JP7736802B2 - Conductive member, electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module housing device - Google Patents
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Description
本開示は、導電部材、電気化学セル、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置に関する。 The present disclosure relates to conductive members, electrochemical cells, electrochemical cell devices, modules, and module housing devices.
近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数有する燃料電池セルスタック装置が種々提案されている。燃料電池セルは、水素含有ガス等の燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとを用いて電力を得ることができる電気化学セルの一種である。In recent years, various fuel cell stack devices containing multiple fuel cell cells have been proposed as next-generation energy sources. A fuel cell is a type of electrochemical cell that can generate electricity using a fuel gas such as a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas such as air.
実施形態の一態様に係る導電部材は、基材と、多結晶膜とを有する。基材は、クロムを含有する。多結晶膜は、複数の酸化クロム粒子を含み、前記基材上に位置する。前記多結晶膜は、第1元素を含む。前記第1元素は、前記酸化クロム粒子間に位置し、第一イオン化エネルギーおよび酸素1モル当たりの酸化物の生成自由エネルギーがクロムよりも小さい。 A conductive member according to one embodiment includes a substrate and a polycrystalline film. The substrate contains chromium. The polycrystalline film includes a plurality of chromium oxide particles and is located on the substrate. The polycrystalline film includes a first element. The first element is located between the chromium oxide particles and has a first ionization energy and a free energy of formation of an oxide per mole of oxygen that are smaller than those of chromium.
また、本開示の電気化学セルは、素子部と、上記に記載の導電部材とを備える。導電部材は、前記素子部に接続される。 The electrochemical cell of the present disclosure also includes an element portion and the conductive member described above. The conductive member is connected to the element portion.
また、本開示の電気化学セル装置は、上記に記載の電気化学セルを含むセルスタックを有する。 The electrochemical cell device disclosed herein also has a cell stack including the electrochemical cell described above.
また、本開示のモジュールは、上記に記載の電気化学セル装置と、電気化学セル装置を収納する収納容器とを備える。 The module of the present disclosure also includes the electrochemical cell device described above and a storage container for housing the electrochemical cell device.
また、本開示のモジュール収容装置は、上記に記載のモジュールと、モジュールの運転を行うための補機と、モジュールおよび補機を収容する外装ケースとを備える。 The module housing device of the present disclosure also includes the module described above, auxiliary equipment for operating the module, and an outer case for housing the module and auxiliary equipment.
以下、添付図面を参照して、本願の開示する導電部材、電気化学セル、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの開示が限定されるものではない。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the conductive member, electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module housing device disclosed in the present application will be described in detail. Note that this disclosure is not limited to the embodiments shown below.
また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係、比率などが異なる部分が含まれている場合がある。 It should also be noted that the drawings are schematic and that the dimensional relationships and proportions of each element may differ from reality. Furthermore, there may be parts in the drawings where the dimensional relationships and proportions differ.
[第1の実施形態]
<電気化学セルの構成>
まず、図1A~図1Cを参照しながら、第1の実施形態に係る電気化学セルとして、固体酸化物形の燃料電池セルの例を用いて説明する。電気化学セル装置は、複数の電気化学セルを有するセルスタックを備えていてもよい。複数の電気化学セルを有する電気化学セル装置を、単にセルスタック装置と称する。
[First embodiment]
<Electrochemical cell configuration>
1A to 1C, an electrochemical cell according to a first embodiment will be described using an example of a solid oxide fuel cell. The electrochemical cell device may include a cell stack having a plurality of electrochemical cells. An electrochemical cell device having a plurality of electrochemical cells will be simply referred to as a cell stack device.
図1Aは、第1の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図であり、図1Bは、第1の実施形態に係る電気化学セルの一例を空気極側からみた側面図であり、図1Cは、第1の実施形態に係る電気化学セルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。なお、図1A~図1Cは、電気化学セルの各構成の一部を拡大して示している。以下、電気化学セルを単にセルという場合もある。 Figure 1A is a cross-sectional view showing an example of an electrochemical cell according to the first embodiment, Figure 1B is a side view of an example of an electrochemical cell according to the first embodiment viewed from the air electrode side, and Figure 1C is a side view of an example of an electrochemical cell according to the first embodiment viewed from the interconnector side. Note that Figures 1A to 1C show enlarged views of portions of each component of the electrochemical cell. Hereinafter, the electrochemical cell may also be simply referred to as a cell.
図1A~図1Cに示す例において、セル1は中空平板型で、細長い板状である。図1Bに示すように、セル1の全体を側面から見た形状は、たとえば、長さ方向Lの辺の長さが5cm~50cmで、この長さ方向Lに直交する幅方向Wの長さが、たとえば、1cm~10cmの長方形である。このセル1の全体の厚み方向Tの厚さは、たとえば、1mm~5mmである。 In the example shown in Figures 1A to 1C, cell 1 is a hollow, flat, elongated plate. As shown in Figure 1B, the shape of cell 1 as a whole viewed from the side is, for example, a rectangle with a side length in the length direction L of 5 cm to 50 cm and a width direction W perpendicular to this length direction L of, for example, 1 cm to 10 cm. The overall thickness of cell 1 in the thickness direction T is, for example, 1 mm to 5 mm.
図1Aに示すように、セル1は、導電性の支持基板2と、素子部3と、インターコネクタ4とを備えている。支持基板2は、一対の対向する第1面n1、第2面n2、かかる第1面n1および第2面n2を接続する一対の円弧状の側面mを有する柱状である。As shown in Figure 1A, the cell 1 comprises a conductive support substrate 2, an element section 3, and an interconnector 4. The support substrate 2 is columnar, having a pair of opposing first and second surfaces n1 and n2, and a pair of arc-shaped side surfaces m connecting the first and second surfaces n1 and n2.
素子部3は、支持基板2の第1面n1上に位置している。素子部3は、燃料極5と、固体電解質層6と、空気極8とを有している。また、図1Aに示す例では、セル1の第2面n2上にインターコネクタ4が位置している。なお、セル1は、固体電解質層6と空気極8との間に中間層7を備えていてもよい。 The element section 3 is located on the first surface n1 of the support substrate 2. The element section 3 has a fuel electrode 5, a solid electrolyte layer 6, and an air electrode 8. In the example shown in FIG. 1A, the interconnector 4 is located on the second surface n2 of the cell 1. The cell 1 may also have an intermediate layer 7 between the solid electrolyte layer 6 and the air electrode 8.
また、図1Bに示すように、空気極8はセル1の下端まで延びていない。セル1の下端部では、固体電解質層6のみが第1面n1の表面に露出している。また、図1Cに示すように、インターコネクタ4がセル1の下端まで延びていてもよい。セル1の下端部では、インターコネクタ4および固体電解質層6が表面に露出している。なお、図1Aに示すように、セル1の一対の円弧状の側面mにおける表面では、固体電解質層6が露出している。インターコネクタ4は、セル1の下端まで延びていなくてもよい。 Also, as shown in Figure 1B, the air electrode 8 does not extend to the lower end of the cell 1. At the lower end of the cell 1, only the solid electrolyte layer 6 is exposed on the surface of the first face n1. Also, as shown in Figure 1C, the interconnector 4 may extend to the lower end of the cell 1. At the lower end of the cell 1, the interconnector 4 and the solid electrolyte layer 6 are exposed on the surface. Note that, as shown in Figure 1A, the solid electrolyte layer 6 is exposed on the surface of a pair of arcuate side faces m of the cell 1. The interconnector 4 does not have to extend to the lower end of the cell 1.
以下、セル1を構成する各構成部材について説明する。 Below, we will explain each component that makes up cell 1.
支持基板2は、ガスが流れるガス流路2aを内部に有している。図1Aに示す支持基板2の例は、6つのガス流路2aを有している。支持基板2は、ガス透過性を有し、ガス流路2aに流れるガスを燃料極5まで透過させる。支持基板2は導電性を有していてもよい。導電性を有する支持基板2は、素子部3で生じた電気をインターコネクタ4に集電する。 The support substrate 2 has gas flow channels 2a therein through which gas flows. The example of the support substrate 2 shown in Figure 1A has six gas flow channels 2a. The support substrate 2 is gas permeable, allowing the gas flowing through the gas flow channels 2a to pass through to the fuel electrode 5. The support substrate 2 may be conductive. The conductive support substrate 2 collects electricity generated in the element section 3 to the interconnector 4.
支持基板2の材料は、たとえば、鉄族金属成分および無機酸化物を含む。鉄族金属成分は、たとえば、Ni(ニッケル)および/またはNiOであってもよい。無機酸化物は、たとえば、特定の希土類元素酸化物であってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Sc、Y、La、Nd、Sm、Gd、DyおよびYbから選択される1以上の希土類元素を含んでよい。The material of the support substrate 2 includes, for example, an iron-group metal component and an inorganic oxide. The iron-group metal component may be, for example, Ni (nickel) and/or NiO. The inorganic oxide may be, for example, a specific rare earth element oxide. The rare earth element oxide may include, for example, one or more rare earth elements selected from Sc, Y, La, Nd, Sm, Gd, Dy, and Yb.
燃料極5の材料には、一般的に公知のものを使用することができる。燃料極5は、電子伝導性を有する材料とイオン伝導性を有する材料とを含む多孔質の導電性セラミックスであってもよい。導電性セラミックスとしては、たとえば酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているZrO2と、Niおよび/またはNiOとを含むセラミックスなどを用いてもよい。この希土類元素酸化物は、たとえば、Sc、Y、La、Nd、Sm、Gd、DyおよびYbから選択される複数の希土類元素を含んでもよい。酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているZrO2を安定化ジルコニアと称する場合もある。安定化ジルコニアは、部分安定化ジルコニアも含む。 A commonly known material can be used for the fuel electrode 5. The fuel electrode 5 may be a porous conductive ceramic containing an electronically conductive material and an ionically conductive material. Examples of the conductive ceramic include ceramics containing calcium oxide, magnesium oxide, or ZrO2 solid-solubilized with a rare earth element oxide, and Ni and/or NiO. The rare earth element oxide may contain, for example, a plurality of rare earth elements selected from Sc, Y, La, Nd, Sm, Gd, Dy, and Yb. Calcium oxide, magnesium oxide, or ZrO2 solid-solubilized with a rare earth element oxide is sometimes referred to as stabilized zirconia. Stabilized zirconia also includes partially stabilized zirconia.
固体電解質層6は、電解質であり、燃料極5と空気極8との間でイオンの受け渡しをする。同時に、固体電解質層6は、ガス遮断性を有し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。 The solid electrolyte layer 6 is an electrolyte that transfers ions between the fuel electrode 5 and the air electrode 8. At the same time, the solid electrolyte layer 6 has gas barrier properties, making it less likely for fuel gas and oxygen-containing gas to leak.
固体電解質層6の材料は、たとえば、3モル%~15モル%の希土類元素酸化物が固溶したZrO2であってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Sc、Y、La、Nd、Sm、Gd、DyおよびYbから選択される1以上の希土類元素を含んでよい。固体電解質層6は、たとえば、Yb、ScまたはGdが固溶したZrO2を含んでもよく、La、NdまたはYbが固溶したCeO2を含んでもよく、ScまたはYbが固溶したBaZrO3を含んでもよく、ScまたはYbが固溶したBaCeO3を含んでもよい。 The material of the solid electrolyte layer 6 may be, for example, ZrO2 with 3 mol % to 15 mol % of a rare earth element oxide dissolved therein. The rare earth element oxide may include, for example, one or more rare earth elements selected from Sc, Y, La, Nd, Sm, Gd, Dy, and Yb. The solid electrolyte layer 6 may include, for example, ZrO2 with Yb, Sc, or Gd dissolved therein, CeO2 with La, Nd, or Yb dissolved therein, BaZrO3 with Sc or Yb dissolved therein, or BaCeO3 with Sc or Yb dissolved therein.
空気極8は、ガス透過性を有している。空気極8の開気孔率は、たとえば20%~50%、特に30%~50%の範囲であってもよい。空気極8の開気孔率を空気極8の空隙率と称する場合もある。 The air electrode 8 is gas permeable. The open porosity of the air electrode 8 may be, for example, in the range of 20% to 50%, particularly 30% to 50%. The open porosity of the air electrode 8 is sometimes referred to as the porosity of the air electrode 8.
空気極8の材料は、一般的に空気極に用いられるものであれば特に制限はない。空気極8の材料は、たとえば、いわゆるABO3型のペロブスカイト型酸化物など導電性セラミックスでもよい。 There are no particular limitations on the material of the air electrode 8 as long as it is one that is generally used for air electrodes. The material of the air electrode 8 may be, for example, a conductive ceramic such as a so-called ABO 3 type perovskite oxide.
空気極8の材料は、たとえば、AサイトにSr(ストロンチウム)とLa(ランタン)が共存する複合酸化物であってもよい。このような複合酸化物の例としては、LaxSr1-xCoyFe1-yO3、LaxSr1-xMnO3、LaxSr1-xFeO3、LaxSr1-xCoO3などが挙げられる。なお、xは0<x<1、yは0<y<1である。 The material of the air electrode 8 may be, for example, a composite oxide in which Sr (strontium) and La (lanthanum) coexist at the A site. Examples of such composite oxides include LaxSr1 - xCoyFe1 - yO3 , LaxSr1 -xMnO3 , LaxSr1 - xFeO3 , and LaxSr1 - xCoO3 , where x is 0<x< 1 and y is 0<y< 1 .
また、素子部3が中間層7を有する場合、中間層7は、拡散抑制層としての機能を有する。空気極8に含まれるSr(ストロンチウム)が固体電解質層6に拡散すると、かかる固体電解質層6にSrZrO3の抵抗層が形成される。中間層7は、Srを拡散させにくくすることで、SrZrO3が形成されにくくする。 Furthermore, when the element unit 3 has an intermediate layer 7, the intermediate layer 7 functions as a diffusion suppression layer. When Sr (strontium) contained in the air electrode 8 diffuses into the solid electrolyte layer 6, a resistive layer of SrZrO3 is formed in the solid electrolyte layer 6. The intermediate layer 7 makes it difficult for Sr to diffuse, thereby making it difficult for SrZrO3 to be formed.
中間層7の材料は、一般的に空気極8と固体電解質層6との間の元素の拡散抑制層に用いられるものであれば特に制限はない。中間層7の材料は、たとえば、Ce(セリウム)を除く希土類元素が固溶した酸化セリウム(CeO2)を含んでもよい。かかる希土類元素としては、たとえば、Gd(ガドリニウム)、Sm(サマリウム)などを用いてもよい。 There are no particular restrictions on the material of intermediate layer 7, as long as it is generally used as an element diffusion suppression layer between air electrode 8 and solid electrolyte layer 6. The material of intermediate layer 7 may include, for example, cerium oxide (CeO 2 ) in which a rare earth element other than Ce (cerium) is dissolved. Examples of such rare earth elements that may be used include Gd (gadolinium) and Sm (samarium).
また、インターコネクタ4は、緻密質であり、支持基板2の内部に位置するガス流路2aを流通する燃料ガス、および支持基板2の外側を流通する酸素含有ガスのリークを生じにくくする。インターコネクタ4は、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していてもよい。 Furthermore, the interconnector 4 is dense, making it less likely for the fuel gas flowing through the gas flow path 2a located inside the support substrate 2 and the oxygen-containing gas flowing outside the support substrate 2 to leak. The interconnector 4 may have a relative density of 93% or more, particularly 95% or more.
インターコネクタ4の材料には、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物(LaSrTiO3系酸化物)などを用いてもよい。これらの材料は、導電性を有し、かつ水素含有ガスなどの燃料ガスおよび空気などの酸素含有ガスと接触しても還元も酸化もされにくい。 Lanthanum chromite-based perovskite oxides ( LaCrO3 -based oxides), lanthanum strontium titanium-based perovskite oxides (LaSrTiO3 - based oxides), etc. may be used as the material for the interconnector 4. These materials are conductive and are resistant to reduction and oxidation even when in contact with fuel gases such as hydrogen-containing gases and oxygen-containing gases such as air.
<電気化学セル装置の構成>
次に、上述したセル1を用いた本実施形態に係る電気化学セル装置について、図2A~図2Cを参照しながら説明する。図2Aは、第1の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す斜視図であり、図2Bは、図2Aに示すX-X線の断面図であり、図2Cは、第1の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す上面図である。
<Configuration of electrochemical cell device>
Next, an electrochemical cell device according to this embodiment using the above-described cell 1 will be described with reference to Figures 2A to 2C. Figure 2A is a perspective view showing an example of the electrochemical cell device according to the first embodiment, Figure 2B is a cross-sectional view taken along line X-X shown in Figure 2A, and Figure 2C is a top view showing an example of the electrochemical cell device according to the first embodiment.
図2Aに示すように、セルスタック装置10は、セル1の厚み方向T(図1A参照)に配列(積層)された複数のセル1を有するセルスタック11と、固定部材12とを備える。 As shown in Figure 2A, the cell stack device 10 comprises a cell stack 11 having a plurality of cells 1 arranged (stacked) in the thickness direction T of the cells 1 (see Figure 1A), and a fixing member 12.
固定部材12は、固定材13と、支持部材14とを有する。支持部材14は、セル1を支持する。固定材13は、セル1を支持部材14に固定する。また、支持部材14は、支持体15と、ガスタンク16とを有する。支持部材14である支持体15およびガスタンク16は、金属製であり導電性を有している。 The fixing member 12 has a fixing material 13 and a support member 14. The support member 14 supports the cell 1. The fixing material 13 fixes the cell 1 to the support member 14. The support member 14 also has a support 15 and a gas tank 16. The support member 14, which is made of metal, has electrical conductivity.
図2Bに示すように、支持体15は、複数のセル1の下端部が挿入される挿入孔15aを有している。複数のセル1の下端部と挿入孔15aの内壁とは、固定材13で接合されている。As shown in Figure 2B, the support body 15 has insertion holes 15a into which the lower ends of the multiple cells 1 are inserted. The lower ends of the multiple cells 1 and the inner wall of the insertion holes 15a are joined with fixing material 13.
ガスタンク16は、挿入孔15aを通じて複数のセル1に反応ガスを供給する開口部と、かかる開口部の周囲に位置する凹溝16aとを有する。支持体15の外周の端部は、ガスタンク16の凹溝16aに充填された接合材21によって、ガスタンク16と接合されている。The gas tank 16 has an opening for supplying reaction gas to the multiple cells 1 through the insertion holes 15a, and a groove 16a located around the opening. The outer edge of the support 15 is joined to the gas tank 16 by a bonding material 21 filled in the groove 16a of the gas tank 16.
図2Aに示す例では、支持部材14である支持体15とガスタンク16とで形成される内部空間22に燃料ガスが貯留される。ガスタンク16にはガス流通管20が接続されている。燃料ガスは、このガス流通管20を通してガスタンク16に供給され、ガスタンク16からセル1の内部のガス流路2a(図1A参照)に供給される。ガスタンク16に供給される燃料ガスは、後述する改質器102(図5参照)で生成される。 In the example shown in Figure 2A, fuel gas is stored in an internal space 22 formed by the support member 15, which is the support member 14, and the gas tank 16. A gas circulation pipe 20 is connected to the gas tank 16. The fuel gas is supplied to the gas tank 16 through this gas circulation pipe 20, and is supplied from the gas tank 16 to the gas flow path 2a (see Figure 1A) inside the cell 1. The fuel gas supplied to the gas tank 16 is generated in a reformer 102 (see Figure 5), which will be described later.
水素リッチな燃料ガスは、原燃料を水蒸気改質などすることによって生成することができる。水蒸気改質により燃料ガスを生成する場合には、燃料ガスは水蒸気を含む。 Hydrogen-rich fuel gas can be produced by steam reforming the raw fuel. When fuel gas is produced by steam reforming, the fuel gas contains water vapor.
図2Aに示す例は、2列のセルスタック11、2つの支持体15、およびガスタンク16を備えている。2列のセルスタック11は、複数のセル1をそれぞれ有する。各セルスタック11は、各支持体15に固定されている。ガスタンク16は上面に2つの貫通孔を有している。各貫通孔には、各支持体15が配置されている。内部空間22は、1つのガスタンク16と、2つの支持体15とで形成される。 The example shown in Figure 2A includes two rows of cell stacks 11, two supports 15, and a gas tank 16. Each of the two rows of cell stacks 11 has a plurality of cells 1. Each cell stack 11 is fixed to a respective support 15. The gas tank 16 has two through holes on its top surface. A respective support 15 is disposed in each through hole. The internal space 22 is formed by one gas tank 16 and two supports 15.
挿入孔15aの形状は、たとえば、上面視で長円形状である。挿入孔15aは、たとえば、セル1の配列方向すなわち厚み方向Tの長さが、セルスタック11の両端に位置する2つの端部集電部材17の間の距離より大きくてもよい。挿入孔15aの幅は、たとえば、セル1の幅方向W(図1A参照)の長さより大きくてもよい。 The shape of the insertion hole 15a is, for example, an oval shape when viewed from above. For example, the length of the insertion hole 15a in the arrangement direction of the cells 1, i.e., the thickness direction T, may be greater than the distance between the two end current collecting members 17 located at both ends of the cell stack 11. The width of the insertion hole 15a may be greater than the length of the cell 1 in the width direction W (see Figure 1A).
図2Bに示すように、挿入孔15aの内壁とセル1の下端部との接合部には、固定材13が充填され、固化されている。これにより、挿入孔15aの内壁と複数個のセル1の下端部とがそれぞれ接合・固定され、また、セル1の下端部同士が接合・固定されている。各セル1のガス流路2aは、下端部で支持部材14の内部空間22と連通している。 As shown in Figure 2B, the joint between the inner wall of the insertion hole 15a and the lower end of the cell 1 is filled with a fixing material 13 and solidified. This bonds and fixes the inner wall of the insertion hole 15a to the lower end of each of the multiple cells 1, and also bonds and fixes the lower ends of the cells 1 to each other. The gas flow path 2a of each cell 1 communicates with the internal space 22 of the support member 14 at its lower end.
固定材13および接合材21は、ガラスなどの導電性が低いものを用いることができる。固定材13および接合材21の具体的な材料としては、非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。The fixing material 13 and the bonding material 21 may be made of a low-conductivity material such as glass. Specific materials for the fixing material 13 and the bonding material 21 may include amorphous glass, and in particular, crystallized glass.
結晶化ガラスとしては、たとえば、SiO2-CaO系、MgO-B2O3系、La2O3-B2O3-MgO系、La2O3-B2O3-ZnO系、SiO2-CaO-ZnO系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にSiO2-MgO系の材料を用いてもよい。 As the crystallized glass, for example, any of SiO 2 —CaO-based, MgO—B 2 O 3- based, La 2 O 3 —B 2 O 3 —MgO-based, La 2 O 3 —B 2 O 3 —ZnO-based, SiO 2 —CaO—ZnO-based materials may be used, and in particular, SiO 2 —MgO-based materials may be used.
また、図2Bに示すように、複数のセル1のうち隣接するセル1の間には、導電部材18が介在している。導電部材18は、隣接する一方のセル1の燃料極5と他方のセル1の空気極8とを電気的に直列に接続する。より具体的には、隣接する一方のセル1の燃料極5と電気的に接続されたインターコネクタ4と、他方のセル1の空気極8とを接続している。なお、隣接するセル1に接続された導電部材18の詳細については、後述する。 As shown in Figure 2B, a conductive member 18 is interposed between adjacent cells 1 among the multiple cells 1. The conductive member 18 electrically connects the fuel electrode 5 of one adjacent cell 1 to the air electrode 8 of the other cell 1 in series. More specifically, it connects the interconnector 4 electrically connected to the fuel electrode 5 of one adjacent cell 1 to the air electrode 8 of the other cell 1. Details of the conductive member 18 connected to adjacent cells 1 will be described later.
また、図2Bに示すように、複数のセル1の配列方向における最も外側に位置するセル1に、端部集電部材17が電気的に接続されている。端部集電部材17は、セルスタック11の外側に突出する導電部19に接続されている。導電部19は、セル1の発電により生じた電気を集電して外部に引き出す。なお、図2Aでは、端部集電部材17の図示を省略している。 Furthermore, as shown in Figure 2B, an end current collecting member 17 is electrically connected to the cell 1 located outermost in the arrangement direction of the multiple cells 1. The end current collecting member 17 is connected to a conductive portion 19 that protrudes outside the cell stack 11. The conductive portion 19 collects electricity generated by the power generation of the cell 1 and extracts it to the outside. Note that the end current collecting member 17 is not shown in Figure 2A.
また、図2Cに示すように、セルスタック装置10は、2つのセルスタック11A、11Bが直列に接続され、一つの電池として機能する。そのため、セルスタック装置10の導電部19は、正極端子19Aと、負極端子19Bと、接続端子19Cとに区別される。 As shown in Figure 2C, the cell stack device 10 has two cell stacks 11A and 11B connected in series to function as a single battery. Therefore, the conductive portion 19 of the cell stack device 10 is divided into a positive terminal 19A, a negative terminal 19B, and a connection terminal 19C.
正極端子19Aは、セルスタック11が発電した電力を外部に出力する場合の正極であり、セルスタック11Aにおける正極側の端部集電部材17に電気的に接続される。負極端子19Bは、セルスタック11が発電した電力を外部に出力する場合の負極であり、セルスタック11Bにおける負極側の端部集電部材17に電気的に接続される。 The positive terminal 19A is the positive electrode when the power generated by the cell stack 11 is output to the outside, and is electrically connected to the positive-side end current collector 17 of the cell stack 11A. The negative terminal 19B is the negative electrode when the power generated by the cell stack 11 is output to the outside, and is electrically connected to the negative-side end current collector 17 of the cell stack 11B.
接続端子19Cは、セルスタック11Aにおける負極側の端部集電部材17と、セルスタック11Bにおける正極側の端部集電部材17とを電気的に接続する。 The connection terminal 19C electrically connects the negative electrode side end collector member 17 in the cell stack 11A and the positive electrode side end collector member 17 in the cell stack 11B.
<導電部材の詳細>
つづいて、第1の実施形態に係る導電部材18の詳細について、図3~図4Cを参照しながら説明する。図3は、実施形態に係る導電部材の一例を示す横断面図である。
<Details of conductive material>
Next, details of the conductive member 18 according to the first embodiment will be described with reference to Figures 3 to 4C. Figure 3 is a cross-sectional view showing an example of the conductive member according to the embodiment.
図3に示すように、導電部材18は、隣接する一方のセル1に接続される接続部18aと、他方のセル1に接続される接続部18bとを有する。また、導電部材18は、幅方向Wの両端に連結部18cを有しており、接続部18a,18bを接続する。これにより、導電部材18は、厚み方向Tに隣り合うセル1同士を電気的に接続することができる。なお、図3では、セル1の形状を単純化して図示している。 As shown in Figure 3, the conductive member 18 has a connection portion 18a that connects to one adjacent cell 1 and a connection portion 18b that connects to the other cell 1. The conductive member 18 also has connecting portions 18c at both ends in the width direction W, which connect the connection portions 18a and 18b. This allows the conductive member 18 to electrically connect adjacent cells 1 in the thickness direction T. Note that Figure 3 shows a simplified shape of the cell 1.
また、接続部18a,18bは、セル1と向かい合う第1面181と、接続部18b,18aと向かい合う第2面182とを有している。 Furthermore, the connection portions 18a and 18b have a first surface 181 facing the cell 1 and a second surface 182 facing the connection portions 18b and 18a.
図4Aは、図3に示すA-A線に沿った断面図である。図4Bは、図4Aに示す領域Bの拡大図である。 Figure 4A is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 3. Figure 4B is an enlarged view of region B in Figure 4A.
導電部材18は、セル1の長さ方向Lに延在している。図4Aに示すように、導電部材18の接続部18a,18bは、セル1の長さ方向Lに沿って互い違いに複数位置している。導電部材18は、接続部18a,18bのそれぞれでセル1と接触している。 The conductive member 18 extends in the longitudinal direction L of the cell 1. As shown in Figure 4A, the connection portions 18a, 18b of the conductive member 18 are positioned alternately along the longitudinal direction L of the cell 1. The conductive member 18 is in contact with the cell 1 at each of the connection portions 18a, 18b.
また、図4Bに示すように、導電部材18は、基材41と、多結晶膜42と、被覆層43とを有している。また、導電部材18は、セル1の厚み方向Tの両端に位置する第1面181および第2面182を有する。また、導電部材18は、第1面181および第2面182をつなぐ第3面183,184を有する。 As shown in FIG. 4B, the conductive member 18 has a substrate 41, a polycrystalline film 42, and a coating layer 43. The conductive member 18 also has a first surface 181 and a second surface 182 located at both ends of the thickness direction T of the cell 1. The conductive member 18 also has third surfaces 183 and 184 connecting the first surface 181 and the second surface 182.
導電部材18(接続部18b)は、接合材50を介してセル1と接合されている。接合材50は、導電部材18の第1面181とセル1との間に位置しており、導電部材18とセル1とを接合する。また、第2面182および第3面183,184は、たとえば空気など、酸化雰囲気に露出している。 The conductive member 18 (connection portion 18b) is joined to the cell 1 via a bonding material 50. The bonding material 50 is located between the first surface 181 of the conductive member 18 and the cell 1, and bonds the conductive member 18 to the cell 1. The second surface 182 and the third surfaces 183 and 184 are exposed to an oxidizing atmosphere, such as air.
基材41は、導電性および耐熱性を有する。基材41は、クロムを含有する。基材41は、たとえば、ステンレス鋼である。基材41は、たとえば、金属酸化物を含有してもよい。 The substrate 41 is electrically conductive and heat resistant. The substrate 41 contains chromium. The substrate 41 is, for example, stainless steel. The substrate 41 may also contain, for example, a metal oxide.
図4Cは、図4Bに示す多結晶膜の拡大図である。多結晶膜42は、基材41上に位置している。図4Cに示すように、多結晶膜42は、複数の酸化クロム粒子421と、第1粒子422とを含む。 Figure 4C is an enlarged view of the polycrystalline film shown in Figure 4B. The polycrystalline film 42 is located on a substrate 41. As shown in Figure 4C, the polycrystalline film 42 includes a plurality of chromium oxide particles 421 and first particles 422.
酸化クロム粒子421は、たとえば、酸化クロム(Cr2O3)を含有する。このように基材41が酸化クロム粒子421を有することにより、導電部材18の耐久性が高まる。酸化クロム粒子421は、たとえば、500nm以下、特に100nm以上350nm以下の平均粒径(円相当径)を有してもよい。また、酸化クロム粒子421は、酸化クロム以外の成分を含有してもよい。酸化クロム粒子421は、第1元素を含まなくてもよい。なお、第1元素の詳細については、後述する。 The chromium oxide particles 421 contain, for example, chromium oxide (Cr 2 O 3 ). When the base material 41 contains the chromium oxide particles 421 in this manner, the durability of the conductive member 18 is improved. The chromium oxide particles 421 may have, for example, an average particle size (circle equivalent diameter) of 500 nm or less, particularly 100 nm to 350 nm. The chromium oxide particles 421 may also contain components other than chromium oxide. The chromium oxide particles 421 may not contain the first element. Details of the first element will be described later.
第1粒子422は、酸化クロム粒子421間に位置する。第1粒子422は、第1元素を含有する。第1元素は、第一イオン化エネルギーおよび酸素1モル当たりの酸化物の生成自由エネルギーがクロムよりも小さい。第1元素としては、たとえば、Y、Ce、Eu、Gd、Pr、YbおよびZrなどが挙げられる。生成自由エネルギーは、生成ギブズエネルギーともいう。生成自由エネルギーは、たとえば「核燃料・原子力材料熱力学データベース」などの熱力学データベースで確認できる。第1元素は、特にCe、Eu、PrおよびZrのうちいずれかであってもよい。第1元素は、かかる元素の酸化物として第1粒子422中に位置してもよい。かかる第1元素の酸化物としては、たとえば、Y2O3、CeO2、EuO、Gd2O3、PrO2、Yb2O3、ZrO2が該当する。 The first particles 422 are located between the chromium oxide particles 421. The first particles 422 contain a first element. The first element has a first ionization energy and a free energy of formation of an oxide per mole of oxygen that are smaller than those of chromium. Examples of the first element include Y, Ce, Eu, Gd, Pr, Yb, and Zr. The free energy of formation is also referred to as the Gibbs energy of formation. The free energy of formation can be found in a thermodynamic database, such as the "Nuclear Fuel and Nuclear Materials Thermodynamics Database." The first element may be, in particular, any of Ce, Eu, Pr, and Zr. The first element may be located in the first particles 422 as an oxide of such an element. Examples of such oxides of the first element include Y2O3 , CeO2 , EuO, Gd2O3 , PrO2 , Yb2O3 , and ZrO2 .
第1粒子422は、たとえば、第1元素のうち、1以上を含有してもよい。第1粒子422は、第1元素以外の元素を含んでいてもよい。第1粒子422は、たとえばSm(サマリウム)、Gd(ガドリニウム)が固溶したCeO2を含有してもよいし、Sc(スカンジウム)、Y(イットリウム)、Yb(イッテルビウム)等が固溶したZrO2、いわゆる安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアを含有してもよい。また、第1粒子422は、たとえばCe2Ti2O7などの第1元素を含む複合酸化物を含有してもよい。 The first particles 422 may contain, for example, one or more of the first elements. The first particles 422 may also contain elements other than the first element. The first particles 422 may contain, for example, CeO2 solid-solubilized with Sm (samarium) or Gd (gadolinium), or may contain ZrO2 solid-solubilized with Sc (scandium), Y (yttrium), Yb (ytterbium), or the like, so-called stabilized zirconia or partially stabilized zirconia. The first particles 422 may also contain a composite oxide containing the first element , such as Ce2Ti2O7 .
多結晶膜42は、たとえば、酸化クロム粒子421間に、第1元素を含む粒界相を有してもよい。第1元素を含む粒界相は、たとえば0.1原子%以上の第1元素を含んでいてもよい。 The polycrystalline film 42 may have, for example, a grain boundary phase containing the first element between the chromium oxide particles 421. The grain boundary phase containing the first element may contain, for example, 0.1 atomic % or more of the first element.
多結晶膜42は、たとえば、基材41との界面が平坦であってもよく、基材41との界面に凹凸を有してうねっていてもよい。 The polycrystalline film 42 may, for example, have a flat interface with the substrate 41, or may have an uneven, wavy interface with the substrate 41.
また、多結晶膜42は、たとえば、Siを含有してもよい。かかるSiは、たとえば、多結晶膜42が基材41との界面に凹凸を有する場合、基材41側に突出する凸部の先端に位置してもよい。 The polycrystalline film 42 may also contain, for example, Si. For example, if the polycrystalline film 42 has irregularities at the interface with the substrate 41, such Si may be located at the tips of the protrusions that protrude toward the substrate 41.
このように、導電部材18の多結晶膜42が第1元素を有することにより、基材41中のCrが拡散しにくくなることから、多結晶膜42が成長しにくくなる。これにより、セル1の発電性能の低下を低減することができる。 In this way, since the polycrystalline film 42 of the conductive member 18 contains the first element, the Cr in the substrate 41 is less likely to diffuse, making it more difficult for the polycrystalline film 42 to grow. This reduces the deterioration of the power generation performance of the cell 1.
また、多結晶膜42の厚みは、たとえば、20nm以上5μm以下、さらには200nm以上1.5μm以下であってもよい。多結晶膜42がこのような厚みを有することにより、たとえば、内部抵抗に対する多結晶膜42の影響が低減されることから、導電部材18は、内部抵抗が増大しにくくなる。これにより、セル1の発電性能の低下を低減することができる。 The thickness of the polycrystalline film 42 may be, for example, 20 nm or more and 5 μm or less, or even 200 nm or more and 1.5 μm or less. When the polycrystalline film 42 has such a thickness, for example, the effect of the polycrystalline film 42 on the internal resistance is reduced, making the internal resistance of the conductive member 18 less likely to increase. This reduces the deterioration of the power generation performance of the cell 1.
なお、導電部材18は、多結晶膜42上に位置する第1元素の酸化物を有してもよい。第1元素の酸化物は、たとえば、Y2O3、CeO2、EuO、Gd2O3、PrO2、Yb2O3、ZrO2であってもよい。 The conductive member 18 may have an oxide of the first element located on the polycrystalline film 42. The oxide of the first element may be, for example, Y2O3 , CeO2 , EuO , Gd2O3 , PrO2 , Yb2O3 , or ZrO2 .
第1元素の有無、および第1元素を含む第1粒子422の大きさは、たとえば導電部材18の断面において、HAADF-STEM(高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡)、FIB-SEM(収束イオンビーム走査電子顕微鏡)またはEPMA(電子プローブマイクロアナライザ)を用いて第1元素のマッピングを行うことで確認できる。また、多結晶膜42の平均厚みは、たとえば、加速電圧200kVのHAADF-STEMを用い、導電部材18の断面において倍率100万倍でクロムおよび第1元素のマッピングをそれぞれ行い、クロムおよび第1元素が検出された部分の厚みを10点以上測定してその平均値を算出することで得られる。The presence or absence of the first element and the size of the first particles 422 containing the first element can be confirmed, for example, by mapping the first element on a cross section of the conductive member 18 using a high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscope (HAADF-STEM), a focused ion beam scanning electron microscope (FIB-SEM), or an electron probe microanalyzer (EPMA). The average thickness of the polycrystalline film 42 can be obtained, for example, by using a HAADF-STEM with an acceleration voltage of 200 kV to map chromium and the first element on a cross section of the conductive member 18 at a magnification of 1,000,000 times, measuring the thickness of 10 or more points where chromium and the first element are detected, and calculating the average value.
このような導電部材18は、クロムを含有する基材41の表面に、第1元素を含む被膜を形成し、第1元素を含む被膜および基材41を熱処理することで得られる。第1元素を含む被膜は、たとえば第1元素の酸化物被膜でもよい。第1元素を含む被膜は、たとえばIAD(Ion Assisted Deposition)などの物理蒸着法、第1元素の酸化物を含むスラリーの塗布などにより形成してもよい。第1元素を含む被膜の厚さは、たとえば1nm以上1000nm以下としてもよい。第1元素を含む被膜の厚さは、5nm以上150nm以下、さらには10nm以上100nm以下としてもよい。第1元素を含む被膜は、たとえば30nm以下の直径を有する第1元素の酸化物粒子を含んでいてもよい。第1元素を含む被膜は、たとえば針状、樹枝状の第1元素の酸化物粒子を含んでいてもよい。針状、樹枝状の第1元素の酸化物粒子は、30nm以下の短径を有していてもよい。このような直径または短径を有する第1元素の酸化物粒子は、熱処理により多結晶膜42の粒子間に配置されやすくなる。第1元素を含む被膜および基材41の熱処理は、たとえば空気中において50℃~1100℃の温度で行えばよい。基材41は、第1元素を含まなくてもよい。Such a conductive member 18 can be obtained by forming a coating containing the first element on the surface of a chromium-containing substrate 41 and then heat-treating the coating containing the first element and the substrate 41. The coating containing the first element may be, for example, an oxide coating of the first element. The coating containing the first element may be formed, for example, by a physical vapor deposition method such as IAD (Ion Assisted Deposition) or by applying a slurry containing an oxide of the first element. The thickness of the coating containing the first element may be, for example, 1 nm to 1000 nm. The thickness of the coating containing the first element may be, for example, 5 nm to 150 nm, or even 10 nm to 100 nm. The coating containing the first element may contain oxide particles of the first element having a diameter of, for example, 30 nm or less. The coating containing the first element may contain, for example, acicular or dendritic oxide particles of the first element. The acicular or dendritic oxide particles of the first element may have a minor axis of 30 nm or less. Oxide particles of the first element having such a diameter or minor axis are likely to be arranged between particles of the polycrystalline film 42 by heat treatment. The heat treatment of the coating containing the first element and the substrate 41 may be carried out, for example, in air at a temperature of 50° C. to 1100° C. The substrate 41 does not necessarily need to contain the first element.
被覆層43は、多結晶膜42上に位置している。被覆層43は、セル1の厚み方向Tおよび長さ方向Lの全体にわたって多結晶膜42を被覆する。被覆層43は、多結晶膜42とは異なる元素を含んでいる。被覆層43は、たとえば導電性を有する。被覆層43は、多結晶膜42と酸化雰囲気との間に位置することにより、たとえば、基材41および/または多結晶膜42が含有するクロムの放出を抑えることができる。このため、導電部材18の耐久性が向上することから、セル1の耐久性を向上することができる。 The coating layer 43 is located on the polycrystalline film 42. The coating layer 43 coats the polycrystalline film 42 throughout the thickness direction T and length direction L of the cell 1. The coating layer 43 contains an element different from that of the polycrystalline film 42. The coating layer 43 is, for example, conductive. By being located between the polycrystalline film 42 and the oxidizing atmosphere, the coating layer 43 can, for example, suppress the release of chromium contained in the substrate 41 and/or the polycrystalline film 42. This improves the durability of the conductive member 18, thereby improving the durability of the cell 1.
また、被覆層43は、たとえば、Mn(マンガン)およびCo(コバルト)を含む酸化物を含有してもよい。また、被覆層43は、多孔質であってもよい。被覆層43は、異なる元素を含み積層された構造を有してもよい。 The coating layer 43 may also contain an oxide containing, for example, Mn (manganese) and Co (cobalt). The coating layer 43 may also be porous. The coating layer 43 may also have a layered structure containing different elements.
<モジュール>
次に、上述した電気化学セル装置を用いた本開示の実施形態に係るモジュールについて、図5を用いて説明する。図5は、第1の実施形態に係るモジュールを示す外観斜視図である。図5では、収納容器101の一部である前面および後面を取り外し、内部に収納される燃料電池のセルスタック装置10を後方に取り出した状態を示している。
<Module>
Next, a module according to an embodiment of the present disclosure using the electrochemical cell device described above will be described with reference to Fig. 5. Fig. 5 is an external perspective view showing the module according to the first embodiment. Fig. 5 shows a state in which the front and rear surfaces, which are parts of the storage container 101, have been removed and the cell stack device 10 of the fuel cell stored inside has been removed to the rear.
図5に示すように、モジュール100は、収納容器101、および収納容器101内に収納されたセルスタック装置10を備えている。また、セルスタック装置10の上方には、改質器102が配置されている。 As shown in Figure 5, the module 100 comprises a storage container 101 and a cell stack device 10 housed within the storage container 101. In addition, a reformer 102 is disposed above the cell stack device 10.
かかる改質器102は、天然ガス、灯油などの原燃料を改質して燃料ガスを生成し、セル1に供給する。原燃料は、原燃料供給管103を通じて改質器102に供給される。なお、改質器102は、水を気化させる気化部102aと、改質部102bとを備えていてもよい。改質部102bは、図示しない改質触媒を備えており、原燃料を燃料ガスに改質する。このような改質器102は、効率の高い改質反応である水蒸気改質を行うことができる。 The reformer 102 reforms raw fuel such as natural gas or kerosene to generate fuel gas, which is then supplied to the cell 1. The raw fuel is supplied to the reformer 102 through a raw fuel supply pipe 103. The reformer 102 may also include a vaporization section 102a that vaporizes water, and a reforming section 102b. The reforming section 102b is equipped with a reforming catalyst (not shown) and reforms the raw fuel into fuel gas. Such a reformer 102 can perform steam reforming, a highly efficient reforming reaction.
そして、改質器102で生成された燃料ガスは、ガス流通管20、ガスタンク16、および支持部材14を通じて、セル1のガス流路2a(図1A参照)に供給される。 The fuel gas produced in the reformer 102 is then supplied to the gas flow path 2a (see Figure 1A) of the cell 1 through the gas flow pipe 20, the gas tank 16, and the support member 14.
また、上述の構成のモジュール100では、ガスの燃焼およびセル1の発電に伴い、通常発電時におけるモジュール100内の温度が500℃~1000℃程度となる。 In addition, in the module 100 configured as described above, the temperature inside the module 100 during normal power generation reaches approximately 500°C to 1000°C due to the combustion of gas and the generation of power by cell 1.
このようなモジュール100においては、上述したように、内部抵抗が増大しにくいセル1を複数備えるセルスタック装置10を収納して構成されることにより、発電性能の低下を低減するモジュール100とすることができる。 As described above, such a module 100 is configured to house a cell stack device 10 having multiple cells 1 whose internal resistance is less likely to increase, thereby making it possible to create a module 100 that reduces the decline in power generation performance.
<モジュール収容装置>
図6は、第1の実施形態に係るモジュール収容装置の一例を示す分解斜視図である。本実施形態に係るモジュール収容装置110は、外装ケース111と、図5で示したモジュール100と、図示しない補機と、を備えている。補機は、モジュール100の運転を行う。モジュール100および補機は、外装ケース111内に収容されている。なお、図6においては一部構成を省略して示している。
<Module housing device>
Fig. 6 is an exploded perspective view showing an example of a module housing device according to the first embodiment. The module housing device 110 according to this embodiment includes an outer case 111, the module 100 shown in Fig. 5, and auxiliary equipment (not shown). The auxiliary equipment operates the module 100. The module 100 and the auxiliary equipment are housed in the outer case 111. Note that Fig. 6 omits some components.
図6に示すモジュール収容装置110の外装ケース111は、支柱112と外装板113とを有する。仕切板114は、外装ケース111内を上下に区画している。外装ケース111内の仕切板114より上側の空間は、モジュール100を収容するモジュール収容室115であり、外装ケース111内の仕切板114より下側の空間は、モジュール100を運転する補機を収容する補機収容室116である。なお、図6では、補機収容室116に収容する補機を省略して示している。 The outer case 111 of the module accommodating device 110 shown in Figure 6 has support posts 112 and an outer plate 113. A partition plate 114 divides the interior of the outer case 111 into upper and lower sections. The space above the partition plate 114 in the outer case 111 is a module accommodating chamber 115 that accommodates the module 100, and the space below the partition plate 114 in the outer case 111 is an auxiliary equipment accommodating chamber 116 that accommodates the auxiliary equipment that operates the module 100. Note that in Figure 6, the auxiliary equipment accommodated in the auxiliary equipment accommodating chamber 116 is omitted.
また、仕切板114は、補機収容室116の空気をモジュール収容室115側に流すための空気流通口117を有している。モジュール収容室115を構成する外装板113は、モジュール収容室115内の空気を排気するための排気口118を有している。 The partition plate 114 also has an air flow port 117 for allowing air from the auxiliary equipment housing chamber 116 to flow toward the module housing chamber 115. The exterior plate 113 that constitutes the module housing chamber 115 has an exhaust port 118 for exhausting air from within the module housing chamber 115.
このようなモジュール収容装置110においては、上述したように、発電性能の低下を低減するモジュール100をモジュール収容室115に備えていることにより、発電性能の低下を低減するモジュール収容装置110とすることができる。 In such a module accommodation device 110, as described above, by providing a module 100 that reduces the decline in power generation performance in the module accommodation chamber 115, it is possible to create a module accommodation device 110 that reduces the decline in power generation performance.
なお、上述の実施形態では、中空平板型の支持基板を用いた場合を例示したが、円筒型の支持基板を用いたセルスタック装置に適用することもできる。 In the above embodiment, a hollow flat support substrate is used as an example, but it can also be applied to a cell stack device using a cylindrical support substrate.
[第2の実施形態]
つづいて、第2の実施形態に係る電気化学セルおよび電気化学セル装置について、図7A、図7Bを参照しながら説明する。
Second Embodiment
Next, an electrochemical cell and an electrochemical cell device according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.
上述の実施形態では、支持基板の表面に燃料極、固体電解質層および空気極を含む素子部が1つのみ設けられたいわゆる「縦縞型」を例示したが、支持基板の表面の互いに離れた複数個所にて素子部がそれぞれ設けられ、隣り合う素子部の間が電気的に接続されたいわゆる「横縞型」の電気化学セルを配列した横縞型電気化学セル装置に適用することができる。 In the above-described embodiment, a so-called "vertical stripe type" electrochemical cell device was exemplified, in which only one element unit including a fuel electrode, a solid electrolyte layer, and an air electrode is provided on the surface of a support substrate. However, the present invention can also be applied to a horizontal stripe type electrochemical cell device in which so-called "horizontal stripe type" electrochemical cells are arranged, in which element units are provided at multiple locations spaced apart from each other on the surface of a support substrate, and adjacent element units are electrically connected.
図7Aは、第2の実施形態に係る電気化学セルを示す断面図である。セルスタック装置10Aは、燃料ガスを流通させる配管73から複数のセル1Aが長さ方向Lに延びている。セル1Aは、支持基板2上に複数の素子部3Aを有している。支持基板2の内部には、配管73からのガスが流れるガス流路2aが設けられている。支持基板2上の各素子部3Aは、図示しない接続層により電気的に接続されている。複数のセル1Aは、導電部材18を介して互いに電気的に接続されている。導電部材18は、各セル1Aがそれぞれ有する素子部3Aの間に位置しており、隣り合うセル1Aを電気的に接続している。具体的には、隣り合うセル1Aのうち一方のセル1Aの素子部3Aの空気極と電気的に接続された集電体またはインターコネクタと、他方のセル1Aの素子部3Aの燃料極と電気的に接続された集電体またはインターコネクタとを電気的に接続している。 Figure 7A is a cross-sectional view showing an electrochemical cell according to a second embodiment. In the cell stack device 10A, multiple cells 1A extend in the longitudinal direction L from a pipe 73 through which fuel gas flows. Each cell 1A has multiple element units 3A on a support substrate 2. A gas flow path 2a through which gas flows from the pipe 73 is provided inside the support substrate 2. The element units 3A on the support substrate 2 are electrically connected by a connecting layer (not shown). The multiple cells 1A are electrically connected to each other via conductive members 18. The conductive members 18 are located between the element units 3A of each cell 1A, electrically connecting adjacent cells 1A. Specifically, the conductive members 18 electrically connect the current collector or interconnector electrically connected to the air electrode of the element unit 3A of one of the adjacent cells 1A to the current collector or interconnector electrically connected to the fuel electrode of the element unit 3A of the other cell 1A.
図7Bは、第2の実施形態に係る導電部材の拡大断面図である。図7Bに示すように、導電部材18は、接合材50を介して互いに隣り合うセル1Aとそれぞれ接合されている。また、導電部材18は、基材41を挟んで向かい合う第1面181および第2面182を有する。また、導電部材18は、第1面181および第2面182をつなぐ第3面183,184を有する。 Figure 7B is an enlarged cross-sectional view of a conductive member according to the second embodiment. As shown in Figure 7B, the conductive member 18 is bonded to each of the adjacent cells 1A via a bonding material 50. The conductive member 18 also has a first surface 181 and a second surface 182 that face each other across the substrate 41. The conductive member 18 also has third surfaces 183 and 184 that connect the first surface 181 and the second surface 182.
導電部材18は、接合材50を介してセル1Aと接合されている。接合材50は、導電部材18の第1面181と一方のセル1Aの素子部3Aとの間、導電部材18の第2面182と他方のセル1Aの素子部3Aとの間に位置しており、導電部材18を挟んで向かい合う一対のセル1Aと導電部材18とを接合する。また、第3面183,184は、たとえば空気など、酸化雰囲気に露出している。 The conductive member 18 is bonded to the cell 1A via a bonding material 50. The bonding material 50 is located between the first surface 181 of the conductive member 18 and the element portion 3A of one of the cells 1A, and between the second surface 182 of the conductive member 18 and the element portion 3A of the other cell 1A, bonding the pair of cells 1A and the conductive member 18 facing each other across the conductive member 18. The third surfaces 183 and 184 are exposed to an oxidizing atmosphere, such as air.
導電部材18は、基材41と、多結晶膜42と、被覆層43とを有している。導電部材18を構成する各部位は、たとえば、先に述べた第1の実施形態に係る導電部材18のような材料で構成することができる。 The conductive member 18 has a substrate 41, a polycrystalline film 42, and a coating layer 43. Each part of the conductive member 18 can be made of a material similar to that of the conductive member 18 according to the first embodiment described above.
多結晶膜42は、基材41上に位置している。多結晶膜42は、基材41と被覆層43との間に位置している。多結晶膜42は、複数の酸化クロム粒子421と、第1元素とを含む(図4C参照)。第1元素は、酸化クロム粒子421間に位置し、第一イオン化エネルギーおよび酸素1モル当たりの酸化物の生成自由エネルギーがクロムよりも小さい。The polycrystalline film 42 is located on the substrate 41. The polycrystalline film 42 is located between the substrate 41 and the coating layer 43. The polycrystalline film 42 includes a plurality of chromium oxide particles 421 and a first element (see FIG. 4C). The first element is located between the chromium oxide particles 421 and has a first ionization energy and a free energy of formation of an oxide per mole of oxygen that are smaller than those of chromium.
このように、導電部材18が多結晶膜42の特定の位置に第1元素を有することにより、多結晶膜42が成長しにくくなることから、導電部材18は、多結晶膜42の成長に伴う内部抵抗の増大が生じにくくなる。これにより、セル1Aの発電性能の低下を低減することができることから、セルスタック装置10Aの発電性能の低下を低減することができる。 In this way, by having the first element in a specific position of the polycrystalline film 42, the conductive member 18 makes it difficult for the polycrystalline film 42 to grow, and therefore the conductive member 18 is less likely to experience an increase in internal resistance due to the growth of the polycrystalline film 42. This reduces the deterioration in the power generation performance of the cell 1A, and therefore reduces the deterioration in the power generation performance of the cell stack device 10A.
[第3の実施形態]
図8Aは、第3の実施形態に係る電気化学セルを示す斜視図である。図8Bは、図8Aに示す電気化学セルの部分断面図である。
[Third embodiment]
8A and 8B are perspective and partial cross-sectional views of an electrochemical cell according to a third embodiment of the present invention;
図8Aに示すように、平板型の電気化学セルであるセル1Bは、燃料極5、固体電解質層6および空気極8が積層された素子部3Bを有している。複数の平板型セルを積層させた電気化学セル装置は、たとえば複数のセル1Bが、互いに隣り合う金属層である導電部材91,92により電気的に接続されている。導電部材91,92は、隣接するセル1B同士を電気的に接続するとともに、燃料極5または空気極8にガスを供給するガス流路を有している。 As shown in Figure 8A, cell 1B, which is a flat-plate electrochemical cell, has an element portion 3B in which a fuel electrode 5, a solid electrolyte layer 6, and an air electrode 8 are stacked. In an electrochemical cell device in which multiple flat-plate cells are stacked, for example, multiple cells 1B are electrically connected by conductive members 91, 92, which are adjacent metal layers. The conductive members 91, 92 electrically connect adjacent cells 1B and have gas flow paths that supply gas to the fuel electrode 5 or the air electrode 8.
図8Bに示すように、本実施形態では、導電部材92は、空気極8にガスを供給するガス流路94を有している。導電部材92は、接合材50を介して素子部3B(空気極8)と接合されている。なお、導電部材92は、接合材50を介さず直接素子部3Bと接触していてもよい。換言すれば、本実施形態では、接合材50を用いずに、導電部材92が素子部3Bに直接接続されていてもよい。 As shown in FIG. 8B, in this embodiment, the conductive member 92 has a gas flow path 94 that supplies gas to the air electrode 8. The conductive member 92 is bonded to the element portion 3B (air electrode 8) via a bonding material 50. Note that the conductive member 92 may also be in direct contact with the element portion 3B without the bonding material 50. In other words, in this embodiment, the conductive member 92 may be connected directly to the element portion 3B without using the bonding material 50.
導電部材92は、基材41と、多結晶膜42と、被覆層43とを有している。導電部材92を構成する各部位は、たとえば、先に述べた導電部材18のような材料で構成することができる。 The conductive member 92 has a substrate 41, a polycrystalline film 42, and a coating layer 43. Each part of the conductive member 92 can be made of a material such as the conductive member 18 described above.
多結晶膜42は、基材41上に位置している。多結晶膜42は、基材41と被覆層43との間に位置している。多結晶膜42は、複数の酸化クロム粒子421と、第1元素とを含む(図4C参照)。第1元素は、酸化クロム粒子421間に位置し、第一イオン化エネルギーおよび酸素1モル当たりの酸化物の生成自由エネルギーがクロムよりも小さい。The polycrystalline film 42 is located on the substrate 41. The polycrystalline film 42 is located between the substrate 41 and the coating layer 43. The polycrystalline film 42 includes a plurality of chromium oxide particles 421 and a first element (see FIG. 4C). The first element is located between the chromium oxide particles 421 and has a first ionization energy and a free energy of formation of an oxide per mole of oxygen that are smaller than those of chromium.
このように、導電部材18が多結晶膜42の特定の位置に第1元素を有することにより、多結晶膜42が成長しにくくなることから、導電部材18は、多結晶膜42の成長に伴う内部抵抗の増大が生じにくくなる。これにより、セル1Bの発電性能の低下を低減することができることから、複数のセル1Bを有するセルスタック装置の発電性能の低下を低減することができる。 In this way, by having the first element in a specific position of the polycrystalline film 42, the conductive member 18 makes it difficult for the polycrystalline film 42 to grow, and therefore the conductive member 18 is less likely to experience an increase in internal resistance due to the growth of the polycrystalline film 42. This reduces the deterioration in the power generation performance of the cell 1B, thereby reducing the deterioration in the power generation performance of a cell stack device having multiple cells 1B.
また、図8Cに示すように、導電部材91は、燃料極5に燃料ガスを供給するガス流路93を有している。導電部材91は、接合材50を介して素子部3B(燃料極5)と接合されている。なお、導電部材91は、接合材50を介さず直接素子部3Bと接触していてもよい。換言すれば、導電部材91は、接合材50を用いずに素子部3Bに直接接続されていてもよい。 As shown in FIG. 8C, the conductive member 91 has a gas flow path 93 that supplies fuel gas to the fuel electrode 5. The conductive member 91 is bonded to the element portion 3B (fuel electrode 5) via a bonding material 50. Note that the conductive member 91 may be in direct contact with the element portion 3B without the bonding material 50. In other words, the conductive member 91 may be directly connected to the element portion 3B without using the bonding material 50.
導電部材91は、基材41と、多結晶膜42と、被覆層43とを有している。導電部材91を構成する各部位は、たとえば、先に述べた導電部材92(導電部材18)のような材料で構成することができる。 The conductive member 91 has a substrate 41, a polycrystalline film 42, and a coating layer 43. Each part of the conductive member 91 can be made of a material such as the conductive member 92 (conductive member 18) described above.
多結晶膜42は、基材41上に位置している。多結晶膜42は、基材41と被覆層43との間に位置している。多結晶膜42は、複数の酸化クロム粒子421と、第1元素とを含む(図4C参照)。第1元素は、酸化クロム粒子421間に位置し、第一イオン化エネルギーおよび酸素1モル当たりの酸化物の生成自由エネルギーがクロムよりも小さい。The polycrystalline film 42 is located on the substrate 41. The polycrystalline film 42 is located between the substrate 41 and the coating layer 43. The polycrystalline film 42 includes a plurality of chromium oxide particles 421 and a first element (see FIG. 4C). The first element is located between the chromium oxide particles 421 and has a first ionization energy and a free energy of formation of an oxide per mole of oxygen that are smaller than those of chromium.
このように、導電部材91が多結晶膜42の特定の位置に第1元素を有することにより、多結晶膜42が成長しにくくなることから、導電部材91は、多結晶膜42の成長に伴う内部抵抗の増大が生じにくくなる。これにより、セル1Bの発電性能の低下を低減することができることから、複数のセル1Bを有する電気化学セル装置の発電性能の低下を低減することができる。 In this way, by having the first element in a specific position of the polycrystalline film 42, the conductive member 91 makes it difficult for the polycrystalline film 42 to grow, and therefore the conductive member 91 is less likely to experience an increase in internal resistance due to the growth of the polycrystalline film 42. This reduces the deterioration in the power generation performance of the cell 1B, thereby reducing the deterioration in the power generation performance of an electrochemical cell device having multiple cells 1B.
なお、図8Bおよび図8Cでは、導電部材91,92が被覆層43を有するとして説明したが、導電部材91,92のうち一方または両方が被覆層43を有さなくてもよい。すなわち、燃料極5または空気極8に供給されるガスに多結晶膜42が接触してもよい。また、本実施形態では、導電部材91,92の両方が多結晶膜42をそれぞれ有するとして説明したが、導電部材91,92のうち一方が多結晶膜42を有さなくてもよい。8B and 8C, the conductive members 91 and 92 are described as having a coating layer 43, but one or both of the conductive members 91 and 92 may not have a coating layer 43. That is, the polycrystalline film 42 may come into contact with the gas supplied to the fuel electrode 5 or the air electrode 8. Also, in this embodiment, the conductive members 91 and 92 are described as both having a polycrystalline film 42, but one of the conductive members 91 and 92 may not have a polycrystalline film 42.
[第4の実施形態]
図9Aは、第4の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。図9B、図9Cは、第4の実施形態に係る電気化学セルの他の一例を示す横断面図である。図9Dは、図9Aに示す領域Cの拡大図である。なお、図9Dは、図9B、図9Cの例にも適用できる。
[Fourth embodiment]
Fig. 9A is a cross-sectional view showing an example of an electrochemical cell according to the fourth embodiment. Fig. 9B and Fig. 9C are cross-sectional views showing other examples of the electrochemical cell according to the fourth embodiment. Fig. 9D is an enlarged view of region C shown in Fig. 9A. Note that Fig. 9D can also be applied to the examples of Fig. 9B and Fig. 9C.
図9Aに示すように、セル1Cは、燃料極5、固体電解質層6、および空気極8が積層された素子部3Cと、支持基板2とを有している。支持基板2は、素子部3の燃料極5と接する部位に貫通孔または細孔を有するとともに、ガス流路2aの外側に位置する部材120を有する。支持基板2は、ガス流路2aと素子部3Cとの間でガスを流通させることができる。支持基板2は、たとえば、1または複数の金属板で構成されてもよい。金属板の材料は、クロムを含有していてもよい。金属板は、導電性の被覆層を有していてもよい。支持基板2は、隣接するセル1C同士を電気的に接続する導電部材である。素子部3Cは、支持基板2上に直接形成されていてもよいし、接合材により支持基板2に接合されていてもよい。 As shown in FIG. 9A, cell 1C has an element section 3C in which an anode 5, a solid electrolyte layer 6, and an air cathode 8 are stacked, and a support substrate 2. The support substrate 2 has through-holes or pores at the portion of the element section 3 that contacts the anode 5, and has a member 120 located outside the gas flow path 2a. The support substrate 2 allows gas to flow between the gas flow path 2a and element section 3C. The support substrate 2 may be composed of, for example, one or more metal plates. The material of the metal plate may contain chromium. The metal plate may have a conductive coating layer. The support substrate 2 is a conductive member that electrically connects adjacent cells 1C. The element section 3C may be formed directly on the support substrate 2, or may be bonded to the support substrate 2 with a bonding material.
図9Aに示す例では、燃料極5の側面は固体電解質層6により被覆され、燃料ガスが流れるガス流路2aを気密に封止している。図9Bに示すように、燃料極5の側面は緻密な封止材9で被覆され、封止されていてもよい。燃料極5の側面を被覆する封止材9は、電気絶縁性を有していてもよい。封止材9の材料は、たとえば、ガラスまたはセラミックスであってもよい。 In the example shown in Figure 9A, the side of the fuel electrode 5 is covered with a solid electrolyte layer 6, which airtightly seals the gas flow path 2a through which the fuel gas flows. As shown in Figure 9B, the side of the fuel electrode 5 may be covered and sealed with a dense sealing material 9. The sealing material 9 covering the side of the fuel electrode 5 may have electrical insulating properties. The material of the sealing material 9 may be, for example, glass or ceramics.
また、図9Cに示すように、支持基板2のガス流路2aは、凹凸を有する部材120により形成されていてもよい。 Also, as shown in Figure 9C, the gas flow path 2a of the support substrate 2 may be formed by a member 120 having an uneven surface.
第4の実施形態において、部材120は、隣接する別のセル1Cの空気極8とセル間接続部材60などの他の導電部材および接合材50を介して接合されている。なお、部材120は、他の導電部材を介さずに直接別のセル1Cの空気極8と接触していてもよい。 In the fourth embodiment, the member 120 is joined to the air electrode 8 of another adjacent cell 1C via other conductive members such as the inter-cell connection member 60 and the bonding material 50. Note that the member 120 may also be in direct contact with the air electrode 8 of another cell 1C without the intervention of other conductive members.
図9Dに示すように、部材120は、基材41と、多結晶膜42と、被覆層43とを有している。部材120を構成する各部位は、たとえば、先に述べた導電部材18のような材料で構成することができる。図示による詳細な説明は省略するが、セル間接続部材60も、基材41と、多結晶膜42と、被覆層43とを有する導電部材18であってもよい。 As shown in FIG. 9D, member 120 has a substrate 41, a polycrystalline film 42, and a coating layer 43. Each part constituting member 120 can be made of a material such as the conductive member 18 described above. Although detailed illustrations are omitted, inter-cell connection member 60 may also be a conductive member 18 having a substrate 41, a polycrystalline film 42, and a coating layer 43.
多結晶膜42は、基材41上に位置している。多結晶膜42は、基材41と被覆層43との間に位置している。多結晶膜42は、複数の酸化クロム粒子421と、第1元素とを含む(図4C参照)。第1元素は、酸化クロム粒子421間に位置し、第一イオン化エネルギーおよび酸素1モル当たりの酸化物の生成自由エネルギーがクロムよりも小さい。The polycrystalline film 42 is located on the substrate 41. The polycrystalline film 42 is located between the substrate 41 and the coating layer 43. The polycrystalline film 42 includes a plurality of chromium oxide particles 421 and a first element (see FIG. 4C). The first element is located between the chromium oxide particles 421 and has a first ionization energy and a free energy of formation of an oxide per mole of oxygen that are smaller than those of chromium.
このように、部材120が多結晶膜42の特定の位置に第1元素を有することにより、多結晶膜42が成長しにくくなることから、部材120は、多結晶膜42の成長に伴う内部抵抗の増大が生じにくくなる。これにより、セル1Cの発電性能の低下を低減することができることから、複数のセル1Cを有する電気化学セル装置の発電性能の低下を低減することができる。 In this way, by having the first element at a specific position in the polycrystalline film 42, the polycrystalline film 42 is less likely to grow in the member 120, and the member 120 is less likely to experience an increase in internal resistance due to the growth of the polycrystalline film 42. This reduces the deterioration in the power generation performance of the cell 1C, and therefore reduces the deterioration in the power generation performance of an electrochemical cell device having multiple cells 1C.
なお、本実施形態において、多結晶膜42は、部材120の一部にのみ形成されてもよい。たとえば、図9Cに示す例では、別のセル1Cの空気極8に面する第1部分120aおよび支持基板2に面する第2部分120bにのみ多結晶膜42と被覆層43とを有する構成としてもよい。支持基板2が、セル1Cの燃料極5に面する部分に多結晶膜42を有していてもよい。 In this embodiment, the polycrystalline film 42 may be formed only on a portion of the member 120. For example, in the example shown in Figure 9C, the polycrystalline film 42 and the coating layer 43 may be formed only on the first portion 120a facing the air electrode 8 of another cell 1C and the second portion 120b facing the support substrate 2. The support substrate 2 may have the polycrystalline film 42 on the portion facing the fuel electrode 5 of the cell 1C.
<その他の実施形態>
つづいて、その他の実施形態に係る電気化学セル装置について説明する。
<Other embodiments>
Next, electrochemical cell devices according to other embodiments will be described.
上記実施形態では、「電気化学セル」、「電気化学セル装置」、「モジュール」および「モジュール収容装置」の一例として燃料電池セル、燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を示したが、他の例としてはそれぞれ、電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置であってもよい。電解セルは、第1電極層および第2電極層を有し、電力の供給により水蒸気を水素と酸素に分解する、または二酸化炭素を一酸化炭素と酸素に分解する。また、上記実施形態では電気化学セルの電解質材料の一例として酸化物イオン伝導体または水素イオン伝導体を示したが、水酸化物イオン伝導体であってもよい。このような電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置によれば、電解性能を向上することができる。In the above embodiments, a fuel cell, a fuel cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device are shown as examples of an "electrochemical cell," "electrochemical cell device," "module," and "module housing device." However, other examples may be an electrolysis cell, an electrolysis cell stack device, an electrolysis module, and an electrolysis device, respectively. An electrolysis cell has a first electrode layer and a second electrode layer, and decomposes water vapor into hydrogen and oxygen, or carbon dioxide into carbon monoxide and oxygen, when supplied with electric power. Furthermore, in the above embodiments, an oxide ion conductor or a hydrogen ion conductor is shown as an example of the electrolyte material of the electrochemical cell, but a hydroxide ion conductor may also be used. Such electrolysis cells, electrolysis cell stack devices, electrolysis modules, and electrolysis devices can improve electrolysis performance.
以上、本開示について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。 The present disclosure has been described in detail above, but the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications, improvements, etc. are possible within the scope that does not deviate from the gist of the present disclosure.
以上のように、実施形態に係る導電部材18は、基材41と、複数の酸化クロム粒子421を含み、基材41上に位置する多結晶膜42とを有する。基材41は、クロムを含有する。多結晶膜42は、第1元素を含む。第1元素は、酸化クロム粒子421間に位置し、第一イオン化エネルギーおよび酸素1モル当たりの酸化物の生成自由エネルギーがクロムよりも小さい。これにより、導電部材18の内部抵抗の増大を低減することができる。 As described above, the conductive member 18 according to the embodiment has a substrate 41 and a polycrystalline film 42 containing a plurality of chromium oxide particles 421 and positioned on the substrate 41. The substrate 41 contains chromium. The polycrystalline film 42 contains a first element. The first element is positioned between the chromium oxide particles 421, and has a first ionization energy and a free energy of formation of an oxide per mole of oxygen that are smaller than those of chromium. This reduces the increase in internal resistance of the conductive member 18.
また、実施形態に係る電気化学セルは、素子部3と、上記に記載の導電部材18とを備える。導電部材18は、素子部3に接続される。これにより、内部抵抗の増大に伴うセル性能の低下を低減する電気化学セルとすることができる。 The electrochemical cell according to the embodiment also includes an element section 3 and the conductive member 18 described above. The conductive member 18 is connected to the element section 3. This allows for an electrochemical cell that reduces the degradation of cell performance associated with increased internal resistance.
また、実施形態に係る電気化学セル装置は、上記に記載の電気化学セルを複数備えるセルスタック11を有する。これにより、内部抵抗の増大に伴う性能の低下を低減する電気化学セル装置とすることができる。 Furthermore, the electrochemical cell device according to the embodiment has a cell stack 11 including a plurality of the electrochemical cells described above. This allows for an electrochemical cell device that reduces performance degradation associated with increased internal resistance.
また、実施形態に係るモジュール100は、上記に記載の電気化学セル装置と、電気化学セル装置を収納する収納容器101とを備える。これにより、内部抵抗の増大に伴う性能の低下を低減するモジュール100とすることができる。 Module 100 according to the embodiment includes the electrochemical cell device described above and a storage container 101 for storing the electrochemical cell device. This allows module 100 to reduce performance degradation due to increased internal resistance.
また、実施形態に係るモジュール収容装置110は、上記に記載のモジュール100と、モジュール100の運転を行うための補機と、モジュール100および補機を収容する外装ケースとを備える。これにより。内部抵抗の増大に伴う性能の低下を低減するモジュール収容装置110とすることができる。 The module housing device 110 according to the embodiment includes the module 100 described above, accessories for operating the module 100, and an exterior case for housing the module 100 and accessories. This allows the module housing device 110 to reduce performance degradation due to increased internal resistance.
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。The embodiments disclosed herein should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. Indeed, the above-described embodiments may be embodied in a variety of forms. Furthermore, the above-described embodiments may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.
1,1A,1B,1C セル
3,3A,3B,3C 素子部
5 燃料極
6 固体電解質層
7 中間層
8 空気極
10 セルスタック装置
11 セルスタック
12 固定部材
13 固定材
14 支持部材
15 支持体
16 ガスタンク
17 端部集電部材
18 導電部材
41 基材
42 多結晶膜
43 被覆層
100 モジュール
110 モジュール収容装置
REFERENCE SIGNS LIST 1, 1A, 1B, 1C Cell 3, 3A, 3B, 3C Element section 5 Anode 6 Solid electrolyte layer 7 Intermediate layer 8 Cathode 10 Cell stack device 11 Cell stack 12 Fixing member 13 Fixing material 14 Support member 15 Support body 16 Gas tank 17 End current collecting member 18 Conductive member 41 Substrate 42 Polycrystalline film 43 Coating layer 100 Module 110 Module accommodating device
Claims (13)
複数の酸化クロム粒子を含み、前記基材上に位置する多結晶膜と
を有し、
前記多結晶膜は、第1元素を含み、
前記第1元素は、前記酸化クロム粒子間に位置し、第一イオン化エネルギーおよび酸素1モル当たりの酸化物の生成自由エネルギーがクロムよりも小さく、
前記多結晶膜は、前記酸化クロム粒子間に位置する粒界相を有し、
前記粒界相は、前記酸化クロム粒子よりも前記第1元素の含有率が多い
導電部材。 a chromium-containing substrate;
a polycrystalline film disposed on the substrate, the polycrystalline film including a plurality of chromium oxide particles;
the polycrystalline film includes a first element;
the first element is located between the chromium oxide particles and has a first ionization energy and a free energy of formation of an oxide per mole of oxygen that are smaller than those of chromium;
the polycrystalline film has a grain boundary phase located between the chromium oxide grains,
The grain boundary phase has a higher content of the first element than the chromium oxide particles .
複数の酸化クロム粒子を含み、前記基材上に位置する多結晶膜と
を有し、
前記多結晶膜は、第1元素を含み、
前記第1元素は、前記酸化クロム粒子間に位置し、第一イオン化エネルギーおよび酸素1モル当たりの酸化物の生成自由エネルギーがクロムよりも小さく、
前記基材は、前記第1元素を含まない
導電部材。 a chromium-containing metal substrate;
a polycrystalline film disposed on the substrate, the polycrystalline film including a plurality of chromium oxide particles;
the polycrystalline film includes a first element;
the first element is located between the chromium oxide particles and has a first ionization energy and a free energy of formation of an oxide per mole of oxygen that are smaller than those of chromium;
The substrate is a conductive member that does not contain the first element .
請求項1または2に記載の導電部材。 The conductive member according to claim 1 or 2 , wherein the first element is one or more elements selected from the group consisting of Ce, Eu, Pr, and Zr.
請求項1または2に記載の導電部材。 The conductive member according to claim 1 , wherein the first element contained in the chromium oxide particles is less than 0.1 atomic %.
請求項1に記載の導電部材。 The conductive member according to claim 1 , wherein the grain boundary phase contains 0.1 atomic % or more of the first element.
前記粒界相は、0.1原子%以上の前記第1元素を含む
請求項2に記載の導電部材。 the polycrystalline film has a grain boundary phase located between the chromium oxide grains,
The conductive member according to claim 2 , wherein the grain boundary phase contains 0.1 atomic % or more of the first element.
請求項1または2に記載の導電部材。 The conductive member according to claim 1 or 2 , wherein the polycrystalline film includes first particles that contain the first element and are located between the chromium oxide particles.
請求項1または2に記載の導電部材。 The conductive member according to claim 1 , further comprising an oxide of the first element located on the polycrystalline film.
請求項1または2に記載の導電部材。 The conductive member according to claim 1 or 2 , further comprising a conductive coating layer located on the polycrystalline film.
前記素子部に接続される請求項1または2に記載の導電部材と
を備える電気化学セル。 an element portion;
An electrochemical cell comprising: the conductive member according to claim 1 or 2 connected to the element portion.
前記電気化学セル装置を収納する収納容器と
を備えるモジュール。 The electrochemical cell device according to claim 11 ;
a container for housing the electrochemical cell device.
前記モジュールの運転を行うための補機と、
前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースと
を備えるモジュール収容装置。 A module according to claim 12 ;
Auxiliary equipment for operating the module;
an outer case that houses the module and the auxiliary equipment.
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