JP6426261B2 - Fuel cell - Google Patents
Fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP6426261B2 JP6426261B2 JP2017235789A JP2017235789A JP6426261B2 JP 6426261 B2 JP6426261 B2 JP 6426261B2 JP 2017235789 A JP2017235789 A JP 2017235789A JP 2017235789 A JP2017235789 A JP 2017235789A JP 6426261 B2 JP6426261 B2 JP 6426261B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- support substrate
- outer electrode
- active portion
- fuel cell
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池セルに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell.
燃料電池セルは、支持基板と、発電素子部とを有している。発電素子部は、燃料極、電解質、及び空気極を有している。空気極は、空気極活性部と、空気極集電部とを有している。空気極集電部は、空気極活性部上に配置されている。詳細には、空気極集電部は、支持基板の幅方向において、空気極活性部よりも大きく、空気極活性部の全体を覆うように構成されている。 The fuel cell has a support substrate and a power generation element portion. The power generation element unit has a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode. The air electrode has an air electrode active portion and an air electrode current collector. The cathode collecting portion is disposed on the cathode active portion. In detail, the air electrode current collecting portion is larger than the air electrode active portion in the width direction of the support substrate, and is configured to cover the entire air electrode active portion.
本発明の課題は、外側電極集電部の剥離を抑制することにある。 An object of the present invention is to suppress peeling of the outer electrode current collector.
本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、発電素子部と、を備えている。発電素子部は、内側電極、電解質、及び外側電極を有している。発電素子部は、支持基板に支持される。外側電極は、多孔質材料から構成される外側電極活性部と、外側電極活性部上に配置される外側電極集電部と、を有する。支持基板の幅方向において、外側電極集電部の両端は、外側電極活性部の両端よりも内側に配置される。 A fuel cell according to an aspect of the present invention includes a support substrate and a power generation element portion. The power generation element unit has an inner electrode, an electrolyte, and an outer electrode. The power generation element unit is supported by the support substrate. The outer electrode has an outer electrode active portion made of a porous material and an outer electrode current collector portion disposed on the outer electrode active portion. In the width direction of the support substrate, both ends of the outer electrode current collector are disposed inside the both ends of the outer electrode active portion.
本発明者は、従来の燃料電池セルにおいて、外側電極集電部の両端部が電解質上又は反応防止膜上に配置されていることが、外側電極集電部の剥離の要因の1つであることを見出した。すなわち、従来の燃料電池セルでは、外側電極活性部からの集電効率を高くするために、支持基板の幅方向において外側電極集電部は外側電極活性部の全体を覆うように構成されていた。このため、支持基板の幅方向において、外側電極集電部の両端部は、外側電極活性部の両端を越えて、電解質又は反応防止膜上に配置されていた。これに対して、本発明に係る燃料電池セルでは、支持基板の幅方向における外側電極集電部の両端は、外側電極活性部の両端よりも内側に配置されている。このため、外側電極集電部の両端部は、電解質又は反応防止膜上ではなく、外側電極活性部上に配置されている。ここで、緻密質材料から構成されている電解質膜又は反応防止膜上よりも、多孔質材料から構成される外側電極活性部上に配置された方が、外側電極集電部の両端部の接合強度が強くなる。そして、一般的に、外側電極集電部は、その両端部から剥離が生じる。このため、本発明に係る燃料電池セルは、外側電極集電部の剥離を抑制することができる。 The inventor of the present invention has found that in the conventional fuel cell, both ends of the outer electrode current collector are disposed on the electrolyte or on the reaction preventing film, which is one of the factors of peeling of the outer electrode current collector. I found out. That is, in the fuel cell of the related art, in order to increase the current collection efficiency from the outer electrode active portion, the outer electrode current collector is configured to cover the entire outer electrode active portion in the width direction of the support substrate. . For this reason, in the width direction of the support substrate, both ends of the outer electrode current collector portion are disposed on the electrolyte or the reaction prevention film beyond both ends of the outer electrode active portion. On the other hand, in the fuel cell according to the present invention, both ends of the outer electrode current collector in the width direction of the support substrate are disposed inside the both ends of the outer electrode active portion. For this reason, both ends of the outer electrode current collecting portion are disposed not on the electrolyte or the reaction preventing film but on the outer electrode active portion. Here, the connection between both ends of the outer electrode current collector is made on the outer electrode active portion made of a porous material, rather than on the electrolyte membrane or reaction preventive film made of a dense material. Strength becomes stronger. And generally, exfoliation occurs from the both ends of an outside electrode current collection part. For this reason, the fuel cell according to the present invention can suppress peeling of the outer electrode current collector.
好ましくは、内側電極は、内側電極集電部と、内側電極集電部上に配置される内側電極活性部と、を有する。そして、支持基板の幅方向において、外側電極活性部の両端は、内側電極活性部の両端よりも内側に配置される。 Preferably, the inner electrode has an inner electrode current collector and an inner electrode active portion disposed on the inner electrode current collector. And in the width direction of a support substrate, both ends of an outside electrode active part are arranged inside both ends of an inside electrode active part.
好ましくは、内側電極は燃料極であり、外側電極は空気極である。 Preferably, the inner electrode is a fuel electrode and the outer electrode is an air electrode.
好ましくは、支持基板の幅方向における外側電極集電部の両端は、支持基板の長手方向において交互に配置される複数の山部及び谷部を有する。各谷部は、支持基板の幅方向の内側に向けて凹む。 Preferably, both ends of the outer electrode current collector in the width direction of the support substrate have a plurality of peaks and valleys alternately arranged in the longitudinal direction of the support substrate. Each valley is recessed inward in the width direction of the support substrate.
好ましくは、支持基板の幅方向において、外側電極集電部の両端の谷部は、外側電極活性部の両端よりも内側に配置される。 Preferably, in the width direction of the support substrate, the valleys at both ends of the outer electrode current collector are disposed inside the both ends of the outer electrode active portion.
好ましくは、支持基板の幅方向において、外側電極集電部の両端の山部は、外側電極活性部の両端よりも外側に配置される。 Preferably, in the width direction of the support substrate, the peak portions at both ends of the outer electrode current collecting portion are disposed outside the both ends of the outer electrode active portion.
本発明によれば、外側電極集電部の剥離を抑制することができる。 According to the present invention, peeling of the outer electrode current collector can be suppressed.
以下、本発明に係る燃料電池セルを用いた燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、緻密質材料とは、ガスが通過しない程度の密度を有する材料を意味する。具体的には、緻密質材料とは、気孔率が10%以下の材料を意味する。また、多孔質材料とは、ガスが通過する程度の密度を有する材料を意味する。具体的には、多孔質材料とは、気孔率が20〜60%の材料を意味する。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell stack using a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the dense material means a material having such a density that gas does not pass. Specifically, the dense material means a material having a porosity of 10% or less. In addition, the porous material means a material having a density that allows gas to pass. Specifically, the porous material means a material having a porosity of 20 to 60%.
図1及び図2に示すように、燃料電池スタック100は、燃料マニホールド200と、複数の燃料電池セル301と、を備えている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
[燃料マニホールド]
図3に示すように、燃料マニホールド200は、燃料ガスを各燃料電池セル301に分配するように構成されている。燃料マニホールド200は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド200の内部空間には、導入管201を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド200は、互いに間隔をあけて並ぶ複数の貫通孔202を有している。各貫通孔202は、燃料マニホールド200の天板203に形成されている。各貫通孔202は、燃料マニホールド200の内部空間と外部とを連通する。
[Fuel manifold]
As shown in FIG. 3, the
[燃料電池セル]
図2に示すように、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200から延びている。詳細には、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200の天板203から上方(x軸方向)に延びている。すなわち、各燃料電池セル301の長手方向(x軸方向)は、上方に延びている。燃料電池セル301の基端部が貫通孔202に挿入されている。図4に示すように、燃料電池セル301は、複数の発電素子部10と、支持基板20とを備えている。
[Fuel cell]
As shown in FIG. 2, each
[支持基板]
支持基板20は、支持基板20の長手方向(x軸方向)に沿って延びる複数のガス流路21を内部に有している。各ガス流路21は、支持基板20の基端側から先端側に向かって延びている。各ガス流路21は、支持基板20の幅方向において、互いに間隔をあけて配置されている。各ガス流路21は、互いに実質的に平行に延びている。なお、基端側とは、ガス流路21のガス供給側を意味する。具体的には、燃料マニホールド200に燃料電池セル301を取り付けた場合において、その燃料マニホールド200に近い側を意味する。また、先端側とは、ガス流路21のガス供給側とは反対側を意味する。具体的には、燃料電池セル301を燃料マニホールド200に取り付けた場合において、その燃料マニホールド200から遠い側を意味する。例えば、本実施形態の図2では、下側が基端側であり、上側が先端側となる。
[Supporting substrate]
The
図5に示すように、支持基板20は、複数の第1凹部22を有している。各第1凹部22は、支持基板20の一対の主面23に形成されている。各第1凹部22は支持基板20の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第1凹部22は、支持基板20の幅方向(y軸方向)の両端部には形成されていない。
As shown in FIG. 5, the
支持基板20は、電子伝導性を有さない多孔質材料によって構成される。支持基板20は、例えば、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、支持基板20は、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とY2O3(イットリア)とから構成されてもよいし、MgO(酸化マグネシウム)とMgAl2O4(マグネシアアルミナスピネル)とから構成されてもよい。
The
[発電素子部]
各発電素子部10は、支持基板20の各主面23に支持されている。なお、各発電素子部10は、支持基板20の各主面23のどちらか一方のみに支持されていてもよい。各発電素子部10は、支持基板20の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル301は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。長手方向に隣り合う発電素子部10は、インターコネクタ31によって互いに電気的に接続されている。
[Power generation element]
Each power
発電素子部10は、燃料極4(内側電極の一例)、電解質5、及び空気極6(外側電極の一例)を有している。また、発電素子部10は、反応防止膜7をさらに有している。
The power
[燃料極]
燃料極4は、電子伝導性を有する多孔質材料から構成される焼成体である。燃料極4は、燃料極集電部41(内側電極集電部の一例)と燃料極活性部42(内側電極活性部の一例)とを有する。
[Fuel electrode]
The
[燃料極集電部]
燃料極集電部41は、第1凹部22内に配置されている。詳細には、燃料極集電部41は、第1凹部22内に充填されており、第1凹部22と同様の外形を有する。燃料極集電部41は、第2凹部411及び第3凹部412を有している。第2凹部411内には、燃料極活性部42が配置されている。また、第3凹部412には、インターコネクタ31が配置されている。
[Fuel electrode current collector]
The fuel electrode
燃料極集電部41は、電子伝導性を有する。燃料極集電部41は、燃料極活性部42よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部41は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
The
燃料極集電部41は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極集電部41は、NiO(酸化ニッケル)とY2O3(イットリア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とCSZ(カルシア安定化ジルコニア)とから構成されてもよい。燃料極集電部41の厚さ、及び第1凹部22の深さは、50〜500μm程度である。
The
[燃料極活性部]
燃料極活性部42は燃料極集電部41上に配置されている。詳細には、燃料極活性部42は、燃料極集電部41の第2凹部411内に配置されている。燃料極活性部42は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部42は、燃料極集電部41よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部42における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部41における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
[Fuel electrode active part]
The anode
燃料極活性部42は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極活性部42は、NiO(酸化ニッケル)とGDC(ガドリニウムドープセリア)とから構成されてもよい。燃料極活性部42の厚さは、5〜30μmである。
The fuel electrode
[電解質]
電解質5は、燃料極4上を覆うように配置されている。詳細には、電解質5は、あるインターコネクタ31から隣のインターコネクタ31まで長手方向に延びている。すなわち、支持基板20の長手方向(x軸方向)において、電解質5とインターコネクタ31とが交互に連続して配置されている。電解質5は、支持基板20の各主面23を覆うように構成されている。
[Electrolytes]
The
電解質5は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密質材料から構成される焼成体である。電解質5は、例えば、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、電解質5は、LSGM(ランタンガレート)から構成されてもよい。電解質5の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。
The
[反応防止膜]
反応防止膜7は、緻密質材料から構成される焼成体である。反応防止膜7は、電解質5と空気極活性部61との間に配置されている。反応防止膜7は、電解質5内のYSZと空気極6内のSrとが反応して電解質5と空気極6との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。
[Reactive film]
The
反応防止膜7は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜7は、例えば、GDC=(Ce,Gd)O2(ガドリニウムドープセリア)から構成され得る。反応防止膜7の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。
The
[空気極]
空気極6は、電子伝導性を有する多孔質材料から構成される焼成体である。空気極6は、電解質5を基準にして、燃料極4と反対側に配置されている。空気極6は、空気極活性部61(外側電極活性部の一例)と空気極集電部62(外側電極集電部の一例)とを有している。
[Air pole]
The
[空気極活性部]
空気極活性部61は、反応防止膜7上に配置されている。空気極活性部61は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部61は、空気極集電部62よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部61おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部62における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
[Air electrode active part]
The cathode
空気極活性部61は多孔質材料から構成される。空気極活性部61は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O3(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極活性部61は、LSF=(La,Sr)FeO3(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O3(ランタンニッケルフェライト)、又は、LSC=(La,Sr)CoO3(ランタンストロンチウムコバルタイト)等から構成されてもよい。空気極活性部61は、LSCFから構成される第1層(内側層)とLSCから構成される第2層(外側層)との2層によって構成されてもよい。なお、空気極活性部61の厚さは、例えば、10〜100μmである。
The cathode
[空気極集電部]
空気極集電部62は、空気極活性部61上に配置されている。また、空気極集電部62は、空気極活性部61から、隣の発電素子部に向かって延びている。なお、燃料極集電部41と空気極集電部62とは、支持基板20の長手方向(x軸方向)において、発電領域から互いに反対側に延びている。なお、発電領域とは、燃料極活性部42と電解質5と空気極活性部61とが重複する領域である。
[Air electrode collector]
The air
空気極集電部62は、電子伝導性を有する多孔質材料から構成される焼成体である。空気極集電部62は、空気極活性部61よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部62は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
The air electrode
空気極集電部62は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O3(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極集電部62は、LSC=(La,Sr)CoO3(ランタンストロンチウムコバルタイト)から構成されてもよい。或いは、空気極集電部62は、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)から構成されてもよい。なお、空気極集電部62の厚さは、例えば、50〜500μm程度である。
The air electrode
図6に示すように、支持基板20の幅方向(y軸方向)において、空気極集電部62の両端は、空気極活性部61の両端よりも内側に配置される。すなわち、空気極集電部62の幅w2は、空気極活性部61の幅w1よりも小さい。このため、空気極集電部62の両端部621は、空気極活性部61と接合している。なお、特に限定されるものではないが、支持基板20の幅方向(y軸方向)における、空気極集電部62の端と空気極活性部61の端との距離dは、0.01〜1mm程度とすることができる。
As shown in FIG. 6, in the width direction (y-axis direction) of the
また、支持基板20の幅方向(y軸方向)において、空気極活性部61の両端は、燃料極活性部42の両端よりも内側に配置される。すなわち、空気極活性部61の幅w1は、燃料極活性部42の幅w3よりも小さい。
Further, in the width direction (y-axis direction) of the
[インターコネクタ]
図5に示すように、インターコネクタ31は、支持基板20の長手方向(x軸方向)に隣り合う発電素子部10を電気的に接続するように構成されている。詳細には、一方の発電素子部10の空気極集電部62は、他方の発電素子部10に向かって延びている。また、他方の発電素子部10の燃料極集電部41は、一方の発電素子部10に向かって延びている。そして、インターコネクタ31は、一方の発電素子部10の空気極集電部62と、他方の発電素子部10の燃料極集電部41とを電気的に接続している。インターコネクタ31は、燃料極集電部41の第3凹部412内に配置されている。詳細には、インターコネクタ31は、第3凹部412内に埋設されている。
[Interconnector]
As shown in FIG. 5, the
インターコネクタ31は、電子伝導性を有する緻密質材料から構成される焼成体である。インターコネクタ31は、例えば、LaCrO3(ランタンクロマイト)から構成され得る。或いは、インターコネクタ31は、(Sr,La)TiO3(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコネクタ31の厚さは、例えば、10〜100μmである。
The
[集電部材]
以上のように構成された燃料電池セル301は、隣り合う燃料電池セル301と、集電部材302によって電気的に接続されている。図2に示すように、集電部材302は、一対の燃料電池セル301間に配置されている。そして、集電部材302は、厚さ方向(z軸方向)において隣り合う燃料電池セル301同士を電気的に接続するよう、導電性を有している。詳細には、集電部材302は、燃料電池セル301の基端側において、隣り合う燃料電池セル301同士を接続している。集電部材302は、基端側発電素子部10aよりも基端側に配置されている。詳細には、図7に示すように、集電部材302は、基端側発電素子部10aから延びる空気極集電部62上に配置されている。
[Current collecting member]
The
集電部材302は、例えば、直方体状又は円柱状などのようなブロック状である。集電部材302は、例えば、酸化物セラミックスの焼成体で構成されている。このような酸化物セラミックスとしては、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、(La,Sr)MnO3、又は(La,Sr)(Co,Fe)O3等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、(Mn,Co)3O4、又は(Mn,Fe)3O4等が挙げられる。この集電部材302は、例えば、可撓性を有していない。なお、集電部材302は、金属板などによって形成されていてもよい。
The
集電部材302は、第1接合材101によって、各燃料電池セル301に接合されている。すなわち、第1接合材101は、各集電部材302と各燃料電池セル301とを接合している。第1接合材101は、例えば、(Mn,Co)3O4、(La,Sr)MnO3又は(La,Sr)(Co,Fe)O3等よりなる群から選ばれる少なくとも1種である。
The
図2に示すように、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200に支持されている。詳細には、各燃料電池セル301は、第2接合材102によって、燃料マニホールド200の天板203に固定されている。より詳細には、図8に示すように、各燃料電池セル301の基端部が、燃料マニホールド200の貫通孔202に挿入されている。燃料電池セル301は、貫通孔202に挿入された状態で、第2接合材102によって燃料マニホールド200に固定されている。
As shown in FIG. 2, each
第2接合材102は、燃料電池セル301が挿入された状態の貫通孔202内に充填される。すなわち、第2接合材102は、燃料電池セル301の外周面と、貫通孔202を画定する壁面との隙間に充填される。第2接合材102は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、SiO2−B2O3系、SiO2−CaO系、又はSiO2−MgO系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合(結晶化度)が60%以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が40%未満のガラスを指す。なお、第2接合材102の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第2接合材102は、SiO2−MgO−B2O5−Al2O3系及びSiO2−MgO−Al2O3−ZnO系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
The
燃料マニホールド200から突出している各燃料電池セル301の長手方向(x軸方向)の長さは、100〜300mm程度とすることができる。また、各燃料電池セル301は、燃料電池セル301の厚さ方向(z軸方向)に間隔をあけて並んでいる。この燃料電池セル301同士の間隔は、1〜5mm程度とすることができる。
The length in the longitudinal direction (x-axis direction) of each of the
[発電方法]
以上のように構成された燃料電池スタック100は、次のようにして発電する。燃料マニホールド200を介して各燃料電池セル301のガス流路21内に燃料ガス(水素ガス等)を流すとともに、支持基板20の両面を酸素を含むガス(空気等)に曝す。
[Power generation method]
The
酸素を含むガスは、例えば、図9に示すように、支持基板20の幅方向(y軸方向)に沿って流れるように、基端側発電素子部10aよりも基端側に供給される。詳細には、燃料電池スタック100は、ガス供給部材400をさらに有している。ガス供給部材400は、各燃料電池セル301の間において、空気などのガスを供給するように構成されている。なお、ガス供給部材400から供給されたガスが効率的に上方へ流れるよう、案内板401がガス供給部材400と反対側に設置されていてもよい。案内板401は、平板状であって、燃料電池セル301の長手方向に延びるとともに、燃料電池セル301の厚さ方向に延びている。
For example, as shown in FIG. 9, the oxygen-containing gas is supplied to the proximal side of the proximal power
以上のように、燃料ガス、及び酸素を含むガスを供給された各発電素子部10において、電解質5の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック100を外部の負荷に接続すると、空気極6において下記(1)式に示す電気化学反応が起こり、燃料極4において下記(2)式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
(1/2)・O2+2e−→O2− …(1)
H2+O2−→H2O+2e− …(2)
発電状態においては、電流は、図10において矢印で示すように流れる。
As described above, in each of the power
(1/2) · O 2 + 2e − → O 2 − (1)
H 2 + O 2- → H 2 O + 2 e − (2)
In the power generation state, current flows as indicated by arrows in FIG.
[製造方法]
次に、上述したように構成された燃料電池セルの製造方法について説明する。図11から図17において、各部材の符号の末尾の「g」は、その部材が焼成前であることを示している。
[Production method]
Next, a method of manufacturing the fuel cell configured as described above will be described. In FIGS. 11 to 17, “g” at the end of the reference numeral of each member indicates that the member is before firing.
まず、図11に示すように、支持基板の成形体20gを作製する。この支持基板の成形体20gは、例えば、支持基板20の材料(例えば、CSZ)の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、押し出し成形、及び切削等の手法を利用して作製され得る。
First, as shown in FIG. 11, a molded
支持基板の成形体20gが作製されると、次に、図12に示すように、支持基板の成形体20gの各主面23に形成された各第1凹部22に、燃料極集電部の成形体41gを充填する。燃料極集電部の成形体41gは、例えば、上述した燃料極集電部41の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって作製される。
After the molded
次に、図13に示すように、燃料極集電部の成形体41gの各第2凹部411内に、燃料極活性部の成形膜42gを形成する。この成形膜42gは、例えば、上述した燃料極活性部42の材料の粉末にバインダーなどを添加して得られるスラリーを用いて、印刷法などによって形成される。
Next, as shown in FIG. 13, in each of the
また、各燃料極集電部の成形体41gの各第3凹部412内に、インターコネクタの成形膜31gを形成する。各インターコネクタの成形膜31gは、例えば、上述したインターコネクタ31の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。
Further, the molded
次に、図14に示すように、燃料極活性部の成形膜42g上に、電解質の成形膜5gを形成する。詳細には、電解質の成形膜5gの先端部は、インターコネクタの成形膜31g上に配置されている。また、別の電解質の成形膜5gの基端部も、同じインターコネクタの成形膜31g上に配置されている。これによって、燃料極集電部の成形体41g、及び燃料極活性部の成形膜42gが形成された状態の支持基板の成形体20gの各主面23は、インターコネクタの成形膜31g、及び電解質の成形膜5gによって覆われている。電解質の成形膜5gは、例えば、上述した電解質5の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法、又はディッピング法等によって形成される。
Next, as shown in FIG. 14, a molded
次に、図15に示すように、電解質の成形膜5g上に、反応防止膜の成形膜7gを形成する。各反応防止膜の成形膜7gは、例えば、上述した反応防止膜7の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。
Next, as shown in FIG. 15, the formed
そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体20gを、空気中にて1200〜1600℃程度で1〜10時間程度焼成する。これにより、空気極6が形成されていない状態の燃料電池セルが得られる。
Then, the molded
次に、図16に示すように、各反応防止膜7上に、空気極活性部の成形膜61gを形成する。各空気極活性部の成形膜61gは、例えば、上述した空気極活性部61の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。
Next, as shown in FIG. 16, a molded
次に、図17に示すように、空気極活性部の成形膜61g上に、空気極集電部の成形膜62gを形成する。詳細には、空気極集電部の成形膜62gは、空気極活性部の成形膜61gから隣の発電素子部に向かって延びるように形成される。また、支持基板20の幅方向(y軸方向)において、空気極集電部の成形膜62gの両端が空気極活性部の成形膜61gの両端を越えないように形成される。各空気極集電部の成形膜62gは、例えば、上述した空気極集電部62の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。
Next, as shown in FIG. 17, a formed
そして、このように空気極の成形膜61g、62gが形成された状態の支持基板20を、空気中にて900〜1200℃程度で1〜10時間程度焼成する。これによって、燃料電池セル301が完成する。
Then, the
[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれら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。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.
変形例1
上記実施形態では、燃料極集電部41が第2凹部411及び第3凹部412を有しているが、燃料極集電部41の構成はこれに限定されない。例えば、燃料極集電部41は第2凹部411及び第3凹部412などの凹部を有していなくてもよい。この場合、燃料極活性部42は、燃料極集電部41上に形成されており、燃料極集電部41に埋設されていない。また、インターコネクタ31は、燃料極集電部41上に形成されており、燃料極集電部41に埋設されていない。
Modification 1
In the said embodiment, although the fuel electrode
変形例2
上記実施形態では、複数の発電素子部10が支持基板20の長手方向に間隔をあけて配置されているが、燃料電池セル301の構成はこれに限定されない。例えば、支持基板20の主面23上には一つの発電素子部10のみが形成されていてもよい。すなわち、縦縞型の燃料電池セルであってもよい。
Modification 2
In the above embodiment, the plurality of power
変形例3
上記実施形態では、燃料極4を内側電極とし、空気極6を外側電極とする燃料電池セル301について説明したが、本発明に係る燃料電池セルの構成はこれに限定されない。例えば、燃料極4を外側電極とし、空気極6を内側電極とすることができる。
Modification 3
In the above embodiment, the
変形例4
上記実施形態では、支持基板20の幅方向(y軸方向)における空気極集電部62の両端は直線状に形成されているが、これに限定されない。例えば、支持基板20の幅方向における空気極集電部62の両端は、複数の山部622と、複数の谷部623とを有していてもよい。各山部622と各谷部623とは、支持基板20の長手方向(x軸方向)において交互に配置されている。なお、各谷部623は、支持基板20の幅方向の内側に向けて凹んでいる。
In the said embodiment, although the both ends of the air electrode
山部622及び谷部623は、空気極活性部61の両端よりも支持基板20の幅方向(y軸方向)において内側(図18の左側)に配置されている。なお、図19に示すように、支持基板20の幅方向(y軸方向)において、谷部623が空気極活性部61の両端よりも内側(図19の左側)に配置されている一方で、山部622は空気極活性部61の両端よりも外側(図19の右側)に配置されていてもよい。
The
301 燃料電池セル
10 発電素子部
4 燃料極
41 燃料極集電部
42 燃料極活性部
5 電解質
6 空気極
61 空気極活性部
62 空気極集電部
20 支持基板
Claims (7)
内側電極、電解質、及び外側電極を有し、前記支持基板に支持され、前記支持基板の長手方向に互いに間隔をあけて配置される複数の発電素子部と、
を備え、
前記外側電極は、多孔質材料から構成される外側電極活性部と、多孔質材料から構成されて前記外側電極活性部上に配置され前記外側電極活性部から隣の発電素子部に向かって延びる外側電極集電部と、を有し、
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極集電部の両端は、前記外側電極活性部の両端よりも内側に配置される、
燃料電池セル。
A supporting substrate,
A plurality of power generation element units having an inner electrode, an electrolyte, and an outer electrode, supported by the support substrate and spaced apart from each other in the longitudinal direction of the support substrate;
Equipped with
The outer electrode is an outer electrode active portion made of a porous material , and an outer side made of a porous material and disposed on the outer electrode active portion and extending from the outer electrode active portion toward the adjacent power generation element portion And an electrode current collector;
In the width direction of the support substrate, both ends of the outer electrode current collecting portion are disposed inside the both ends of the outer electrode active portion.
Fuel cell.
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極活性部の両端は、前記内側電極活性部の両端よりも内側に配置される、
請求項1に記載の燃料電池セル。
The inner electrode includes an inner electrode current collector, and an inner electrode active portion disposed on the inner electrode current collector.
In the width direction of the support substrate, both ends of the outer electrode active portion are disposed inward of both ends of the inner electrode active portion.
The fuel cell according to claim 1.
前記外側電極は、空気極である、
請求項1又は2に記載の燃料電池セル。
The inner electrode is a fuel electrode,
The outer electrode is an air electrode,
The fuel cell according to claim 1 or 2.
前記各谷部は、前記支持基板の幅方向の内側に向けて凹む、
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池セル。
Both ends of the outer electrode current collector in the width direction of the support substrate have a plurality of peaks and valleys alternately arranged in the longitudinal direction of the support substrate,
The valleys are recessed inward in the width direction of the support substrate.
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の燃料電池セル。
In the width direction of the support substrate, the valleys at both ends of the outer electrode current collecting portion are disposed inside the both ends of the outer electrode active portion.
The fuel cell according to claim 4.
請求項4又は5に記載の燃料電池セル。
In the width direction of the support substrate, the peak portions at both ends of the outer electrode current collecting portion are disposed outside the both ends of the outer electrode active portion.
A fuel cell according to claim 4 or 5.
内側電極、電解質、及び外側電極を有し、前記支持基板に支持される発電素子部と、
を備え、
前記外側電極は、多孔質材料から構成される外側電極活性部と、多孔質材料から構成されて前記外側電極活性部上に配置される外側電極集電部と、を有し、
前記支持基板の幅方向において、前記外側電極集電部の両端は、前記外側電極活性部の両端よりも内側に配置され、
前記支持基板の幅方向における前記外側電極集電部の両端は、前記支持基板の長手方向において交互に配置される複数の山部及び谷部を有し、
前記各谷部は、前記支持基板の幅方向の内側に向けて凹む、
燃料電池セル。
A supporting substrate,
A power generation element unit having an inner electrode, an electrolyte, and an outer electrode, and supported by the support substrate;
Equipped with
The outer electrode includes an outer electrode active portion made of a porous material , and an outer electrode current collector made of a porous material and disposed on the outer electrode active portion.
In the width direction of the support substrate, both ends of the outer electrode current collecting portion are disposed inside the both ends of the outer electrode active portion,
Both ends of the outer electrode current collector in the width direction of the support substrate have a plurality of peaks and valleys alternately arranged in the longitudinal direction of the support substrate,
The valleys are recessed inward in the width direction of the support substrate.
Fuel cell.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016239422 | 2016-12-09 | ||
| JP2016239422 | 2016-12-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018098203A JP2018098203A (en) | 2018-06-21 |
| JP6426261B2 true JP6426261B2 (en) | 2018-11-21 |
Family
ID=62633848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017235789A Expired - Fee Related JP6426261B2 (en) | 2016-12-09 | 2017-12-08 | Fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6426261B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112385065A (en) * | 2018-07-04 | 2021-02-19 | 上海旭济动力科技有限公司 | Fuel cell having fluid guide channel and method for manufacturing same |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002367633A (en) * | 2001-06-12 | 2002-12-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Connection method between cells in solid oxide fuel cell |
| JP4741815B2 (en) * | 2004-06-30 | 2011-08-10 | 京セラ株式会社 | Cell stack and fuel cell |
| KR101146568B1 (en) * | 2010-04-07 | 2012-05-16 | 한국과학기술원 | Stack of solid oxide fuel cell |
| JP5317024B2 (en) * | 2010-09-27 | 2013-10-16 | Toto株式会社 | Fuel cell stack unit |
| JP5709670B2 (en) * | 2011-06-29 | 2015-04-30 | 京セラ株式会社 | Fuel cell device |
-
2017
- 2017-12-08 JP JP2017235789A patent/JP6426261B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2018098203A (en) | 2018-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4955831B1 (en) | A joined body for electrically connecting the power generation parts of a solid oxide fuel cell | |
| JP6309152B1 (en) | Fuel cell | |
| JP6154042B1 (en) | Fuel cell stack | |
| JP6267300B1 (en) | Fuel cell | |
| JP6426261B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4932964B1 (en) | A joined body for electrically connecting the power generation parts of a solid oxide fuel cell | |
| JP6257721B1 (en) | Fuel cell | |
| JP6435032B1 (en) | Fuel cell | |
| JP2019215986A (en) | Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same | |
| JP6427652B2 (en) | Fuel cell | |
| JP6261799B1 (en) | Fuel cell stack and fuel cell | |
| JP6239707B1 (en) | Fuel cell stack and fuel cell | |
| JP6335267B2 (en) | Fuel cell stack | |
| JP6495533B1 (en) | Fuel cell | |
| JP6335233B2 (en) | Fuel cell | |
| JP6261690B1 (en) | Fuel cell | |
| JP2019215981A (en) | Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same | |
| JP6487600B1 (en) | Fuel cell | |
| JP6309587B2 (en) | Fuel cell | |
| JP6282323B1 (en) | Fuel cell | |
| JP6282324B1 (en) | Fuel cell | |
| JP6757777B2 (en) | Fuel cell and cell stack device | |
| JP6554587B1 (en) | Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same | |
| JP6554586B1 (en) | Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same | |
| JP2024129555A (en) | Cell stack equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180322 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180529 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180712 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180925 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181024 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6426261 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |