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JP5315656B2 - Stack structure of solid oxide fuel cell - Google Patents
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inter-connector for a solid oxide fuel cell capable of preventing fuel cells from shifting and stably stacking, and a stack structure using the same inter-connector for the solid oxide fuel cell. <P>SOLUTION: In the inter-connector for a plate-shaped solid oxide fuel cell wherein a fuel electrode and an air electrode are arranged to sandwich an electrolyte, the inter-connector comprises a support member forming a through-hole where a fuel cell is fitted in, and a gas supply member arranged to block the through-hole of the support member and forming a recessed gas passage on the surface opposite to the through-hole. A shoulder section supporting the fuel cell is formed on a side wall surface of the through-hole of the support member. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより動作する固体酸化物形燃料電池に用いられるインターコネクター、及びこれを用いて複数の固体酸化物形燃料電池をスタックしたスタック構造に関する。   The present invention relates to an interconnector used in a solid oxide fuel cell operated by a fuel gas and an oxidant gas, and a stack structure in which a plurality of solid oxide fuel cells are stacked using the interconnector.

燃料電池とは外部からの燃料供給と燃焼生成物の排気とを連続的に行いながら、燃料が酸化する際に発生する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる電池である。燃料電池の種類は電解質により分類され、電解質にイオン伝導性を持つ金属酸化物を用いたものを固体酸化物形燃料電池と呼んでいる。このような固体酸化物形燃料電池は、複数個準備され、スタック化されて用いられることが多い。例えば、特許文献1には、凹型の導電性支持板上に、燃料極、固体電解質、及び空気極を順次積層し、全体として凹型にした単セルが開示されている。導電性支持体は、内部にガス流路が形成されており、燃料極にガスを供給可能となっている。そして、この単セルをスタック化した場合には、凹部によって形成される空間が空気極用のガス流路となり、全体として二室型のスタック構造となる。また、特許文献2には、複数の固体酸化物形燃料電池を、スペーサを介して所定間隔をおいて配置した単室型のスタック構造が開示されている。このスタック構造では、スペーサにより、隣接する電池間に隙間を設けており、この隙間がガスを流通させる空間となる。
特開2007−173115号公報 特開2005−174662号公報
A fuel cell is a cell that can directly convert chemical energy generated when fuel is oxidized into electric energy while continuously supplying fuel from the outside and exhausting combustion products. The types of fuel cells are classified according to the electrolyte, and those using metal oxides having ion conductivity for the electrolyte are called solid oxide fuel cells. In many cases, a plurality of such solid oxide fuel cells are prepared and stacked. For example, Patent Document 1 discloses a single cell in which a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are sequentially stacked on a concave conductive support plate to form a concave shape as a whole. The conductive support has a gas flow path formed therein, and can supply gas to the fuel electrode. When the single cells are stacked, the space formed by the recesses serves as a gas flow path for the air electrode, resulting in a two-chamber stack structure as a whole. Patent Document 2 discloses a single-chamber stack structure in which a plurality of solid oxide fuel cells are arranged at predetermined intervals with spacers interposed therebetween. In this stack structure, a gap is provided between adjacent batteries by the spacer, and this gap becomes a space through which gas flows.
JP 2007-173115 A JP 2005-174661 A

しかしながら、上記のようなスタック構造では、隣接する電池間に隙間が形成されているため、スタック構造全体としては、剛性が低いという問題がある。例えば、振動などで電池がずれるおそれもあり、安定した出力を維持することが難しいという問題がある。   However, in the stack structure as described above, a gap is formed between adjacent batteries, so that there is a problem that the overall stack structure has low rigidity. For example, there is a possibility that the battery may be displaced due to vibration or the like, and there is a problem that it is difficult to maintain a stable output.

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、電池のズレを防止し、安定してスタック化することが可能な固体酸化物形燃料電池用インターコネクター、及びこれを用いたスタック構造を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and prevents the displacement of the battery, and can be stably stacked, and a stack using the same. The purpose is to provide a structure.

本発明は、電解質を挟むように燃料極および空気極が配置された板状の固体酸化物形燃料電池用のインターコネクターであって、上記課題を解決するためになされたものであり、前記燃料電池が嵌め込まれる貫通孔が形成された支持部材と、前記支持部材の貫通孔を塞ぐように配置され、当該貫通孔と対向する面に、凹状のガス流路が形成されたガス供給部材と、を備え、前記支持部材の貫通孔の側壁面には、前記燃料電池を支持する肩部が形成され、前記支持部材には、貫通孔の側壁から側端面に通じるガス流路が形成されているThe present invention is an interconnector for a plate-shaped solid oxide fuel cell in which a fuel electrode and an air electrode are arranged so as to sandwich an electrolyte, and has been made in order to solve the above problems. A support member having a through-hole into which a battery is fitted, a gas supply member that is disposed so as to close the through-hole of the support member, and has a concave gas flow path formed on a surface facing the through-hole; A shoulder for supporting the fuel cell is formed on the side wall surface of the through hole of the support member, and a gas flow path leading from the side wall of the through hole to the side end surface is formed on the support member. .

この構成によれば、燃料電池が嵌め込まれる貫通孔が形成され、この貫通孔の側壁面に燃料電池が支持される肩部が形成されている。これにより、燃料電池が貫通孔内に保持されるため、振動によるズレ、割れなどを防止することができる。また、肩部の上に燃料電池が配置されるため、この肩部にガラスシールなどの接着剤を塗布することで、ガスリ−クを防ぐと共に燃料電池をさらに強固に固定することができる。   According to this configuration, the through hole into which the fuel cell is fitted is formed, and the shoulder portion for supporting the fuel cell is formed on the side wall surface of the through hole. Thereby, since a fuel cell is hold | maintained in a through-hole, the shift | offset | difference by a vibration, a crack, etc. can be prevented. In addition, since the fuel cell is disposed on the shoulder, by applying an adhesive such as a glass seal to the shoulder, gas leak can be prevented and the fuel cell can be more firmly fixed.

また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池のスタック構造は、上記問題を解決するためになされたものであり、上述した複数のインターコネクター、または、電解質を挟むように燃料極および空気極が配置された板状の固体酸化物形燃料電池用の複数のインターコネクターであって、前記燃料電池が嵌め込まれる貫通孔が形成された支持部材と、前記支持部材の貫通孔を塞ぐように配置され、当該貫通孔と対向する面に、凹状のガス流路が形成されたガス供給部材と、を備え、前記支持部材の貫通孔の側壁面には、前記燃料電池を支持する肩部が形成されている、複数のインターコネクターと、前記各インターコネクターの貫通孔に嵌め込まれ、電解質を挟むように燃料極(アノード)および空気極(カソード)が配置された板状の固体酸化物形燃料電池と、隣接する前記インターコネクター間に配置される導電性部材と、を備え、隣接する前記インターコネクターは、当該各インターコネクターの前記支持部材とガス供給部材とが対向するように配置され、前記導電性部材は、前記貫通孔から外部を臨む燃料電池と、当該燃料電池と対向するガス供給部材とを接続する。 The stack structure of the solid oxide fuel cell according to the present invention is made in order to solve the above problem, and the fuel electrode and the air electrode are arranged so as to sandwich the plurality of interconnectors or the electrolyte. A plurality of interconnectors for a plate-shaped solid oxide fuel cell, the support member having a through-hole into which the fuel cell is fitted, and the through-hole of the support member. A gas supply member having a concave gas flow path formed on a surface facing the through hole, and a shoulder for supporting the fuel cell is formed on a side wall surface of the through hole of the support member. and has a plurality of interconnector, the fitted into the through holes of the interconnector, the fuel electrode so as to sandwich the electrolyte (the anode) and an air electrode (cathode) is arranged a plate-shaped solid oxide A fuel cell and a conductive member disposed between adjacent interconnectors, wherein the adjacent interconnectors are disposed such that the support member and the gas supply member of each interconnector face each other. The conductive member connects a fuel cell facing the outside through the through hole and a gas supply member facing the fuel cell.

上記スタック構造におけるインターコネクターにおいて、燃料電池とガス供給部材との間の接続は、種々の方法があるが、例えば、燃料電池においてガス供給部材側を臨む面と、ガス供給部材との間に、ガスの流通が可能な導電性部材を配置することで、接続することができる。このような導電性部材としては、例えば、多孔質の導電性材料や、導電性のメッシュ材料を用いることができる。   In the interconnector in the stack structure, there are various methods for connection between the fuel cell and the gas supply member. For example, between the surface facing the gas supply member side of the fuel cell and the gas supply member, It can connect by arrange | positioning the electroconductive member which can distribute | circulate gas. As such a conductive member, for example, a porous conductive material or a conductive mesh material can be used.

或いは、燃料電池の電解質においてガス供給部材側を向く面に、突出部を形成し、この突出部の先端に、燃料極または空気極を形成することができる。そして、この電極をガス供給部材に直接接触させてもよいし、シート状の集電体を介在させてもよい。   Alternatively, a protrusion can be formed on the surface of the fuel cell electrolyte facing the gas supply member, and a fuel electrode or an air electrode can be formed at the tip of the protrusion. The electrode may be in direct contact with the gas supply member, or a sheet-like current collector may be interposed.

支持部材及びガス供給部材は、種々の形状にすることができ、板状、シート状、ブロック状等にすることができ、また平面形状も矩形のほか、多角形状、円形等種々の形状にすることができる。   The support member and the gas supply member can have various shapes, such as a plate shape, a sheet shape, and a block shape, and the planar shape can be various shapes such as a polygonal shape and a circular shape in addition to a rectangular shape. be able to.

本発明によれば、電池のズレを防止し、安定してスタック化することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to prevent battery misalignment and stably stack.

以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池のスタック構造の一実施形態について図面にしたがって説明する。図1は本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池のスタック構造に用いられるインターコネクターの側断面図、図2は図1の平面図である。まず、インターコネクターについて説明する。   Hereinafter, an embodiment of a stack structure of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view of an interconnector used in a stack structure of a solid oxide fuel cell according to this embodiment, and FIG. 2 is a plan view of FIG. First, the interconnector will be described.

図1及び図2に示すように、このインターコネクターXは、燃料電池を支持する矩形状の支持部材1と、その下面に接合された矩形状のガス供給部材2とで構成され、両者とも導電性の材料で形成されている。支持部材1とガス供給部材2は、例えば、金属メッキの後、熱圧着することで接合することができる。ここで用いられる燃料電池3は、矩形の板状の電解質31の上面に薄膜状の燃料極33が形成され、下面に薄膜状の空気極32がそれぞれ形成されることで、構成されている。支持部材1には、燃料電池3と同じ形状の貫通孔11が形成されており、この貫通孔11に燃料電池3が嵌め込まれる。貫通孔11の内壁面の下部には、燃料電池3を支持する段状の肩部12が、貫通孔11の中心方向に四辺から突出している。燃料電池3の空気極32は、肩部12に接触しない大きさ、つまり肩部12によって狭められた貫通孔11からガス供給部材2を臨むような大きさに形成されている。したがって、肩部12には、燃料電池3の電解質31が接触しており、ここでは、ガラスシール(図示省略)によって、電解質31が肩部12に固定されている。このようなガラスシールによってシールすることにより、貫通孔11内では、燃料極33と空気極32との間のガスの流通が遮断される。また、貫通孔11の深さは、電解質31と燃料極33との合計厚さよりも、大きくなっており、燃料極33が貫通孔11から突出しないようになっている。   As shown in FIGS. 1 and 2, this interconnector X is composed of a rectangular support member 1 that supports the fuel cell and a rectangular gas supply member 2 joined to the lower surface thereof, both of which are conductive. It is made of sex material. The support member 1 and the gas supply member 2 can be joined by, for example, thermocompression bonding after metal plating. The fuel cell 3 used here is configured by forming a thin-film fuel electrode 33 on the upper surface of a rectangular plate-shaped electrolyte 31 and forming a thin-film air electrode 32 on the lower surface. A through hole 11 having the same shape as the fuel cell 3 is formed in the support member 1, and the fuel cell 3 is fitted into the through hole 11. At the lower part of the inner wall surface of the through hole 11, a shoulder shoulder 12 that supports the fuel cell 3 protrudes from the four sides in the center direction of the through hole 11. The air electrode 32 of the fuel cell 3 is formed to a size that does not contact the shoulder 12, that is, a size that faces the gas supply member 2 from the through hole 11 narrowed by the shoulder 12. Therefore, the electrolyte 31 of the fuel cell 3 is in contact with the shoulder 12, and here, the electrolyte 31 is fixed to the shoulder 12 by a glass seal (not shown). By sealing with such a glass seal, the gas flow between the fuel electrode 33 and the air electrode 32 is blocked in the through hole 11. Further, the depth of the through hole 11 is larger than the total thickness of the electrolyte 31 and the fuel electrode 33, so that the fuel electrode 33 does not protrude from the through hole 11.

一方、ガス供給部材2は、上面に複数の溝からなるガス流路21が平行に形成されており、ガス供給部材2の両側端部で開口している。このガス流路21は、支持部材1の貫通孔11と対向するように配置されており、ガス流路21を通過するガスが燃料電池3に供給されるようになっている。そして、空気極32と、ガス流路21との間の空間には、多孔質からなるシート状の集電体(導電性部材)4が配置されており、これによって、燃料電池3とガス供給部材2とが電気的に接続される。   On the other hand, in the gas supply member 2, gas flow paths 21 including a plurality of grooves are formed in parallel on the upper surface, and open at both end portions of the gas supply member 2. The gas passage 21 is disposed so as to face the through hole 11 of the support member 1, and the gas passing through the gas passage 21 is supplied to the fuel cell 3. A porous sheet-like current collector (conductive member) 4 is arranged in the space between the air electrode 32 and the gas flow path 21, and thereby the fuel cell 3 and the gas supply The member 2 is electrically connected.

続いて、スタック構造について説明する。図3は、スタック構造の側断面図である。同図に示すように、このスタック構造は、3個の固体酸化物形燃料電池3を、3個のインターコネクターXによってスタックするものである。各燃料電池は、上述したインターコネクターXに固定されている。このスタック構造では、隣接するインターコネクターXの支持部材1とガス供給部材2とが対向するように配置されている。対向する支持部材1と、ガス供給部材2との間には、絶縁性のスペーサ5が設けられ、隙間Sが形成されている。そして、その隙間Sを埋めるように、燃料電池3の燃料極33と、ガス供給部材2の下面との間には、多孔質からなるシート状の集電体(導電性部材)6が設けられている。これにより、3個の燃料電池が直列に接続される。 Next, the stack structure will be described. FIG. 3 is a side sectional view of the stack structure. As shown in the figure, this stack structure is such that three solid oxide fuel cells 3 are stacked by three interconnectors X. Each fuel cell 3 is fixed to the interconnector X described above. In this stack structure, the support member 1 and the gas supply member 2 of the adjacent interconnector X are arranged so as to face each other. An insulating spacer 5 is provided between the opposing support member 1 and the gas supply member 2, and a gap S is formed. A porous sheet-shaped current collector (conductive member) 6 is provided between the fuel electrode 33 of the fuel cell 3 and the lower surface of the gas supply member 2 so as to fill the gap S. ing. Thereby, three fuel cells are connected in series.

続いて、上記燃料電池を構成する材料について説明する。電解質31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、サマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物(GDC)、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物(YSZ)などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。   Subsequently, materials constituting the fuel cell will be described. As the material of the electrolyte 31, those known as electrolytes for solid oxide fuel cells can be used. For example, ceria oxide (GDC) doped with samarium or gadolinium, lanthanum doped with strontium or magnesium An oxygen ion conductive ceramic material such as a galide oxide, zirconia oxide (YSZ) containing scandium or yttrium can be used.

燃料極33及び空気極32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 33 and the air electrode 32 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33は、例えば、金属触媒と酸化物イオン導電体からなるセラミックス粉末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触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属(白金、ルテニウム、パラジウム等)等の還元性雰囲気中で安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極33を形成することが好ましい。なお、酸化物イオン導電体からなる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またはセラミックス材料へのニッケル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種類を単独で、或いは2種類以上を混合して使用することができる。また、燃料極33は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。 As the fuel electrode 33, for example, a mixture of a metal catalyst and a ceramic powder material made of an oxide ion conductor can be used. As the metal catalyst used at this time, a material that is stable in a reducing atmosphere, such as nickel, iron, cobalt, or a noble metal (platinum, ruthenium, palladium, etc.) and has hydrogen oxidation activity can be used. In addition, as the oxide ion conductor, one having a fluorite structure or a perovskite structure can be preferably used. Examples of those having a fluorite structure include ceria-based oxides doped with samarium, gadolinium, and the like, and zirconia-based oxides containing scandium and yttrium. In addition, examples of those having a perovskite structure include lanthanum galide oxides doped with strontium and magnesium. Of the above materials, the fuel electrode 33 is preferably formed of a mixture of an oxide ion conductor and nickel. The mixed form of the ceramic material made of the oxide ion conductor and nickel may be a physical mixed form, or may be a powder modification to nickel or a nickel modification to ceramic material. Good. Moreover, the ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. The fuel electrode 33 can also be configured using a metal catalyst alone.

空気極32を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型構造等を有するCo,Fe,Ni,Cr又はMn等からなる金属酸化物を用いることができる。具体的には(Sm,Sr)CoO,(La,Sr)MnO,(La,Sr)CoO,(La,Sr)(Fe,Co)O,(La,Sr)(Fe,Co,Ni)Oなどの酸化物が挙げられ、好ましくは、(La,Sr)(Fe,Co)Oである。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 air electrode 32, for example, a metal oxide made of Co, Fe, Ni, Cr, Mn or the like having a perovskite structure or the like 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, and (La, Sr) (Fe, Co) O 3 is preferable. The ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

上記燃料極33及び空気極32は、種々の方法で形成することができる。例えば、ウエットコ−ティング法或いは、ドライコーティング法によって形成することができる。ウエットコ−ティング法としては、スクリーン印刷法、電気泳動(EPD)法、ドクターブレード法、スプレーコート法、インクジェット法、スピンコ−ト法、ディップコート法等が例示できる。その際、これら燃料極33、空気極32は、ペースト状にする必要があり、上述した材料を主成分として、さらにバインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。より詳細には、上記主成分とバインダー樹脂との混合において、上記主成分が50〜95重量%となるように、バインダー樹脂等を加えることが好ましい。また、ドライコーティング法としては、例えば蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、化学気相成長(CVD)法、電気化学気相成長法、イオンビーム法、レーザーアブレーション法、大気圧プラズマ成膜法、減圧プラズマ成膜法等で形成することもできる。また、電解質は、上述の燃料極、及び空気極と同様の手法により形成することが可能であるが、ドライコーティング法やゾルゲル法により形成すれば、上記ウエットコ−ティング法よりも一般的に、低温で緻密な金属酸化物膜を形成できる。   The fuel electrode 33 and the air electrode 32 can be formed by various methods. For example, it can be formed by a wet coating method or a dry coating method. Examples of the wet coating method include a screen printing method, an electrophoresis (EPD) method, a doctor blade method, a spray coating method, an ink jet method, a spin coating method, and a dip coating method. At this time, the fuel electrode 33 and the air electrode 32 need to be paste-like, and are formed by adding appropriate amounts of a binder resin, an organic solvent, and the like with the above-described material as a main component. More specifically, it is preferable to add a binder resin or the like so that the main component is 50 to 95% by weight in the mixing of the main component and the binder resin. Examples of dry coating methods include vapor deposition, sputtering, ion plating, chemical vapor deposition (CVD), electrochemical vapor deposition, ion beam, laser ablation, and atmospheric pressure plasma deposition. Alternatively, it can be formed by a low pressure plasma film forming method or the like. In addition, the electrolyte can be formed by the same method as the above-described fuel electrode and air electrode. However, if formed by a dry coating method or a sol-gel method, the electrolyte is generally at a lower temperature than the wet coating method. A dense metal oxide film can be formed.

インターコネクターX及び集電体4,6は、導電性のある金属或いは金属酸化物材料からなり、Pt,Au,Ag,Ni,SUS系材料,又はLa(Cr,Mg)O,(La,Ca)CrO,(La,Sr)CrOなどのランタン・クロマイト系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 X and the current collectors 4 and 6 are made of a conductive metal or metal oxide material, and are made of Pt, Au, Ag, Ni, SUS materials, or La (Cr, Mg) O 3 , (La, It can be formed of lanthanum chromite materials such as Ca) CrO 3 and (La, Sr) CrO 3, and one of these may be used alone or a mixture of two or more. May be.

上記のように構成されたスタック構造では、次のように発電が行われる。まず、空気などの酸化剤ガスをインターコネクターX間の隙間Sに供給するとともに、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をガス供給部材2のガス流路21からスタック構造内に供給する。これにより、燃料ガス、及び酸化剤ガスがスタック構造内に進入し、各燃料電池3の燃料極33及び空気極32と個別に接触する。こうして、燃料極33及び空気極32がそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスと接触するため、燃料極33と空気極32との間で、電解質31を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。   In the stack structure configured as described above, power generation is performed as follows. First, an oxidant gas such as air is supplied to the gap S between the interconnectors X, and a fuel gas made of hydrocarbons such as hydrogen or methane or ethane is supplied from the gas flow path 21 of the gas supply member 2 into the stack structure. Supply. As a result, the fuel gas and the oxidant gas enter the stack structure and come into contact with the fuel electrode 33 and the air electrode 32 of each fuel cell 3 individually. Thus, since the fuel electrode 33 and the air electrode 32 are in contact with the fuel gas and the oxidant gas, respectively, oxygen ion conduction through the electrolyte 31 occurs between the fuel electrode 33 and the air electrode 32, and power generation is performed.

以上のように、本実施形態によれば、インターコネクターXに、燃料電池3が嵌め込まれる貫通孔11が形成され、この貫通孔11の側壁面に燃料電池が支持される肩部12が形成されている。これにより、燃料電池3が貫通孔11内に保持されるため、振動によるズレ、割れなどを防止することができる。また、肩部12の上に燃料電池3が配置されるため、この肩部12にガラスシールを塗布することで、燃料電池3をさらに強固に固定することができる。また、支持部材1とガス供給部材2とは、上述したように、金属メッキ及び熱圧着で接合されているため、シール材を用いる必要がなく、ガス漏れを防止することができる。   As described above, according to the present embodiment, the through-hole 11 into which the fuel cell 3 is fitted is formed in the interconnector X, and the shoulder 12 for supporting the fuel cell is formed on the side wall surface of the through-hole 11. ing. Thereby, since the fuel cell 3 is held in the through-hole 11, it is possible to prevent displacement and cracking due to vibration. Further, since the fuel cell 3 is disposed on the shoulder portion 12, the fuel cell 3 can be more firmly fixed by applying a glass seal to the shoulder portion 12. Moreover, since the support member 1 and the gas supply member 2 are joined by metal plating and thermocompression bonding as described above, it is not necessary to use a sealing material, and gas leakage can be prevented.

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、本発明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、二室型の燃料電池として用いたが、混合ガスを供給すれば、単室型として用いることもできる。この場合、貫通孔11の側壁からガス流路を形成し、支持部材1の側端面に開口するようにすれば、支持部材1の側面からガスを供給することができる。また、上記実施形態では、板状の電解質の上面及び下面に、薄膜状の燃料極及び空気極をそれぞれ形成した燃料電池を用いたが、これ以外にも、板状の燃料極または空気極を用い、他方の電極及び電解質を薄膜状に形成したいわゆる電極支持型の電池を用いることもできる。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the two-chamber type fuel cell is used. However, if a mixed gas is supplied, the single-chamber type can be used. In this case, the gas can be supplied from the side surface of the support member 1 by forming a gas flow path from the side wall of the through-hole 11 and opening the side end surface of the support member 1. Further, in the above embodiment, the fuel cell in which the thin-film fuel electrode and the air electrode are respectively formed on the upper surface and the lower surface of the plate-shaped electrolyte is used. It is also possible to use a so-called electrode-supported battery in which the other electrode and the electrolyte are formed in a thin film.

また、上記実施形態では、燃料電池の燃料極と、ガス供給部材との間の隙間に多孔質の集電体を充填しているが、メッシュ状の集電体を用いることもできる。または、電解質の形状を変更することもできる。例えば、図4に示すように、電解質31の一部を肩部12で狭められた貫通孔からガス供給部材2側へ突出させ、ガス供給部材2と接触させることもできる。このとき、ガス供給部材2との間に、シート状の集電体を配置することもできる。また、貫通孔は、燃料電池と同じ大きさでなくてもよく、燃料電池の側面の少なくとも一部と当接するような形状であってもよい。例えば、燃料電池の対向する側面と当接するような貫通孔であってもよく、この場合でも、燃料電池のズレを防止することできる。また、上記実施形態では、燃料極33が貫通孔11から突出しないように貫通孔の深さを設計しているが、貫通孔11の開口と、燃料極33の上面との高さが一致するようにしたり、或いは、燃料極33が突出するように貫通孔11の深さを調整することもできる。こうすることで、インターコネクター間に配置される集電体6と確実に接続することができる。 In the above embodiment, the porous current collector is filled in the gap between the fuel electrode of the fuel cell and the gas supply member, but a mesh-shaped current collector can also be used. Alternatively, the shape of the electrolyte can be changed. For example, as shown in FIG. 4, a part of the electrolyte 31 can be protruded from the through hole narrowed by the shoulder 12 toward the gas supply member 2 and brought into contact with the gas supply member 2. At this time, a sheet-like current collector may be disposed between the gas supply member 2 and the gas supply member 2. Further, the through hole does not have to be the same size as the fuel cell, and may have a shape that makes contact with at least a part of the side surface of the fuel cell. For example, it may be a through hole that comes into contact with the opposite side surfaces of the fuel cell. Even in this case, the fuel cell can be prevented from being displaced. In the above embodiment, the depth of the through hole is designed so that the fuel electrode 33 does not protrude from the through hole 11. However, the height of the opening of the through hole 11 and the upper surface of the fuel electrode 33 are the same. Alternatively, the depth of the through hole 11 can be adjusted so that the fuel electrode 33 protrudes. By doing so, the current collector 6 disposed between the interconnectors can be reliably connected.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池伸すタック構造に用いられるインターコネクターの実施形態を示す側断面図である。1 is a side sectional view showing an embodiment of an interconnector used in a tack structure for extending a solid oxide fuel cell according to the present invention. 図1のインターコネクターの平面図である。It is a top view of the interconnector of FIG. 図1のインターコネクターを用いたスタック構造の側断面図である。It is a sectional side view of the stack structure using the interconnector of FIG. 図1のインターコネクターの他の例を示す側断面図である。FIG. 7 is a side sectional view showing another example of the interconnector of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

X インターコネクター
1 支持部材
11 貫通孔
12 肩部
2 ガス供給部材
21 ガス流路
3 燃料電池
31 電解質
32 空気極
33 燃料極
X interconnector 1 support member 11 through hole 12 shoulder 2 gas supply member 21 gas flow path 3 fuel cell 31 electrolyte 32 air electrode 33 fuel electrode

Claims (4)

電解質を挟むように燃料極および空気極が配置された板状の固体酸化物形燃料電池用の複数のインターコネクターであって、前記燃料電池が嵌め込まれる貫通孔が形成された支持部材と、前記支持部材の貫通孔を塞ぐように配置され、当該貫通孔と対向する面に、凹状のガス流路が形成されたガス供給部材と、を備え、前記支持部材の貫通孔の側壁面には、前記燃料電池を支持する肩部が形成されている、複数のインターコネクターと、
前記各インターコネクターの貫通孔に嵌め込まれ、電解質を挟むように燃料極および空気極が配置された板状の固体酸化物形燃料電池と、
隣接する前記インターコネクター間に配置される導電性部材と、を備え、
隣接する前記インターコネクターは、当該各インターコネクターの前記支持部材とガス供給部材とが対向するように配置され、
前記導電性部材は、前記貫通孔から外部を臨む燃料電池と、当該燃料電池と対向する前記ガス供給部材とを接続する、固体酸化物形燃料電池のスタック構造。
A plurality of interconnectors for a plate-shaped solid oxide fuel cell in which a fuel electrode and an air electrode are arranged so as to sandwich an electrolyte, wherein the support member has a through-hole into which the fuel cell is fitted; and A gas supply member, which is disposed so as to close the through hole of the support member, and has a concave gas flow path formed on a surface facing the through hole, and on the side wall surface of the through hole of the support member, A plurality of interconnectors formed with shoulders for supporting the fuel cell;
A plate-shaped solid oxide fuel cell in which a fuel electrode and an air electrode are disposed so as to be fitted in the through holes of each of the interconnectors and sandwich the electrolyte;
A conductive member disposed between the adjacent interconnectors,
The adjacent interconnectors are arranged such that the support member and the gas supply member of each interconnector face each other,
The conductive member is a stack structure of a solid oxide fuel cell, which connects a fuel cell facing the outside from the through hole and the gas supply member facing the fuel cell.
前記支持部材には、貫通孔の側壁から側端面に通じるガス流路が形成されている、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池のスタック構造。The stack structure of a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a gas flow path leading from the side wall of the through hole to the side end surface is formed in the support member. 前記燃料電池において前記ガス供給部材側を臨む面と、前記ガス供給部材との間に、ガスの流通が可能な導電性部材が配置されている、請求項またはに記載の固体酸化物形燃料電池のスタック構造。 A surface facing the gas supply member side in the fuel cell, between the gas supply member, capable conductive member circulation of gas is arranged, the solid oxide according to claim 1 or 2 Fuel cell stack structure. 前記燃料電池の電解質において前記ガス供給部材側を向く面には、突出部が形成されており、当該突出部の先端に、燃料極または空気極が形成されている、請求項またはに記載の固体酸化物形燃料電池のスタック構造。 The surface facing the gas supply member side in the electrolyte of the fuel cell has protrusions formed at the tip of the protruding portion, the fuel electrode or the air electrode is formed, according to claim 1 or 2 Solid oxide fuel cell stack structure.
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