上述最大宽度q是圆形的电池的最大外径。

此外，在上述实施方式中以利用包含于燃料气体的氢和包含于氧化剂气体的氧之间的电化学反应进行发电的sofc为对象，但本发明也同样能够应用于利用水的电解反应来生成氢的固体氧化物形的电解池(soec)的最小单位即电解池单位、具有多个电解池单位的电解池堆。另外，电解池堆的结构像例如日本特开2014-207120号所述的那样是众所周知的，因此在此不详细叙述，大致是与上述的实施方式的燃料电池堆100相同的结构。即，将上述的实施方式的燃料电池堆100当作电解池堆、将发电单位102当作电解池单位即可。但是，在电解池堆运转时，空气极114成为正极(阳极)、燃料极116成为负极(阴极)，以这样的方式在两电极间施加电压，并且经由连通孔108来供给作为原料气体的水蒸气。由此，在各电解池单位中引起水的电解反应，在燃料室176产生氢气，经由连通孔108将氢取出到电解池堆的外部。在这样的结构的电解池单位和电解池堆中也与上述实施方式同样地，只要电解池采用满足第1条件这样的结构，就能够起到抑制复合体的表面的局部翘曲引起的强度降低这样的效果。

附图标记说明

22、螺栓；24、螺母；26、绝缘片；27、气体通路构件；28、主体部；29、分支部；100、燃料电池堆；102、发电单位；104、106、端板；108、连通孔；110、单体电池；112、电解质层；114、空气极；114u、上表面；116、燃料极；120、分隔件；121、孔；124、接合部；130、空气极侧框；131、孔；132、氧化剂气体供给连通孔；133、氧化剂气体排出连通孔；134、空气极侧集电体；135、集电体元件；140、燃料极侧框；141、孔；142、燃料气体供给连通孔；143、燃料气体排出连通孔；144、燃料极侧集电体；145、电极相对部；146、互连器相对部；147、连接部；149、间隔物；150、互连器；161、氧化剂气体导入歧管；162、氧化剂气体排出歧管；166、空气室；171、燃料气体导入歧管；172、燃料气体排出歧管；176、燃料室；e、对象区域；fg、燃料气体；fog、燃料废气；δh、规定宽度；l1、第1假想直线；l2、第2假想直线；m、平面；o、中心点；og、氧化剂气体；oog、氧化剂废气；p(p1～p3)、测量点；p2、测量点；q、最大宽度；δz、最大高度差。