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JP4658489B2 - Solid oxide fuel cell and substrate used therefor - Google Patents
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JP4658489B2 - Solid oxide fuel cell and substrate used therefor - Google Patents

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Description

本発明は、固体電解質を用いた固体酸化物形燃料電池(SOFC)及びこれに用いる基板に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid electrolyte and a substrate used therefor.

従来より、固体酸化物形燃料電池のセルデザインとして、平板型(スタック型)、円筒型(チューブ型)などが提案されている。   Conventionally, as a cell design of a solid oxide fuel cell, a flat plate type (stack type), a cylindrical type (tube type), and the like have been proposed.

平板型セルは、板状の電解質の表面及び裏面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、こうして形成されたセルはセパレーターを介して複数個積層された状態で使用される。セパレーターは各セルに供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを完全に分離する役割を果たしており、各セルとセパレーターとの間にはガスシールが施されている(例えば、特許文献1)。しかしながら、この平板型セルでは、セルに対して圧力をかけてガスシールを施すため、セルが振動や熱サイクルなどに対して脆弱であるなどの欠点があり、実用化に大きな課題を有している。   In the flat plate-type cell, a fuel electrode and an air electrode are respectively disposed on the front and back surfaces of a plate-like electrolyte, and a plurality of cells formed in this manner are used in a state where they are stacked via separators. The separator plays the role which completely isolate | separates the fuel gas and oxidant gas which are supplied to each cell, and the gas seal is given between each cell and the separator (for example, patent document 1). However, this flat cell has a drawback in that it is vulnerable to vibration, thermal cycle, etc. because it applies a gas seal by applying pressure to the cell. Yes.

一方、円筒型セルは、円筒形の電解質の外周面及び内周面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、円筒縦縞型、円筒横縞型などが提案されている(例えば、特許文献2)。ところが、円筒型セルは、ガスシール性に優れるという利点を有する一方、平板型セルに比べて構造が複雑であるため、製造プロセスが複雑になり、製造コストが高くなるという欠点がある。   On the other hand, a cylindrical cell has a fuel electrode and an air electrode arranged on the outer peripheral surface and inner peripheral surface of a cylindrical electrolyte, and a cylindrical vertical stripe type, a cylindrical horizontal stripe type, and the like have been proposed (for example, Patent Documents). 2). However, the cylindrical cell has an advantage of excellent gas sealing properties, but has a disadvantage that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high because the structure is more complicated than that of the flat plate cell.

さらに、次の問題もある。平板型セル及び円筒型セルのいずれも、性能を向上させるためには電解質を薄膜化することによるオーミックな抵抗の低減が必要となるが、電解質が薄すぎると振動や熱サイクルなどに対して脆弱化してしまい、耐振性や耐久性が低下するという問題があった。   In addition, there are the following problems. In order to improve the performance of both flat and cylindrical cells, it is necessary to reduce ohmic resistance by thinning the electrolyte. However, if the electrolyte is too thin, it is vulnerable to vibration and thermal cycling. There is a problem that the vibration resistance and durability are lowered.

このため、上述した平板型、円筒型に代わる燃料電池として、燃料極及び空気極を固体電解質からなる基板の同一面上に配置し、燃料ガスおよび酸化剤ガスの混合ガスを供給することにより発電が可能な非隔膜式固体酸化物形燃料電池が提案されている(例えば、特許文献3)。この燃料電池によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する必要がないため、セパレーター及びガスシールが不要となり、構造及び製造工程の大幅な簡略化を図ることができる。   For this reason, as a fuel cell that replaces the flat plate type and the cylindrical type described above, the fuel electrode and the air electrode are arranged on the same surface of the substrate made of a solid electrolyte, and power is generated by supplying a mixed gas of fuel gas and oxidant gas. A non-diaphragm solid oxide fuel cell that can be used has been proposed (for example, Patent Document 3). According to this fuel cell, since it is not necessary to separate the fuel gas and the oxidant gas, the separator and the gas seal are not required, and the structure and the manufacturing process can be greatly simplified.

また、この非隔膜式固体酸化物形燃料電池では、酸素イオンの伝導が固体電解質の表層付近で起こり、燃料極と空気極とを固体電解質の同一面上に近接して形成するため、平板型や円筒型のように電解質の厚みが電池の性能に直接影響することはない。したがって、電池の性能を維持したまま電解質の厚みを増すことができ、これによって脆弱性を改善することが可能となる。
特開平5−3045号公報(第1頁、第6図) 特開平5−94830号公報(第1頁、第1図) 特開平8−264195号公報(第2−3頁、第1図)
Further, in this non-membrane type solid oxide fuel cell, the conduction of oxygen ions occurs near the surface layer of the solid electrolyte, and the fuel electrode and the air electrode are formed close to each other on the same surface of the solid electrolyte. The thickness of the electrolyte does not directly affect the performance of the battery as in the case of the cylinder type. Therefore, the thickness of the electrolyte can be increased while maintaining the performance of the battery, thereby improving the vulnerability.
JP-A-5-3045 (first page, FIG. 6) Japanese Patent Laid-Open No. 5-94830 (first page, FIG. 1) JP-A-8-264195 (page 2-3, FIG. 1)

しかしながら、特許文献3の燃料電池では、次のような問題があった。この燃料電池では、一対の燃料極と空気極とからなる電極体を電解質上に複数個配置している。そして、隣接する電極体間の燃料極と空気極とをインターコネクターで直列に接続している。ところが、この構造では、隣接する電極体間に電解質が存在しているため、発電時にはこの電解質が酸素イオンの移動する経路となり得る。そのため、電極体間の電解質と、この電解質を挟む燃料極及び空気極とが燃料電池を構成して発電することになる。この場合、酸素イオンは、空気極から、隣接する電極体の燃料極へも移動可能となるため、起電力が減少する可能性がある。これにより、本来の単電池セルの起電力と、電極体間に形成される電池の起電力とが相殺され、所望の出力特性が得られないという問題がある。   However, the fuel cell of Patent Document 3 has the following problems. In this fuel cell, a plurality of electrode bodies composed of a pair of fuel electrodes and air electrodes are arranged on an electrolyte. And the fuel electrode and air electrode between adjacent electrode bodies are connected in series by the interconnector. However, in this structure, since an electrolyte exists between adjacent electrode bodies, this electrolyte can be a path for oxygen ions to move during power generation. Therefore, the electrolyte between the electrode bodies, and the fuel electrode and the air electrode sandwiching the electrolyte constitute a fuel cell to generate electric power. In this case, since the oxygen ions can move from the air electrode to the fuel electrode of the adjacent electrode body, the electromotive force may be reduced. Thereby, the original electromotive force of the single battery cell and the electromotive force of the battery formed between the electrode bodies are offset, and there is a problem that desired output characteristics cannot be obtained.

これに対して、隣接する電極体の間に電解質を配置しないようにすることも考えられるが、このようにすると電解質を分断したり、個別に単セルを複数個準備する必要があり、製造工程の増加、コストの上昇、良品率の低下という問題を招き、さらには電池性能が低下したり、設計の自由度が抑制されるという問題も発生する。   On the other hand, it may be possible not to dispose the electrolyte between the adjacent electrode bodies, but in this case, it is necessary to divide the electrolyte or to prepare a plurality of single cells individually. Increase in cost, increase in cost, and decrease in yield rate. In addition, the battery performance is lowered and the degree of freedom in design is suppressed.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、高い発電出力を得ることができる固形酸化物形燃料電池及びこれに用いる基板を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of obtaining a high power generation output and a substrate used therefor.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電解質と、燃料極及び空気極からなる複数の電極体とを備え、前記電極体は前記電解質の一方面に配置され、両電極のうち一方の電極が他方の電極の周囲全体を所定間隔をおいて取り囲むように構成されており、前記各電極体は、インターコネクターによって直列または並列に接続されており、前記電解質には少なくとも一つの貫通孔が形成され、前記インターコネクターの少なくとも一部は、前記電解質の他方面に配置されており、前記電解質の一方面の電極体と他方面のインターコネクターとは前記貫通孔を介して電気的に接続されている。 The present invention has been made to solve the above problems, and includes an electrolyte and a plurality of electrode bodies each including a fuel electrode and an air electrode. The electrode body is disposed on one surface of the electrolyte, and both electrodes One of the electrodes is configured to surround the entire periphery of the other electrode at a predetermined interval, and each of the electrode bodies is connected in series or in parallel by an interconnector, and at least one of the electrodes is connected to the electrolyte. Two through holes are formed, and at least a part of the interconnector is disposed on the other surface of the electrolyte, and the electrode body on one surface of the electrolyte and the interconnector on the other surface are electrically connected via the through hole. Connected.

この構成によれば、電極体における一方の電極が他方の電極の周囲を所定間隔をおいて取り囲むように構成されているため、電解質上で隣接する電極体においては、同極同士が隣接した状態となる。したがって、従来例と異なり、隣接する電極体の間に存在する電解質によって起電力が相殺されるのを防止することができる。その結果、高い出力を得ることができる。また、上記構成のものを基材として一つ準備しておけば、インターコネクターを適宜配線することで用途に応じた燃料電池を構成することができる。すなわち、電解質上に複数の電極体が形成されているため、例えば、高電圧が必要な場合には電極体を直列に接続すればよく、高電流が必要な場合には電極体を並列に接続すればよい。したがって、直列用、或いは並列用に個別のものを準備する必要がなく、コストの低減が可能となる。 According to this configuration, since one electrode in the electrode body is configured to surround the other electrode at a predetermined interval, in the electrode body adjacent on the electrolyte, the same poles are adjacent to each other. It becomes. Therefore, unlike the conventional example, it is possible to prevent the electromotive force from being canceled by the electrolyte existing between the adjacent electrode bodies. As a result, a high output can be obtained. Moreover, if one of the above-described structures is prepared as a base material, a fuel cell can be configured according to the intended use by appropriately wiring the interconnector. That is, since a plurality of electrode bodies are formed on the electrolyte, for example, when a high voltage is required, the electrode bodies may be connected in series, and when a high current is required, the electrode bodies are connected in parallel. do it. Therefore, for the series, or it is not necessary to prepare those individually for parallel, that Do and cost can be reduced.

さらに、次のような効果を得ることもできる。上記燃料電池の各電極体では、一方の電極が他方の電極の周囲を所定間隔をおいて取り囲むように構成されているため、一方の電極の一部に電流を取り出す集電体を設けた場合、電極内において電子が移動する距離、つまり集電体とそこから最も遠い電極上の位置までの距離は電極の長さの半分になる。したがって、従来例のように電極の端部に集電体を設けるのと比べると、電子の移動距離が短くなり電子伝導時の損失を低減することができる。その結果、高い発電効率を得ることができる。また、帯状、櫛状の電極と比べて電極体の大きさをコンパクトにすることができるという利点もある。   Furthermore, the following effects can also be obtained. Since each electrode body of the fuel cell is configured so that one electrode surrounds the other electrode at a predetermined interval, a current collector for taking out current is provided in a part of one electrode. The distance that the electrons move in the electrode, that is, the distance between the current collector and the position on the electrode farthest from the current collector is half the length of the electrode. Therefore, compared with the case where the current collector is provided at the end of the electrode as in the conventional example, the electron moving distance is shortened, and the loss during electron conduction can be reduced. As a result, high power generation efficiency can be obtained. In addition, there is an advantage that the size of the electrode body can be made compact compared to the strip-like and comb-like electrodes.

また、上記燃料電池においては、電解質に少なくとも一つの貫通孔を形成するとともに、インターコネクターの少なくとも一部を電解質の他方面に配置し、電解質の一方面の電極体と他方面のインターコネクターとを貫通孔を介して電気的に接続している。こうすることで、電解質の一方面に配線されるインターコネクターが減少するため、配線を簡素化することができるとともに、設計上の自由度を大きくすることができる。例えば、電解質の一方面上でインターコネクターの占める割合を小さくすることができるため、電極の有効配置面積を増大することができ、その結果、電極の集積度を向上することができる。さらに、インターコネクターの配線が簡素になるため、配線が長くなることによる電気抵抗の増大や断線を防止することができる。 Further, in the fuel cell, at least one through hole is formed in the electrolyte, and at least a part of the interconnector is disposed on the other surface of the electrolyte, and the electrode body on one surface of the electrolyte and the interconnector on the other surface are connected. It is electrically connected through the through hole . By doing so, the number of interconnectors wired on one surface of the electrolyte is reduced, so that the wiring can be simplified and the degree of freedom in design can be increased. For example, since the proportion of the interconnector on one surface of the electrolyte can be reduced, the effective arrangement area of the electrodes can be increased, and as a result, the degree of integration of the electrodes can be improved. Furthermore, since the wiring of the interconnector is simplified, it is possible to prevent an increase in electrical resistance and disconnection due to the length of the wiring.

また、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電解質と、燃料極及び空気極からなる複数の電極体とを備え、前記各電極体は前記電解質の一方面に配置されており、両電極のうち一方の電極が他方の電極の周囲全体を所定間隔をおいて取り囲むように構成されており、前記各電極体は、インターコネクターによって直列または並列に接続されている固体酸化物形燃料電池と同一構成の電池ユニットを2個有し、前記各電池ユニットにおける電解質には少なくとも一つの貫通孔がそれぞれ形成されており、前記各電池ユニットにおける電解質はその他方面同士が対向するように配置され、前記各電池ユニットにおける電極体は前記貫通孔を介して電気的に接続されている。The present invention has been made to solve the above-described problem, and includes an electrolyte and a plurality of electrode bodies each including a fuel electrode and an air electrode, and each of the electrode bodies is disposed on one surface of the electrolyte. And one electrode of the two electrodes is configured to surround the entire periphery of the other electrode at a predetermined interval, and each of the electrode bodies is a solid oxide connected in series or in parallel by an interconnector. The battery unit has two battery units having the same configuration as the physical fuel cell, and at least one through hole is formed in the electrolyte in each battery unit, and the other surfaces of the electrolyte in each battery unit are opposed to each other. The electrode bodies in each battery unit are electrically connected via the through holes.

このように構成することで、電池ユニットを2個使用することによる出力の増大のほか、貫通孔を介して各電池ユニットの電極体を接続できるため、配線を簡素化することができる。このとき、各電池ユニットの電解質間にインターコネクターの少なくとも一部を配置し、このインターコネクターと電極体とを貫通孔を介して電気的に接続することが好ましい。こうすることで、電解質の一方面上に配置されるインターコネクターを簡素化することができ、配線の自由度を向上することができる。   By configuring in this manner, the output can be increased by using two battery units, and the electrode bodies of the respective battery units can be connected through the through holes, so that the wiring can be simplified. At this time, it is preferable to dispose at least a part of the interconnector between the electrolytes of the battery units, and to electrically connect the interconnector and the electrode body through the through holes. By doing so, the interconnector disposed on one surface of the electrolyte can be simplified, and the degree of freedom of wiring can be improved.

また、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電解質と、燃料極及び空気極からなる複数の電極体とを備え、前記各電極体は前記電解質の一方面に配置されており、両電極のうち一方の電極が他方の電極の周囲全体を所定間隔をおいて取り囲むように構成されており、前記各電極体は、インターコネクターによって直列または並列に接続されており、前記電極体は、さらに前記電解質の他方面に複数個配置されており、前記電解質には少なくとも一つの貫通孔が形成され、当該電解質の一方面及び他方面に配置されている電極体は前記貫通孔を介して電気的に接続されている。これにより、電池のサイズをコンパクトにしたままで、高い発電出力を得ることができる。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and includes an electrolyte and a plurality of electrode bodies each including a fuel electrode and an air electrode, and each of the electrode bodies is disposed on one surface of the electrolyte. One electrode of both electrodes is configured to surround the entire periphery of the other electrode with a predetermined interval, and each electrode body is connected in series or in parallel by an interconnector, A plurality of electrode bodies are further disposed on the other surface of the electrolyte, at least one through hole is formed in the electrolyte, and the electrode bodies disposed on one surface and the other surface of the electrolyte are the through holes. It is electrically connected via. Thereby, a high power generation output can be obtained while keeping the size of the battery compact.

上記燃料電池において、インターコネクターが、電極体と離間した状態で交差する交差区間を備えたものとすることができる。この構成によれば、インターコネクターと電極体との短絡を防止することができる。そのため、電解質の表面のみならず、電極体の上方にもインターコネクターを配置することができる。これにより、電解質の表面に配線されるインターコネクターを減少することができるため、配線の自由度を向上することができる。また、これに伴って、電解質上により多くの電極体を配置することができるため、高い発電出力を得ることができる。   In the above fuel cell, the interconnector may include an intersecting section that intersects with the electrode body in a separated state. According to this configuration, a short circuit between the interconnector and the electrode body can be prevented. Therefore, the interconnector can be arranged not only on the surface of the electrolyte but also above the electrode body. Thereby, since the interconnector wired on the surface of the electrolyte can be reduced, the degree of freedom of wiring can be improved. Along with this, since a larger number of electrode bodies can be arranged on the electrolyte, a high power generation output can be obtained.

このような配線として、前記交差区間を、導電性のワイヤーで構成することができる。このようにワイヤーをインターコネクター用の配線として利用することで、電極体と非接触となる形状を容易に形成することができる。   As such wiring, the said crossing area can be comprised with an electroconductive wire. By using the wire as the interconnector wiring in this manner, a shape that is not in contact with the electrode body can be easily formed.

また、次のように配線を施すこともできる。すなわち、交差区間と電極体との間に、絶縁層を形成しておくこともできる。こうすることで、インターコネクターと電極体とが交差しても、確実に短絡を防止することができ、上記のような効果を得ることができる。このとき、インターコネクターとして上記ワイヤーを用いると、絶縁性がさらに向上するとともに、絶縁層上にワイヤーが接するような配置も可能となるため、より短い配線が可能となる。さらに、ワイヤーが安定的に固定されるという利点もある。   Also, wiring can be performed as follows. That is, an insulating layer can be formed between the intersection section and the electrode body. By doing so, even if the interconnector and the electrode body cross each other, a short circuit can be surely prevented, and the effects as described above can be obtained. At this time, when the wire is used as an interconnector, the insulation is further improved, and an arrangement in which the wire is in contact with the insulating layer is possible, so that a shorter wiring is possible. Furthermore, there is an advantage that the wire is stably fixed.

電極体の構成は、一方の電極を燃料極とし、他方の電極を空気極とすること、すなわち、空気極の周囲を燃料極が取り囲むように構成することが好ましい。これは、空気極は電子伝導性が低く、オーム損が生じやすいので、空気極を燃料極で取り囲むように構成し、空気極を燃料極よりも短くすることにより、電子伝導時の損失をさらに低減させることができると考えられるからである。   The electrode body is preferably configured such that one electrode is a fuel electrode and the other electrode is an air electrode, that is, the fuel electrode surrounds the air electrode. This is because the air electrode has low electron conductivity and is likely to cause ohmic loss. Therefore, the air electrode is surrounded by the fuel electrode, and the air electrode is made shorter than the fuel electrode to further reduce the loss during electron conduction. It is because it is thought that it can reduce.

本発明に係る固形酸化物型燃料電池によれば、高い出力を得ることができる。   According to the solid oxide fuel cell of the present invention, a high output can be obtained.

(第1実施形態)
以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施形態に係る燃料電池の平面図であり、図2は図1の一部側面図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a fuel cell according to the present embodiment, and FIG. 2 is a partial side view of FIG.

図1に示すように、この燃料電池は、矩形の板状に形成された電解質1と、この電解質1の一方面に配置された複数の電極体E(図1では24個)とを備えており、これら電極体Eはインターコネクター7によって接続されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell includes an electrolyte 1 formed in a rectangular plate shape, and a plurality of electrode bodies E (24 in FIG. 1) disposed on one surface of the electrolyte 1. These electrode bodies E are connected by an interconnector 7.

各電極体Eは、燃料極3と空気極5とからなり、矩形の空気極5の周囲に所定間隔をおいて枠形の燃料極3が配置されている。燃料極3の外形は空気極5に合わせて矩形状になっている。このとき、燃料極3と空気極5との間隔は、例えば1〜1000μmであることが好ましく、10〜500μmであることがさらに好ましい。また、燃料極3及び空気極5上には電流を取り出すための集電体31,51がそれぞれ形成されている。そして、燃料極3の集電体31と、これと隣接する電極体Eの空気極5の集電体51とがインターコネクター7によって接続され、各電極体Eは直列に接続されている。なお、隣接する電極体E間の間隔は、例えば10〜5000μmとすることが好ましく、1000〜3000μmとすることがさらに好ましい。   Each electrode body E includes a fuel electrode 3 and an air electrode 5, and a frame-shaped fuel electrode 3 is disposed around the rectangular air electrode 5 at a predetermined interval. The outer shape of the fuel electrode 3 is rectangular according to the air electrode 5. At this time, the distance between the fuel electrode 3 and the air electrode 5 is preferably, for example, 1 to 1000 μm, and more preferably 10 to 500 μm. Further, current collectors 31 and 51 for taking out current are formed on the fuel electrode 3 and the air electrode 5, respectively. The current collector 31 of the fuel electrode 3 and the current collector 51 of the air electrode 5 of the electrode body E adjacent thereto are connected by the interconnector 7, and the electrode bodies E are connected in series. In addition, it is preferable to set it as the space | interval between the adjacent electrode bodies E, for example, 10-5000 micrometers, and it is more preferable to set it as 1000-3000 micrometers.

インターコネクター7は、図2に示すように形成されている。同図に示すように、各インターコネクター両端の集電体31,51間の区間(交差区間)においては、燃料極3、空気極5及び電解質1上に絶縁層9が形成されており、この絶縁層9上にインターコネクター7が形成されている。これにより、インターコネクター7は燃料極3上を通過しつつこれと短絡しないようになっている。   The interconnector 7 is formed as shown in FIG. As shown in the figure, an insulating layer 9 is formed on the fuel electrode 3, the air electrode 5 and the electrolyte 1 in the section (intersection section) between the current collectors 31 and 51 at both ends of each interconnector. An interconnector 7 is formed on the insulating layer 9. Thereby, the interconnector 7 is prevented from being short-circuited while passing over the fuel electrode 3.

次に、上記のように構成された燃料電池の材質について説明する。電解質1の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えば(Ce,Sm)O3,(Ce,Gd)O3等のセリア系酸化物,(La,Sr)(Ga,Mg)O3等のランタン・ガレード系酸化物,スカンジウム安定化ジルコニア(ScSZ),イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等のジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス系材料を用いることができる。電解質1は、基板として用いられるため、ある程度の強度が必要であることから、その厚みは、例えば200〜1000μmであることが好ましい。 Next, the material of the fuel cell configured as described above will be described. As the material of the electrolyte 1, those known as electrolytes for solid oxide fuel cells can be used. For example, ceria-based oxides such as (Ce, Sm) O 3 , (Ce, Gd) O 3 , ( Oxygen ion conductive ceramic materials such as La, Sr) (Ga, Mg) O 3 and other lanthanum galade oxides, scandium stabilized zirconia (ScSZ), yttria stabilized zirconia (YSZ) and other zirconia oxides Can be used. Since the electrolyte 1 is used as a substrate and needs a certain level of strength, the thickness is preferably, for example, 200 to 1000 μm.

燃料極3及び空気極5は、セラミックス粉末材料により形成することができる。このとき用いられる粉末の平均粒径は、好ましくは10nm〜100μmであり、さらに好ましくは50nm〜50μmであり、特に好ましくは100nm〜10μmである。なお、平均粒径は、例えば、JISZ8901にしたがって計測することができる。   The fuel electrode 3 and the air electrode 5 can be formed of a ceramic powder material. The average particle size of the powder used at this time is preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 50 nm to 50 μm, and particularly preferably 100 nm to 10 μm. In addition, an average particle diameter can be measured according to JISZ8901, for example.

燃料極3を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ニッケルと酸素イオン伝導性材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属は、ニッケルに限定されることなく、コバルトや貴金属(白金、ルテニウム、パラジウム等)の還元性雰囲気中で安定な金属を用いることができる。また、酸素イオン伝導性材料としては、例えば(Ce,Sm)O3,(Ce,Gd)O3などのセリア系酸化物、(La,Sr)(Ga,Mg)O3などのランタンガレード系酸化物、スカンジウム安定化ジルコニア(ScSZ)やイットリア安定化ジルコニア(YSZ)などのジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を挙げることができ、このようなセラミックス材料と、ニッケルとの混合物で燃料極5を形成することが好ましい。このうち、ニッケル−セリア系酸化物のサーメットで燃料極5を形成することが特に好ましい。なお、酸素イオン伝導性セラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、1種を単独で、或いは2種以上を混合して使用することができる。 As the ceramic powder material forming the fuel electrode 3, for example, a mixture of nickel and an oxygen ion conductive material can be used. The metal used at this time is not limited to nickel, and a metal that is stable in a reducing atmosphere of cobalt or a noble metal (such as platinum, ruthenium, or palladium) can be used. Examples of the oxygen ion conductive material include ceria-based oxides such as (Ce, Sm) O 3 and (Ce, Gd) O 3, and lanthanum galades such as (La, Sr) (Ga, Mg) O 3. And oxygen ion conductive ceramic materials such as zirconia oxides such as scandium stabilized zirconia (ScSZ) and yttria stabilized zirconia (YSZ), and mixtures of such ceramic materials with nickel Preferably, the fuel electrode 5 is formed. Among these, it is particularly preferable to form the fuel electrode 5 with a cermet of nickel-ceria-based oxide. The mixed form of the oxygen ion conductive ceramic material and nickel may be a physical mixed form or a form of powder modification to nickel. Moreover, the ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

空気極5を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型金属酸化物を使用することができる。具体的には(Sm,Sr)CoO3,(La,Sr)MnO3,(La,Sr)CoO3,(La,Sr)(Fe,Co)O3,(La,Sr)(Fe,Co,Ni)O3などを挙げることができる。これらセラミックス粉末は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を混合して使用することもできる。 As the ceramic powder material forming the air electrode 5, for example, a perovskite metal oxide can be used. Specifically, (Sm, Sr) CoO 3 , (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) CoO 3 , (La, Sr) (Fe, Co) O 3 , (La, Sr) (Fe, Co , Ni) O 3 and the like. These ceramic powders can be used alone or in a mixture of two or more.

また、インターコネクター7及び集電体31,51は、Pt,Au,Ag,Ni,Cu,SUS,又はLa(Cr,Mg)O3,(La,Ca)CrO3,(La,Sr)CrO3などのランタン・クロマイト系等の導電性セラミックス材料によって形成することができ、これらのうちの1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。 The interconnector 7 and the current collectors 31 and 51 are made of Pt, Au, Ag, Ni, Cu, SUS, La (Cr, Mg) O 3 , (La, Ca) CrO 3 , (La, Sr) CrO. It can be formed of a lanthanum-chromite-based conductive ceramic material such as 3, and one of these may be used alone, or two or more may be used in combination.

上記燃料極3、及び空気極5は、上述した材料を主成分として、さらにワニス、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。そして、これら燃料極3及び空気極5の膜厚は焼結後に1μm〜500μmとなるように形成するが、10μm〜100μmとすることが好ましい。また、インターコネクター7及び集電体31,51も、上述した材料に上記添加物を加えることにより形成される。   The fuel electrode 3 and the air electrode 5 are formed by adding the appropriate amount of varnish, organic solvent, etc. with the above-described materials as the main components. The film thicknesses of the fuel electrode 3 and the air electrode 5 are formed so as to be 1 μm to 500 μm after sintering, but preferably 10 μm to 100 μm. Further, the interconnector 7 and the current collectors 31 and 51 are also formed by adding the above additives to the above-described materials.

絶縁層9を構成する材料としては、例えば酸化ケイ素、酸化アルミ等を挙げることができるが、これ以外であっても、電気的、イオン伝導的に絶縁性を有し、活燃料電池しての動作温度付近で変質しない材料で有れば特に限定されない。また、1種類の上記材料を単独で用いることもできるし、2種類以上の材料を混合して使用することもできる。   Examples of the material constituting the insulating layer 9 include silicon oxide, aluminum oxide, and the like. However, other materials are electrically and ionically conductive and have an active fuel cell. There is no particular limitation as long as the material does not change near the operating temperature. One kind of the above-mentioned materials can be used alone, or two or more kinds of materials can be mixed and used.

次に、上述した燃料電池の製造方法の一例を説明する。まず、上述した材料からなる板状の電解質1を準備する。続いて、上述した燃料極3、及び空気極5用の粉末材料を主成分として、これらそれぞれにワニス、感光性高分子、有機溶媒などを適量加えて混練し、燃料極ペースト、空気極ペーストをそれぞれ作成する。各ペーストの粘度は、次に説明するスクリーン印刷法に適合するように103〜106Pa・s程度であることが好ましい。同様に、インターコネクター用ペーストも、上述した粉末材料にワニス等の添加物を加えて作成しておく。このペーストの粘度は上述した燃料極ペースト等と同じである。 Next, an example of a method for manufacturing the above-described fuel cell will be described. First, a plate-like electrolyte 1 made of the above-described material is prepared. Subsequently, the powder material for the fuel electrode 3 and the air electrode 5 described above is used as a main component, and an appropriate amount of varnish, photosensitive polymer, organic solvent, etc. is added to each of them and kneaded to prepare a fuel electrode paste and an air electrode paste. Create each one. The viscosity of each paste is preferably about 10 3 to 10 6 Pa · s so as to be compatible with the screen printing method described below. Similarly, the interconnector paste is prepared by adding an additive such as varnish to the above-described powder material. The viscosity of this paste is the same as that of the fuel electrode paste described above.

続いて、図1に示すような電解質1上の複数の位置に、燃料極ペーストをスクリーン印刷法により矩形の枠状に塗布した後、所定の時間及び温度で乾燥・焼結し、燃料極3を形成する。次に、図1に示すように各電解質1上の燃料極3によって囲まれた位置それぞれに、矩形状の空気極ペーストをスクリーン印刷法によって塗布し、所定時間及び温度で乾燥・焼結することにより、空気極5を形成する。こうして、24個の電極体Eが形成される。そして、各燃料極3及び空気極5上に集電体31,51を形成した後、各燃料極3の集電体31とこれに隣接する電極体Eにおける空気極5の集電体51との間に、絶縁層9をスクリーン印刷法によって形成する。その後、各絶縁層9上にインターコネクター用ペーストをスクリーン印刷法によって線状に塗布し、インターコネクター1を形成する。以上の工程により、図1及び図2に示すような燃料電池が完成する。   Subsequently, the fuel electrode paste is applied to a plurality of positions on the electrolyte 1 as shown in FIG. 1 in the form of a rectangular frame by screen printing, and then dried and sintered at a predetermined time and temperature. Form. Next, as shown in FIG. 1, a rectangular air electrode paste is applied to each position surrounded by the fuel electrode 3 on each electrolyte 1 by screen printing, and dried and sintered at a predetermined time and temperature. Thus, the air electrode 5 is formed. In this way, 24 electrode bodies E are formed. And after forming the current collectors 31 and 51 on each fuel electrode 3 and the air electrode 5, the current collector 31 of each fuel electrode 3 and the current collector 51 of the air electrode 5 in the electrode body E adjacent thereto In the meantime, the insulating layer 9 is formed by a screen printing method. Thereafter, the interconnector paste is applied in a linear manner on each insulating layer 9 by screen printing to form the interconnector 1. Through the above steps, a fuel cell as shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

上記のように構成された燃料電池は、次のように発電が行われる。まず電極体Eが配置された電解質1の一方面上に、水素、又はメタン、エタンなどの炭化水素からなる燃料ガスと空気等の酸化剤ガスとの混合ガスを高温の状態(例えば、400〜1000℃)で供給する。これにより、各電極体Eにおける燃料極3と空気極5との間の電解質1の表層付近で、酸素イオン伝導が起こり発電が行われる。   The fuel cell configured as described above generates power as follows. First, on one surface of the electrolyte 1 on which the electrode body E is arranged, a mixed gas of hydrogen or a fuel gas made of hydrocarbon such as methane or ethane and an oxidant gas such as air is in a high temperature state (for example, 400 to 1000 ° C). Thereby, oxygen ion conduction occurs near the surface layer of the electrolyte 1 between the fuel electrode 3 and the air electrode 5 in each electrode body E, and power generation is performed.

以上のように本実施形態に係る燃料電池では、電極体Eにおける燃料極3が空気極5の周囲を所定間隔をおいて取り囲むように構成されているため、電解質1上で隣接する電極体Eにおいては、同極同士が隣接した状態となる。したがって、従来例と異なり、隣接する電極体Eの間に存在する電解質1によって起電力が相殺されるのを防止することができる。その結果、高い発電出力を得ることができる。   As described above, in the fuel cell according to the present embodiment, the fuel electrode 3 in the electrode body E is configured to surround the air electrode 5 at a predetermined interval. In this case, the same poles are adjacent to each other. Therefore, unlike the conventional example, it is possible to prevent the electromotive force from being canceled by the electrolyte 1 existing between the adjacent electrode bodies E. As a result, high power generation output can be obtained.

ところで、上記説明では、各電極体Eを直列に接続した例を説明したが、並列に接続することができるのは勿論である。その例を図3に示す。同図に示すように、この燃料電池は、各電極体Eにおける燃料極3の集電体31がインターコネクター71によって接続されるとともに、各電極体Eにおける空気極5の集電体51が他のインターコネクター72によって接続されている。また、これらインターコネクター71,72と各電極3,5との短絡を防止するために、上述した絶縁層9が形成されている。このように、電解質1上に複数の電極体Eを配置したものを基板として準備しておけば、インターコネクター9の配線を変更するだけで、用途に合わせて電極体Eを直列或いは並列に接続することができる。   Incidentally, in the above description, the example in which the electrode bodies E are connected in series has been described, but it is needless to say that they can be connected in parallel. An example is shown in FIG. As shown in the figure, in this fuel cell, the current collector 31 of the fuel electrode 3 in each electrode body E is connected by an interconnector 71, and the current collector 51 of the air electrode 5 in each electrode body E is the other. The interconnector 72 is connected. Further, in order to prevent a short circuit between the interconnectors 71 and 72 and the electrodes 3 and 5, the insulating layer 9 described above is formed. In this way, if a substrate in which a plurality of electrode bodies E are arranged on the electrolyte 1 is prepared as a substrate, the electrode bodies E can be connected in series or in parallel only by changing the wiring of the interconnector 9. can do.

また、上記説明では、インターコネクターが各電極と短絡しないように絶縁層を形成しているが、短絡を防止する方法は、これに限定されるものではなく、種々の方法を採り得る。例えば、図4に示すように、ワイヤボンディングによって集電体31,51間の交差区間を導電性のワイヤー12によって接続する。このワイヤー12は、各電極3,5の上方を通過するため、これらに接触することはなく短絡は発生しない。このようなワイヤー12は、Pt,Au,Ag,Cu,Ni,SUS等の電子導電性に優れた金属材料によって形成することができる。また、断線を防止するために、その径は0.3〜1mmであることが好ましい。   In the above description, the insulating layer is formed so that the interconnector does not short-circuit with each electrode. However, the method for preventing the short-circuit is not limited to this, and various methods can be adopted. For example, as shown in FIG. 4, the cross section between the current collectors 31 and 51 is connected by a conductive wire 12 by wire bonding. Since the wire 12 passes above the electrodes 3 and 5, the wire 12 does not come into contact therewith and no short circuit occurs. Such a wire 12 can be formed of a metal material excellent in electronic conductivity, such as Pt, Au, Ag, Cu, Ni, and SUS. Moreover, in order to prevent a disconnection, it is preferable that the diameter is 0.3-1 mm.

また、電解質1の一方面だけでなく、他方面にも電極体Eを形成し、これらを上記と同様にインターコネクター7で接続することができる。こうすることで、燃料電池をコンパクトにしたままで、発電出力を増大させることができる。   Moreover, the electrode body E can be formed not only on one surface of the electrolyte 1 but also on the other surface, and these can be connected by the interconnector 7 in the same manner as described above. By doing so, the power generation output can be increased while keeping the fuel cell compact.

(第2実施形態)
次に、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第2実施形態について図面を参照しつつ説明する。図5は本実施形態に係る燃料電池の平面図であり、図6は図5の底面図である。また、図7は図5の一部断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a plan view of the fuel cell according to the present embodiment, and FIG. 6 is a bottom view of FIG. FIG. 7 is a partial cross-sectional view of FIG.

本実施形態に係る燃料電池が第1実施形態の燃料電池と相違する点は、インターコネクターの配線であり、電極体の構成は第1実施形態に係るものと同様であるため、その説明を省略する。図5に示すように、この燃料電池には、第1実施形態と同様に、板状の電解質1の一方面に24個の電極体Eが形成されている。図7に示すように、電解質1において、各空気極5と接触する位置には貫通孔11が形成されており、この貫通孔11には集電体52が充填されている。また、各燃料極3上にも第1実施形態と同様の集電体32が形成されている。   The difference between the fuel cell according to the present embodiment and the fuel cell according to the first embodiment is the wiring of the interconnector, and the configuration of the electrode body is the same as that according to the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. To do. As shown in FIG. 5, in this fuel cell, 24 electrode bodies E are formed on one surface of a plate-like electrolyte 1 as in the first embodiment. As shown in FIG. 7, in the electrolyte 1, a through hole 11 is formed at a position in contact with each air electrode 5, and the current collector 52 is filled in the through hole 11. In addition, a current collector 32 similar to that of the first embodiment is formed on each fuel electrode 3.

図5及び図6に示すように、電解質1の一方面には、各燃料極3の集電体32を結ぶように第1インターコネクター73が形成されている。一方、電解質1の他方面には、貫通孔11に充填された集電体52を接続するように第2インターコネクター74が形成されている。このようなインターコネクターの配線により、各電極体Eは並列に接続される。なお、電解質1の一方面には、第1インターコネクターの端部73に電流を取り出すための第1集電部15が設けられており、電解質1の他方面には第2インターコネクター74の端部に第2集電部16が設けられている。これら集電部15,16の材質はインターコネクターと同様のものを使用することができる。   As shown in FIGS. 5 and 6, a first interconnector 73 is formed on one surface of the electrolyte 1 so as to connect the current collectors 32 of the fuel electrodes 3. On the other hand, a second interconnector 74 is formed on the other surface of the electrolyte 1 so as to connect the current collector 52 filled in the through hole 11. The electrode bodies E are connected in parallel by such interconnector wiring. Note that a first current collector 15 is provided on one surface of the electrolyte 1 to extract current from the end 73 of the first interconnector, and an end of the second interconnector 74 is disposed on the other surface of the electrolyte 1. A second current collector 16 is provided in the part. The current collectors 15 and 16 may be made of the same material as the interconnector.

以上のように、本実施形態によれば、電解質1に貫通孔11を形成するとともに、インターコネクターの一部を電解質1の他方面に形成し、貫通孔11を介して各電極体Eを接続している。このように、インターコネクターの一部を電解質1の他方面に形成することで、電解質1の一方面の配線を簡素にすることができ、配線の設計上の自由度を大きくすることができる。また、これに伴って、電解質1の一方面上でインターコネクターの占める割合が小さくなるため、電極体Eの有効配置面積を増大することができ、その結果、電極の集積度を向上することができる。   As described above, according to the present embodiment, the through hole 11 is formed in the electrolyte 1, a part of the interconnector is formed on the other surface of the electrolyte 1, and each electrode body E is connected through the through hole 11. is doing. Thus, by forming a part of the interconnector on the other surface of the electrolyte 1, the wiring on one surface of the electrolyte 1 can be simplified, and the degree of freedom in designing the wiring can be increased. In addition, since the proportion of the interconnector on one surface of the electrolyte 1 is reduced accordingly, the effective arrangement area of the electrode body E can be increased, and as a result, the degree of electrode integration can be improved. it can.

なお、上記説明では、各電極体を並列に接続する場合について説明したが、直列に接続する場合にも適用することができる。例えば、電解質1において各燃料極3及び空気極5に対応する位置それぞれに貫通孔を形成し、この貫通孔を集電体で充填しておく。そして、各燃料極の集電体と、これに隣接する電極体の空気極の集電体とを、電解質の他方面に形成されたインターコネクターによって接続する。これにより、各電極体を直列に接続することができる。   In addition, in the said description, although the case where each electrode body was connected in parallel was demonstrated, it is applicable also when connecting in series. For example, a through hole is formed in each position corresponding to each fuel electrode 3 and air electrode 5 in the electrolyte 1, and the through hole is filled with a current collector. And the collector of each fuel electrode and the collector of the air electrode of the electrode body adjacent to this are connected by the interconnector formed in the other surface of electrolyte. Thereby, each electrode body can be connected in series.

また、電解質1の一方面だけでなく、他方面にも電極体Eを形成する場合には、貫通孔を利用して一方面の電極体と他方面の電極体を接続することができる。こうすることで、燃料電池をコンパクトにしたままで、発電出力を増大させることができる。   When the electrode body E is formed not only on one surface of the electrolyte 1 but also on the other surface, the electrode body on the one surface and the electrode body on the other surface can be connected using the through holes. By doing so, the power generation output can be increased while keeping the fuel cell compact.

(第3実施形態)
以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第3実施形態について図面を参照しつつ説明する。図8は本実施形態に係る燃料電池の平面図であり、図9は図8に示す電池ユニットの底面図である。また、図10は図8の一部断面図である。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a plan view of the fuel cell according to the present embodiment, and FIG. 9 is a bottom view of the battery unit shown in FIG. FIG. 10 is a partial cross-sectional view of FIG.

本実施形態では、第2実施形態で説明した並列に接続された燃料電池を電池ユニットとし、2個の電池ユニットが電解質の他方面同士において貼り合わされた構造を有する。この場合、図10に示すように、各電解質1における貫通孔11の位置を一致させておき、両電解質1の対応する貫通孔11の両方を貫通するように、集電体53が充填されている。また、各電解質1の他方面に配置される第2インターコネクター75は共通化されて、貫通孔11に充填された集電体53を接続するように配置される。つまり、両電解質1の間に挟まれるように第2インターコネクター75を一層のみ形成しておき、共通のインターコネクターとして利用する。また、各電解質1の一方面に形成された第1集電部同士15を貫通孔を介して接続しておく。さらに、第2集電部16は、貫通孔を介していずれかの電解質1の一方面から接続可能としておく。   In the present embodiment, the fuel cells connected in parallel described in the second embodiment are used as battery units, and two battery units are bonded to each other on the other surface of the electrolyte. In this case, as shown in FIG. 10, the positions of the through holes 11 in each electrolyte 1 are matched, and the current collector 53 is filled so as to penetrate both of the corresponding through holes 11 of both electrolytes 1. Yes. Further, the second interconnector 75 disposed on the other surface of each electrolyte 1 is made common so as to connect the current collector 53 filled in the through hole 11. That is, only one layer of the second interconnector 75 is formed so as to be sandwiched between the two electrolytes 1 and used as a common interconnector. Moreover, the 1st current collection parts 15 formed in the one surface of each electrolyte 1 are connected through the through-hole. Further, the second current collector 16 is connectable from one surface of any electrolyte 1 through a through hole.

上記構成によれば、2個の電池ユニットを貼り合わせた構造を有しているため、燃料電池をコンパクトにしたままで高い発電出力を得ることができる。また、インターコネクターの配線の簡素化を図ることができほか、インターコネクターの一部を共通化することができるため、コストを低減することもできる。   According to the above configuration, since the two battery units are bonded together, a high power generation output can be obtained while keeping the fuel cell compact. In addition, the interconnector wiring can be simplified, and a part of the interconnector can be shared, so that the cost can be reduced.

また、図11に示すように、第1実施形態で示した燃料電池を電池ユニットとして2個準備し、それぞれの電解質1の他方面同士を貼り合わせることで、燃料電池を構成することもできる。この場合、各電解質1に貫通孔11を形成しておき、各電池ユニットの電極体をこの貫通孔11に充填した集電体53を介して接続することもできる。このとき、電解質の他方面にはインターコネクターが形成されていないので、両電池ユニットの電極をワイヤー等で接続することもできる。例えば、同図に示すように、ワイヤー76を電解質1の側面を通過するようにして、各電池ユニットの燃料極3同士を接続することができる。   Moreover, as shown in FIG. 11, a fuel cell can also be comprised by preparing two fuel cells shown in 1st Embodiment as a battery unit, and bonding the other surfaces of each electrolyte 1 together. In this case, it is also possible to form through holes 11 in each electrolyte 1 and connect the electrode bodies of the battery units via current collectors 53 filled in the through holes 11. At this time, since no interconnector is formed on the other surface of the electrolyte, the electrodes of both battery units can be connected by a wire or the like. For example, as shown in the figure, the fuel electrodes 3 of the battery units can be connected to each other by passing the wire 76 through the side surface of the electrolyte 1.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、各ペーストの塗布にスクリーン印刷法を用いているが、これに限定されるものではなく、ドクターブレード法、スプレーコート法、リソグラフィー法、泳動電着法、ロールコート法、ディスペンサーコート法、CVD,EVD,スパッタリング法、転写法等の印刷方法等、その他一般的な印刷法を用いることができる。また、印刷後の後工程として、静水圧プレス、油圧プレス、その他の一般的なプレス工程を用いることができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible unless it deviates from the meaning. For example, in the above-described embodiment, the screen printing method is used for applying each paste, but is not limited thereto, doctor blade method, spray coating method, lithography method, electrophoretic electrodeposition method, roll coating method, Other general printing methods such as a dispenser coating method, CVD, EVD, sputtering method, printing method such as transfer method, and the like can be used. Moreover, as a post-process after printing, a hydrostatic press, a hydraulic press, and other general press processes can be used.

また、上記実施形態では板状の電解質を用いているが、電解質の他方面に基材を配置し、この基板によって各電解質を支持するようにすることもできる。こうすることで、電解質1を薄くしたとしても、燃料電池が脆弱化するのを防止することができる。このとき用いられる基板は、例えば、アルミナ系、シリカ系、チタン系等のセラミックス系材料、或いはSUSで構成することができる。また、電解質は、印刷によって薄膜化して基板上に形成することができる。   In the above embodiment, a plate-like electrolyte is used, but a base material may be disposed on the other surface of the electrolyte, and each electrolyte may be supported by this substrate. By doing so, even if the electrolyte 1 is thinned, the fuel cell can be prevented from becoming weak. The substrate used at this time can be made of, for example, a ceramic material such as alumina, silica, or titanium, or SUS. In addition, the electrolyte can be formed on the substrate after being thinned by printing.

さらに、上記各実施形態では、燃料極3及び空気極5を矩形状に形成しているが、これに限定されるものではなく、空気極が、所定間隔をおいて燃料極を取り囲むように形成されていれば、その形状は特には限定されない。例えば、図12に示すように、各電極を円形に形成したり(図12(a))、多角形状に形成することもできる(図12(b))。   Further, in each of the above embodiments, the fuel electrode 3 and the air electrode 5 are formed in a rectangular shape, but the present invention is not limited to this, and the air electrode is formed so as to surround the fuel electrode at a predetermined interval. If it is, the shape is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 12, each electrode can be formed in a circular shape (FIG. 12A) or in a polygonal shape (FIG. 12B).

また、上記各実施形態では、空気極の周囲を燃料極が取り囲むように電極体を構成しているが、これを反対、つまり燃料極の周囲を空気極が取り囲むようにすることもできる。   Further, in each of the above embodiments, the electrode body is configured so that the fuel electrode surrounds the air electrode. However, it is possible to reverse this, that is, the air electrode can surround the fuel electrode.

また、集電体やインターコネクターを形成・接続していない構成のものであっても本発明の燃料電池としては構わないものであって使用可能なものであり、その場合は、本発明の燃料電池をセットする装置等に、集電体やインターコネクターを設けておき、この燃料電池を装置にセットした状態において、各電極の必要箇所に集電体やインターコネクターが接続される構造とすればよい。   Even if the current collector or interconnector is not formed or connected, the fuel cell of the present invention may be used and can be used. In that case, the fuel of the present invention If a current collector or interconnector is provided in a battery setting device, etc., and the fuel cell is set in the device, the current collector or interconnector is connected to the required location of each electrode. Good.

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, this invention is not limited to a following example.

電解質として、厚みが1mmの市販の板状の電解質を準備した。この電解質は、セリア系の電解質であり、その材質はGDC[(Ce,Cd)O3]でガドリニウムがドープされている。また、この電解質の表面全体を表面粗さRaが0.2μm以下となるように、サンドブラスト加工した。燃料極材料として、酸化ニッケル(NiO)粉末(粒径0.01〜10μm、平均粒径1μm)と、SDC[(Ce,Sm)O3]粉末(粒径0.01〜10μm、平均粒径0.1μm)とを重量比で7:3となるように混合した後、セルロース系ワニスを混合し、燃料極ペーストを作製した。燃料極ペーストの粘度はスクリーン印刷に適した5×105mPa・sとした。また、空気極材料として、SSC[(Sm,Sr)CoO3]粉末(0.1〜10μm、平均粒径3μm)を使用し、セルロース系ワニスを混合して空気極ペーストを作製した。空気極ペーストの粘度も同様に、スクリーン印刷法に適した5×105mPa・sとした。 A commercially available plate-like electrolyte having a thickness of 1 mm was prepared as the electrolyte. This electrolyte is a ceria-based electrolyte, and its material is GDC [(Ce, Cd) O 3 ] and gadolinium is doped. Further, the entire surface of the electrolyte was sandblasted so that the surface roughness Ra was 0.2 μm or less. As fuel electrode materials, nickel oxide (NiO) powder (particle size 0.01 to 10 μm, average particle size 1 μm) and SDC [(Ce, Sm) O 3 ] powder (particle size 0.01 to 10 μm, average particle size) 0.1 μm) to a weight ratio of 7: 3, and then a cellulosic varnish was mixed to prepare a fuel electrode paste. The viscosity of the fuel electrode paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. Moreover, SSC [(Sm, Sr) CoO 3 ] powder (0.1 to 10 μm, average particle size 3 μm) was used as an air electrode material, and a cellulosic varnish was mixed to prepare an air electrode paste. Similarly, the viscosity of the air electrode paste was set to 5 × 10 5 mPa · s suitable for the screen printing method.

また、電極体間を接続するインターコネクター用の材料としては、Au粉末(0.1〜5μm、平均粒径2.5μm)を使用し、これにセルロース系ワニスを混合してインターコネクター用ペーストを作製した。インターコネクター用ペーストの粘度はスクリーン印刷に適した5×105mPa・sとした。なお、集電体もインターコネクターと同様に形成した。 In addition, as an interconnector material for connecting the electrode bodies, Au powder (0.1 to 5 μm, average particle diameter 2.5 μm) is used, and a cellulose-based varnish is mixed therewith to form an interconnector paste. Produced. The viscosity of the interconnector paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. The current collector was formed in the same manner as the interconnector.

次に、電解質1上にスクリーン印刷法によって燃料極ペーストを1mmの間隔をおいて2個配置するように塗布した。このとき、外形の一辺が2700μm、内形の一辺が1950μmの矩形状の枠を形成するように燃料極ペーストを塗布した。塗布厚みは30μmとした。そして、130℃で15分間乾燥した後、1450℃で1時間焼結した。続いて、上記電解質1の同一面上に、空気極ペーストをスクリーン印刷法によって塗布した。このとき、上記各燃料極が形成する枠の内部に一つずつ、一辺が1550μmの矩形を形成するように、空気極ペーストを塗布した。そして、燃料極3と同様に、130℃で15分間乾燥した後、1200℃で1時間焼結した。   Next, two fuel electrode pastes were applied on the electrolyte 1 by screen printing so as to be arranged at intervals of 1 mm. At this time, the fuel electrode paste was applied so as to form a rectangular frame having an outer side of 2700 μm and an inner side of 1950 μm. The coating thickness was 30 μm. And after drying at 130 degreeC for 15 minutes, it sintered at 1450 degreeC for 1 hour. Subsequently, an air electrode paste was applied on the same surface of the electrolyte 1 by a screen printing method. At this time, the air electrode paste was applied so as to form a rectangle with one side of 1550 μm, one inside the frame formed by each fuel electrode. And like the fuel electrode 3, after drying for 15 minutes at 130 degreeC, it sintered at 1200 degreeC for 1 hour.

さらに、各燃料極の一部と重なるように、Auを主成分とするペーストを塗布し集電体とした。続いて、この集電体とは異なる燃料極上の位置に、R−Si(OC253(R:アルキル基)を主成分とするゾルゲルSiO2を印刷した後、150℃で乾燥し、絶縁層を形成した。その後、この絶縁層からはみ出さないようにAuペーストを塗布し、一方の電極体の空気極から電極体外部へ延びるインターコネクターを形成した。さらに、一方の電極体の燃料極との他方の電極体の空気極との間において、先ほど他方の電極体の燃料極に形成した絶縁層上を通るように、Au等の導電性ペーストからなるインターコネクターを形成し、2個の電極体を直列に接続した。Auペーストを塗布後、150℃で20分乾燥し、900℃にて2時間焼結した。こうして、実施例に係る燃料電池を得た。 Further, a paste containing Au as a main component was applied so as to overlap a part of each fuel electrode to obtain a current collector. Subsequently, sol-gel SiO 2 containing R—Si (OC 2 H 5 ) 3 (R: alkyl group) as a main component is printed at a position on the fuel electrode different from the current collector, and then dried at 150 ° C. An insulating layer was formed. Thereafter, an Au paste was applied so as not to protrude from the insulating layer, and an interconnector extending from the air electrode of one electrode body to the outside of the electrode body was formed. Further, it is made of a conductive paste such as Au so as to pass over the insulating layer formed on the fuel electrode of the other electrode body between the fuel electrode of one electrode body and the air electrode of the other electrode body. An interconnector was formed, and two electrode bodies were connected in series. After applying the Au paste, it was dried at 150 ° C. for 20 minutes and sintered at 900 ° C. for 2 hours. Thus, a fuel cell according to the example was obtained.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第1実施形態の平面図である。1 is a plan view of a first embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention. 図1の一部側面図である。It is a partial side view of FIG. 図1に係る固体酸化物形燃料電池の他の例を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing another example of the solid oxide fuel cell according to FIG. 1. 図1に係る固体酸化物形燃料電池の他の例を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing another example of the solid oxide fuel cell according to FIG. 1. 本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第2実施形態の平面図である。It is a top view of 2nd Embodiment of the solid oxide fuel cell which concerns on this invention. 図5の底面図である。FIG. 6 is a bottom view of FIG. 5. 図5の一部断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view of FIG. 5. 本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第3実施形態の平面図である。It is a top view of 3rd Embodiment of the solid oxide fuel cell which concerns on this invention. 図8の電池ユニットの底面図である。It is a bottom view of the battery unit of FIG. 図8の一部断面図である。FIG. 9 is a partial cross-sectional view of FIG. 8. 第3実施形態に係る燃料電池の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the fuel cell which concerns on 3rd Embodiment. 本発明に係る電極体の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the electrode body which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 電解質
3 燃料極
5 空気極
7 インターコネクター
1 Electrolyte 3 Fuel electrode 5 Air electrode 7 Interconnector

Claims (11)

電解質と、
燃料極及び空気極からなる複数の電極体とを備え、
前記各電極体は前記電解質の一方面に配置されており、両電極のうち一方の電極が他方の電極の周囲全体を所定間隔をおいて取り囲むように構成されており、
前記各電極体は、インターコネクターによって直列または並列に接続されており、
前記電解質には少なくとも一つの貫通孔が形成され、前記インターコネクターの少なくとも一部は、前記電解質の他方面に配置されており、
前記電解質の一方面の電極体と他方面のインターコネクターとは前記貫通孔を介して電気的に接続されている固体酸化物形燃料電池。
Electrolyte,
A plurality of electrode bodies comprising a fuel electrode and an air electrode;
Each of the electrode bodies is disposed on one surface of the electrolyte, and one electrode of both electrodes is configured to surround the entire periphery of the other electrode at a predetermined interval ,
Each of the electrode bodies is connected in series or in parallel by an interconnector,
At least one through hole is formed in the electrolyte, and at least a part of the interconnector is disposed on the other surface of the electrolyte;
A solid oxide fuel cell in which an electrode body on one surface of the electrolyte and an interconnector on the other surface are electrically connected via the through hole.
電解質と、
燃料極及び空気極からなる複数の電極体とを備え、
前記各電極体は前記電解質の一方面に配置されており、両電極のうち一方の電極が他方の電極の周囲全体を所定間隔をおいて取り囲むように構成されており、
前記各電極体は、インターコネクターによって直列または並列に接続されている固体酸化物形燃料電池と同一構成の電池ユニットを2個有し、
前記各電池ユニットにおける電解質には少なくとも一つの貫通孔がそれぞれ形成されており、
前記各電池ユニットにおける電解質はその他方面同士が対向するように配置され、前記各電池ユニットにおける電極体は前記貫通孔を介して電気的に接続されている固体酸化物形燃料電池。
Electrolyte,
A plurality of electrode bodies comprising a fuel electrode and an air electrode;
Each of the electrode bodies is disposed on one surface of the electrolyte, and one electrode of both electrodes is configured to surround the entire periphery of the other electrode at a predetermined interval ,
Each of the electrode bodies has two battery units having the same configuration as a solid oxide fuel cell connected in series or in parallel by an interconnector,
At least one through hole is formed in each electrolyte in each battery unit,
The electrolyte in each battery unit is disposed so that the other surfaces face each other, and the electrode body in each battery unit is electrically connected via the through hole.
前記各電池ユニットの電解質間に前記インターコネクターの少なくとも一部が配置されており、当該インターコネクターと前記電極体とは前記貫通孔を介して電気的に接続されている、請求項に記載の固体酸化物形燃料電池。 3. The interconnector according to claim 2 , wherein at least a part of the interconnector is disposed between the electrolytes of the battery units, and the interconnector and the electrode body are electrically connected via the through hole. Solid oxide fuel cell. 電解質と、
燃料極及び空気極からなる複数の電極体とを備え、
前記各電極体は前記電解質の一方面に配置されており、両電極のうち一方の電極が他方の電極の周囲全体を所定間隔をおいて取り囲むように構成されており、
前記各電極体は、インターコネクターによって直列または並列に接続されており、
前記電極体は、さらに前記電解質の他方面に複数個配置されており、
前記電解質には少なくとも一つの貫通孔が形成され、当該電解質の一方面及び他方面に配置されている電極体は前記貫通孔を介して電気的に接続されている、固体酸化物形燃料電池。
Electrolyte,
A plurality of electrode bodies comprising a fuel electrode and an air electrode;
Each of the electrode bodies is disposed on one surface of the electrolyte, and one electrode of both electrodes is configured to surround the entire periphery of the other electrode at a predetermined interval ,
Each of the electrode bodies is connected in series or in parallel by an interconnector,
A plurality of the electrode bodies are further arranged on the other surface of the electrolyte,
A solid oxide fuel cell, wherein at least one through hole is formed in the electrolyte, and electrode bodies disposed on one surface and the other surface of the electrolyte are electrically connected through the through hole.
前記インターコネクターは、前記電極体の一部と離間した状態で交差する交差区間を備えている請求項2から4のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。 5. The solid oxide fuel cell according to claim 2 , wherein the interconnector includes an intersecting section that intersects with a part of the electrode body in a separated state. 6. 前記交差区間は、導電性のワイヤーで構成されている請求項に記載の固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 5 , wherein the intersection section is formed of a conductive wire. 前記交差区間と電極体との間には、絶縁層が形成されている請求項5または6に記載の固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 5 or 6 , wherein an insulating layer is formed between the intersecting section and the electrode body. 電解質と、
燃料極及び空気極からなる複数の電極体とを備え、
前記各電極体は前記電解質の一方面に配置されており、両電極のうち一方の電極が他方の電極の周囲全体を所定間隔をおいて取り囲むように構成されており、
前記各電極体は、インターコネクターによって直列または並列に接続されており、
前記インターコネクターは、前記電極体の一部と離間した状態で交差する交差区間を備えている固体酸化物形燃料電池。
Electrolyte,
A plurality of electrode bodies comprising a fuel electrode and an air electrode;
Each of the electrode bodies is disposed on one surface of the electrolyte, and one electrode of both electrodes is configured to surround the entire periphery of the other electrode at a predetermined interval ,
Each of the electrode bodies is connected in series or in parallel by an interconnector,
The interconnector is a solid oxide fuel cell including an intersecting section that intersects with a part of the electrode body in a separated state .
前記交差区間は、導電性のワイヤーで構成されている請求項に記載の固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 8 , wherein the intersecting section is composed of a conductive wire. 前記交差区間と電極体との間には、絶縁層が形成されている請求項8または9に記載の固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 8 or 9 , wherein an insulating layer is formed between the intersecting section and the electrode body. 前記一方の電極が燃料極であり、他方の電極が空気極である、請求項1から10のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 10 , wherein the one electrode is a fuel electrode and the other electrode is an air electrode.
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