Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6867974B2 - Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6867974B2 - Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack - Google Patents

Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack Download PDF

Info

Publication number
JP6867974B2
JP6867974B2 JP2018078409A JP2018078409A JP6867974B2 JP 6867974 B2 JP6867974 B2 JP 6867974B2 JP 2018078409 A JP2018078409 A JP 2018078409A JP 2018078409 A JP2018078409 A JP 2018078409A JP 6867974 B2 JP6867974 B2 JP 6867974B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrochemical reaction
reaction unit
air electrode
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.)
Active
Application number
JP2018078409A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019186147A (en
Inventor
哲也 森川
哲也 森川
山本 享史
享史 山本
良二 谷村
良二 谷村
健太 江口
健太 江口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Morimura SOFC Technology Co Ltd
Original Assignee
Morimura SOFC Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Morimura SOFC Technology Co Ltd filed Critical Morimura SOFC Technology Co Ltd
Priority to JP2018078409A priority Critical patent/JP6867974B2/en
Publication of JP2019186147A publication Critical patent/JP2019186147A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6867974B2 publication Critical patent/JP6867974B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単位に関する。 The techniques disclosed herein relate to electrochemical reaction units.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の1つとして、固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFCの構成単位である燃料電池発電単位(以下、「発電単位」という)は、燃料電池単セル(以下、「単セル」という)を備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one of the fuel cells that generate electricity by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell power generation unit (hereinafter, referred to as “power generation unit”), which is a constituent unit of the SOFC, includes a fuel cell single cell (hereinafter, referred to as “single cell”). The single cell includes an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode that face each other in a predetermined direction with the electrolyte layer in between.

また、発電単位は、隣り合う他の発電単位との電気的接続を確保しつつ反応ガスの混合を防止する板状のインターコネクタと、インターコネクタと空気極との間に配置されて両者を電気的に接続する空気極側集電部材とを備える。従来、空気極側集電部材として複数の略四角柱状の導電性部材を用い、かつ、インターコネクタと該空気極側集電部材とが一体部材とされた構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。この構成では、該一体部材の内、平板形の部分がインターコネクタとして機能し、該平板形の部分から空気極に向けて突出するように形成された複数の凸部が空気極側集電部材として機能する。 In addition, the power generation unit is a plate-shaped interconnector that prevents mixing of the reaction gas while ensuring electrical connection with other adjacent power generation units, and is arranged between the interconnector and the air electrode to electrify both. It is provided with an air electrode side current collecting member to be connected. Conventionally, it is known that a plurality of substantially square columnar conductive members are used as the air electrode side current collecting member, and the interconnector and the air electrode side current collecting member are integrated members (for example, a patent). Reference 1). In this configuration, the flat plate-shaped portion of the integrated member functions as an interconnector, and a plurality of convex portions formed so as to project from the flat plate-shaped portion toward the air electrode are current collecting members on the air electrode side. Functions as.

特開2018−41570号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-41570

発電単位において、空気極に面する空気室におけるガス拡散性の低下を抑制したり、圧損の増大を抑制したりするためには、空気室の高さをある程度以上確保することが好ましい。上記従来のインターコネクタおよび空気極側集電部材の構成において、空気室の高さをある程度以上確保するために空気極側集電部材の高さをある程度以上にすると、空気極側集電部材の重量が増加し、その結果、例えば熱容量が大きくなって装置の起動性が低下するという課題がある。また、上記従来のインターコネクタと空気極側集電部材との一体部材は、一般に、プレス加工により作製されるため、空気極側集電部材の高さをある程度以上にするためには、プレス圧を大きくしたりプレス時間を長くしたりする必要があり、製造容易性の点で課題がある。 In the power generation unit, in order to suppress the decrease in gas diffusivity in the air chamber facing the air electrode and the increase in pressure loss, it is preferable to secure the height of the air chamber to some extent or more. In the conventional configuration of the interconnector and the air electrode side current collecting member, if the height of the air electrode side current collecting member is increased to some extent or more in order to secure the height of the air chamber to some extent or more, the air electrode side current collecting member becomes There is a problem that the weight is increased, and as a result, for example, the heat capacity is increased and the startability of the device is lowered. Further, since the integrated member of the conventional interconnector and the air electrode side current collecting member is generally manufactured by press working, the press pressure is required to increase the height of the air electrode side current collecting member to a certain level or more. It is necessary to increase the size and press time, which poses a problem in terms of ease of manufacture.

なお、このような課題は、インターコネクタと空気極との間に配置された空気極側集電部材に限らず、インターコネクタと燃料極との間に配置された燃料極側集電部材にも共通の課題である。また、このような課題は、燃料電池発電単位に限らず、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」という)の構成単位である電解セル単位にも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて、電気化学反応単位と呼ぶ。また、このような課題は、固体酸化物形に限らず、他のタイプの電気化学反応単位にも共通の課題である。 It should be noted that such a problem is not limited to the air electrode side current collector member arranged between the interconnector and the air electrode, but also to the fuel electrode side current collector member arranged between the interconnector and the fuel electrode. This is a common issue. Further, such a problem is not limited to the fuel cell power generation unit, but is a constituent unit of a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOEC”) that generates hydrogen by utilizing the electrolysis reaction of water. This is also a common issue for electrolytic cell units. In this specification, the fuel cell power generation unit and the electrolytic cell unit are collectively referred to as an electrochemical reaction unit. Moreover, such a problem is common not only to the solid oxide fuel cell but also to other types of electrochemical reaction units.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technique capable of solving the above-mentioned problems.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The techniques disclosed herein can be realized, for example, in the following forms.

(1)本明細書に開示される電気化学反応単位は、電解質層と前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極側に配置された板状のインターコネクタと、前記インターコネクタと前記特定電極との間に配置された導電性の集電部材と、を備える電気化学反応単位において、前記集電部材は、前記インターコネクタの表面に接する板状であり、前記第1の方向に延びる貫通孔が形成されたベース部と、前記第1の方向視で前記ベース部の前記貫通孔と重なるように配置され、前記特定電極の表面に接する板状の複数のセル接触部と、各前記セル接触部の端部と前記ベース部における前記貫通孔に面する端部とを結ぶ連接部と、を含み、前記電気化学反応単位は、さらに、弾性体により構成され、前記第1の方向において、前記ベース部の前記貫通孔内に収容され、かつ、前記インターコネクタの表面から各前記セル接触部の表面まで延びる形状のスペーサを備える。 (1) The electrochemical reaction unit disclosed in the present specification includes an electrochemical reaction single cell including an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween, and the electricity. A plate-shaped interconnector arranged on the specific electrode side of at least one of the air electrode and the fuel electrode of the chemical reaction single cell, and a collection of conductivity arranged between the interconnector and the specific electrode. In the electrochemical reaction unit including the electric member, the current collecting member has a plate-like shape in contact with the surface of the interconnector, and has a base portion having a through hole extending in the first direction and the first one. A plurality of plate-shaped cell contact portions that are arranged so as to overlap the through holes of the base portion and are in contact with the surface of the specific electrode, and the penetrations at the ends of the cell contact portions and the base portion. The electrochemical reaction unit is further composed of an elastic body and is housed in the through hole of the base portion in the first direction, including a connecting portion connecting an end facing the hole. Moreover, a spacer having a shape extending from the surface of the interconnector to the surface of each cell contact portion is provided.

本電気化学反応単位は、板状のインターコネクタと、インターコネクタと特定電極との間に配置された導電性の集電部材とを備える。集電部材は、インターコネクタの表面に接する板状のベース部と、特定電極の表面に接する板状の複数のセル接触部と、各セル接触部とベース部とを結ぶ連接部とを含む。そのため、本電気化学反応単位によれば、連接部の長さや角度を調整することによってベース部とセル接触部との間の距離を一定以上とすることにより、集電部材の重量の増加を抑制しつつ容易にガス室の高さを一定以上確保することができる。また、このような構成の集電部材は、例えば平板材料に対する打ち抜き加工や折り曲げ加工を行うことにより容易に作製することができるため、製造容易性の点でも優れている。 The electrochemical reaction unit includes a plate-shaped interconnector and a conductive current collecting member arranged between the interconnector and the specific electrode. The current collecting member includes a plate-shaped base portion in contact with the surface of the interconnector, a plurality of plate-shaped cell contact portions in contact with the surface of the specific electrode, and a connecting portion connecting each cell contact portion and the base portion. Therefore, according to this electrochemical reaction unit, the increase in the weight of the current collector member is suppressed by adjusting the length and angle of the connecting portion to keep the distance between the base portion and the cell contact portion above a certain level. However, the height of the gas chamber can be easily secured above a certain level. Further, since the current collector member having such a structure can be easily manufactured by, for example, punching or bending a flat plate material, it is also excellent in terms of ease of manufacture.

ただし、このような集電部材の構成では、集電部材の各位置における剛性(変形のしにくさ)が均一ではなくなる。具体的には、連接部の位置における集電部材の剛性が、セル接触部の位置における集電部材の剛性と比較して高くなる。そのため、電気化学反応単位に対して第1の方向の荷重が与えられると、集電部材の連接部付近に応力が集中し、これに起因して電気化学反応単セルの割れが発生するおそれがある。 However, in such a configuration of the current collecting member, the rigidity (difficulty of deformation) at each position of the current collecting member is not uniform. Specifically, the rigidity of the current collecting member at the position of the connecting portion is higher than the rigidity of the current collecting member at the position of the cell contact portion. Therefore, when a load is applied to the electrochemical reaction unit in the first direction, stress is concentrated near the connecting portion of the current collector member, which may cause cracking of the electrochemical reaction single cell. is there.

しかしながら、本電気化学反応単位は、弾性体により構成されたスペーサを備える。スペーサは、第1の方向において、集電部材のベース部の貫通孔内に収容されており、かつ、インターコネクタの表面から各セル接触部の表面まで延びる形状である。そのため、スペーサの存在により、集電部材の各セル接触部の剛性が補われ、その結果、連接部付近に応力が集中することを抑制することができ、電気化学反応単セルの割れが発生することを抑制することができる。 However, the electrochemical reaction unit includes a spacer made of an elastic body. The spacer is housed in the through hole of the base portion of the current collecting member in the first direction, and has a shape extending from the surface of the interconnector to the surface of each cell contact portion. Therefore, the presence of the spacer supplements the rigidity of the contact portion of each cell of the current collector member, and as a result, it is possible to suppress the concentration of stress near the connecting portion, and the electrochemical reaction single cell cracks. Can be suppressed.

さらに、本電気化学反応単位では、スペーサは、第1の方向においてインターコネクタの表面から各セル接触部の表面まで延びるような形状となっており、ベース部と重なっていない(ベース部に乗り上げていない)。そのため、スペーサがベース部に乗り上げた構成と比較して、集電部材の各位置での応力の集中を効果的に抑制することができ、電気化学反応単セルの割れが発生することを効果的に抑制することができる。 Further, in this electrochemical reaction unit, the spacer has a shape extending from the surface of the interconnector to the surface of each cell contact portion in the first direction, and does not overlap with the base portion (runs on the base portion). Absent). Therefore, as compared with the configuration in which the spacer rides on the base portion, the concentration of stress at each position of the current collecting member can be effectively suppressed, and it is effective that the electrochemical reaction single cell cracks. Can be suppressed.

このように、本電気化学反応単位によれば、集電部材の重量の増加を抑制しつつガス室の高さを一定以上確保することができ、また、集電部材の製造容易性を向上させることができると共に、電気化学反応単セルの割れが発生することを効果的に抑制することができる。 As described above, according to the present electrochemical reaction unit, it is possible to secure the height of the gas chamber to a certain level or more while suppressing the increase in the weight of the current collector member, and to improve the ease of manufacturing the current collector member. At the same time, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracking of the electrochemical reaction single cell.

(2)上記電気化学反応単位において、前記第1の方向における前記ベース部の厚さは、前記第1の方向における前記電気化学反応単セルの厚さの10分の1以上である構成としてもよい。本電気化学反応単位では、第1の方向におけるベース部の厚さが比較的厚い。ベース部の厚さが比較的厚い構成において、スペーサがベース部に乗り上げていると、スペーサがベース部に乗り上げた位置付近で応力が特に集中しやすい。本電気化学反応単位では、スペーサが、第1の方向においてインターコネクタの表面から各セル接触部の表面まで延びるような形状となっており、ベース部に乗り上げていないため、ベース部の厚さが比較的厚い構成においても、集電部材の各位置での応力の集中を効果的に抑制することができ、電気化学反応単セルの割れが発生することを効果的に抑制することができる。 (2) In the electrochemical reaction unit, the thickness of the base portion in the first direction may be one tenth or more of the thickness of the electrochemical reaction single cell in the first direction. Good. In this electrochemical reaction unit, the thickness of the base portion in the first direction is relatively thick. In a configuration in which the thickness of the base portion is relatively thick, when the spacer rides on the base portion, stress tends to be particularly concentrated near the position where the spacer rides on the base portion. In this electrochemical reaction unit, the spacer is shaped so as to extend from the surface of the interconnector to the surface of each cell contact portion in the first direction, and does not ride on the base portion, so that the thickness of the base portion is increased. Even in a relatively thick structure, the concentration of stress at each position of the current collecting member can be effectively suppressed, and the occurrence of cracking of the electrochemical reaction single cell can be effectively suppressed.

(3)上記電気化学反応単位において、各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、前記スペーサは、前記第2の方向に沿った移動が規制されるように、前記ベース部の前記貫通孔の内周面に当接している構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第2の方向におけるスペーサの位置ずれを抑制することができる。従って、本電気化学反応単位によれば、スペーサが第2の方向に位置ずれして一部のセル接触部と接しなくなり、該セル接触部に対応する連接部付近に応力が集中して電気化学反応単セルの割れが発生する、という事態の発生を抑制することができる。 (3) In the electrochemical reaction unit, the boundary between each cell contact portion and each said connecting portion is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction, and the spacer is the second. The structure may be such that the base portion is in contact with the inner peripheral surface of the through hole so that the movement along the direction of the base portion is restricted. According to the present electrochemical reaction unit, the displacement of the spacer in the second direction can be suppressed. Therefore, according to this electrochemical reaction unit, the spacer is displaced in the second direction and does not come into contact with a part of the cell contact portion, and the stress is concentrated in the vicinity of the connecting portion corresponding to the cell contact portion, and the electrochemical reaction is performed. It is possible to suppress the occurrence of a situation in which the reaction single cell is cracked.

(4)上記電気化学反応単位において、各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、前記スペーサは、前記第1の方向と前記第2の方向との両方に直交する第3の方向に沿った移動が規制されるように、前記ベース部の前記貫通孔の内周面に当接している構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第3の方向におけるスペーサの位置ずれを抑制することができる。スペーサが、第3の方向において連接部に近付く側にずれると、スペーサにより連接部の位置における剛性が高くなるため、連接部付近に応力が集中して電気化学反応単セルの割れが発生するおそれがある。反対に、スペーサが、第3の方向において連接部から遠ざかる側にずれると、スペーサによるセル接触部の位置における剛性の補強効果が低下するため、やはり連接部付近に応力が集中して電気化学反応単セルの割れが発生するおそれがある。本電気化学反応単位によれば、第3の方向におけるスペーサの位置ずれを抑制することができるため、電気化学反応単セルの割れが発生することを効果的に抑制することができる。 (4) In the electrochemical reaction unit, the boundary between each cell contact portion and each said connecting portion is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction, and the spacer is the first. The configuration may be such that the base portion is in contact with the inner peripheral surface of the through hole so that the movement along the third direction orthogonal to both the direction of the base portion and the second direction is restricted. According to the present electrochemical reaction unit, the displacement of the spacer in the third direction can be suppressed. If the spacer shifts toward the connecting portion in the third direction, the spacer increases the rigidity at the connecting portion, so that stress is concentrated near the connecting portion and cracking of the electrochemical reaction single cell may occur. There is. On the contrary, when the spacer is displaced to the side away from the connecting portion in the third direction, the effect of reinforcing the rigidity at the position of the cell contact portion by the spacer is reduced, so that the stress is also concentrated near the connecting portion and the electrochemical reaction occurs. There is a risk of single cell cracking. According to the present electrochemical reaction unit, the displacement of the spacer in the third direction can be suppressed, so that the occurrence of cracking of the electrochemical reaction single cell can be effectively suppressed.

(5)上記電気化学反応単位において、前記第1の方向において、前記インターコネクタと前記セル接触部における前記連接部側の一部分との間に、前記スペーサが存在しない空間が確保されている構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、スペーサが集電部材の連接部と干渉することを確実に抑制することができ、そのような干渉によってスペーサに圧縮以外の応力(せん断応力等)が加わってスペーサが損傷することを抑制することができる。 (5) In the electrochemical reaction unit, a space in which the spacer does not exist is secured between the interconnector and a part of the cell contact portion on the connecting portion side in the first direction. May be good. According to this electrochemical reaction unit, it is possible to reliably suppress the spacer from interfering with the connecting portion of the current collecting member, and such interference applies a stress other than compression (shear stress, etc.) to the spacer, and the spacer is used. Can be prevented from being damaged.

(6)上記電気化学反応単位において、各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、前記第1の方向と前記第2の方向との両方に直交する第3の方向における各前記セル接触部の前記連接部との境界とは反対側の端部は、前記第1の方向視で、前記スペーサと重なっている構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、スペーサの存在により、集電部材のセル接触部と特定電極との間の接触性(集電性)を向上させることができ、電気化学反応単位の電気的性能を向上させることができる。 (6) In the electrochemical reaction unit, the boundary between each cell contact portion and each connection portion is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction, and the first direction and the connection portion are described. The end of each cell contact portion in the third direction orthogonal to both of the second directions, which is opposite to the boundary with the connecting portion, overlaps the spacer in the first directional view. It may be configured. According to this electrochemical reaction unit, the presence of the spacer can improve the contact property (current collector property) between the cell contact portion of the current collector member and the specific electrode, and the electrical performance of the electrochemical reaction unit can be improved. Can be improved.

(7)上記電気化学反応単位において、各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、前記第1の方向と前記第2の方向との両方に直交する第3の方向における各前記セル接触部の前記連接部との境界とは反対側の端部は、前記第1の方向視で、前記スペーサと重なっていない構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、スペーサの厚さにばらつきがあっても、各セル接触部における連接部との境界とは反対側の端部付近において応力が集中することを抑制することができ、電気化学反応単セルの割れが発生することを抑制することができる。 (7) In the electrochemical reaction unit, the boundary between each cell contact portion and each connection portion is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction, and the first direction and the connection portion are described. The end of each cell contact portion in the third direction orthogonal to both of the second directions, which is opposite to the boundary with the connecting portion, does not overlap with the spacer in the first directional view. It may be configured. According to this electrochemical reaction unit, even if the thickness of the spacer varies, it is possible to suppress the concentration of stress near the end on the opposite side of the boundary with the connecting portion at each cell contact portion. , Electrochemical reaction It is possible to suppress the occurrence of cracking of a single cell.

(8)上記電気化学反応単位において、各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、前記ベース部には、前記第1の方向と前記第2の方向との両方に直交する第3の方向に並んで配置された複数の前記貫通孔が形成されており、前記電気化学反応単位は、前記複数の貫通孔に対応して設けられた、互いに離間した複数の前記スペーサを備える構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、複数の貫通孔に対応して設けられた複数のスペーサが互いに連結されている構成と比較して、スペーサによりガス室におけるガスの流れが阻害されることを抑制することができ、ガス拡散性を向上させたり、圧損を低減させたりすることができる。 (8) In the electrochemical reaction unit, the boundary between each cell contact portion and each connection portion is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction, and the base portion has the said. A plurality of the through holes arranged side by side in a third direction orthogonal to both the first direction and the second direction are formed, and the electrochemical reaction unit is formed in the plurality of through holes. A configuration may be configured in which a plurality of the spacers provided so as to be separated from each other are provided. According to this electrochemical reaction unit, the spacer suppresses the obstruction of the gas flow in the gas chamber as compared with the configuration in which a plurality of spacers provided corresponding to the plurality of through holes are connected to each other. It is possible to improve the gas diffusivity and reduce the pressure loss.

(9)上記電気化学反応単位において、各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、各前記セル接触部の前記第2の方向に沿った幅は、前記第1の方向と前記第2の方向との両方に直交する第3の方向に沿った幅より小さい構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第1の方向視で集電部材の全体面積に対して、集電機能を発揮するセル接触部の面積の合計を大きくしつつ、主たるガス流路となる面積を大きくすることができるため、電気化学反応単位の性能をさらに向上させることができる。 (9) In the electrochemical reaction unit, the boundary between each of the cell contact portions and each of the connecting portions is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction, and the cell contact portion of each of the cell contact portions. The width along the second direction may be smaller than the width along the third direction orthogonal to both the first direction and the second direction. According to this electrochemical reaction unit, the area that becomes the main gas flow path while increasing the total area of the cell contact portion that exerts the current collecting function with respect to the total area of the current collecting member in the first direction view. Can be increased, so that the performance of the electrochemical reaction unit can be further improved.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単位(燃料電池発電単位または電解セル単位)、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック(燃料電池スタックまたは電解セルスタック)、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technique disclosed in the present specification can be realized in various forms, for example, an electrochemical reaction unit (fuel cell power generation unit or electrolytic cell unit), and electricity having a plurality of electrochemical reaction units. It can be realized in the form of a chemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolytic cell stack), a method for producing them, and the like.

本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance structure of the fuel cell stack 100 in this embodiment. 図1のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position of II-II of FIG. 図1のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position of III-III of FIG. 図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図7および図8のVI−VIの位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the YZ cross-sectional structure of two power generation units 102 adjacent to each other at the position of VI-VI of FIG. 7 and FIG. 図4〜図6のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XY cross-sectional structure of the power generation unit 102 at the position of VII-VII of FIGS. 4 to 6. 図4〜図6のVIII−VIIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XY cross-sectional structure of the power generation unit 102 at the position of VIII-VIII of FIGS. 4 to 6. 第2実施形態における発電単位102aの構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the power generation unit 102a in 2nd Embodiment. 第1の変形例における空気極側集電部材134の構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the air electrode side current collecting member 134 in the 1st modification. 第2の変形例における空気極側集電部材134の構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the air electrode side current collecting member 134 in the 2nd modification. 第3の変形例における空気極側集電部材134の構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the air electrode side current collector 134 in the 3rd modification.

A.第1実施形態:
A−1.装置構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1(および後述する図7および図8)のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1(および後述する図7および図8)のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。また、本明細書では、Z軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。
A. First Embodiment:
A-1. Device configuration:
(Structure of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of the fuel cell stack 100 according to the present embodiment, and FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell stack 100 at the position II-II of FIG. 1 (and FIGS. 7 and 8 described later). It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure, and FIG. 3 is the explanatory view which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position III-III of FIG. 1 (and FIG. 7 and FIG. 8 described later). Each figure shows XYZ axes that are orthogonal to each other to identify the direction. In the present specification, for convenience, the Z-axis positive direction is referred to as an upward direction, and the Z-axis negative direction is referred to as a downward direction, but the fuel cell stack 100 is actually in a direction different from such an orientation. It may be installed. The same applies to FIGS. 4 and later. Further, in the present specification, the direction orthogonal to the Z-axis direction is referred to as a plane direction.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」という)102と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のエンドプレート104,106は、7つの発電単位102から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) fuel cell power generation units (hereinafter, simply referred to as “power generation units”) 102, and a pair of end plates 104 and 106. The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in the present embodiment). The pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an aggregate composed of seven power generation units 102 from above and below. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims.

図1に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(各発電単位102、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの外周の4つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート104から他方のエンドプレート106にわたって上下方向に延びるボルト孔109を構成している。各ボルト孔109にはボルト22が挿入されており、各ボルト22および図示しないナットによって燃料電池スタック100は締結されている。 As shown in FIG. 1, each layer is vertically penetrated around the four corners of the outer periphery of each layer (each power generation unit 102, end plate 104, 106) constituting the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction. The holes are formed, and the holes formed in each layer and corresponding to each other communicate with each other in the vertical direction to form a bolt hole 109 extending in the vertical direction from one end plate 104 to the other end plate 106. A bolt 22 is inserted into each bolt hole 109, and the fuel cell stack 100 is fastened by each bolt 22 and a nut (not shown).

また、図1〜図3に示すように、各発電単位102のZ軸方向回りの外周辺の付近には、各発電単位102を上下方向に貫通する孔が形成されており、各発電単位102に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位102にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために各発電単位102に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。 Further, as shown in FIGS. 1 to 3, holes are formed in the vicinity of the outer periphery of each power generation unit 102 around the Z-axis direction in the vertical direction, and each power generation unit 102 is formed. The holes corresponding to each other are vertically communicated with each other to form a communication hole 108 extending in the vertical direction over a plurality of power generation units 102. In the following description, the holes formed in each power generation unit 102 to form the communication holes 108 may also be referred to as communication holes 108.

図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の付近に位置する連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102の後述する空気室166に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の付近に位置する連通孔108は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へと排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。酸化剤ガスOGとしては、例えば空気が使用される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 100 is located near one side (the side on the positive side of the X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction. The communication hole 108 is a gas flow path in which the oxidant gas OG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 and the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 described later in each power generation unit 102. The communication hole 108 located near the side opposite to the side (the side on the negative side of the X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) is from the air chamber 166 of each power generation unit 102. It functions as an oxidant gas discharge manifold 162, which is a gas flow path for discharging the oxidant off gas OOG, which is the discharged gas, to the outside of the fuel cell stack 100. As the oxidant gas OG, for example, air is used.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102の後述する燃料室176に供給するガス流路である燃料ガス導入マニホールド171として機能し、上述した酸化剤ガス導入マニホールド161として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔108は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へと排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド172として機能する。燃料ガスFGとしては、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。 Further, as shown in FIGS. 1 and 3, among the sides constituting the outer periphery of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction, the vicinity of the side closest to the communication hole 108 functioning as the above-mentioned oxidant gas discharge manifold 162. In the other communication hole 108 located in, the fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100, and the fuel gas FG is introduced into the fuel gas flow path which is a gas flow path for supplying the fuel gas FG to the fuel chamber 176 described later in each power generation unit 102. The other communication holes 108 located near the side closest to the communication holes 108 that function as the manifold 171 and function as the oxidant gas introduction manifold 161 described above are the gases discharged from the fuel cell 176 of each power generation unit 102. It functions as a fuel gas discharge manifold 172, which is a gas flow path for discharging a certain fuel off-gas FOG to the outside of the fuel cell stack 100. As the fuel gas FG, for example, a hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas is used.

(エンドプレート104,106の構成)
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。図2および図3に示すように、下側のエンドプレート106には、4つの流路用貫通孔107が形成されている。4つの流路用貫通孔107は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス導入マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。
(Structure of end plates 104 and 106)
The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. One end plate 104 is arranged above the power generation unit 102 located at the top, and the other end plate 106 is arranged below the power generation unit 102 located at the bottom. A plurality of power generation units 102 are sandwiched by a pair of end plates 104 and 106 in a pressed state. The upper end plate 104 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower end plate 106 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100. As shown in FIGS. 2 and 3, four flow path through holes 107 are formed in the lower end plate 106. The four flow path through holes 107 communicate with the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel gas discharge manifold 172, respectively.

(ガス通路部材27等の構成)
図2および図3に示すように、燃料電池スタック100は、さらに、下側のエンドプレート106に対して複数の発電単位102とは反対側(すなわち、下側)に配置された4つのガス通路部材27を備える。4つのガス通路部材27は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス導入マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172と上下方向に重なる位置に配置されている。各ガス通路部材27は、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107に連通する孔が形成された本体部28と、本体部28の側面から分岐した筒状の分岐部29とを有している。分岐部29の孔は本体部28の孔と連通している。各ガス通路部材27の分岐部29には、ガス配管(図示せず)が接続される。なお、各ガス通路部材27の本体部28とエンドプレート106との間には、絶縁シート26が配置されている。絶縁シート26は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。
(Structure of gas passage member 27, etc.)
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell stack 100 further has four gas passages arranged on the opposite side (that is, the lower side) of the plurality of power generation units 102 with respect to the lower end plate 106. A member 27 is provided. The four gas passage members 27 are arranged at positions overlapping with the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel gas discharge manifold 172, respectively. Each gas passage member 27 has a main body portion 28 in which a hole communicating with the flow path through hole 107 of the lower end plate 106 is formed, and a tubular branch portion 29 branched from the side surface of the main body portion 28. doing. The hole of the branch portion 29 communicates with the hole of the main body portion 28. A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27. An insulating sheet 26 is arranged between the main body 28 of each gas passage member 27 and the end plate 106. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic dust sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite agent, or the like.

(発電単位102の構成)
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図6は、後述する図7および図8のVI−VIの位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。また、図7は、図4〜図6のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図8は、図4〜図6のVIII−VIIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。
(Structure of power generation unit 102)
FIG. 4 is an explanatory view showing an XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. 5 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of two power generation units 102, and FIG. 6 is the explanatory view which shows the YZ cross-sectional structure of two power generation units 102 which are adjacent to each other at the position of VI-VI of FIG. 7 and FIG. Is. Further, FIG. 7 is an explanatory view showing an XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of VII-VII of FIGS. 4 to 6, and FIG. 8 is a power generation unit at the position of VIII-VIII of FIGS. 4 to 6. It is explanatory drawing which shows the XY cross-sectional structure of 102.

図4〜図6に示すように、発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電部材134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電部材144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150におけるZ軸方向回りの周縁部には、上述した各マニホールド161,162,171,172として機能する連通孔108を構成する孔や、各ボルト孔109を構成する孔が形成されている。 As shown in FIGS. 4 to 6, the power generation unit 102 includes a single cell 110, a separator 120, an air pole side frame 130, an air pole side current collector 134, a fuel pole side frame 140, and a fuel pole side. It includes a current collector member 144 and a pair of interconnectors 150 that form the uppermost layer and the lowermost layer of the power generation unit 102. Holes forming communication holes 108 that function as the above-mentioned manifolds 161, 162, 171 and 172 on the peripheral edges of the separator 120, the air pole side frame 130, the fuel pole side frame 140, and the interconnector 150 around the Z-axis direction. Or, holes forming each bolt hole 109 are formed.

インターコネクタ150は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的接続を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止するための部材である。本実施形態では、インターコネクタ150における後述する空気極114に対向する側の表面が、導電性のコート151によって覆われている。コート151は、例えば、MnCoOやMnCo、ZnCo、ZnMnCoO、CuMnといったスピネル型酸化物により形成されている。インターコネクタ150の表面へのコート151の形成は、例えば、スプレーコート、インクジェット印刷、スピンコート、ディップコート、めっき、スパッタリング、溶射等の周知の方法で実行される。コート151の存在により、インターコネクタ150から空気極114側へのCr(クロム)の放出・拡散が抑制され、空気極114の表面にCrが付着して空気極114での電極反応速度が低下する「空気極114のCr被毒」と呼ばれる現象の発生が抑制される。以下の説明では、特記しない限り、「インターコネクタ150」は、「コート151に覆われたインターコネクタ150」を意味する。また、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。また、燃料電池スタック100は一対のエンドプレート104,106を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない(図2および図3参照)。 The interconnector 150 is a substantially rectangular flat plate-shaped conductive member, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 is a member for ensuring an electrical connection between the power generation units 102 and preventing mixing of the reaction gas between the power generation units 102. In the present embodiment, the surface of the interconnector 150 on the side facing the air electrode 114, which will be described later, is covered with the conductive coat 151. Coating 151, for example, it is formed by Mn 2 CoO 4 and MnCo 2 O 4, ZnCo 2 O 4, ZnMnCoO 4, spinel oxides such CuMn 2 O 4. The formation of the coat 151 on the surface of the interconnector 150 is performed by well-known methods such as spray coating, inkjet printing, spin coating, dip coating, plating, sputtering, and thermal spraying. The presence of the coat 151 suppresses the release and diffusion of Cr (chromium) from the interconnector 150 to the air electrode 114 side, Cr adheres to the surface of the air electrode 114, and the electrode reaction rate at the air electrode 114 decreases. The occurrence of a phenomenon called "Cr poisoning of the air electrode 114" is suppressed. In the following description, unless otherwise specified, "interconnector 150" means "interconnector 150 covered with coat 151". Further, in the present embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by two adjacent power generation units 102. That is, the upper interconnector 150 in a certain power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102. Further, since the fuel cell stack 100 includes a pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150 and is located at the bottom. The power generation unit 102 does not include the lower interconnector 150 (see FIGS. 2 and 3).

単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向(発電単位102が並ぶ配列方向)に互いに対向する空気極(カソード)114および燃料極(アノード)116とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で電解質層112および空気極114を支持する燃料極支持形の単セルである。 The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 facing each other in the vertical direction (arrangement direction in which the power generation units 102 are arranged) with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The single cell 110 of the present embodiment is a fuel pole support type single cell in which the fuel pole 116 supports the electrolyte layer 112 and the air pole 114.

電解質層112は、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層112は、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極114は、Z軸方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極114は、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄))により形成されている。本実施形態における空気極114は、特許請求の範囲における特定電極に相当する。燃料極116は、Z軸方向視で電解質層112と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極116は、例えば、Niと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子(例えば、YSZ)とからなるサーメットにより形成されている。このように、本実施形態の単セル110(発電単位102)は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。 The electrolyte layer 112 is a flat plate-shaped member that is substantially rectangular in the Z-axis direction, and is a dense layer. The electrolyte layer 112 is formed of, for example, a solid oxide such as YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), GDC (gadolinium-doped ceria), and perovskite-type oxide. There is. The air electrode 114 is a substantially rectangular flat plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and is a porous layer. The air electrode 114 is formed of, for example, a perovskite type oxide (for example, LSCF (lanternstrontium cobalt iron oxide), LSM (lanternstrontium manganese oxide), LNF (lantern nickel iron)). The air electrode 114 in this embodiment corresponds to a specific electrode in the claims. The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat plate-shaped member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and is a porous layer. The fuel electrode 116 is formed of, for example, a cermet composed of Ni and oxide ion conductive ceramic particles (for example, YSZ). As described above, the single cell 110 (power generation unit 102) of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte.

セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、ステンレス等の金属により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、電解質層112(単セル110)と接合されている。セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。なお、単セル110とセパレータ120との接合箇所付近に、空気室166と燃料室176との間をシールするシール部材(例えば、ガラスシール部材)がさらに設けられてもよい。 The separator 120 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is made of, for example, a metal such as stainless steel. The peripheral portion of the hole 121 in the separator 120 faces the peripheral edge of the surface of the electrolyte layer 112 on the side of the air electrode 114. The separator 120 is bonded to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a bonding portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag wax) arranged at the opposite portion thereof. The separator 120 partitions the air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, and a gas leak from one electrode side to the other electrode side at the peripheral edge of the single cell 110. It is suppressed. A seal member (for example, a glass seal member) that seals between the air chamber 166 and the fuel chamber 176 may be further provided near the joint between the single cell 110 and the separator 120.

図4〜図7に示すように、空気極側フレーム130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130は、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。空気極側フレーム130に形成された孔131によって、空気極114に面する空気室166が構成される。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス導入マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通流路132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通流路133とが形成されている。 As shown in FIGS. 4 to 7, the air electrode side frame 130 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 131 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, an insulator such as mica. Has been done. The air electrode side frame 130 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. .. The holes 131 formed in the air electrode side frame 130 form an air chamber 166 facing the air electrode 114. Further, the air electrode side frame 130 electrically insulates between the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102. Further, in the air electrode side frame 130, the oxidant gas supply communication flow path 132 that communicates the oxidant gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and the oxidant that communicates the air chamber 166 and the oxidant gas discharge manifold 162. A gas discharge communication flow path 133 is formed.

図4〜図6および図8に示すように、燃料極側フレーム140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、ステンレス等の金属により形成されている。燃料極側フレーム140は、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。燃料極側フレーム140に形成された孔141によって、燃料極116に面する燃料室176が構成される。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス導入マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通流路142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通流路143とが形成されている。 As shown in FIGS. 4 to 6 and 8, the fuel electrode side frame 140 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 141 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is, for example, a metal such as stainless steel. Is formed by. The fuel electrode side frame 140 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116. A hole 141 formed in the fuel electrode side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116. Further, in the fuel electrode side frame 140, a fuel gas supply communication flow path 142 that communicates the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication flow that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. A road 143 is formed.

図4〜図7に示すように、空気極側集電部材134は、インターコネクタ150と単セル110の空気極114との間に配置された導電性部材であり、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電部材134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における空気極側集電部材134は、上側のエンドプレート104に接触している。空気極側集電部材134は、このような構成であるため、空気極114とインターコネクタ150(またはエンドプレート104)とを電気的に接続する。空気極側集電部材134の構成については、後にさらに詳述する。 As shown in FIGS. 4 to 7, the air electrode side current collecting member 134 is a conductive member arranged between the interconnector 150 and the air electrode 114 of the single cell 110, and is formed of, for example, ferritic stainless steel. Has been done. The air pole side current collecting member 134 is in contact with the surface of the air pole 114 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 on the side facing the air pole 114. However, as described above, since the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, the air electrode side current collecting member 134 in the power generation unit 102 is the upper end plate. It is in contact with 104. Since the air electrode side current collecting member 134 has such a configuration, the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104) are electrically connected. The configuration of the air electrode side current collecting member 134 will be described in more detail later.

なお、本実施形態では、空気極側集電部材134は、上述したインターコネクタ150を覆うコート151と同様の導電性のコート38によって覆われている。これにより、空気極側集電部材134からのCrの放出・拡散が抑制され、空気極114のCr被毒の発生が抑制される。以下の説明では、特記しない限り、「空気極側集電部材134」は、「コート38に覆われた空気極側集電部材134」を意味する。また、本実施形態では、空気極側集電部材134と空気極114とは、導電性の接合層138により接合されている。接合層138は、例えば、MnCoOやMnCo、ZnCo、ZnMnCoO、CuMnといったスピネル型酸化物により形成されている。接合層138は、例えば、接合層用ペーストを空気極側集電部材134に印刷し、該接合層用ペーストを空気極114の表面に押し付けた状態で所定の条件で焼成を行うことにより、形成することができる。本明細書において、空気極側集電部材134が空気極114の表面に接するとは、空気極側集電部材134と空気極114との間を接合する接合層138を介して両者が接する状態を含む。 In the present embodiment, the air electrode side current collecting member 134 is covered with a conductive coat 38 similar to the coat 151 covering the above-mentioned interconnector 150. As a result, the release / diffusion of Cr from the current collecting member 134 on the air electrode side is suppressed, and the generation of Cr poisoning of the air electrode 114 is suppressed. In the following description, unless otherwise specified, the "air pole side current collecting member 134" means the "air pole side current collecting member 134 covered with the coat 38". Further, in the present embodiment, the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114 are bonded by a conductive bonding layer 138. The bonding layer 138 is formed of, for example, spinel-type oxides such as Mn 2 CoO 4 , Mn Co 2 O 4 , ZnCo 2 O 4 , ZnMn CoO 4 , and CuMn 2 O 4. The bonding layer 138 is formed, for example, by printing the bonding layer paste on the current collecting member 134 on the air electrode side and firing the bonding layer paste under predetermined conditions while pressing the bonding layer paste against the surface of the air electrode 114. can do. In the present specification, when the air electrode side current collecting member 134 is in contact with the surface of the air electrode 114, the two are in contact with each other via a bonding layer 138 that joins the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114. including.

図4〜図6および図8に示すように、燃料極側集電部材144は、インターコネクタ150と単セル110の燃料極116との間に配置された導電性部材であり、例えば、ニッケルまたはニッケル合金の箔またはメッシュ等により形成されている。燃料極側集電部材144は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における燃料極側集電部材144は、下側のエンドプレート106に接触している。燃料極側集電部材144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)とを電気的に接続する。燃料極側集電部材144の構成については、後にさらに詳述する。 As shown in FIGS. 4 to 6 and 8, the fuel electrode side current collecting member 144 is a conductive member arranged between the interconnector 150 and the fuel electrode 116 of the single cell 110, and is, for example, nickel or It is formed of nickel alloy foil or mesh. The fuel pole side current collecting member 144 is in contact with the surface of the fuel pole 116 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 on the side facing the fuel pole 116. However, as described above, since the power generation unit 102 located at the bottom of the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 150, the fuel electrode side current collecting member 144 in the power generation unit 102 is on the lower side. It is in contact with the end plate 106. Since the fuel pole side current collecting member 144 has such a configuration, the fuel pole 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106) are electrically connected to each other. The configuration of the fuel electrode side current collector 144 will be described in more detail later.

なお、燃料極側集電部材144と燃料極116とは、導電性の接合層により接合されていてもよく、その場合には、燃料極側集電部材144が燃料極116の表面に接するとは、燃料極側集電部材144と燃料極116との間を接合する接合層を介して両者が接する状態を含む。 The fuel electrode side current collector 144 and the fuel electrode 116 may be joined by a conductive bonding layer. In that case, when the fuel electrode side current collector 144 comes into contact with the surface of the fuel electrode 116. Includes a state in which the fuel electrode side current collector 144 and the fuel electrode 116 are in contact with each other via a bonding layer.

A−2.燃料電池スタック100の動作:
図2、図4および図7に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29、本体部28、および、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通流路132を介して、空気室166に供給される。また、図3、図5および図8に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29、本体部28、および、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通流路142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2, 4 and 7, the oxidant gas is passed through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. When the OG is supplied, the oxidant gas OG is delivered to the oxidant gas introduction manifold 161 via the branch portion 29 of the gas passage member 27, the main body portion 28, and the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106. Is supplied to the air chamber 166 from the oxidant gas introduction manifold 161 via the oxidant gas supply communication flow path 132 of each power generation unit 102. Further, as shown in FIGS. 3, 5 and 8, the fuel gas is passed through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. When the FG is supplied, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 via the branch portion 29 of the gas passage member 27, the main body portion 28, and the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106. Then, it is supplied from the fuel gas introduction manifold 171 to the fuel chamber 176 via the fuel gas supply communication flow path 142 of each power generation unit 102.

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGに含まれる酸素と燃料ガスFGに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は空気極側集電部材134を介して一方のインターコネクタ150に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電部材144を介して他方のインターコネクタ150に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するエンドプレート104,106から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば700℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, oxygen contained in the oxidant gas OG and hydrogen contained in the fuel gas FG in the single cell 110 are supplied. Power is generated by the electrochemical reaction with. This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air pole 114 of the single cell 110 is electrically connected to one of the interconnectors 150 via the air pole side current collector 134, and the fuel pole 116 is via the fuel pole side current collector 144. It is electrically connected to the other interconnector 150. Further, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electric energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function as the output terminals of the fuel cell stack 100. Since the SOFC generates electricity at a relatively high temperature (for example, 700 ° C. to 1000 ° C.), the fuel cell stack 100 is a heater (for example, after the start-up, until the high temperature can be maintained by the heat generated by the power generation. It may be heated by (not shown).

各発電単位102の空気室166から排出された酸化剤オフガスOOGは、図2、図4および図7に示すように、酸化剤ガス排出連通流路133を介して酸化剤ガス排出マニホールド162に排出され、さらに下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。また、各発電単位102の燃料室176から排出された燃料オフガスFOGは、図3、図5および図8に示すように、燃料ガス排出連通流路143を介して燃料ガス排出マニホールド172に排出され、さらに下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、燃料ガス排出マニホールド172の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示しない)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。 The oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 is discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 via the oxidant gas discharge communication flow path 133 as shown in FIGS. 2, 4 and 7. Then, it is connected to the branch portion 29 via the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106 and the oxidant gas discharge manifold 162. It is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via the gas pipe (not shown). Further, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 via the fuel gas discharge communication flow path 143 as shown in FIGS. 3, 5, and 8. Further, it was connected to the branch portion 29 via the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106, the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas discharge manifold 172. It is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown).

なお、本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102では、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向(図7に示すように、X軸正方向側からX軸負方向側に向かう方向)と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向(図8に示すように、X軸負方向側からX軸正方向側に向かう方向)とが、略反対方向(互いに対向する方向)となっている。すなわち、本実施形態の発電単位102(燃料電池スタック100)は、カウンターフロータイプのSOFCである。 In each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the main flow direction of the oxidizing agent gas OG in the air chamber 166 (as shown in FIG. 7, from the X-axis positive direction side to the X-axis negative direction side). (Direction toward) and the main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 (direction from the negative X-axis side to the positive X-axis side as shown in FIG. 8) are substantially opposite directions (directions facing each other). ). That is, the power generation unit 102 (fuel cell stack 100) of the present embodiment is a counterflow type SOFC.

A−3.燃料極側集電部材144の詳細構成:
次に、燃料極側集電部材144の詳細構成について説明する。図4〜図6および図8に示すように、燃料極側集電部材144は、ベース部146と、複数のセル接触部145と、複数の連接部147とを有している。
A-3. Detailed configuration of the fuel electrode side current collector 144:
Next, the detailed configuration of the fuel electrode side current collector 144 will be described. As shown in FIGS. 4 to 6 and 8, the fuel electrode side current collecting member 144 has a base portion 146, a plurality of cell contact portions 145, and a plurality of connecting portions 147.

燃料極側集電部材144のベース部146は、インターコネクタ150(またはエンドプレート106、以下同様)における燃料極116に対向する側の表面に接し、かつ、インターコネクタ150と電気的に接続された板状部分である。ベース部146は、例えばレーザ溶接や抵抗溶接によって、インターコネクタ150に接合されている。ベース部146には、ベース部146を厚さ方向に貫通する(すなわち、Z軸方向に延びる)複数の貫通孔40が形成されている。 The base portion 146 of the fuel pole side current collector 144 is in contact with the surface of the interconnector 150 (or the end plate 106, the same applies hereinafter) on the side facing the fuel pole 116, and is electrically connected to the interconnector 150. It is a plate-shaped part. The base portion 146 is joined to the interconnector 150 by, for example, laser welding or resistance welding. The base portion 146 is formed with a plurality of through holes 40 that penetrate the base portion 146 in the thickness direction (that is, extend in the Z-axis direction).

燃料極側集電部材144の各セル接触部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接し、かつ、燃料極116と電気的に接続された板状部分である。Z軸方向視での各セル接触部145の形状は、略矩形である。また、複数のセル接触部145は、Z軸方向視で、X方向およびY方向に沿った格子状に配置されている。各セル接触部145は、Z軸方向においてベース部146と重なるように配置されている。 Each cell contact portion 145 of the fuel pole side current collector 144 is a plate-shaped portion of the fuel pole 116 that is in contact with the surface of the fuel pole 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and is electrically connected to the fuel pole 116. Is. The shape of each cell contact portion 145 in the Z-axis direction is substantially rectangular. Further, the plurality of cell contact portions 145 are arranged in a grid pattern along the X direction and the Y direction in the Z-axis direction. Each cell contact portion 145 is arranged so as to overlap the base portion 146 in the Z-axis direction.

燃料極側集電部材144の各連接部147は、各セル接触部145の端部とベース部146における貫通孔40に面する端部とを結ぶ板状部分である。 Each connecting portion 147 of the fuel electrode side current collecting member 144 is a plate-shaped portion connecting the end portion of each cell contact portion 145 and the end portion of the base portion 146 facing the through hole 40.

このように、燃料極側集電部材144は、インターコネクタ150と電気的に接続されたベース部146と、燃料極116と電気的に接続された複数のセル接触部145と、各セル接触部145とベース部146とを結ぶ連接部147とを有するため、上述したように、燃料極116とインターコネクタ150との間を電気的に接続する。 As described above, the fuel electrode side current collecting member 144 includes a base portion 146 electrically connected to the interconnector 150, a plurality of cell contact portions 145 electrically connected to the fuel electrode 116, and each cell contact portion. Since it has a connecting portion 147 connecting the 145 and the base portion 146, the fuel electrode 116 and the interconnector 150 are electrically connected as described above.

このような構成の燃料極側集電部材144は、例えば、図8における部分拡大図に示すように、燃料極側集電部材144作製用の平板材料に対して打ち抜き加工を行うことによって、完成状態において各セル接触部145および各連接部147となる矩形領域のそれぞれの3辺に切り込みを入れ、次に、打ち抜き加工後の平板材料に対して折り曲げ加工を行うことによって各セル接触部145および各連接部147を形成することにより、作製することができる。なお、図8における部分拡大図では、燃料極側集電部材144の作製方法を示すため、一部、折り曲げ加工前の状態が示されている。 The fuel electrode side current collector 144 having such a configuration is completed, for example, by punching a flat plate material for manufacturing the fuel electrode side current collector 144, as shown in the partially enlarged view in FIG. In the state, cuts are made in each of the three sides of the rectangular region that becomes each cell contact portion 145 and each connecting portion 147, and then the flat plate material after the punching process is bent to form each cell contact portion 145 and each connecting portion 147. It can be manufactured by forming each connecting portion 147. In the partially enlarged view of FIG. 8, in order to show the method of manufacturing the fuel electrode side current collector 144, a part of the state before the bending process is shown.

燃料極側集電部材144の各セル接触部145とベース部146との間には、例えばマイカ等の弾性材料(弾性体)により形成された燃料極側スペーサ149が配置されている。燃料極側スペーサ149の存在により、燃料極側集電部材144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電部材144を介した燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)との電気的接続が良好に維持される。 A fuel pole side spacer 149 formed of an elastic material (elastic body) such as mica is arranged between each cell contact portion 145 and the base portion 146 of the fuel pole side current collector member 144. Due to the presence of the fuel pole side spacer 149, the fuel pole side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and the reaction gas pressure fluctuation, and the fuel pole 116 and the interconnector via the fuel pole side current collector 144. Good electrical connection with 150 (or end plate 106) is maintained.

A−4.空気極側集電部材134の詳細構成:
次に、空気極側集電部材134の詳細構成について説明する。図4〜図7に示すように、空気極側集電部材134は、ベース部136と、複数のセル接触部135と、複数の連接部137とを有している。
A-4. Detailed configuration of the air electrode side current collector 134:
Next, the detailed configuration of the air electrode side current collecting member 134 will be described. As shown in FIGS. 4 to 7, the air electrode side current collecting member 134 has a base portion 136, a plurality of cell contact portions 135, and a plurality of connecting portions 137.

空気極側集電部材134のベース部136は、インターコネクタ150(またはエンドプレート104、以下同様)における空気極114に対向する側の表面に接し、かつ、インターコネクタ150と電気的に接続された板状部分である。本実施形態では、ベース部136の厚さ(Z軸方向における大きさ)は、単セル110の厚さの10分の1以上である。なお、ベース部136の厚さは、空気室166の高さ(空気極114の表面からインターコネクタ150の表面までの距離)の2分の1以下であることが好ましい。ベース部136の厚さは、例えば、0.1mm〜0.5mmである。ベース部136は、例えばレーザ溶接や抵抗溶接により、インターコネクタ150に接合されている。ベース部136には、ベース部136を厚さ方向に貫通する(すなわち、Z軸方向に延びる)複数の貫通孔30が形成されている。図7に示すように、本実施形態では、ベース部136に形成された各貫通孔30は、X軸方向に長い形状の孔である。また、ベース部136において、複数の貫通孔30はY軸方向に並ぶように配置されている。 The base portion 136 of the air electrode side current collecting member 134 is in contact with the surface of the interconnector 150 (or the end plate 104, the same applies hereinafter) on the side facing the air electrode 114, and is electrically connected to the interconnector 150. It is a plate-shaped part. In the present embodiment, the thickness of the base portion 136 (the size in the Z-axis direction) is one tenth or more of the thickness of the single cell 110. The thickness of the base portion 136 is preferably less than half the height of the air chamber 166 (distance from the surface of the air electrode 114 to the surface of the interconnector 150). The thickness of the base portion 136 is, for example, 0.1 mm to 0.5 mm. The base portion 136 is joined to the interconnector 150 by, for example, laser welding or resistance welding. The base portion 136 is formed with a plurality of through holes 30 that penetrate the base portion 136 in the thickness direction (that is, extend in the Z-axis direction). As shown in FIG. 7, in the present embodiment, each through hole 30 formed in the base portion 136 is a hole having a long shape in the X-axis direction. Further, in the base portion 136, the plurality of through holes 30 are arranged so as to be arranged in the Y-axis direction.

空気極側集電部材134の各セル接触部135は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接し、かつ、空気極114と電気的に接続された板状部分である。Z軸方向視での各セル接触部135の形状は、略矩形である。また、複数のセル接触部135は、Z軸方向視で、X方向およびY方向に沿った格子状に配置されている。各セル接触部135は、Z軸方向においてベース部136に形成された貫通孔30と重なるように配置されている。本実施形態では、各セル接触部135のX軸方向に沿った幅W1は、Y軸方向に沿った幅W2より小さい。また、各セル接触部135のY軸正方向側の端部33は、何にも固定・接続されていない自由端となっている。X軸方向は、特許請求の範囲における第2の方向に相当し、Y軸方向は、特許請求の範囲における第3の方向に相当する。 Each cell contact portion 135 of the air pole side current collecting member 134 is a plate-shaped portion of the air pole 114 that is in contact with the surface of the air pole 114 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and is electrically connected to the air pole 114. Is. The shape of each cell contact portion 135 in the Z-axis direction is substantially rectangular. Further, the plurality of cell contact portions 135 are arranged in a grid pattern along the X direction and the Y direction in the Z-axis direction. Each cell contact portion 135 is arranged so as to overlap the through hole 30 formed in the base portion 136 in the Z-axis direction. In the present embodiment, the width W1 of each cell contact portion 135 along the X-axis direction is smaller than the width W2 along the Y-axis direction. Further, the end 33 on the Y-axis positive direction side of each cell contact portion 135 is a free end that is not fixed or connected to anything. The X-axis direction corresponds to the second direction in the claims, and the Y-axis direction corresponds to the third direction in the claims.

空気極側集電部材134の各連接部137は、各セル接触部135におけるY軸負方向側の端部32と、ベース部136における貫通孔30に面する端部31と、を結ぶ板状部分である。各連接部137は、セル接触部135やベース部136と平行ではない。すなわち、各連接部137は、Z軸方向に直交する仮想平面(XY平面)に交差するような板状である。また、各連接部137と各セル接触部135との境界は、X軸方向に略平行となっている。 Each connecting portion 137 of the air electrode side current collecting member 134 has a plate shape connecting the end portion 32 on the negative direction side of the Y axis in each cell contact portion 135 and the end portion 31 facing the through hole 30 in the base portion 136. It is a part. Each connecting portion 137 is not parallel to the cell contact portion 135 or the base portion 136. That is, each connecting portion 137 has a plate shape that intersects a virtual plane (XY plane) orthogonal to the Z-axis direction. Further, the boundary between each connecting portion 137 and each cell contact portion 135 is substantially parallel in the X-axis direction.

このように、空気極側集電部材134は、インターコネクタ150と電気的に接続されたベース部136と、空気極114と電気的に接続された複数のセル接触部135と、各セル接触部135とベース部136とを結ぶ連接部137とを有するため、上述したように、空気極114とインターコネクタ150との間を電気的に接続する。 As described above, the air electrode side current collecting member 134 includes a base portion 136 electrically connected to the interconnector 150, a plurality of cell contact portions 135 electrically connected to the air electrode 114, and each cell contact portion. Since it has a connecting portion 137 connecting the 135 and the base portion 136, the air electrode 114 and the interconnector 150 are electrically connected as described above.

このような構成の空気極側集電部材134は、例えば、空気極側集電部材134作製用の平板部材に対して打ち抜き加工を行うことによって、完成状態において各セル接触部135および各連接部137となる部分を残しつつ各貫通孔30の外形に対応する孔をあけ、次に、孔あけ後の平板部材に対して折り曲げ加工を行うことによって各セル接触部135および各連接部137を形成することにより、作製することができる。 The air electrode side current collecting member 134 having such a configuration is formed by punching, for example, a flat plate member for manufacturing the air electrode side current collecting member 134, so that each cell contact portion 135 and each connecting portion are in a completed state. A hole corresponding to the outer shape of each through hole 30 is formed while leaving a portion to be 137, and then the flat plate member after the hole is bent to form each cell contact portion 135 and each connecting portion 137. By doing so, it can be produced.

空気極側集電部材134の各セル接触部135とインターコネクタ150との間には、空気極側スペーサ139が配置されている。空気極側スペーサ139は、略直方体形状の部材であり、例えばマイカ等の弾性材料(弾性体)により形成されている。なお、本明細書において、弾性材料(弾性体)とは、ヤング率が100GPa以下の材料を意味する。本実施形態では、X軸方向に並ぶ複数のセル接触部135により構成されるグループのそれぞれに対して1つの空気極側スペーサ139が設けられている。セル接触部135の各グループに対応する各空気極側スペーサ139は、互いに離間している。 An air electrode side spacer 139 is arranged between each cell contact portion 135 of the air electrode side current collecting member 134 and the interconnector 150. The air electrode side spacer 139 is a member having a substantially rectangular parallelepiped shape, and is formed of an elastic material (elastic body) such as mica. In the present specification, the elastic material (elastic body) means a material having a Young's modulus of 100 GPa or less. In the present embodiment, one air pole side spacer 139 is provided for each of the groups composed of the plurality of cell contact portions 135 arranged in the X-axis direction. The air electrode side spacers 139 corresponding to each group of the cell contact portions 135 are separated from each other.

図6および図7に示すように、各空気極側スペーサ139は、Z軸方向において、インターコネクタ150の表面から各セル接触部135の表面まで延びるような形状となっている。各空気極側スペーサ139(より詳細には、空気極側スペーサ139におけるインターコネクタ150側の一部分)は、Z軸方向において、空気極側集電部材134のベース部136に形成された貫通孔30内に収容されている。すなわち、各空気極側スペーサ139は、Z軸方向において、空気極側集電部材134のベース部136と重なっていない(ベース部136に乗り上げていない)。 As shown in FIGS. 6 and 7, each air electrode side spacer 139 has a shape extending from the surface of the interconnector 150 to the surface of each cell contact portion 135 in the Z-axis direction. Each air pole side spacer 139 (more specifically, a part of the air pole side spacer 139 on the interconnector 150 side) is a through hole 30 formed in the base portion 136 of the air pole side current collector member 134 in the Z-axis direction. It is housed inside. That is, each air pole side spacer 139 does not overlap with the base portion 136 of the air pole side current collecting member 134 in the Z-axis direction (does not ride on the base portion 136).

また、図7に示すように、各空気極側スペーサ139は、X軸方向において、空気極側集電部材134のベース部136に形成された貫通孔30の一方の端部から他方の端部まで延びるような形状となっている。そのため、各空気極側スペーサ139は、X軸正方向およびX軸負方向において貫通孔30の内周面に当接している。すなわち、各空気極側スペーサ139は、X軸方向に沿った移動が規制されるように、貫通孔30の内周面に当接している。なお、本明細書において、2つの部材が当接しているとは、該2つの部材が接触している態様に限られず、該2つの部材の間の距離の最小値が1mm以下であることを意味する。各空気極側スペーサ139と貫通孔30の内周面との間の距離の最小値が1mm以下であれば、各空気極側スペーサ139のX軸方向に沿った移動が規制されると言える。 Further, as shown in FIG. 7, each air pole side spacer 139 is formed from one end to the other end of the through hole 30 formed in the base portion 136 of the air pole side current collecting member 134 in the X-axis direction. It has a shape that extends to. Therefore, each air electrode side spacer 139 is in contact with the inner peripheral surface of the through hole 30 in the positive direction of the X-axis and the negative direction of the X-axis. That is, each air electrode side spacer 139 is in contact with the inner peripheral surface of the through hole 30 so that the movement along the X-axis direction is restricted. In addition, in this specification, the fact that two members are in contact with each other is not limited to the mode in which the two members are in contact with each other, and the minimum value of the distance between the two members is 1 mm or less. means. If the minimum value of the distance between each air pole side spacer 139 and the inner peripheral surface of the through hole 30 is 1 mm or less, it can be said that the movement of each air pole side spacer 139 along the X-axis direction is restricted.

また、図7に示すように、ベース部136に形成された各貫通孔30におけるY軸正方向側の部分は、X軸方向の幅が他の部分より広い幅広部34を構成しており、各空気極側スペーサ139は、Y軸方向において、貫通孔30の幅広部34の一方の端部から他方の端部まで延びるような形状となっている。そのため、各空気極側スペーサ139は、Y軸正方向において貫通孔30の幅広部34の内周面に当接し、かつ、Y軸負方向において貫通孔30の幅広部34の内周面(幅広部34と他の部分との境界面)に当接している。すなわち、各空気極側スペーサ139は、Y軸方向に沿った移動が規制されるように、貫通孔30(の幅広部34)の内周面に当接している。上述したように、本明細書において、2つの部材が当接しているとは、該2つの部材が接触している態様に限られず、該2つの部材の間の距離の最小値が1mm以下であることを意味する。各空気極側スペーサ139と貫通孔30(の幅広部34)の内周面との間の距離の最小値が1mm以下であれば、各空気極側スペーサ139のY軸方向に沿った移動が規制されると言える。 Further, as shown in FIG. 7, the portion of each through hole 30 formed in the base portion 136 on the positive direction side of the Y-axis constitutes a wide portion 34 having a width in the X-axis direction wider than the other portions. Each air electrode side spacer 139 has a shape extending from one end to the other end of the wide portion 34 of the through hole 30 in the Y-axis direction. Therefore, each air electrode side spacer 139 abuts on the inner peripheral surface of the wide portion 34 of the through hole 30 in the positive direction of the Y axis, and the inner peripheral surface (wide) of the wide portion 34 of the through hole 30 in the negative direction of the Y axis. It is in contact with the interface) between the portion 34 and the other portion. That is, each air electrode side spacer 139 is in contact with the inner peripheral surface of the through hole 30 (the wide portion 34) so that the movement along the Y-axis direction is restricted. As described above, in the present specification, the fact that two members are in contact with each other is not limited to the mode in which the two members are in contact with each other, and the minimum value of the distance between the two members is 1 mm or less. It means that there is. If the minimum value of the distance between each air pole side spacer 139 and the inner peripheral surface of the through hole 30 (wide portion 34) is 1 mm or less, the movement of each air pole side spacer 139 along the Y-axis direction is performed. It can be said that it is regulated.

また、各空気極側スペーサ139は上述のような構成であるため、空気極側集電部材134の各セル接触部135における連接部137との境界とは反対側の端部(自由端)33は、Z軸方向視で空気極側スペーサ139と重なっている(図6および図7参照)。また、Z軸方向において、インターコネクタ150と空気極側集電部材134の各セル接触部135における連接部137側の一部分との間には、空気極側スペーサ139が存在しない空間39が確保されている(図6参照)。換言すれば、Z軸方向において、インターコネクタ150と空気極側集電部材134の各セル接触部135における連接部137側の一部分との間には空間39が存在し、該空間39には、空気極側スペーサ139を含めて何らかの部材が存在しない。すなわち、空気極側集電部材134の各セル接触部135における連接部137側の一部分は、Z軸方向において、他の部材を介さずにインターコネクタ150に対向している(面している)。 Further, since each air electrode side spacer 139 has the above-described configuration, the end portion (free end) 33 on the side opposite to the boundary with the connecting portion 137 in each cell contact portion 135 of the air electrode side current collecting member 134. Overlaps the air electrode side spacer 139 in the Z-axis direction (see FIGS. 6 and 7). Further, in the Z-axis direction, a space 39 in which the air electrode side spacer 139 does not exist is secured between the interconnector 150 and a part of the air electrode side current collecting member 134 on the connecting portion 137 side of each cell contact portion 135. (See Fig. 6). In other words, in the Z-axis direction, there is a space 39 between the interconnector 150 and a part of the air electrode side current collecting member 134 on the connecting portion 137 side of each cell contact portion 135, and the space 39 has a space 39. There is no member including the air electrode side spacer 139. That is, a part of the air electrode side current collecting member 134 on the connecting portion 137 side of each cell contact portion 135 faces (faces) the interconnector 150 in the Z-axis direction without interposing another member. ..

A−5.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102は、単セル110と、インターコネクタ150と、空気極側集電部材134とを備える。単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んでZ軸方向に互いに対向する空気極114および燃料極116とを含む。インターコネクタ150は、単セル110の空気極114側に配置された板状の部材である。空気極側集電部材134は、インターコネクタ150と空気極114との間に配置された導電性の部材である。空気極側集電部材134は、ベース部136と、複数のセル接触部135と、連接部137とを含む。ベース部136は、インターコネクタ150の表面に接する板状の部材であり、Z軸方向に延びる貫通孔30が形成されている。各セル接触部135は、Z軸方向視でベース部136の貫通孔30と重なるように配置され、かつ、空気極114の表面に接する板状の部材である。連接部137は、各セル接触部135の端部32とベース部136における貫通孔30に面する端部31とを結ぶ部材である。また、発電単位102は、さらに、弾性体により構成された空気極側スペーサ139を備える。空気極側スペーサ139は、Z軸方向において、ベース部136の貫通孔30内に収容されており、かつ、インターコネクタ150の表面から各セル接触部135の表面まで延びる形状となっている。本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102は、上述した構成であるため、以下に説明するように、空気極側集電部材134の重量の増加を抑制しつつ空気室166の高さを一定以上確保することができ、また、空気極側集電部材134の製造容易性を向上させることができると共に、単セル110の割れが発生することを効果的に抑制することができる。
A-5. Effect of this embodiment:
As described above, each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of the present embodiment includes a single cell 110, an interconnector 150, and an air electrode side current collecting member 134. The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, and an air pole 114 and a fuel pole 116 that face each other in the Z-axis direction with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The interconnector 150 is a plate-shaped member arranged on the air electrode 114 side of the single cell 110. The air electrode side current collecting member 134 is a conductive member arranged between the interconnector 150 and the air electrode 114. The air electrode side current collecting member 134 includes a base portion 136, a plurality of cell contact portions 135, and a connecting portion 137. The base portion 136 is a plate-shaped member in contact with the surface of the interconnector 150, and a through hole 30 extending in the Z-axis direction is formed. Each cell contact portion 135 is a plate-shaped member that is arranged so as to overlap the through hole 30 of the base portion 136 in the Z-axis direction and is in contact with the surface of the air electrode 114. The connecting portion 137 is a member that connects the end portion 32 of each cell contact portion 135 and the end portion 31 facing the through hole 30 in the base portion 136. Further, the power generation unit 102 further includes an air electrode side spacer 139 made of an elastic body. The air electrode side spacer 139 is housed in the through hole 30 of the base portion 136 in the Z-axis direction, and has a shape extending from the surface of the interconnector 150 to the surface of each cell contact portion 135. Since each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of the present embodiment has the above-described configuration, as described below, the air chamber 166 while suppressing an increase in the weight of the air electrode side current collector member 134. It is possible to secure a certain height or more, improve the ease of manufacturing the air electrode side current collecting member 134, and effectively suppress the occurrence of cracking of the single cell 110. ..

発電単位102において、空気極114に面する空気室166におけるガス拡散性の低下を抑制したり、圧損の増大を抑制したりするためには、空気室166の高さをある程度以上確保することが好ましい。空気極側集電部材として複数の略四角柱状の導電性部材を用いる従来の構成において、空気室166の高さをある程度以上確保するために空気極側集電部材の高さをある程度以上にすると、空気極側集電部材の重量が増加し、その結果、例えば熱容量が大きくなって装置の起動性が低下するという課題がある。また、インターコネクタと空気極側集電部材とが一体部材とされた従来の構成では、該一体部材をプレス加工により作製する際に、空気極側集電部材の高さをある程度以上にするためには、プレス圧を大きくしたりプレス時間を長くしたりする必要があり、製造容易性の点で課題がある。 In the power generation unit 102, in order to suppress a decrease in gas diffusivity in the air chamber 166 facing the air electrode 114 and suppress an increase in pressure loss, it is necessary to secure a certain height or more of the air chamber 166. preferable. In the conventional configuration in which a plurality of substantially square columnar conductive members are used as the air electrode side current collecting member, the height of the air electrode side current collecting member is increased to some extent or more in order to secure the height of the air chamber 166 to some extent or more. There is a problem that the weight of the current collector on the air electrode side increases, and as a result, for example, the heat capacity increases and the startability of the device decreases. Further, in the conventional configuration in which the interconnector and the air electrode side current collecting member are integrated members, the height of the air electrode side current collecting member is set to a certain level or more when the integrated member is manufactured by press working. It is necessary to increase the press pressure and lengthen the press time, which poses a problem in terms of ease of manufacture.

これに対し、本実施形態の発電単位102は、板状のインターコネクタ150と、インターコネクタ150と空気極114との間に配置された導電性の空気極側集電部材134とを備える。空気極側集電部材134は、インターコネクタ150の表面に接する板状のベース部136と、空気極114の表面に接する板状の複数のセル接触部135と、各セル接触部135とベース部136とを結ぶ連接部137とを含む。そのため、本実施形態の発電単位102によれば、連接部137の長さや角度を調整することによってベース部136とセル接触部135との間の距離を一定以上とすることにより、空気極側集電部材134の重量の増加を抑制しつつ容易に空気室166の高さを一定以上確保することができる。また、このような構成の空気極側集電部材134は、例えば平板材料に対する打ち抜き加工や折り曲げ加工を行うことにより容易に作製することができるため、製造容易性の点でも優れている。 On the other hand, the power generation unit 102 of the present embodiment includes a plate-shaped interconnector 150 and a conductive air electrode side current collecting member 134 arranged between the interconnector 150 and the air electrode 114. The air electrode side current collecting member 134 includes a plate-shaped base portion 136 in contact with the surface of the interconnector 150, a plurality of plate-shaped cell contact portions 135 in contact with the surface of the air electrode 114, and each cell contact portion 135 and the base portion. Includes a connecting portion 137 connecting with 136. Therefore, according to the power generation unit 102 of the present embodiment, the distance between the base portion 136 and the cell contact portion 135 is set to a certain value or more by adjusting the length and angle of the connecting portion 137, thereby collecting the air pole side. It is possible to easily secure the height of the air chamber 166 or more while suppressing an increase in the weight of the electric member 134. Further, the air electrode side current collector 134 having such a configuration can be easily manufactured by, for example, punching or bending a flat plate material, and is therefore excellent in terms of ease of manufacture.

ただし、本実施形態における空気極側集電部材134の構成では、空気極側集電部材134の各位置における剛性(変形のしにくさ)が均一ではなくなる。具体的には、連接部137の位置における空気極側集電部材134の剛性が、セル接触部135の(特に自由端33に近い)位置における空気極側集電部材134の剛性と比較して高くなる。そのため、発電単位102(燃料電池スタック100)に対してZ軸方向の荷重が与えられると、空気極側集電部材134の連接部137付近に応力が集中し、これに起因して単セル110の割れが発生するおそれがある。 However, in the configuration of the air electrode side current collecting member 134 in the present embodiment, the rigidity (difficulty of deformation) at each position of the air electrode side current collecting member 134 is not uniform. Specifically, the rigidity of the air electrode side current collecting member 134 at the position of the connecting portion 137 is compared with the rigidity of the air electrode side current collecting member 134 at the position of the cell contact portion 135 (particularly near the free end 33). It gets higher. Therefore, when a load in the Z-axis direction is applied to the power generation unit 102 (fuel cell stack 100), stress is concentrated in the vicinity of the connecting portion 137 of the air electrode side current collecting member 134, and as a result, the single cell 110 There is a risk of cracking.

しかしながら、本実施形態の発電単位102は、弾性体により構成された空気極側スペーサ139を備える。空気極側スペーサ139は、Z軸方向において、空気極側集電部材134のベース部136の貫通孔30内に収容されており、かつ、インターコネクタ150の表面から各セル接触部135の表面まで延びる形状である。そのため、空気極側スペーサ139の存在により、空気極側集電部材134の各セル接触部135の剛性が補われ、その結果、連接部137付近に応力が集中することを抑制することができ、単セル110の割れが発生することを抑制することができる。 However, the power generation unit 102 of the present embodiment includes an air electrode side spacer 139 made of an elastic body. The air pole side spacer 139 is housed in the through hole 30 of the base portion 136 of the air pole side current collecting member 134 in the Z-axis direction, and from the surface of the interconnector 150 to the surface of each cell contact portion 135. It has an elongated shape. Therefore, the presence of the air electrode side spacer 139 supplements the rigidity of each cell contact portion 135 of the air electrode side current collector member 134, and as a result, it is possible to suppress the concentration of stress in the vicinity of the connecting portion 137. It is possible to suppress the occurrence of cracking of the single cell 110.

さらに、本実施形態の発電単位102では、空気極側スペーサ139は、Z軸方向においてインターコネクタ150の表面から各セル接触部135の表面まで延びるような形状となっており、ベース部136と重なっていない(ベース部136に乗り上げていない)。そのため、空気極側スペーサ139がベース部136に乗り上げた構成と比較して、空気極側集電部材134の各位置での応力の集中を効果的に抑制することができ、単セル110の割れが発生することを効果的に抑制することができる。 Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the air electrode side spacer 139 has a shape extending from the surface of the interconnector 150 to the surface of each cell contact portion 135 in the Z-axis direction, and overlaps with the base portion 136. Not (not on the base 136). Therefore, as compared with the configuration in which the air electrode side spacer 139 rides on the base portion 136, stress concentration at each position of the air electrode side current collecting member 134 can be effectively suppressed, and the single cell 110 is cracked. Can be effectively suppressed from occurring.

このように、本実施形態の発電単位102によれば、空気極側集電部材134の重量の増加を抑制しつつ空気室166の高さを一定以上確保することができ、また、空気極側集電部材134の製造容易性を向上させることができると共に、単セル110の割れが発生することを効果的に抑制することができる。 As described above, according to the power generation unit 102 of the present embodiment, it is possible to secure the height of the air chamber 166 or more while suppressing the increase in the weight of the air electrode side current collecting member 134, and the air electrode side. The ease of manufacturing the current collecting member 134 can be improved, and the occurrence of cracks in the single cell 110 can be effectively suppressed.

特に、本実施形態の発電単位102では、Z軸方向における空気極側集電部材134のベース部136の厚さが、単セル110の厚さの10分の1以上と比較的厚い。ベース部136の厚さが比較的厚い構成において、空気極側スペーサ139がベース部136に乗り上げていると、空気極側スペーサ139がベース部136に乗り上げた位置付近で応力が特に集中しやすい。上述したように、本実施形態の発電単位102では、空気極側スペーサ139が、Z軸方向においてインターコネクタ150の表面から各セル接触部135の表面まで延びるような形状となっており、ベース部136に乗り上げていないため、ベース部136の厚さが比較的厚い構成においても、空気極側集電部材134の各位置での応力の集中を効果的に抑制することができ、単セル110の割れが発生することを効果的に抑制することができる。 In particular, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the thickness of the base portion 136 of the air electrode side current collecting member 134 in the Z-axis direction is relatively thick, which is one tenth or more of the thickness of the single cell 110. In a configuration in which the thickness of the base portion 136 is relatively thick, when the air electrode side spacer 139 rides on the base portion 136, stress tends to be particularly concentrated near the position where the air electrode side spacer 139 rides on the base portion 136. As described above, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the air electrode side spacer 139 has a shape extending from the surface of the interconnector 150 to the surface of each cell contact portion 135 in the Z-axis direction, and is a base portion. Since it does not ride on 136, even in a configuration in which the base portion 136 is relatively thick, stress concentration at each position of the air electrode side current collecting member 134 can be effectively suppressed, and the single cell 110 can be used. It is possible to effectively suppress the occurrence of cracks.

また、本実施形態の発電単位102では、空気極側スペーサ139は、X軸方向(Z軸方向に直交する方向の内、各セル接触部135と各連接部137との境界の延伸方向)に沿った移動が規制されるように、ベース部136の貫通孔30の内周面に当接している。そのため、本実施形態の燃料電池発電単位102によれば、X軸方向における空気極側スペーサ139の位置ずれを抑制することができる。従って、本実施形態の燃料電池発電単位102によれば、空気極側スペーサ139がX軸方向に位置ずれして一部のセル接触部135と接しなくなり、該セル接触部135に対応する連接部137付近に応力が集中して単セル110の割れが発生する、という事態の発生を抑制することができる。 Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the air electrode side spacer 139 is arranged in the X-axis direction (in the direction orthogonal to the Z-axis direction, the extending direction of the boundary between each cell contact portion 135 and each connecting portion 137). It is in contact with the inner peripheral surface of the through hole 30 of the base portion 136 so that the movement along the line is restricted. Therefore, according to the fuel cell power generation unit 102 of the present embodiment, the misalignment of the air electrode side spacer 139 in the X-axis direction can be suppressed. Therefore, according to the fuel cell power generation unit 102 of the present embodiment, the air electrode side spacer 139 is displaced in the X-axis direction and does not come into contact with a part of the cell contact portions 135, and the connecting portion corresponding to the cell contact portion 135. It is possible to suppress the occurrence of a situation in which stress is concentrated in the vicinity of 137 and the single cell 110 is cracked.

また、本実施形態の発電単位102では、空気極側スペーサ139は、Y軸方向(Z軸方向に直交する方向の内、各セル接触部135と各連接部137との境界の延伸方向であるX軸方向に直交する方向)に沿った移動が規制されるように、ベース部136の貫通孔30の内周面に当接している。そのため、本実施形態の燃料電池発電単位102によれば、Y軸方向における空気極側スペーサ139の位置ずれを抑制することができる。空気極側スペーサ139が、Y軸方向において連接部137に近付く側(Y軸負方向側)にずれると、空気極側スペーサ139により連接部137の位置における剛性が高くなるため、連接部137付近に応力が集中して単セル110の割れが発生するおそれがある。反対に、空気極側スペーサ139が、Y軸方向において連接部137から遠ざかる側(Y軸正方向側)にずれると、空気極側スペーサ139によるセル接触部135の位置における剛性の補強効果が低下するため、やはり連接部137付近に応力が集中して単セル110の割れが発生するおそれがある。本実施形態の燃料電池発電単位102によれば、Y軸方向における空気極側スペーサ139の位置ずれを抑制することができるため、単セル110の割れが発生することを効果的に抑制することができる。 Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the air electrode side spacer 139 is the extending direction of the boundary between each cell contact portion 135 and each connecting portion 137 in the direction orthogonal to the Z axis direction. It is in contact with the inner peripheral surface of the through hole 30 of the base portion 136 so that the movement along the direction perpendicular to the X-axis direction is restricted. Therefore, according to the fuel cell power generation unit 102 of the present embodiment, the misalignment of the air electrode side spacer 139 in the Y-axis direction can be suppressed. When the air electrode side spacer 139 shifts to the side closer to the connecting portion 137 in the Y-axis direction (Y-axis negative direction side), the air electrode side spacer 139 increases the rigidity at the position of the connecting portion 137, so that the vicinity of the connecting portion 137 Stress is concentrated on the cell 110, which may cause cracking of the single cell 110. On the contrary, when the air electrode side spacer 139 shifts to the side away from the connecting portion 137 in the Y-axis direction (Y-axis positive direction side), the effect of reinforcing the rigidity at the position of the cell contact portion 135 by the air electrode side spacer 139 decreases. Therefore, the stress may be concentrated in the vicinity of the connecting portion 137 and the single cell 110 may be cracked. According to the fuel cell power generation unit 102 of the present embodiment, the misalignment of the air electrode side spacer 139 in the Y-axis direction can be suppressed, so that the occurrence of cracking of the single cell 110 can be effectively suppressed. it can.

また、本実施形態の発電単位102では、Z軸方向において、インターコネクタ150と空気極側集電部材134の各セル接触部135における連接部137側の一部分との間に、空気極側スペーサ139が存在しない空間39が確保されている。そのため、本実施形態の発電単位102によれば、空気極側スペーサ139が空気極側集電部材134の連接部137と干渉することを確実に抑制することができ、そのような干渉によって空気極側スペーサ139に圧縮以外の応力(せん断応力等)が加わって空気極側スペーサ139が損傷することを抑制することができる。 Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, in the Z-axis direction, the air electrode side spacer 139 is located between the interconnector 150 and a part of the air electrode side current collecting member 134 on the connecting portion 137 side of each cell contact portion 135. Space 39 is secured where there is no such thing. Therefore, according to the power generation unit 102 of the present embodiment, it is possible to surely suppress the air electrode side spacer 139 from interfering with the connecting portion 137 of the air electrode side current collecting member 134, and the air electrode due to such interference. It is possible to prevent the air electrode side spacer 139 from being damaged by applying a stress other than compression (shear stress or the like) to the side spacer 139.

また、本実施形態の発電単位102では、Y軸方向(Z軸方向に直交する方向の内、各セル接触部135と各連接部137との境界の延伸方向であるX軸方向に直交する方向)における各セル接触部135の連接部137との境界とは反対側の端部(自由端)33は、Z軸方向視で、空気極側スペーサ139と重なっている。そのため、本実施形態の発電単位102によれば、空気極側スペーサ139の存在により、空気極側集電部材134のセル接触部135と空気極114との間の接触性(集電性)を向上させることができ、発電単位102の電気的性能を向上させることができる。 Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the direction orthogonal to the X-axis direction, which is the extending direction of the boundary between each cell contact portion 135 and each connecting portion 137, among the directions orthogonal to the Z-axis direction. ), The end (free end) 33 on the side opposite to the boundary of each cell contact portion 135 with the connecting portion 137 overlaps with the air electrode side spacer 139 in the Z-axis direction. Therefore, according to the power generation unit 102 of the present embodiment, the presence of the air electrode side spacer 139 provides a contact property (current collector property) between the cell contact portion 135 of the air electrode side current collector member 134 and the air electrode 114. It can be improved, and the electrical performance of the power generation unit 102 can be improved.

また、本実施形態の発電単位102では、空気極側集電部材134のベース部136に、Y軸方向(Z軸方向に直交する方向の内、各セル接触部135と各連接部137との境界の延伸方向であるX軸方向に直交する方向)に並んで配置された複数の貫通孔30が形成されており、発電単位102は、複数の貫通孔30に対応して設けられた、互いに離間した複数の空気極側スペーサ139を備える。そのため、本実施形態の発電単位102によれば、複数の貫通孔30に対応して設けられた複数の空気極側スペーサ139が互いに連結されている構成と比較して、空気極側スペーサ139により空気室166におけるガスの流れが阻害されることを抑制することができ、ガス拡散性を向上させたり、圧損を低減させたりすることができる。 Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, each cell contact portion 135 and each connecting portion 137 are connected to the base portion 136 of the air electrode side current collecting member 134 in the Y-axis direction (in the direction orthogonal to the Z-axis direction). A plurality of through holes 30 arranged side by side in a direction orthogonal to the X-axis direction, which is the extending direction of the boundary, are formed, and the power generation unit 102 is provided corresponding to the plurality of through holes 30 and is provided with each other. A plurality of separated air electrode side spacers 139 are provided. Therefore, according to the power generation unit 102 of the present embodiment, the air electrode side spacer 139 is used as compared with the configuration in which the plurality of air electrode side spacers 139 provided corresponding to the plurality of through holes 30 are connected to each other. It is possible to suppress the obstruction of the gas flow in the air chamber 166, improve the gas diffusivity, and reduce the pressure loss.

また、本実施形態の発電単位102では、空気極側集電部材134の各セル接触部135のX軸方向(Z軸方向に直交する方向の内、各セル接触部135と各連接部137との境界の延伸方向)に沿った幅W1は、Y軸方向(Z軸方向に直交する方向の内、X軸方向に直交する方向)に沿った幅W2より小さい。そのため、本実施形態の発電単位102によれば、Z軸方向視で空気極側集電部材134の全体面積に対して、集電機能を発揮するセル接触部135の面積の合計を大きくしつつ、主たるガス流路(X軸方向に並ぶ複数のセル接触部135により構成されるグループ間に位置するX軸方向に延びる空間)となる面積を大きくすることができるため、発電単位102の性能をさらに向上させることができる。 Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, each cell contact portion 135 and each connecting portion 137 in the X-axis direction (in the direction orthogonal to the Z-axis direction) of each cell contact portion 135 of the air electrode side current collecting member 134. The width W1 along the extending direction of the boundary) is smaller than the width W2 along the Y-axis direction (the direction orthogonal to the Z-axis direction and the direction orthogonal to the X-axis direction). Therefore, according to the power generation unit 102 of the present embodiment, the total area of the cell contact portion 135 that exerts the current collecting function is increased with respect to the total area of the air electrode side current collecting member 134 in the Z-axis direction. Since the area of the main gas flow path (the space extending in the X-axis direction located between the groups composed of the plurality of cell contact portions 135 arranged in the X-axis direction) can be increased, the performance of the power generation unit 102 can be improved. It can be further improved.

B.第2実施形態:
図9は、第2実施形態における発電単位102aの構成を概略的に示す説明図である。図9には、第2実施形態の発電単位102aにおける空気極側集電部材134および空気極側スペーサ139の一部分の構成が示されている。以下では、第2実施形態の発電単位102aの構成の内、上述した第1実施形態の発電単位102の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。
B. Second embodiment:
FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the power generation unit 102a in the second embodiment. FIG. 9 shows a configuration of a part of the air pole side current collecting member 134 and the air pole side spacer 139 in the power generation unit 102a of the second embodiment. In the following, among the configurations of the power generation unit 102a of the second embodiment, the same configurations as the configurations of the power generation unit 102 of the first embodiment described above will be appropriately described by adding the same reference numerals.

図9に示すように、第2実施形態の発電単位102aは、主として、空気極側集電部材134のベース部136の構成と、空気極側スペーサ139の構成とが、第1実施形態の発電単位102と異なっている。具体的には、第2実施形態の発電単位102aでは、ベース部136に形成された各貫通孔30の幅広部34におけるY軸正方向側の縁が、空気極側集電部材134の各セル接触部135における連接部137との境界とは反対側の端部(自由端)33よりY軸負方向側に位置する。なお、第1実施形態の発電単位102と同様に、空気極側スペーサ139は、Y軸方向において、貫通孔30の幅広部34の一方の端部から他方の端部まで延びるような形状となっている。そのため、第2実施形態の発電単位102aでは、空気極側集電部材134の各セル接触部135における端部(自由端)33は、Z軸方向視で空気極側スペーサ139と重なっていない。 As shown in FIG. 9, in the power generation unit 102a of the second embodiment, mainly the configuration of the base portion 136 of the air electrode side current collecting member 134 and the configuration of the air electrode side spacer 139 are the power generation of the first embodiment. It is different from the unit 102. Specifically, in the power generation unit 102a of the second embodiment, the edge on the Y-axis positive direction side of the wide portion 34 of each through hole 30 formed in the base portion 136 is each cell of the air electrode side current collecting member 134. The contact portion 135 is located on the Y-axis negative direction side from the end portion (free end) 33 on the side opposite to the boundary with the connecting portion 137. Similar to the power generation unit 102 of the first embodiment, the air electrode side spacer 139 has a shape extending from one end of the wide portion 34 of the through hole 30 to the other end in the Y-axis direction. ing. Therefore, in the power generation unit 102a of the second embodiment, the end (free end) 33 of each cell contact portion 135 of the air pole side current collecting member 134 does not overlap with the air pole side spacer 139 in the Z-axis direction.

第2実施形態の発電単位102aは上記構成であるため、空気極側スペーサ139の厚さにばらつきがあっても、各セル接触部135における端部(自由端)33付近において応力が集中することを抑制することができ、単セル110の割れが発生することを抑制することができる。 Since the power generation unit 102a of the second embodiment has the above configuration, stress is concentrated near the end (free end) 33 of each cell contact portion 135 even if the thickness of the air electrode side spacer 139 varies. It is possible to suppress the occurrence of cracking of the single cell 110.

C.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
C. Modification example:
The technique disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be transformed into various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible.

図10は、第1の変形例における空気極側集電部材134の構成を概略的に示す説明図である。図10に示すように、空気極側集電部材134の各セル接触部135が、連接部137との接続位置から、Y軸方向ではなく、Y軸に交差する方向(Y軸およびX軸に交差する方向やX軸に平行な方向)に延伸していてもよい。 FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the air electrode side current collecting member 134 in the first modification. As shown in FIG. 10, each cell contact portion 135 of the air electrode side current collecting member 134 intersects the Y axis, not the Y axis direction, from the connection position with the connecting portion 137 (in the Y axis and the X axis). It may be extended in the direction of intersection or in the direction parallel to the X-axis).

図11は、第2の変形例における空気極側集電部材134の構成を概略的に示す説明図である。図11に示すように、空気極側集電部材134のベース部136から各連接部137および各セル接触部135が延伸する方向は、すべて同一である必要はなく、互いに異なる(例えば、Z軸方向視で、一部の連接部137等はベース部136からY軸負方向側に延伸し、他の一部の連接部137等はベース部136からY軸正方向側に延伸する)としてもよい。 FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the air electrode side current collecting member 134 in the second modification. As shown in FIG. 11, the directions in which the connecting portions 137 and the cell contact portions 135 extend from the base portion 136 of the air electrode side current collecting member 134 do not necessarily have to be the same, but are different from each other (for example, the Z axis). In the directional view, some connecting portions 137 and the like extend from the base portion 136 to the negative direction side of the Y axis, and some other connecting portions 137 and the like extend from the base portion 136 to the positive direction side of the Y axis). Good.

図12は、第3の変形例における空気極側集電部材134の構成を概略的に示す説明図である。図12に示すように、空気極側集電部材134のベース部136において、貫通孔30を挟んだ両側の端部から連接部137およびセル接触部135が延伸しているとしてもよい。 FIG. 12 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the air electrode side current collecting member 134 in the third modification. As shown in FIG. 12, in the base portion 136 of the air electrode side current collecting member 134, the connecting portion 137 and the cell contact portion 135 may extend from the ends on both sides of the through hole 30.

また、上記実施形態(および変形例、以下同様)の発電単位102または燃料電池スタック100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態における空気極側集電部材134や空気極側スペーサ139の構成(形状や材料等)は、あくまで一例であり、種々変形可能である。 Further, the configuration of the power generation unit 102 or the fuel cell stack 100 of the above embodiment (and the modified example, the same applies hereinafter) is merely an example and can be variously modified. For example, the configurations (shape, material, etc.) of the air electrode side current collector 134 and the air electrode side spacer 139 in the above embodiment are merely examples and can be variously deformed.

また、上記実施形態では、インターコネクタ150がコート151により覆われているが、インターコネクタ150がコート151により覆われていないとしてもよい。同様に、上記実施形態では、空気極側集電部材134がコート38により覆われているが、空気極側集電部材134がコート38により覆われていないとしてもよい。また、上記実施形態では、空気極側集電部材134と空気極114との間に接合層138が介在しているが、空気極側集電部材134と空気極114との間に接合層138が介在しないとしてもよい。 Further, in the above embodiment, the interconnector 150 is covered with the coat 151, but the interconnector 150 may not be covered with the coat 151. Similarly, in the above embodiment, the air electrode side current collecting member 134 is covered with the coat 38, but the air electrode side current collecting member 134 may not be covered with the coat 38. Further, in the above embodiment, the bonding layer 138 is interposed between the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114, but the bonding layer 138 is interposed between the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114. May not intervene.

また、上記実施形態では、ボルト孔109が、各マニホールド用の連通孔108とは独立して設けられているが、独立したボルト孔109を設けず、各マニホールド用の連通孔108がボルト孔としても用いられるとしてもよい。また、上記実施形態では、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向とが略反対方向であるカウンターフロータイプを例に挙げて説明しているが、本発明は、他のタイプ(上記2つの流れ方向が略同一方向であるコフロータイプや上記2つの流れ方向が交差するクロスフロータイプ等)にも適用可能である。 Further, in the above embodiment, the bolt holes 109 are provided independently of the communication holes 108 for each manifold, but the independent bolt holes 109 are not provided, and the communication holes 108 for each manifold are used as bolt holes. May also be used. Further, in the above embodiment, a counterflow type in which the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 and the main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 are substantially opposite directions will be described as an example. However, the present invention is also applicable to other types (such as a coflow type in which the two flow directions are substantially the same, a cross flow type in which the two flow directions intersect, and the like).

また、上記実施形態において、燃料電池スタック100に含まれる発電単位102の個数は、あくまで一例であり、発電単位102の個数は燃料電池スタック100に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態において、空気極114と電解質層112との間に中間層が配置されていてもよい。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。 Further, in the above embodiment, the number of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 is only an example, and the number of power generation units 102 is appropriately determined according to the output voltage and the like required for the fuel cell stack 100. Further, in the above embodiment, an intermediate layer may be arranged between the air electrode 114 and the electrolyte layer 112. Further, the material constituting each member in the above embodiment is merely an example, and each member may be composed of another material.

また、上記実施形態では、インターコネクタ150と空気極114との間に配置された空気極側集電部材134および空気極側集電部材134付近に配置された空気極側スペーサ139の構成を説明したが、燃料極116側についても、空気極側集電部材134および空気極側スペーサ139と同様の構成の集電部材およびスペーサが用いられてもよい。その場合には、燃料極116は、特許請求の範囲における特定電極に相当する。 Further, in the above embodiment, the configuration of the air pole side current collecting member 134 arranged between the interconnector 150 and the air pole 114 and the air pole side spacer 139 arranged in the vicinity of the air pole side current collecting member 134 will be described. However, as for the fuel pole 116 side, a current collector and a spacer having the same configurations as those of the air pole side current collector 134 and the air pole side spacer 139 may be used. In that case, the fuel electrode 116 corresponds to the specific electrode in the claims.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(SOEC)の構成単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開2016−81813号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替え、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔108を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、連通孔108を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様の構成の集電部材およびスペーサを用いると、集電部材の重量の増加を抑制しつつガス室の高さを一定以上確保することができ、また、集電部材の製造容易性を向上させることができると共に、電解単セルの割れが発生することを効果的に抑制することができる。 Further, in the above embodiment, the SOFC that generates power by utilizing the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidizing agent gas is targeted, but the present invention comprises an electrolysis reaction of water. It is also applicable to an electrolytic cell unit, which is a constituent unit of a solid oxide fuel cell (SOEC) that uses it to generate hydrogen, and an electrolytic cell stack having a plurality of electrolytic cell units. The configuration of the electrolytic cell stack is not described in detail here because it is known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-81813, but is generally the same as the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. It is a configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment may be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 may be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 may be read as an electrolytic single cell. However, during the operation of the electrolytic cell stack, a voltage is applied between both electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode), and the voltage is applied through the communication hole 108. Water vapor as a raw material gas is supplied. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolytic cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and hydrogen is taken out to the outside of the electrolytic cell stack through the communication hole 108. Even in the electrolytic cell unit and the electrolytic cell stack having such a configuration, if the current collecting member and the spacer having the same configuration as those in the above embodiment are used, the height of the gas chamber is kept constant while suppressing an increase in the weight of the current collecting member. The above can be ensured, the ease of manufacturing the current collector member can be improved, and the occurrence of cracking of the electrolytic single cell can be effectively suppressed.

22:ボルト 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 30:貫通孔 31:端部 32:端部 33:端部 34:幅広部 38:コート 39:空間 40:貫通孔 100:燃料電池スタック 102:燃料電池発電単位 104:エンドプレート 106:エンドプレート 107:流路用貫通孔 108:連通孔 109:ボルト孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム 131:孔 132:酸化剤ガス供給連通流路 133:酸化剤ガス排出連通流路 134:空気極側集電部材 135:セル接触部 136:ベース部 137:連接部 138:接合層 139:空気極側スペーサ 140:燃料極側フレーム 141:孔 142:燃料ガス供給連通流路 143:燃料ガス排出連通流路 144:燃料極側集電部材 145:セル接触部 146:ベース部 147:連接部 149:燃料極側スペーサ 150:インターコネクタ 151:コート 161:酸化剤ガス導入マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス導入マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス 22: Bolt 26: Insulation sheet 27: Gas passage member 28: Main body 29: Branch 30: Through hole 31: End 32: End 33: End 34: Wide part 38: Coat 39: Space 40: Through hole 100: Fuel cell stack 102: Fuel cell power generation unit 104: End plate 106: End plate 107: Through hole for flow path 108: Communication hole 109: Bolt hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Fuel electrode 120: Separator 121: Hole 124: Joint 130: Air pole side frame 131: Hole 132: Oxidizing agent gas supply communication flow path 133: Oxidizing agent gas discharge communication flow path 134: Air pole side current collecting member 135: Cell contact part 136: Base part 137: Connecting part 138: Joint layer 139: Air pole side spacer 140: Fuel pole side frame 141: Hole 142: Fuel gas supply communication flow path 143: Fuel gas discharge communication flow path 144: Fuel pole side current collection Member 145: Cell contact part 146: Base part 147: Connecting part 149: Fuel electrode side spacer 150: Interconnector 151: Coat 161: Oxidizing agent gas introduction manifold 162: Oxidizing agent gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction Manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber FG: Fuel gas FOG: Fuel off gas OG: Oxidating agent gas OOG: Oxidating agent off gas

Claims (10)

電解質層と前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、
前記電気化学反応単セルの前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極側に配置された板状のインターコネクタと、
前記インターコネクタと前記特定電極との間に配置された導電性の集電部材と、
を備える電気化学反応単位において、
前記集電部材は、
前記インターコネクタの表面に接する板状であり、前記第1の方向に延びる貫通孔が形成されたベース部と、
前記第1の方向視で前記ベース部の前記貫通孔と重なるように配置され、前記特定電極の表面に接する板状の複数のセル接触部と、
各前記セル接触部の端部と前記ベース部における前記貫通孔に面する端部とを結ぶ連接部と、
を含み、
前記電気化学反応単位は、さらに、
弾性体により構成され、前記第1の方向において、前記ベース部の前記貫通孔内に収容され、かつ、前記インターコネクタの表面から各前記セル接触部の表面まで延びる形状のスペーサを備え
前記第1の方向における前記ベース部の厚さは、前記第1の方向における前記電気化学反応単セルの厚さの10分の1以上である、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
An electrochemical reaction single cell containing an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in the first direction across the electrolyte layer.
A plate-shaped interconnector arranged on a specific electrode side of at least one of the air electrode and the fuel electrode of the electrochemical reaction single cell,
A conductive current collecting member arranged between the interconnector and the specific electrode,
In the electrochemical reaction unit with
The current collector member
A plate-shaped base portion that is in contact with the surface of the interconnector and has a through hole extending in the first direction, and a base portion.
A plurality of plate-shaped cell contact portions that are arranged so as to overlap the through holes of the base portion in the first directional view and are in contact with the surface of the specific electrode.
A connecting portion connecting the end portion of each cell contact portion and the end portion of the base portion facing the through hole,
Including
The electrochemical reaction unit further
A spacer composed of an elastic body, housed in the through hole of the base portion in the first direction, and having a shape extending from the surface of the interconnector to the surface of each cell contact portion .
The thickness of the base portion in the first direction is one tenth or more of the thickness of the electrochemical reaction single cell in the first direction.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
請求項1に記載の電気化学反応単位において、
各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、
前記スペーサは、前記第2の方向に沿った移動が規制されるように、前記ベース部の前記貫通孔の内周面に当接している、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to claim 1,
The boundary between each of the cell contact portions and each of the connecting portions is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction.
The spacer is in contact with the inner peripheral surface of the through hole of the base portion so that movement along the second direction is restricted.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
請求項1または請求項2に記載の電気化学反応単位において、
各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、
前記スペーサは、前記第1の方向と前記第2の方向との両方に直交する第3の方向に沿った移動が規制されるように、前記ベース部の前記貫通孔の内周面に当接している、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to claim 1 or 2.
The boundary between each of the cell contact portions and each of the connecting portions is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction.
The spacer abuts on the inner peripheral surface of the through hole of the base portion so that movement along a third direction orthogonal to both the first direction and the second direction is restricted. ing,
An electrochemical reaction unit characterized by that.
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記第1の方向において、前記インターコネクタと前記セル接触部における前記連接部側の一部分との間に、前記スペーサが存在しない空間が確保されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 3.
In the first direction, a space in which the spacer does not exist is secured between the interconnector and a part of the cell contact portion on the connecting portion side.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、
前記第1の方向と前記第2の方向との両方に直交する第3の方向における各前記セル接触部の前記連接部との境界とは反対側の端部は、前記第1の方向視で、前記スペーサと重なっている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 4.
The boundary between each of the cell contact portions and each of the connecting portions is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction.
The end of each cell contact portion in the third direction orthogonal to both the first direction and the second direction, which is opposite to the boundary with the connecting portion, is viewed in the first direction. , Overlapping with the spacer,
An electrochemical reaction unit characterized by that.
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、
前記第1の方向と前記第2の方向との両方に直交する第3の方向における各前記セル接触部の前記連接部との境界とは反対側の端部は、前記第1の方向視で、前記スペーサと重なっていない、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 4.
The boundary between each of the cell contact portions and each of the connecting portions is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction.
The end of each cell contact portion in the third direction orthogonal to both the first direction and the second direction, which is opposite to the boundary with the connecting portion, is viewed in the first direction. , Does not overlap with the spacer,
An electrochemical reaction unit characterized by that.
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、
前記ベース部には、前記第1の方向と前記第2の方向との両方に直交する第3の方向に並んで配置された複数の前記貫通孔が形成されており、
前記電気化学反応単位は、前記複数の貫通孔に対応して設けられた、互いに離間した複数の前記スペーサを備える、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 6.
The boundary between each of the cell contact portions and each of the connecting portions is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction.
The base portion is formed with a plurality of the through holes arranged side by side in a third direction orthogonal to both the first direction and the second direction.
The electrochemical reaction unit comprises a plurality of spaced spacers provided corresponding to the plurality of through holes.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
各前記セル接触部と各前記連接部との境界は、前記第1の方向に直交する第2の方向に略平行であり、
各前記セル接触部の前記第2の方向に沿った幅は、前記第1の方向と前記第2の方向との両方に直交する第3の方向に沿った幅より小さい、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 7.
The boundary between each of the cell contact portions and each of the connecting portions is substantially parallel to the second direction orthogonal to the first direction.
The width of each cell contact portion along the second direction is smaller than the width along the third direction orthogonal to both the first direction and the second direction.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記電気化学反応単セルは、燃料電池単セルである、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 8.
The electrochemical reaction single cell is a fuel cell single cell.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
前記第1の方向に並べて配列された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも1つは、請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
In an electrochemical reaction cell stack having a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction.
The electrochemical reaction cell stack, wherein at least one of the plurality of electrochemical reaction units is the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 9.
JP2018078409A 2018-04-16 2018-04-16 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack Active JP6867974B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018078409A JP6867974B2 (en) 2018-04-16 2018-04-16 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018078409A JP6867974B2 (en) 2018-04-16 2018-04-16 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019186147A JP2019186147A (en) 2019-10-24
JP6867974B2 true JP6867974B2 (en) 2021-05-12

Family

ID=68341798

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018078409A Active JP6867974B2 (en) 2018-04-16 2018-04-16 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6867974B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7702210B2 (en) * 2022-03-10 2025-07-03 株式会社東芝 Electrochemical Cell Stack

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5365896B2 (en) * 2008-04-24 2013-12-11 日産自動車株式会社 Fuel cell unit
JP6022368B2 (en) * 2013-01-31 2016-11-09 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell
JP5739943B2 (en) * 2013-07-08 2015-06-24 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell and fuel cell stack
JP6204822B2 (en) * 2013-12-24 2017-09-27 日本特殊陶業株式会社 Solid oxide fuel cell
JP6773472B2 (en) * 2016-07-28 2020-10-21 森村Sofcテクノロジー株式会社 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019186147A (en) 2019-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6868051B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6945035B1 (en) Electrochemical reaction cell stack
CN108352542A (en) Interconnector-electrochemical reaction unit cell complex, electrochemical reaction cell stack, and method for manufacturing the interconnector-electrochemical reaction unit cell complex
JP6773472B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP7071422B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6781188B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6917416B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6805203B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2021022560A (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7522679B2 (en) Electrochemical reaction single cells and electrochemical reaction cell stacks
JP6756549B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP7237043B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7023898B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6867974B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2022081854A (en) Manufacturing method for electrochemical reaction cell stacks
JP6835768B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6890040B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6861185B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6959039B2 (en) Method for manufacturing electrochemical reaction unit, electrochemical reaction cell stack, and electrochemical reaction unit
JP6773600B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6917339B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP7210509B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP2021022459A (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7049781B2 (en) Conductive members, electrochemical reaction units, and electrochemical reaction cell stacks
JP7042783B2 (en) Electrochemical reaction cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191118

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20191224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201009

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201125

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: 20210406

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210409

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6867974

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250