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JP7791697B2 - Electrochemical Reaction Unit and Electrochemical Reaction Module - Google Patents
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JP7791697B2 - Electrochemical Reaction Unit and Electrochemical Reaction Module - Google Patents

Electrochemical Reaction Unit and Electrochemical Reaction Module

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Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単位および電気化学反応モジュールに関する。 The technology disclosed in this specification relates to electrochemical reaction units and electrochemical reaction modules.

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種類の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。)と、インターコネクタとを備える(例えば、特許文献1参照)。単セルは、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という。)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。インターコネクタは、燃料極に対して第1の方向の空気極とは反対側に位置している。インターコネクタは、燃料極が面する燃料室(の一部)を画定している。インターコネクタは、フェライト系ステンレスにより形成されている。そのため、インターコネクタは、Mnを含んでいる。 Solid oxide fuel cells (SOFCs) are known as one type of fuel cell that generates electricity using the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. A fuel cell power generation unit (power generation unit), which is a constituent element of an SOFC, includes a single fuel cell cell (single cell) and an interconnector (see, for example, Patent Document 1). The single cell includes an electrolyte layer containing solid oxide, and an air electrode and an anode that face each other in a specific direction (the first direction) across the electrolyte layer. The interconnector is located on the opposite side of the anode from the air electrode in the first direction. The interconnector defines (part of) the fuel chamber that faces the anode. The interconnector is made of ferritic stainless steel. Therefore, the interconnector contains Mn.

特開2021‐086786号公報JP 2021-086786 A

上記従来の構成では、インターコネクタに含まれるMnが燃料室に飛散することにより、燃料室におけるMn蒸気圧が上昇し、ひいては、電解質層にクラックが発生するなど、電気化学反応単セルの性能に悪影響を及ぼすことがある。 In the above-mentioned conventional configuration, Mn contained in the interconnector is dispersed into the fuel chamber, increasing the Mn vapor pressure in the fuel chamber, which can adversely affect the performance of the electrochemical reaction unit cell, such as causing cracks in the electrolyte layer.

なお、このような課題は、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、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、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、SOFCやSOEC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。また、このような課題は、電気化学反応単位を備え、かつ、電気化学反応単位の内部および外部に位置するガス流路を有する電気化学反応モジュールにも共通の課題である。 Note that these issues are also common to electrolysis cell units, which are constituent units of solid oxide electrolysis cells (hereinafter referred to as "SOECs") that generate hydrogen using the electrolysis reaction of water. In this specification, fuel cell units and electrolysis cells are collectively referred to as electrochemical reaction units, and fuel cell power generation units and electrolysis cell units are collectively referred to as electrochemical reaction units. These issues are not limited to SOFCs and SOECs, but are also common to other types of electrochemical reaction units. These issues are also common to electrochemical reaction modules that have electrochemical reaction units and gas flow paths located inside and outside the 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 technology that can solve 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 technology disclosed in this specification 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、固体酸化物を含む電解質層と、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、前記燃料極に対して前記第1の方向の前記空気極とは反対側に位置するインターコネクタであって、前記燃料極が面する燃料室を画定し、かつ、Mnを含むインターコネクタと、を備え、前記燃料室は、前記第1の方向視において前記電解質層と前記空気極と前記燃料極とが重なっている領域である反応領域に位置する特定流路部と、前記反応領域に含まれない非反応領域に位置する非反応流路部と、を有する、電気化学反応単位において、更に、特定元素であるSiを含む特定部材であって、前記非反応流路部のうち、前記特定流路部に対して前記燃料室内を流れるガスの流れの上流側に位置し、少なくとも一部が前記燃料室に面する特定部材を備える。 (1) The electrochemical reaction unit disclosed in this specification comprises an electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer containing a solid oxide, an air electrode and an anode facing each other in a first direction with the electrolyte layer sandwiched therebetween, and an interconnector located on the opposite side of the anode from the air electrode in the first direction, defining a fuel chamber facing the anode and containing Mn, wherein the fuel chamber has a specific flow path portion located in a reaction region where the electrolyte layer, the air electrode, and the anode overlap when viewed in the first direction, and a non-reaction flow path portion located in a non-reaction region not included in the reaction region, and further comprises a specific member containing Si, which is a specific element, and which is located in the non-reaction flow path portion upstream of the flow of gas flowing through the fuel chamber with respect to the specific flow path portion, and at least a portion of which faces the fuel chamber.

本電気化学反応単位においては、上述した特定部材を備えるため、特定部材に含まれる特定元素が、ガスとして燃料室に飛散し、インターコネクタに含まれるMnと反応してMnと特定元素の化合物を生成し、その結果、インターコネクタに含まれるMnが燃料室に飛散することが抑制される。これは、Mnが特定元素との化合物となることにより、燃料室に飛散しにくくなるからである。本電気化学反応単位においては、特定部材が燃料室の特定流路部に対してガスの流れの上流側に位置することにより、特定部材に対してガスの流れの下流側に位置するインターコネクタの表面に、特に効率的に、上述したMnと特定元素の化合物を生成することができ、ひいては、特に効果的に、インターコネクタに含まれるMnが燃料室に飛散することが抑制される。従って、本電気化学反応単位によれば、上記従来技術と比較して、特に効果的に、燃料室におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セルの性能を向上させることができる。 In this electrochemical reaction unit, the specific element contained in the specific element is dispersed as a gas into the fuel chamber and reacts with the Mn contained in the interconnector to form a compound of Mn and the specific element. As a result, the Mn contained in the interconnector is prevented from dispersing into the fuel chamber. This is because the Mn becomes a compound with the specific element, making it less likely to disperse into the fuel chamber. In this electrochemical reaction unit, the specific element is located upstream of the gas flow relative to the specific flow path section of the fuel chamber. This makes it possible to particularly efficiently generate the compound of Mn and the specific element on the surface of the interconnector, which is located downstream of the gas flow relative to the specific element. This in turn makes it particularly effective to prevent the Mn contained in the interconnector from dispersing into the fuel chamber. Therefore, with this electrochemical reaction unit, the increase in Mn vapor pressure in the fuel chamber can be particularly effectively suppressed compared to the prior art, thereby improving the performance of the single cell.

(2)本明細書に開示される電気化学反応単位は、固体酸化物を含む電解質層と、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、前記燃料極に対して前記第1の方向の前記空気極とは反対側に位置するインターコネクタであって、前記燃料極が面する燃料室を画定し、かつ、Mnを含むインターコネクタと、を備え、前記燃料室は、前記第1の方向視において前記電解質層と前記空気極と前記燃料極とが重なっている領域である反応領域に位置する特定流路部と、前記反応領域に含まれない非反応領域に位置する非反応流路部と、を有する、電気化学反応単位において、更に、前記インターコネクタに含まれるMnと結合する特定元素を含むガスが発生する特定部材であって、前記非反応流路部のうち、前記特定流路部に対して前記燃料室内を流れるガスの流れの上流側に位置し、少なくとも一部が前記燃料室に面する特定部材を備える。本電気化学反応単位によれば、上記と同様の理由から、特定部材を備えることにより、上記従来技術と比較して、特に効果的に、燃料室におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セルの性能を向上させることができる。 (2) The electrochemical reaction unit disclosed in this specification comprises an electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer containing a solid oxide, and an air electrode and an anode facing each other in a first direction across the electrolyte layer, and an interconnector located on the opposite side of the anode from the air electrode in the first direction, defining a fuel chamber facing the anode and containing Mn, wherein the fuel chamber has a specific flow path portion located in a reaction region, which is a region where the electrolyte layer, the air electrode, and the anode overlap when viewed in the first direction, and a non-reaction flow path portion located in a non-reaction region not included in the reaction region, and further comprises a specific component that generates a gas containing a specific element that bonds with Mn contained in the interconnector, and which is located in the non-reaction flow path portion upstream of the flow of gas flowing in the fuel chamber relative to the specific flow path portion, and at least a portion of which faces the fuel chamber. For the same reasons as above, this electrochemical reaction unit, by including a specific component, can more effectively suppress the rise in Mn vapor pressure in the fuel chamber than the conventional technology described above, thereby improving the performance of the single cell.

本電気化学反応単位においては、上述した特定部材を備えるため、特定部材に含まれる特定元素が、ガスとして燃料室に飛散し、インターコネクタに含まれるMnと反応してMnと特定元素の化合物を生成し、その結果、インターコネクタに含まれるMnが燃料室に飛散することが抑制される。これは、Mnが特定元素との化合物となることにより、燃料室に飛散しにくくなるからである。本電気化学反応単位においては、特定部材が燃料室の特定流路部に対してガスの流れの上流側に位置することにより、特定流路部に対してガスの流れの下流側に位置するインターコネクタの表面に、特に効率的に、上述したMnと特定元素の化合物を生成することができ、ひいては、特に効果的に、インターコネクタに含まれるMnが燃料室に飛散することが抑制される。従って、本電気化学反応単位によれば、上記従来技術と比較して、特に効果的に、燃料室におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セルの性能を向上させることができる。 In this electrochemical reaction unit, the specific element contained in the specific element is dispersed as a gas into the fuel chamber and reacts with the Mn contained in the interconnector to form a compound of Mn and the specific element. As a result, the Mn contained in the interconnector is prevented from dispersing into the fuel chamber. This is because the Mn becomes a compound with the specific element, making it less likely to disperse into the fuel chamber. In this electrochemical reaction unit, the specific element is located upstream of the gas flow relative to the specific flow path section of the fuel chamber. This makes it possible to particularly efficiently generate the compound of Mn and the specific element on the surface of the interconnector, which is located downstream of the gas flow relative to the specific flow path section. This in turn makes it particularly effective to prevent the Mn contained in the interconnector from dispersing into the fuel chamber. Therefore, with this electrochemical reaction unit, the increase in Mn vapor pressure in the fuel chamber can be particularly effectively suppressed compared to the prior art, thereby improving the performance of the single cell.

(3)上記電気化学反応単位において、前記特定部材の前記特定元素の含有量は、10質量%以上である構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、より効果的に、燃料室におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セルの性能を向上させることができる。 (3) In the above electrochemical reaction unit, the content of the specific element in the specific component may be 10 mass% or more. This electrochemical reaction unit can more effectively suppress an increase in Mn vapor pressure in the fuel chamber, thereby improving the performance of the single cell.

(4)上記電気化学反応単位において、前記特定部材は、水酸基と結合した前記特定元素を有する構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、より効果的に、燃料室におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セルの性能を向上させることができる。 (4) In the above electrochemical reaction unit, the specific component may have the specific element bonded to a hydroxyl group. This electrochemical reaction unit can more effectively suppress an increase in Mn vapor pressure in the fuel chamber, thereby improving the performance of the single cell.

(5)上記電気化学反応単位において、前記特定部材の少なくとも一部は、前記インターコネクタのうち、前記非反応流路部を画定する部分に形成された溝部に収容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、特定部材の位置決めをすることができ、また、特定部材がインターコネクタの溝部に収容されていない構成と比べて、特定部材により燃料室内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る。 (5) In the above electrochemical reaction unit, at least a portion of the specific member may be accommodated in a groove formed in a portion of the interconnector that defines the non-reaction flow path portion. This electrochemical reaction unit allows the specific member to be positioned, and also prevents the specific member from interfering with the flow of gas in the fuel chamber, compared to a configuration in which the specific member is not accommodated in a groove of the interconnector.

(6)上記電気化学反応単位において、前記電気化学反応単位は、複数の前記特定部材を備え、複数の前記特定部材は、前記燃料室内を流れるガスの流れに交差する方向に互いに離隔している構成としてもよい。本電気化学反応単位においては、特定部材を1つだけ備える構成と比べて、より効果的に、インターコネクタに含まれるMnが燃料室に飛散することを抑制することができる。また、そのように複数の特定部材を備えるものでありながら、複数の特定部材が上記方向(燃料室内を流れるガスの流れに交差する方向)に互いに離隔していることにより、比較的、特定部材によりガスの流れが阻害されることを抑制することができる。 (6) In the above electrochemical reaction unit, the electrochemical reaction unit may be configured to include a plurality of the specific components, and the multiple specific components may be spaced apart from each other in a direction intersecting the flow of gas through the fuel chamber. In this electrochemical reaction unit, compared to a configuration including only one specific component, the Mn contained in the interconnector can be more effectively prevented from scattering into the fuel chamber. Furthermore, even though the electrochemical reaction unit includes multiple specific components, the multiple specific components are spaced apart from each other in the above direction (the direction intersecting the flow of gas through the fuel chamber), which makes it possible to relatively effectively prevent the specific components from obstructing the flow of gas.

(7)上記電気化学反応単位において、前記インターコネクタは、Crを含む構成としてもよい。本電気化学反応単位においては、インターコネクタの表面にCrを含む化合物が形成される。更に、インターコネクタの表面に形成されるMnと特定元素の化合物を核として、Mn蒸気圧が低いMnとCrの化合物が形成され、これにより、Mnが燃料室に飛散することが更に抑制される。そのため、本電気化学反応単位によれば、より効果的に、燃料室におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セルの性能を向上させることができる。 (7) In the above electrochemical reaction unit, the interconnector may contain Cr. In this electrochemical reaction unit, a compound containing Cr is formed on the surface of the interconnector. Furthermore, a compound of Mn and a specific element formed on the surface of the interconnector serves as a nucleus to form a compound of Mn and Cr with a low Mn vapor pressure, thereby further suppressing Mn from scattering into the fuel chamber. Therefore, this electrochemical reaction unit can more effectively suppress an increase in Mn vapor pressure in the fuel chamber, thereby improving the performance of the single cell.

(8)本明細書に開示される電気化学反応モジュールは、固体酸化物を含む電解質層と、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、前記燃料極に対して前記第1の方向の前記空気極とは反対側に位置するインターコネクタであって、前記燃料極が面する燃料室を画定し、かつ、Mnを含むインターコネクタと、を備える電気化学反応単位を有する電気化学反応モジュールにおいて、前記電気化学反応単位の内部に位置するガス流路であって、前記燃料室を含むガス流路である第1流路部と、前記電気化学反応単位の外部に位置するガス流路であって、前記第1流路部に対してガス流れの上流側において前記第1流路部に連通するガス流路である第2流路部とを有し、前記燃料室のうち、前記第1の方向視において前記電解質層と前記空気極と前記燃料極とが重なる反応領域に位置する部分を特定流路部としたときに、前記第1流路部と前記第2流路部との少なくとも一方における前記特定流路部に対して、前記ガス流路内を流れるガス流れの上流側に位置する、特定元素であるSiを含むガスを前記特定流路部に供給する特定ガス供給部を備える。本電気化学反応モジュールにおいては、特定ガス供給部によって特定元素を含むガスが燃料室の特定流路部に供給され、インターコネクタに含まれるMnと反応してMnと特定元素の化合物を生成し、その結果、インターコネクタに含まれるMnが燃料室に飛散することが抑制される。特定ガス供給部が特定流路部に対してガスの流れの上流側に位置することにより、特定ガス供給部に対してガスの流れの下流側に位置するインターコネクタの表面に、特に効率的に、上述したMnと特定元素の化合物を生成することができ、ひいては、特に効果的に、インターコネクタに含まれるMnが燃料室に飛散することが抑制される。従って、本電気化学反応モジュールによれば、上記従来技術と比較して、特に効果的に、燃料室におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セルの性能を向上させることができる。 (8) The electrochemical reaction module disclosed in this specification is an electrochemical reaction module having an electrochemical reaction unit including an electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer containing a solid oxide, an air electrode and an anode facing each other in a first direction across the electrolyte layer, and an interconnector located on the opposite side of the anode from the air electrode in the first direction, defining a fuel chamber facing the anode and containing Mn, the electrochemical reaction module including a first flow path portion that is a gas flow path located inside the electrochemical reaction unit and including the fuel chamber, and a second flow path portion, which is a gas flow path located outside the electrochemical reaction unit and is in communication with the first flow path portion on the upstream side of the gas flow relative to the first flow path portion, and when a portion of the fuel chamber located in a reaction region where the electrolyte layer, the air electrode, and the anode overlap as viewed in the first direction is defined as a specific flow path portion, the electrochemical reaction module further comprises a specific gas supply portion located upstream of the specific flow path portion in at least one of the first flow path portion and the second flow path portion, which supplies a gas containing Si, a specific element, to the specific flow path portion. In this electrochemical reaction module, the gas containing the specific element is supplied to the specific flow path portion of the fuel chamber by the specific gas supply portion, and reacts with Mn contained in the interconnector to generate a compound of Mn and the specific element, thereby suppressing scattering of Mn contained in the interconnector into the fuel chamber. By positioning the specific gas supply unit upstream of the specific flow path unit in the gas flow direction, the above-mentioned compound of Mn and the specific element can be particularly efficiently produced on the surface of the interconnector, which is located downstream of the specific gas supply unit in the gas flow direction, and therefore, the Mn contained in the interconnector is particularly effectively prevented from scattering into the fuel chamber. Therefore, with this electrochemical reaction module, the increase in Mn vapor pressure in the fuel chamber can be particularly effectively suppressed compared to the above-mentioned conventional technology, thereby improving the performance of the single cell.

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)、その製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technology disclosed in this specification can be realized in various forms, such as an electrochemical reaction unit (fuel cell power generation unit or electrolysis cell unit), its manufacturing method, etc.

第1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FIG. 1 is a perspective view showing the external configuration of a fuel cell stack 100 according to a first 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FIG. 2 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 taken along the line II-II in FIG. 1. 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FIG. 2 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 taken along the line III-III in FIG. 1. 図1のIV-IVの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図FIG. 4 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 taken along the line IV-IV in 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FIG. 3 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in FIG. 2 . 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FIG. 4 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in FIG. 3 . 図4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YZ断面構成を示す説明図FIG. 5 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in FIG. 図5から図7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FIG. 8 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional structure of the power generating unit 102 at the position VIII-VIII in FIGS. 5 to 7. 図5から図7のIX-IXの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図FIG. 8 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generating unit 102 at the position IX-IX in FIGS. 5 to 7. 図5から図7のX-Xの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図FIG. 8 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional structure of the power generating unit 102 taken along the line XX in FIGS. 5 to 7. 第2実施形態における燃料電池モジュール10の構成を模式的に示す説明図FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell module 10 according to a second embodiment.

A.第1実施形態:
A-1.燃料電池スタック100の構成:
図1は、第1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(および図8から図10)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(および図8から図10)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り、図4は、図1のIV-IVの位置における燃料電池スタック100のYZ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5以降についても同様である。
A. First embodiment:
A-1. Configuration of fuel cell stack 100:
FIG. 1 is a perspective view showing the external configuration of a fuel cell stack 100 according to a first embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 taken along line II-II in FIG. 1 (and FIGS. 8 to 10). FIG. 3 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 taken along line III-III in FIG. 1 (and FIGS. 8 to 10). FIG. 4 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 taken along line IV-IV in FIG. 1. Each figure shows orthogonal X, Y, and Z axes for specifying directions. For convenience, the positive Z-axis direction will be referred to as the upward direction and the negative Z-axis direction as the downward direction in this specification. However, the fuel cell stack 100 may actually be installed in an orientation different from these orientations. The same applies to FIG. 5 and subsequent figures.

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、下端用セパレータ189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のうちの一方(以下、「上側エンドプレート104」という。)は、7つの発電単位102から構成される集合体(以下、「発電ブロック103」という。)の上側に配置されており、一対のエンドプレート104,106のうちの他方(以下、「下側エンドプレート106」という。)は、下端用セパレータ189の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106は、発電ブロック103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(Z軸方向、上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向の一例である。 The fuel cell stack 100 includes a plurality (seven in this embodiment) of fuel cell power generation units (hereinafter simply referred to as "power generation units") 102, a lower separator 189, and a pair of end plates 104, 106. The seven power generation units 102 are arranged in a predetermined arrangement direction (vertical direction in this embodiment). One of the pair of end plates 104, 106 (hereinafter referred to as the "upper end plate 104") is arranged above the assembly (hereinafter referred to as the "power generation block 103") made up of the seven power generation units 102, and the other of the pair of end plates 104, 106 (hereinafter referred to as the "lower end plate 106") is arranged below the lower separator 189. The pair of end plates 104, 106 are arranged to sandwich the power generation block 103 from above and below. Note that the arrangement direction (Z-axis direction, vertical direction) is an example of the first direction in the claims.

図1および図4に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(上側エンドプレート104、各発電単位102、下端用セパレータ189)のZ軸方向回りの外周の4つの角部付近には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、下側エンドプレート106のZ軸方向回りの外周の4つの角部付近における上側の表面には、孔(ネジ孔)が形成されている。これらの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、上下方向に延びるボルト孔109を構成している。以下の説明では、ボルト孔109を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、ボルト孔109と呼ぶ場合がある。 As shown in Figures 1 and 4, holes that penetrate each layer in the vertical direction are formed near the four corners of the outer periphery around the Z-axis of each layer (upper end plate 104, each power generating unit 102, and lower end separator 189) that make up the fuel cell stack 100, and holes (screw holes) are formed in the upper surface of the lower end plate 106 near the four corners of its outer periphery around the Z-axis. Corresponding holes formed in these layers are vertically connected to form bolt holes 109 that extend in the vertical direction. In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to form bolt holes 109 may also be referred to as bolt holes 109.

各ボルト孔109にはボルト22が挿入されている。各ボルト22の下端部は下側エンドプレート106に形成されたネジ孔に螺号しており、各ボルト22の上端部にはナット24が嵌められている。ナット24の下側の表面は、絶縁シート26を介してエンドプレート104の上側の表面に当接している。このような構成のボルト22およびナット24により、燃料電池スタック100の各層が一体に締結されている。なお、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。 A bolt 22 is inserted into each bolt hole 109. The lower end of each bolt 22 threads into a threaded hole formed in the lower end plate 106, and a nut 24 is fitted onto the upper end of each bolt 22. The lower surface of the nut 24 abuts against the upper surface of the end plate 104 via an insulating sheet 26. The bolts 22 and nuts 24 configured in this way fasten the layers of the fuel cell stack 100 together. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, ceramic fiber sheet, ceramic powder sheet, glass sheet, glass ceramic composite, etc.

また、図1から図3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、下端用セパレータ189、下側エンドプレート106)のZ軸方向回りの周縁部には、各層を上下方向に貫通する4つの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、最上部の発電単位102から下側エンドプレート106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を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。 As shown in Figures 1 to 3, four holes that penetrate each layer in the vertical direction are formed in the peripheral portion around the Z axis direction of each layer (each power generation unit 102, lower-end separator 189, lower end plate 106) that make up the fuel cell stack 100, and corresponding holes formed in each layer are vertically connected to each other to form communication holes 108 that extend vertically from the uppermost power generation unit 102 to the lower end plate 106. In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 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軸方向回りの外周を構成する1つの辺(Y軸に平行な2つの辺のうちのX軸正方向側の辺)の付近に位置する1つの連通孔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供給マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺のうちのX軸負方向側の辺)の付近に位置する1つの連通孔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。なお、酸化剤ガスOGとしては、例えば空気が使用される。 1 and 2, one communication hole 108 located near one side (the side on the positive X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) that constitutes the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z-axis functions as an oxidant gas supply manifold 161, which is a gas flow path through which oxidant gas OG is introduced from outside the fuel cell stack 100 and supplied to the air chamber 166 (described later) of each power generation unit 102. Another communication hole 108 located near the opposite side (the side on the negative X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) functions as an oxidant gas discharge manifold 162, which is a gas flow path through which oxidant off-gas OOG, which is gas discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102, is discharged to the outside of the fuel cell stack 100. Note that air, for example, is used as the oxidant gas OG.

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うち、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1つの連通孔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供給マニホールド171として機能し、上述した酸化剤ガス供給マニホールド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1つの連通孔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。なお、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。 1 and 3, among the sides constituting the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z axis, another communication hole 108 located near the side closest to the communication hole 108 functioning as the oxidant gas exhaust manifold 162 described above functions as a fuel gas supply manifold 171, which is a gas flow path through which fuel gas FG is introduced from outside the fuel cell stack 100 and supplied to the fuel chamber 176 (described later) of each power generation unit 102. The other communication hole 108 located near the side closest to the communication hole 108 functioning as the oxidant gas supply manifold 161 described above functions as a fuel gas exhaust manifold 172, which is a gas flow path through which fuel off-gas FOG, which is gas exhausted from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102, is exhausted to the outside of the fuel cell stack 100. The fuel gas FG may be, for example, a hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas.

図2および図3に示すように、燃料電池スタック100には、4つのガス通路部材27が設けられている。各ガス通路部材27は、中空筒状の本体部28と、本体部28の側面から分岐した中空筒状の分岐部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。図2に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド161の位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス供給マニホールド161に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド162に連通している。また、図3に示すように、燃料ガス供給マニホールド171の位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス供給マニホールド171に連通しており、燃料ガス排出マニホールド172の位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。なお、各ガス通路部材27と下側エンドプレート106の表面との間には、絶縁シート26が介在している。 2 and 3, the fuel cell stack 100 is provided with four gas passage members 27. Each gas passage member 27 has a hollow cylindrical main body 28 and a hollow cylindrical branch portion 29 branching off from the side of the main body 28. The holes in the branch portion 29 are connected to the holes in the main body 28. A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27. As shown in FIG. 2, the hole in the main body 28 of the gas passage member 27 positioned at the position of the oxidant gas supply manifold 161 is connected to the oxidant gas supply manifold 161, and the hole in the main body 28 of the gas passage member 27 positioned at the position of the oxidant gas discharge manifold 162 is connected to the oxidant gas discharge manifold 162. As shown in FIG. 3 , the holes in the main body 28 of the gas passage member 27 positioned at the position of the fuel gas supply manifold 171 are connected to the fuel gas supply manifold 171, and the holes in the main body 28 of the gas passage member 27 positioned at the position of the fuel gas exhaust manifold 172 are connected to the fuel gas exhaust manifold 172. An insulating sheet 26 is interposed between each gas passage member 27 and the surface of the lower end plate 106.

(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、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。一対のエンドプレート104,106の中央付近には、それぞれ、Z軸方向に貫通する孔32,34が形成されている。Z軸方向視で、一対のエンドプレート104,106のそれぞれに形成された孔32,34の輪郭線は、後述する各単セル110を内包している。そのため、各ボルト22およびナット24による締結力(Z軸方向の圧縮力)は、主として各発電単位102の周縁部(後述する単セル110より外側の部分)に作用する。また、本実施形態では、上側エンドプレート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。
(Configuration of end plates 104, 106)
The pair of end plates 104, 106 are flat, plate-shaped members with a substantially rectangular outer shape as viewed in the Z-axis direction, and are made of a conductive material such as stainless steel. Holes 32, 34 are formed near the centers of the pair of end plates 104, 106, respectively, penetrating in the Z-axis direction. As viewed in the Z-axis direction, the outlines of the holes 32, 34 formed in each of the pair of end plates 104, 106 encompass each of the unit cells 110 (described later). Therefore, the fastening force (compressive force in the Z-axis direction) of each bolt 22 and nut 24 acts primarily on the periphery of each power generating unit 102 (the portion outside the unit cells 110 (described later)). In this embodiment, 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.

(下端用セパレータ189の構成)
下端用セパレータ189は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えば金属により形成されている。下端用セパレータ189の周縁部は、発電ブロック103と下側エンドプレート106との間に挟み込まれた状態で、下側エンドプレート106と例えば溶接により接合されており、下側エンドプレート106と電気的に接続されている。
(Configuration of the lower end separator 189)
The lower-end separator 189 is a flat member having a substantially rectangular outer shape when viewed in the Z-axis direction, and is made of, for example, metal. The peripheral edge of the lower-end separator 189 is sandwiched between the power generation block 103 and the lower end plate 106, and is joined to the lower end plate 106 by welding, for example, and is electrically connected to the lower end plate 106.

(発電単位102の構成)
図5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6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7は、図4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YZ断面構成を示す説明図である。また、図8は、図5から図7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り、図9は、図5から図7のIX-IX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10は、図5から図7のX-X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。
(Configuration of power generation unit 102)
Fig. 5 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in Fig. 2, Fig. 6 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in Fig. 3, and Fig. 7 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two adjacent power generating units 102 at the same position as the cross-section shown in Fig. 4. Also, Fig. 8 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generating unit 102 at the position VIII-VIII in Figs. 5 to 7, Fig. 9 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generating unit 102 at the position IX-IX in Figs. 5 to 7, and Fig. 10 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generating unit 102 at the position X-X in Figs. 5 to 7.

図5から図7に示すように、発電単位102は、燃料電池単セル(以下、「単セル」という。)110と、単セル用セパレータ120と、空気極側フレーム130と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電体144と、スペーサー149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190とを備えている。単セル用セパレータ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190(より詳細には、後述するIC用セパレータ180)におけるZ軸方向回りの周縁部には、各マニホールド161,162,171,172として機能する各連通孔108を構成する孔と、各ボルト孔109を構成する孔とが形成されている。 As shown in Figures 5 to 7, the power generation unit 102 includes a single fuel cell (hereinafter referred to as a "single cell") 110, a single cell separator 120, an air electrode side frame 130, an anode side frame 140, an anode side current collector 144, a spacer 149, and a pair of interconnectors 190 that form the top and bottom layers of the power generation unit 102. Holes that form the communication holes 108 that function as the manifolds 161, 162, 171, and 172, and holes that form the bolt holes 109, are formed around the peripheral edges of the single cell separator 120, the air electrode side frame 130, the anode side frame 140, and the interconnector 190 (more specifically, the IC separator 180, described later) around the Z axis direction.

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、電解質層112と空気極114との間に配置された反応防止層118とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で単セル110を構成する他の層(電解質層112、空気極114、反応防止層118)を支持する燃料極支持形の単セルである。 The unit cell 110 includes an electrolyte layer 112, an air electrode 114 and an anode 116 that face each other in the Z-axis direction with the electrolyte layer 112 sandwiched between them, and a reaction prevention layer 118 disposed between the electrolyte layer 112 and the air electrode 114. Note that the unit cell 110 of this embodiment is an anode-supported unit cell in which the anode 116 supports the other layers that make up the unit cell 110 (electrolyte layer 112, air electrode 114, and reaction prevention layer 118).

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、固体酸化物(例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア))を含むように構成されている。すなわち、本実施形態の単セル110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。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、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))を含むように構成されている。燃料極116は、Z軸方向視で電解質層112と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ni(ニッケル)、Niとセラミック粒子からなるサーメット、Ni基合金等により形成されている。反応防止層118は、Z軸方向視で空気極114と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えばGDC(ガドリニウムドープセリア)とYSZとを含むように構成されている。反応防止層118は、空気極114から拡散した元素(例えば、Sr)が電解質層112に含まれる元素(例えば、Zr)と反応して高抵抗な物質(例えば、SrZrO)が生成されることを抑制する機能を有する。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular, flat-plate member when viewed in the Z-axis direction and is configured to contain a solid oxide (e.g., YSZ (yttria-stabilized zirconia)). That is, the unit cell 110 of this embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte. The air electrode 114 is a substantially rectangular, flat-plate member that is smaller than the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction and is configured to contain, for example, a perovskite-type oxide (e.g., LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide)). The anode 116 is a substantially rectangular, flat-plate member that is substantially the same size as the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction and is formed of, for example, Ni (nickel), a cermet made of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy, or the like. The reaction prevention layer 118 is a substantially rectangular, flat-plate member that is substantially the same size as the air electrode 114 when viewed in the Z-axis direction and is configured to contain, for example, GDC (gadolinium-doped ceria) and YSZ. The reaction prevention layer 118 has the function of preventing elements (e.g., Sr) diffused from the cathode 114 from reacting with elements (e.g., Zr) contained in the electrolyte layer 112 to produce a highly resistive substance (e.g., SrZrO 3 ).

単セル用セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔121が形成されたフレーム状の導電性部材であり、例えば、金属により形成されている。単セル用セパレータ120の板厚は、比較的薄く、例えば0.05mm以上、0.2mm以下程度である。単セル用セパレータ120における貫通孔121を取り囲む部分(以下、「貫通孔周囲部」という。)は、単セル110(電解質層112)の周縁部における上側の表面に対向している。単セル用セパレータ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、単セル110(電解質層112)と接合されている。従って、単セル用セパレータ120は、接合部124を介して単セル110に接続されていると言える。単セル用セパレータ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(クロスリーク)が抑制される。 The single cell separator 120 is a frame-shaped conductive member formed with a substantially rectangular through-hole 121 penetrating vertically near the center, and is made of, for example, metal. The plate thickness of the single cell separator 120 is relatively thin, for example, between 0.05 mm and 0.2 mm. The portion of the single cell separator 120 surrounding the through-hole 121 (hereinafter referred to as the "through-hole surrounding portion") faces the upper surface of the peripheral portion of the single cell 110 (electrolyte layer 112). The single cell separator 120 is joined to the single cell 110 (electrolyte layer 112) by a joint 124 formed with brazing material (e.g., Ag brazing) placed in the facing portion. Therefore, the single cell separator 120 can be said to be connected to the single cell 110 via the joint 124. The single cell separator 120 separates the air chamber 166 facing the air electrode 114 from the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, thereby preventing gas leakage (cross leakage) from one electrode side to the other around the periphery of the single cell 110.

単セル用セパレータ120は、単セル用セパレータ120における貫通孔周囲部を含む内側部126と、内側部126より外側に位置する外側部127と、内側部126と外側部127とを連結する連結部128とを備える。本実施形態では、内側部126および外側部127は、Z軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部128は、内側部126と外側部127との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部128における下側(燃料室176側)の部分は凸部となっており、連結部128における上側(空気室166側)の部分は凹部となっている。このため、連結部128は、Z軸方向における位置が内側部126および外側部127とは異なる部分を含んでいる。 The single-cell separator 120 includes an inner portion 126 that includes the area surrounding the through-holes in the single-cell separator 120, an outer portion 127 that is located outside the inner portion 126, and a connecting portion 128 that connects the inner portion 126 and the outer portion 127. In this embodiment, the inner portion 126 and the outer portion 127 are generally flat plates that extend in a direction generally perpendicular to the Z-axis direction. The connecting portion 128 is curved so that it protrudes downward relative to both the inner portion 126 and the outer portion 127. The lower portion of the connecting portion 128 (facing the fuel chamber 176) is a convex portion, and the upper portion of the connecting portion 128 (facing the air chamber 166) is a concave portion. Therefore, the connecting portion 128 includes portions whose positions in the Z-axis direction differ from those of the inner portion 126 and the outer portion 127.

単セル用セパレータ120における貫通孔121付近には、ガラスを含むガラスシール部125が配置されている。ガラスシール部125は、接合部124に対して空気室166側に位置しており、単セル用セパレータ120の貫通孔周囲部の表面と、単セル110(本実施形態では電解質層112)の表面との両方に接触するように形成されている。ガラスシール部125により、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(クロスリーク)が効果的に抑制される。 A glass seal portion 125 containing glass is disposed near the through-hole 121 in the single-cell separator 120. The glass seal portion 125 is located on the air chamber 166 side of the joint portion 124 and is formed so as to contact both the surface surrounding the through-hole in the single-cell separator 120 and the surface of the single cell 110 (electrolyte layer 112 in this embodiment). The glass seal portion 125 effectively prevents gas leakage (cross leakage) from one electrode side to the other electrode side at the periphery of the single cell 110.

インターコネクタ190は、略矩形の平板形状の平板部150と、平板部150から空気極114側に突出した複数の略柱状の空気極側集電部134と、IC用セパレータ180とを有する導電性の部材であり、Mn(マンガン)およびCr(クロム)を含む金属(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190は、燃料極116が面する燃料室176(の一部)を画定している。本実施形態では、インターコネクタ190の平板部150および空気極側集電部134の表面(空気室166に面する表面)に、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性の被覆層194が形成されている。以下では、被覆層194が形成されたインターコネクタ190を、単に「インターコネクタ190」という。各発電単位102において、上側のインターコネクタ190(の平板部150)は、単セル110に対して上側に配置されている。上側のインターコネクタ190(の各空気極側集電部134)は、例えばスピネル型酸化物により構成された導電性接合材196を介して、単セル110の空気極114に接合されており、これにより単セル110の空気極114に電気的に接続されている。また、各発電単位102において、下側のインターコネクタ190は、単セル110に対して燃料室176を挟んで下側に配置されており、後述する燃料極側集電体144を介して、単セル110の燃料極116に電気的に接続されている。インターコネクタ190は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を抑制する。なお、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190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190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190と同一部材である。発電単位102を構成する各インターコネクタ190は、燃料極116に対してZ軸方向の空気極114とは反対側に位置している。また、燃料電池スタック100は下端用セパレータ189を備えているため、燃料電池スタック100において最も下側に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ190を備えていない(図2から図4参照)。 The interconnector 190 is a conductive member having a substantially rectangular flat plate portion 150, multiple substantially columnar air electrode-side current collectors 134 protruding from the flat plate portion 150 toward the air electrode 114, and an IC separator 180. It is formed of a metal (e.g., ferritic stainless steel) containing Mn (manganese) and Cr (chromium). The interconnector 190 defines (a portion of) the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116. In this embodiment, a conductive coating layer 194, composed of, for example, a spinel-type oxide, is formed on the surfaces of the flat plate portion 150 and the air electrode-side current collectors 134 of the interconnector 190 (the surfaces facing the air chamber 166). Hereinafter, the interconnector 190 with the coating layer 194 formed thereon will be simply referred to as the "interconnector 190." In each power generation unit 102, the upper interconnector 190 (the flat plate portion 150 thereof) is positioned above the single cell 110. The upper interconnector 190 (each of its air electrode-side current collectors 134) is joined to the air electrode 114 of the unit cell 110 via a conductive bonding material 196 made of, for example, a spinel-type oxide, and is thereby electrically connected to the air electrode 114 of the unit cell 110. In each power generation unit 102, the lower interconnector 190 is disposed below the unit cell 110, with the fuel chamber 176 sandwiched between them, and is electrically connected to the anode 116 of the unit cell 110 via an anode-side current collector 144 (described later). The interconnector 190 ensures electrical conduction between the power generation units 102 and suppresses mixing of reactant gases between the power generation units 102. In this embodiment, when two power generation units 102 are disposed adjacent to each other, one interconnector 190 is shared by the two adjacent power generation units 102. That is, the upper interconnector 190 of one power generating unit 102 is made of the same material as the lower interconnector 190 of another power generating unit 102 adjacent to the upper side of that power generating unit 102. Each interconnector 190 constituting a power generating unit 102 is located on the opposite side of the fuel electrode 116 from the air electrode 114 in the Z-axis direction. In addition, because the fuel cell stack 100 includes a lower-end separator 189, the power generating unit 102 located at the bottom of the fuel cell stack 100 does not include a lower interconnector 190 (see Figures 2 to 4).

IC用セパレータ180は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔181が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。IC用セパレータ180の板厚は、比較的薄く、例えば0.05mm以上、0.2mm以下程度である。IC用セパレータ180は、Z軸方向において単セル用セパレータ120と対向している。IC用セパレータ180における貫通孔181を取り囲む部分(以下、「貫通孔周囲部」という。)は、インターコネクタ190の平板部150の周縁部における上側の表面に例えば溶接により接合されている。ある発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180のうち、上側のIC用セパレータ180は、該発電単位102の空気室166と、該発電単位102に対して上側に隣り合う他の発電単位102の燃料室176とを区画する。また、ある発電単位102に含まれる一対のIC用セパレータ180のうち、下側のIC用セパレータ180は、該発電単位102の燃料室176と、該発電単位102に対して下側に隣り合う他の発電単位102の空気室166とを区画する。このように、IC用セパレータ180により、発電単位102の周縁部における発電単位102間のガスのリークが抑制される。なお、燃料電池スタック100において最も上側に位置する発電単位102の上側のインターコネクタ190のIC用セパレータ180は、上側エンドプレート104に電気的に接続されている。 The IC separator 180 is a frame-shaped member formed of, for example, metal, with a substantially rectangular through-hole 181 penetrating vertically near the center. The plate thickness of the IC separator 180 is relatively thin, for example, between 0.05 mm and 0.2 mm. The IC separator 180 faces the single cell separator 120 in the Z-axis direction. The portion of the IC separator 180 surrounding the through-hole 181 (hereinafter referred to as the "through-hole surrounding portion") is joined, for example, by welding, to the upper surface of the peripheral portion of the flat portion 150 of the interconnector 190. Of a pair of IC separators 180 included in a certain power generating unit 102, the upper IC separator 180 separates the air chamber 166 of that power generating unit 102 from the fuel chamber 176 of the other power generating unit 102 adjacent to the power generating unit 102 on the upper side. Furthermore, of the pair of IC separators 180 included in a certain power generating unit 102, the lower IC separator 180 separates the fuel chamber 176 of that power generating unit 102 from the air chamber 166 of the other power generating unit 102 adjacent to that power generating unit 102 on the lower side. In this way, the IC separator 180 suppresses gas leakage between the power generating units 102 at the periphery of the power generating units 102. The IC separator 180 of the upper interconnector 190 of the power generating unit 102 located at the topmost position in the fuel cell stack 100 is electrically connected to the upper end plate 104.

IC用セパレータ180は、貫通孔周囲部を含む内側部186と、内側部186より外側に位置する外側部187と、内側部186と外側部187とを連結する連結部188とを備える。本実施形態では、内側部186および外側部187は、Z軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部188は、内側部186と外側部187との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部188における下側(空気室166側)の部分は凸部となっており、連結部188における上側(燃料室176側)の部分は凹部となっている。このため、連結部188は、Z軸方向における位置が内側部186および外側部187とは異なる部分を含んでいる。 The IC separator 180 comprises an inner portion 186 including the through-hole periphery, an outer portion 187 located outside the inner portion 186, and a connecting portion 188 connecting the inner portion 186 and the outer portion 187. In this embodiment, the inner portion 186 and the outer portion 187 are generally flat plates extending in a direction generally perpendicular to the Z-axis direction. The connecting portion 188 is curved so as to protrude downward relative to both the inner portion 186 and the outer portion 187. The lower portion of the connecting portion 188 (toward the air chamber 166) is a convex portion, and the upper portion of the connecting portion 188 (toward the fuel chamber 176) is a concave portion. Therefore, the connecting portion 188 includes a portion whose position in the Z-axis direction differs from that of the inner portion 186 and the outer portion 187.

図5から図8に示すように、空気極側フレーム130は、中央付近にZ軸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の孔131は、空気極114に面する空気室166(の一部)を構成する。空気極側フレーム130は、単セル用セパレータ120の周縁部における上側の表面と、上側のIC用セパレータ180の周縁部における下側の表面とに接触しており、両者の間のガスシール性(すなわち、空気室166のガスシール性)を確保するシール部材として機能する。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IC用セパレータ180間(すなわち、一対のインターコネクタ190間)間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス供給マニホールド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 Figures 5 to 8, the air electrode side frame 130 is a frame-shaped member with a substantially rectangular hole 131 formed near the center that penetrates in the Z-axis direction, and is formed from an insulating material such as mica. The hole 131 in the air electrode side frame 130 forms (part of) the air chamber 166 facing the air electrode 114. The air electrode side frame 130 is in contact with the upper surface of the peripheral portion of the single cell separator 120 and the lower surface of the peripheral portion of the upper IC separator 180, and functions as a sealing member that ensures gas sealing between the two (i.e., gas sealing of the air chamber 166). The air electrode side frame 130 also provides electrical insulation between a pair of IC separators 180 (i.e., between a pair of interconnectors 190) included in the power generation unit 102. The air electrode side frame 130 is also formed with an oxidant gas supply communication channel 132 that connects the oxidant gas supply manifold 161 to the air chamber 166, and an oxidant gas discharge communication channel 133 that connects the air chamber 166 to the oxidant gas discharge manifold 162.

図5から図7、図9および図10に示すように、燃料極側フレーム140は、中央付近にZ軸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、金属により形成されている。燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。燃料極側フレーム140は、単セル用セパレータ120の周縁部における下側の表面と、下側のIC用セパレータ180の周縁部における上側の表面とに接触している。 As shown in Figures 5 to 7, 9, and 10, the fuel electrode side frame 140 is a frame-shaped member with a substantially rectangular hole 141 formed near the center that penetrates in the Z-axis direction, and is made of, for example, metal. The hole 141 in the fuel electrode side frame 140 forms a fuel chamber 176 that faces the fuel electrode 116. The fuel electrode side frame 140 is in contact with the lower surface of the peripheral portion of the single cell separator 120 and the upper surface of the peripheral portion of the lower IC separator 180.

なお、図10に示すように、燃料室176は、Z軸方向視において電解質層112と空気極114と燃料極116とが重なっている領域(以下、「反応領域」という。)RAに位置する特定流路部176Aと、反応領域RAに含まれない領域(以下、「非反応領域」という。)UAに位置する非反応流路部176Bとを有している。反応領域RAは発電反応が主に生じる領域であり、発電に対する寄与が比較的大きいのに対し、非反応領域UAは発電反応が比較的生じにくい領域であり、発電に対する寄与が比較的小さい。本実施形態では、Z軸方向視において、反応領域RAは単セル110の中央に位置し、非反応領域UAは反応領域RAの周囲を囲むように位置している。 As shown in FIG. 10 , the fuel chamber 176 has a specific flow path portion 176A located in the region RA where the electrolyte layer 112, air electrode 114, and fuel electrode 116 overlap when viewed in the Z-axis direction (hereinafter referred to as the "reaction region"), and a non-reaction flow path portion 176B located in the region UA not included in the reaction region RA (hereinafter referred to as the "non-reaction region"). The reaction region RA is the region where the power generation reaction mainly occurs and has a relatively large contribution to power generation, while the non-reaction region UA is a region where the power generation reaction is less likely to occur and has a relatively small contribution to power generation. In this embodiment, when viewed in the Z-axis direction, the reaction region RA is located in the center of the single cell 110, and the non-reaction region UA is located so as to surround the periphery of the reaction region RA.

また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス供給マニホールド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。 The fuel electrode side frame 140 also has a fuel gas supply communication channel 142 that connects the fuel gas supply manifold 171 to the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication channel 143 that connects the fuel chamber 176 to the fuel gas discharge manifold 172.

図5から図7に示すように、燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電体144は、単セル110とインターコネクタ190との間に位置している。 As shown in Figures 5 to 7, the fuel electrode side current collector 144 is disposed within the fuel chamber 176. The fuel electrode side current collector 144 is located between the unit cell 110 and the interconnector 190.

図7に示すように、燃料極側集電体144は、電極側接触部145と、反対側接触部146と、連接部147と、Y方向先端部148とを備えている。電極側接触部145は、燃料極116に接触し、燃料極116とは反対側においてスペーサー149と接触している。反対側接触部146は、インターコネクタ190(より正確には、一対のインターコネクタ190のうち、下側のインターコネクタ190)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190を備えていないため、当該発電単位102における反対側接触部146は、下端用セパレータ189に接触している。連接部147は、電極側接触部145と反対側接触部146とを繋いでいる。Y方向先端部148は、電極側接触部145のうち、連接部147に繋がる側とは反対側(Y軸負方向側)に繋がっている。燃料極側集電体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190(または下端用セパレータ189)とを電気的に接続する。なお、燃料極側集電体144の電極側接触部145と反対側接触部146との間に、例えばマイカにより形成された棒状のスペーサー149が配置されている。そのため、燃料極側集電体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、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ190(または下端用セパレータ189)との電気的接続が良好に維持される。スペーサー149は、燃料極側集電体144のY方向先端部148と電極側接触部145と連接部147と反対側接触部146とによって覆われている。これによりスペーサー149の位置ずれが抑制される。 As shown in FIG. 7 , the fuel electrode side current collector 144 has an electrode side contact portion 145, an opposite side contact portion 146, a connecting portion 147, and a Y-direction tip portion 148. The electrode side contact portion 145 contacts the fuel electrode 116 and contacts a spacer 149 on the side opposite the fuel electrode 116. The opposite side contact portion 146 contacts the interconnector 190 (more precisely, the lower interconnector 190 of the pair of interconnectors 190). However, as described above, the power generating unit 102 located at the bottom of the fuel cell stack 100 does not have a lower interconnector 190, and therefore the opposite side contact portion 146 of that power generating unit 102 contacts the lower end separator 189. The connecting portion 147 connects the electrode side contact portion 145 and the opposite side contact portion 146. The Y-direction tip portion 148 is connected to the electrode-side contact portion 145 on the side opposite to the side connected to the connecting portion 147 (the negative Y-axis side). The anode-side current collector 144 has such a configuration, and electrically connects the anode 116 and the interconnector 190 (or the lower-end separator 189). A rod-shaped spacer 149 made of, for example, mica is disposed between the electrode-side contact portion 145 and the lower-end contact portion 146 of the anode-side current collector 144. This allows the anode-side current collector 144 to follow deformation of the power generating unit 102 due to temperature cycles and fluctuations in reactant gas pressure, and good electrical connection between the anode 116 and the interconnector 190 (or the lower-end separator 189) via the anode-side current collector 144 is maintained. The spacer 149 is covered by the Y-direction tip 148 of the fuel electrode side current collector 144, the electrode side contact portion 145, the connecting portion 147, and the opposite side contact portion 146. This prevents the spacer 149 from shifting out of position.

各発電単位102は、燃料極側集電体144のY方向先端部148とインターコネクタ190とを接合する接合部151を複数備える。接合部151は、燃料極側集電体144のY方向先端部148とインターコネクタ190とを溶接(例えば、レーザーを用いたスポット溶接)することにより形成された溶接痕である。 Each power generating unit 102 has multiple joints 151 that join the Y-direction tip 148 of the fuel electrode side current collector 144 to the interconnector 190. The joints 151 are weld marks formed by welding (e.g., spot welding using a laser) the Y-direction tip 148 of the fuel electrode side current collector 144 to the interconnector 190.

図5および図6に示すように、燃料極側集電体144は、更に、X方向先端部148Aと、X方向先端部148Bとを備えている。2つのX方向先端部148A,148Bはそれぞれ、電極側接触部145のうち、X軸方向の一方(X軸負方向)の端と他方(X軸正方向)の端とに繋がっている。スペーサー149は、燃料極側集電体144のY方向先端部148と電極側接触部145と反対側接触部146と2つのX方向先端部148A,148Bとによって覆われている。これによりスペーサー149の位置ずれが抑制される。 As shown in Figures 5 and 6, the fuel electrode side current collector 144 further includes an X-direction tip portion 148A and an X-direction tip portion 148B. The two X-direction tips 148A, 148B are connected to one end (negative X-axis direction) and the other end (positive X-axis direction) of the electrode side contact portion 145, respectively. The spacer 149 is covered by the Y-direction tip portion 148 of the fuel electrode side current collector 144, the electrode side contact portion 145, the opposite side contact portion 146, and the two X-direction tips 148A, 148B. This prevents the spacer 149 from shifting out of position.

なお、本実施形態では、燃料極側集電体144の反対側接触部146と電極側接触部145と連接部147とY方向先端部148とX方向先端部148AとX方向先端部148Bとは一体の部材により構成されている。 In this embodiment, the opposite side contact portion 146, electrode side contact portion 145, connecting portion 147, Y-direction tip portion 148, X-direction tip portion 148A, and X-direction tip portion 148B of the fuel electrode side current collector 144 are formed as a single member.

本実施形態では、燃料極側集電体144は、例えばニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成される金属箔(例えば、厚さが10~800μm)により形成されている。図9における部分拡大図に示すように、燃料極側集電体144は、略矩形の金属箔に切り込みを入れ、複数の矩形部分を曲げ起こすように加工することにより製造される。
A-2.燃料電池スタック100の動作:
図2および図5に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド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および本体部28の孔を介して酸化剤ガス供給マニホールド161に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド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および図6に示すように、燃料ガス供給マニホールド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および本体部28の孔を介して燃料ガス供給マニホールド171に供給され、燃料ガス供給マニホールド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。
In this embodiment, the fuel electrode-side current collector 144 is formed from a metal foil (e.g., having a thickness of 10 to 800 μm) made of, for example, nickel, a nickel alloy, stainless steel, etc. As shown in the partially enlarged view of FIG. 9 , the fuel electrode-side current collector 144 is manufactured by cutting a substantially rectangular metal foil and bending and raising a plurality of rectangular portions.
A-2. Operation of the fuel cell stack 100:
2 and 5, when oxidant gas OG is supplied 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 supply manifold 161, the oxidant gas OG is supplied to the oxidant gas supply manifold 161 through the branch portion 29 of the gas passage member 27 and a hole in the main body 28, and then supplied from the oxidant gas supply manifold 161 to the air chamber 166 through the oxidant gas supply communicating passage 132 of each power generating unit 102. Also, as shown in FIGS. 3 and 6, when fuel gas FG is supplied 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 supply manifold 171, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas supply manifold 171 through the branch portion 29 of the gas passage member 27 and a hole in the main body 28, and then supplied from the fuel gas supply manifold 171 to the fuel chamber 176 through the fuel gas supply communicating passage 142 of each power generating 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および燃料ガスFG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は上側のインターコネクタ190に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電体144を介して下側のインターコネクタ190(または、下端用セパレータ189)に電気的に接続されている。すなわち、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。また、最も上側に位置する発電単位102の上側のインターコネクタ190は、上側エンドプレート104に電気的に接続されており、最も下側に位置する発電単位102の燃料極側集電体144に電気的に接続された下端用セパレータ189は、下側エンドプレート106に電気的に接続されている。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 oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, power is generated in the single cell 110 through an electrochemical reaction between the oxidant gas OG and the fuel gas FG. This power generation reaction is exothermic. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to the upper interconnector 190, and the anode 116 is electrically connected to the lower interconnector 190 (or the lower separator 189) via the anode-side current collector 144. In other words, the multiple power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. The upper interconnector 190 of the uppermost power generation unit 102 is electrically connected to the upper end plate 104, and the lower separator 189 electrically connected to the anode-side current collector 144 of the lowermost power generation unit 102 is electrically connected to the lower end plate 106. Therefore, electrical energy generated in each power generation unit 102 is extracted from end plates 104, 106, which function as output terminals of the fuel cell stack 100. Note that, because SOFCs generate electricity at relatively high temperatures (e.g., 700°C to 1000°C), after startup, the fuel cell stack 100 may be heated by a heater (not shown) until the heat generated by power generation can maintain the high temperature.

図2および図5に示すように、各発電単位102の空気室166から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に排出された酸化剤オフガスOOGは、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の孔を経て、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、図3および図6に示すように、各発電単位102の燃料室176から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に排出された燃料オフガスFOGは、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の孔を経て、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。 As shown in FIGS. 2 and 5, the oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generating unit 102 to the oxidant gas discharge manifold 162 via the oxidant gas discharge communicating channel 133 passes through holes in the main body 28 and branch portion 29 of the gas passage member 27 located at the position of the oxidant gas discharge manifold 162, and is then discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29. Also, as shown in FIGS. 3 and 6, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generating unit 102 to the fuel gas discharge manifold 172 via the fuel gas discharge communicating channel 143 passes through holes in the main body 28 and branch portion 29 of the gas passage member 27 located at the position of the fuel gas discharge manifold 172, and is then discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29.

なお、本実施形態の燃料電池スタック100では、図8および図10に示すように、Z軸方向視で、酸化剤ガス供給マニホールド161に連通する酸化剤ガス供給連通流路132と、燃料ガス排出マニホールド172に連通する燃料ガス排出連通流路143とが、単セルの一の辺(図8および図10に示される第2の辺SI2)に(同じ方向に)対向するように配置されており、かつ、酸化剤ガス排出マニホールド162に連通する酸化剤ガス排出連通流路133と、燃料ガス供給マニホールド171に連通する燃料ガス供給連通流路142とが、単セルの上記第2の辺SI2に対して単セル110の中心点を挟んで対向する他の辺(図8および図10に示され第1の辺SI1)に(同じ方向に)対向するように配置されている。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、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向(X軸正方向からX軸負方向へ向かう方向)と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向(X軸負方向からX軸正方向へ向かう方向)とが略反対方向(互いに対向する方向)である、カウンターフロータイプのSOFCである。 In the fuel cell stack 100 of this embodiment, as shown in Figures 8 and 10, when viewed in the Z-axis direction, the oxidant gas supply communication passage 132 communicating with the oxidant gas supply manifold 161 and the fuel gas discharge communication passage 143 communicating with the fuel gas discharge manifold 172 are arranged to face (in the same direction) one side of the unit cell (the second side SI2 shown in Figures 8 and 10), and the oxidant gas discharge communication passage 133 communicating with the oxidant gas discharge manifold 162 and the fuel gas supply communication passage 142 communicating with the fuel gas supply manifold 171 are arranged to face (in the same direction) another side (the first side SI1 shown in Figures 8 and 10) opposite the second side SI2 of the unit cell across the center point of the unit cell 110. That is, the power generation unit 102 (fuel cell stack 100) of this embodiment is a counterflow type SOFC in which the main flow direction of oxidant gas OG in the air chamber 166 (direction from the positive X-axis to the negative X-axis) and the main flow direction of fuel gas FG in the fuel chamber 176 (direction from the negative X-axis to the positive X-axis) are substantially opposite (facing each other).

A-3.特定部材50の構成:
図5、図6および図10に示すように、発電単位102は、更に、複数(本実施形態では6個)の特定部材50を備える。以下、特定部材50の構成について説明する。
A-3. Configuration of specific member 50:
5, 6 and 10, the power generating unit 102 further includes a plurality of (six in this embodiment) specific members 50. The configuration of the specific members 50 will be described below.

特定部材50は、Si(シリコン)を含む直方体状の部材(例えばマイカ)である。Siは、インターコネクタ190に含まれるMnと結合する元素(以下、「特定元素」という。)に該当する。なお、マイカは、水酸基(OH)と結合したSiを含んでいる。また、特定部材50が水酸基(OH)と結合した特定元素(Si)を有することは、X線回折法(XRD)によって結晶相を同定する方法や、フーリエ変換赤外分光法(FT-IR)によって水酸基結合ピーク(例えばSi-OH結合の場合は、3600~3800cm-1のピーク)を検出することによって確認することができる。 The specific member 50 is a rectangular parallelepiped member (for example, mica) containing Si (silicon). Si corresponds to an element (hereinafter referred to as the "specific element") that bonds with Mn contained in the interconnector 190. Note that mica contains Si bonded to a hydroxyl group (OH). Furthermore, the fact that the specific member 50 contains the specific element (Si) bonded to a hydroxyl group (OH) can be confirmed by a method of identifying a crystalline phase using X-ray diffraction (XRD) or by detecting a hydroxyl group bond peak (for example, a peak at 3600 to 3800 cm -1 in the case of a Si-OH bond) using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR).

各特定部材50の少なくとも一部は、燃料室176に面している。そのため、燃料電池スタック100の運転時等において、特定部材50に含まれる特定元素(Si)は、ガスとして燃料室176に飛散する。従って、特定部材50は、特定元素(Si)を含むガスが発生する部材に該当する。 At least a portion of each specific member 50 faces the fuel chamber 176. Therefore, when the fuel cell stack 100 is in operation, the specific element (Si) contained in the specific member 50 disperses as a gas into the fuel chamber 176. Therefore, the specific member 50 is a member that generates a gas containing the specific element (Si).

各特定部材50の高さ(Z軸方向の幅)は、例えば、10μm以上であり、5mm以下である。各特定部材50のX軸方向またはY軸方向の幅は、例えば、1mm以上であり、500mm以下である。 The height (width in the Z-axis direction) of each specific member 50 is, for example, 10 μm or more and 5 mm or less. The width in the X-axis or Y-axis direction of each specific member 50 is, for example, 1 mm or more and 500 mm or less.

各特定部材50における特定元素(Si)の含有量は、10質量%以上(例えば、白雲母の場合には21質量%)である。なお、特定部材50における特定元素(Si)の含有量は、硝酸等を用いて特定部材50を溶解させたサンプルについて、ICP発光分析を行うことにより測定することができる。 The content of the specific element (Si) in each specific component 50 is 10% by mass or more (for example, 21% by mass in the case of muscovite). The content of the specific element (Si) in the specific component 50 can be measured by performing ICP optical emission analysis on a sample obtained by dissolving the specific component 50 using nitric acid or the like.

図5および図6に示すように、特定部材50は、インターコネクタ190のうち、燃料室176の非反応流路部176Bを画定するIC用セパレータ180上に載置されている。特定部材50は、インターコネクタ190のIC用セパレータ180に、溶接などにより接合されている。インターコネクタ190のIC用セパレータ180には溝部191が形成されており、特定部材50の少なくとも一部は、インターコネクタ190の当該溝部191に収容されている。なお、図5および図6に示すように特定部材50の全体がインターコネクタ190の当該溝部191に収容されていてもよいが、特定部材50の一部のみがインターコネクタ190の当該溝部191に収容されていてもよい。 As shown in Figures 5 and 6, the specific member 50 is placed on the IC separator 180 of the interconnector 190, which defines the non-reaction flow path portion 176B of the fuel chamber 176. The specific member 50 is joined to the IC separator 180 of the interconnector 190 by welding or the like. A groove portion 191 is formed in the IC separator 180 of the interconnector 190, and at least a portion of the specific member 50 is accommodated in the groove portion 191 of the interconnector 190. Note that, although the entire specific member 50 may be accommodated in the groove portion 191 of the interconnector 190 as shown in Figures 5 and 6, only a portion of the specific member 50 may be accommodated in the groove portion 191 of the interconnector 190.

図10に示すように、各発電単位102が備える複数(6個)の特定部材50は、燃料室176の非反応流路部176Bのうち、特定流路部176Aに対して燃料ガスFGの流れの上流側に位置している。 As shown in FIG. 10, the multiple (six) specific members 50 provided in each power generation unit 102 are located upstream of the specific flow path section 176A in the non-reaction flow path section 176B of the fuel chamber 176 in the flow of fuel gas FG.

各発電単位102が備える複数(6個)の特定部材50は、燃料ガスFGの流れに交差する方向(Y軸方向)に互いに離隔している。なお、図10に示すように複数(6個)の特定部材50が燃料ガスFGの流れに交差する方向(Y軸方向)に直線状に並んでいてもよいが、直線状でない態様(例えば曲線状)でありながら、燃料ガスFGの流れに交差する方向(Y軸方向)に互いに離隔するように並んでいてもよい。 The multiple (six) specific members 50 provided in each power generation unit 102 are spaced apart from one another in a direction (Y-axis direction) that intersects the flow of fuel gas FG. As shown in FIG. 10, the multiple (six) specific members 50 may be arranged linearly in the direction (Y-axis direction) that intersects the flow of fuel gas FG, or they may be arranged in a non-linear manner (e.g., curved) and spaced apart from one another in the direction (Y-axis direction) that intersects the flow of fuel gas FG.

A-4.第1実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態における燃料電池スタック100は、発電単位102を備える。発電単位102は、単セル110とインターコネクタ190とを備える。単セル110は、固体酸化物を含む電解質層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190は、燃料極116に対してZ軸方向の空気極114とは反対側に位置している。インターコネクタ190は、燃料極116が面する燃料室176を画定し、かつ、Mnを含んでいる。燃料室176は、Z軸方向視において電解質層112と空気極114と燃料極116とが重なっている領域である反応領域RAに位置する特定流路部176Aと、反応領域RAに含まれない非反応領域UAに位置する非反応流路部176Bとを有する。発電単位102は、特定元素(Si)を含む特定部材50を備える。特定部材50は、特定元素(Si)を含むガスが発生する部材に該当する。特定部材50は、非反応流路部176Bのうち、特定流路部176Aに対して燃料ガスFG(燃料室176内を流れるガス)の流れの上流側に位置している。特定部材50の少なくとも一部は、燃料室176に面している。
A-4. Advantages of the first embodiment:
As described above, the fuel cell stack 100 of this embodiment includes a power generation unit 102. The power generation unit 102 includes a single cell 110 and an interconnector 190. The single cell 110 includes an electrolyte layer 112 containing a solid oxide, and a cathode 114 and an anode 116 that face each other in the Z-axis direction with the electrolyte layer 112 sandwiched therebetween. The interconnector 190 is located on the opposite side of the anode 116 from the cathode 114 in the Z-axis direction. The interconnector 190 defines a fuel chamber 176 facing the anode 116 and contains Mn. The fuel chamber 176 has a specific flow path portion 176A located in a reaction region RA, which is a region where the electrolyte layer 112, the cathode 114, and the anode 116 overlap when viewed in the Z-axis direction, and a non-reaction flow path portion 176B located in a non-reaction region UA that is not included in the reaction region RA. The power generation unit 102 includes a specific member 50 containing a specific element (Si). The specific member 50 corresponds to a member that generates a gas containing a specific element (Si). The specific member 50 is located in the non-reaction flow path section 176B upstream of the flow of fuel gas FG (gas flowing in the fuel chamber 176) relative to the specific flow path section 176A. At least a portion of the specific member 50 faces the fuel chamber 176.

本実施形態の発電単位102においては、上述した特定部材50を備えるため、特定部材50に含まれる特定元素(Si)が、ガスとして燃料室176に飛散し、インターコネクタ190に含まれるMnと反応してMnと特定元素(Si)の化合物(MnSiO(珪酸マンガン)等)を生成し、その結果、インターコネクタ190に含まれるMnが燃料室176に飛散することが抑制される。これは、Mnが特定元素(Si)との化合物となることにより、燃料室176に飛散しにくくなるからである。本実施形態の発電単位102においては、特定部材50が燃料室176の特定流路部176Aに対してガス(燃料ガスFG)の流れの上流側に位置することにより、特定部材50に対してガス(燃料ガスFG)の流れの下流側に位置するインターコネクタ190の表面に、特に効率的に、上述したMnと特定元素(Si)の化合物を生成することができ、ひいては、特に効果的に、インターコネクタ190に含まれるMnが燃料室176に飛散することが抑制される。従って、本実施形態の発電単位102によれば、上記従来技術と比較して、特に効果的に、燃料室176におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セル110の性能を向上させることができる。 In the power generating unit 102 of this embodiment, since it is provided with the above-mentioned specific component 50, the specific element (Si) contained in the specific component 50 is dispersed as a gas into the fuel chamber 176 and reacts with the Mn contained in the interconnector 190 to produce a compound of Mn and the specific element (Si) (such as Mn 2 SiO 4 (manganese silicate)), and as a result, the Mn contained in the interconnector 190 is prevented from scattering into the fuel chamber 176. This is because Mn becomes a compound with the specific element (Si), making it less likely to scatter into the fuel chamber 176. In the power generating unit 102 of this embodiment, the specific member 50 is located upstream of the flow of gas (fuel gas FG) with respect to the specific flow path section 176A of the fuel chamber 176, and this makes it possible to particularly efficiently produce the compound of Mn and the specific element (Si) described above on the surface of the interconnector 190 located downstream of the flow of gas (fuel gas FG) with respect to the specific member 50, and thus particularly effectively suppresses the Mn contained in the interconnector 190 from scattering into the fuel chamber 176. Therefore, according to the power generating unit 102 of this embodiment, an increase in Mn vapor pressure in the fuel chamber 176 can be particularly effectively suppressed compared to the conventional technology, thereby enabling the performance of the unit cell 110 to be improved.

本実施形態の発電単位においては、特定部材50の特定元素(Si)の含有量は、10質量%以上である。そのため、本実施形態の発電単位102によれば、より効果的に、燃料室176におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セル110の性能を向上させることができる。 In the power generating unit of this embodiment, the content of the specific element (Si) in the specific component 50 is 10 mass% or more. Therefore, with the power generating unit 102 of this embodiment, the increase in Mn vapor pressure in the fuel chamber 176 can be more effectively suppressed, thereby improving the performance of the unit cell 110.

本実施形態の発電単位においては、特定部材50は、水酸基(OH基)と結合した特定元素(Si)を有する。特定元素は水酸基と結合した状態で存在する方が、酸化物として存在するよりも特定元素を含むガスを発生させやすい。そのため、本実施形態の発電単位102によれば、より効果的に、燃料室176におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セル110の性能を向上させることができる。 In the power generation unit of this embodiment, the specific component 50 has a specific element (Si) bonded to a hydroxyl group (OH group). The specific element is more likely to generate a gas containing the specific element when it is bonded to a hydroxyl group than when it exists as an oxide. Therefore, the power generation unit 102 of this embodiment can more effectively suppress an increase in Mn vapor pressure in the fuel chamber 176, thereby improving the performance of the unit cell 110.

本実施形態の発電単位においては、特定部材50の少なくとも一部は、インターコネクタ190のうち、非反応流路部176Bを画定する部分に形成された溝部191に収容されている。そのため、本実施形態の発電単位102によれば、特定部材50の位置決めをすることができ、また、特定部材50がインターコネクタ190の溝部191に収容されていない構成と比べて、特定部材50により燃料ガスFGの流れが阻害されることを抑制することができる。 In the power generation unit of this embodiment, at least a portion of the specific member 50 is housed in a groove 191 formed in the portion of the interconnector 190 that defines the non-reaction flow path section 176B. Therefore, with the power generation unit 102 of this embodiment, the specific member 50 can be positioned, and obstruction of the flow of fuel gas FG by the specific member 50 can be suppressed compared to a configuration in which the specific member 50 is not housed in the groove 191 of the interconnector 190.

本実施形態では、発電単位102は、複数の特定部材50を備え、複数の特定部材50は、燃料ガスFG(燃料室176を流れるガス)の流れに交差する方向(Y軸方向)に互いに離隔している。そのため、本実施形態の発電単位102においては、特定部材50を1つだけ備える構成と比べて、より効果的に、インターコネクタ190に含まれるMnが燃料室176に飛散することを抑制することができる。また、そのように複数の特定部材50を備えるものでありながら、複数の特定部材50が上記方向(燃料ガスFGの流れに交差する方向(Y軸方向))に互いに離隔していることにより、比較的、特定部材50によりガス(燃料ガスFG)の流れが阻害されることを抑制することができる。 In this embodiment, the power generation unit 102 includes multiple specific components 50, which are spaced apart from one another in a direction (Y-axis direction) intersecting the flow of fuel gas FG (gas flowing through the fuel chamber 176). Therefore, in the power generation unit 102 of this embodiment, compared to a configuration including only one specific component 50, the Mn contained in the interconnector 190 can be more effectively prevented from scattering into the fuel chamber 176. Furthermore, even though the power generation unit 102 includes multiple specific components 50, the multiple specific components 50 are spaced apart from one another in the above-mentioned direction (the direction (Y-axis direction) intersecting the flow of fuel gas FG), which relatively effectively prevents the specific components 50 from obstructing the flow of gas (fuel gas FG).

本実施形態の発電単位においては、インターコネクタ190は、Crを含む。そのため、本実施形態の発電単位102においては、インターコネクタ190の表面にCrが形成される。更に、インターコネクタ190の表面に形成されるMnとSiの化合物を核として、Mn蒸気圧が低いMnとCrの化合物((Cr、Mn)等)が形成され、これにより、Mnが燃料室176に飛散することが更に抑制される。そのため、本実施形態の発電単位102によれば、より効果的に、燃料室176におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セル110の性能を向上させることができる。 In the power generating unit of this embodiment, the interconnector 190 contains Cr. Therefore, in the power generating unit 102 of this embodiment, Cr2O3 is formed on the surface of the interconnector 190. Furthermore, a compound of Mn and Cr (such as (Cr, Mn) 3O4 ) with a low Mn vapor pressure is formed using the compound of Mn and Si formed on the surface of the interconnector 190 as a nucleus , thereby further suppressing Mn from scattering into the fuel chamber 176. Therefore, according to the power generating unit 102 of this embodiment, it is possible to more effectively suppress an increase in Mn vapor pressure in the fuel chamber 176, thereby improving the performance of the single cell 110.

B.第2実施形態:
図11は、第2実施形態における燃料電池モジュール10の構成を模式的に示す説明図である。
B. Second embodiment:
FIG. 11 is an explanatory diagram that schematically shows the configuration of a fuel cell module 10 according to the second embodiment.

燃料電池モジュール10は、後述する燃料電池スタック100Aおよび特定ガス供給部200を備える点以外は、基本的には従来の種々の構成が採用され得るものである。本実施形態では、燃料ガスFGを生成するための原燃料ガスRFGと混合される水蒸気を生成する蒸発器(後述する蒸発器201)や、原燃料ガスRFGを改質するための燃焼器および改質器(いずれも図示せず)等の補助器を備える燃料電池モジュール10(例えば特開2018-181405号公報を参照)を例として説明する。以下では、基本的には本実施形態の燃料電池モジュール10に特有な構成についてのみを説明し、その他の基本的構成についての説明は省略する。 The fuel cell module 10 can basically employ various conventional configurations, except that it includes a fuel cell stack 100A and a specific gas supply unit 200, which will be described later. In this embodiment, we will use as an example a fuel cell module 10 (see, for example, JP 2018-181405 A) that includes auxiliary devices such as an evaporator (evaporator 201, described later) that generates water vapor to be mixed with raw fuel gas RFG to generate fuel gas FG, and a combustor and reformer (neither of which are shown) that reform the raw fuel gas RFG. Below, we will basically only describe the configuration unique to the fuel cell module 10 of this embodiment, and will omit a description of other basic configurations.

図11に示すように、本実施形態における燃料電池モジュール10は、燃料電池スタック100Aと特定ガス供給部200とを備える。燃料電池スタック100Aは、第1実施形態の燃料電池スタック100において特定部材50を排したものである。なお、燃料電池スタック100Aに換えて、第1実施形態のように特定部材50を備える燃料電池スタック100を用いてもよい。 As shown in FIG. 11, the fuel cell module 10 in this embodiment includes a fuel cell stack 100A and a specific gas supply unit 200. The fuel cell stack 100A is the fuel cell stack 100 of the first embodiment without the specific member 50. Note that a fuel cell stack 100 including the specific member 50 as in the first embodiment may be used instead of the fuel cell stack 100A.

特定ガス供給部200は、Siを含むガスを燃料電池スタック100Aの燃料室176の特定流路部176Aに供給する部分である。上述したように、Siは、インターコネクタ190に含まれるMnと結合する元素である特定元素に該当する。特定ガス供給部200は、蒸発器201と、原燃料ガス供給流路202と、水供給流路203と、燃料ガス供給流路204とを備える。 The specific gas supply unit 200 supplies gas containing Si to the specific flow path unit 176A of the fuel chamber 176 of the fuel cell stack 100A. As described above, Si is a specific element that bonds with Mn contained in the interconnector 190. The specific gas supply unit 200 includes an evaporator 201, a raw fuel gas supply flow path 202, a water supply flow path 203, and a fuel gas supply flow path 204.

蒸発器201は、内部に空間が形成された箱形部材であり、例えば金属により形成されている。蒸発器201は、水WAを蒸発させて水蒸気を生成するための装置である。蒸発器201の内部空間には、Siを含む部材(以下、「Si含有部材」という。)2011(例えばシリカボール)が配置されている。 The evaporator 201 is a box-shaped member with an internal space, and is made of, for example, metal. The evaporator 201 is a device for evaporating water WA to generate water vapor. A member containing Si (hereinafter referred to as the "Si-containing member") 2011 (e.g., silica balls) is placed in the internal space of the evaporator 201.

原燃料ガス供給流路202は、燃料ガスFGを生成するための原燃料ガスRFGを蒸発器201に供給するための流路であり、主として配管により構成されている。水供給流路203は、水WAを蒸発器201に供給するための流路であり、主として配管により構成されている。原燃料ガス供給流路202と水供給流路203はそれぞれ、蒸発器201の内部空間に接続されている。燃料ガス供給流路204は、蒸発器201から排出された原燃料ガスRFG(および水蒸気)から生成される燃料ガスFGを燃料電池スタック100Aに供給するための流路であり、主として配管により構成されている。燃料ガス供給流路204は、燃料電池スタック100Aのガス通路部材27(より厳密には、燃料ガス供給マニホールド171の位置に配置されたガス通路部材27)に接続されている。上述した特定ガス供給部200は、燃料電池スタック100Aの外部(ひいては、発電単位102の外部)に位置し、かつ、燃料室176の特定流路部176Aに対してガス(燃料ガスFG)の流れの上流側に位置していると言える。 The raw fuel gas supply flow path 202 is a flow path for supplying raw fuel gas RFG to the evaporator 201 to generate fuel gas FG, and is mainly composed of piping. The water supply flow path 203 is a flow path for supplying water WA to the evaporator 201, and is mainly composed of piping. The raw fuel gas supply flow path 202 and the water supply flow path 203 are each connected to the internal space of the evaporator 201. The fuel gas supply flow path 204 is a flow path for supplying fuel gas FG generated from raw fuel gas RFG (and water vapor) discharged from the evaporator 201 to the fuel cell stack 100A, and is mainly composed of piping. The fuel gas supply flow path 204 is connected to a gas passage member 27 of the fuel cell stack 100A (more precisely, a gas passage member 27 arranged at the position of the fuel gas supply manifold 171). The specific gas supply unit 200 described above is located outside the fuel cell stack 100A (and therefore outside the power generation unit 102), and can be said to be located upstream of the flow of gas (fuel gas FG) relative to the specific flow path unit 176A of the fuel chamber 176.

水供給流路203を介して蒸発器201に水WAが供給されると、蒸発器201において、水WAを蒸発させることにより水蒸気が生成されると共に、この水蒸気が原燃料ガスRFGと混合される。このとき、水WAによりSi含有部材2011中の特定元素(Si)が溶解し、ガスとして飛散する。水蒸気と混合された原燃料ガスRFGは、例えば、蒸発器201から改質器(図示せず)に導入され、改質器において水蒸気改質され、その結果、水素リッチな燃料ガスFGが生成される。生成された燃料ガスFGは、特定元素(Si)を含む状態で、ガス通路部材27を介して燃料電池スタック100の燃料ガス供給マニホールド171に供給される(図3および図6を参照)。燃料ガス供給マニホールド171に供給された燃料ガスFGは、特定元素(Si)を含む状態で、燃料ガス供給マニホールド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。燃料室176に供給された燃料ガスFGは、燃料室176の非反応流路部176B、ひいては特定流路部176Aに供給される。 When water WA is supplied to the evaporator 201 via the water supply passage 203, the water WA is evaporated in the evaporator 201 to generate water vapor, which is then mixed with the raw fuel gas RFG. At this time, the specific element (Si) in the Si-containing member 2011 is dissolved by the water WA and dispersed as a gas. The raw fuel gas RFG mixed with the water vapor is then introduced, for example, from the evaporator 201 to a reformer (not shown) where it is steam reformed, resulting in the generation of a hydrogen-rich fuel gas FG. The generated fuel gas FG, still containing the specific element (Si), is supplied to the fuel gas supply manifold 171 of the fuel cell stack 100 via the gas passage member 27 (see Figures 3 and 6). The fuel gas FG supplied to the fuel gas supply manifold 171, still containing the specific element (Si), is then supplied to the fuel chamber 176 from the fuel gas supply manifold 171 via the fuel gas supply communication passage 142 of each power generation unit 102. The fuel gas FG supplied to the fuel chamber 176 is supplied to the non-reaction flow path section 176B of the fuel chamber 176 and ultimately to the specific flow path section 176A.

本実施形態の燃料電池モジュール10は、上述した特定ガス供給部200を備えることにより、第1実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、特定ガス供給部200によって特定元素(Si)を含むガス(燃料ガスFG)が燃料室176の特定流路部176Aに供給され、インターコネクタ190に含まれるMnと反応してMnと特定元素(Si)の化合物(MnSiO(珪酸マンガン)等)を生成し、その結果、インターコネクタ190に含まれるMnが燃料室176に飛散することが抑制される。特定ガス供給部200が特定流路部176Aに対してガス(燃料ガスFG)の流れの上流側に位置することにより、特定ガス供給部200に対してガス(燃料ガスFG)の流れの下流側に位置するインターコネクタ190の表面に、特に効率的に、上述したMnと特定元素(Si)の化合物を生成することができ、ひいては、特に効果的に、インターコネクタ190に含まれるMnが燃料室176に飛散することが抑制される。従って、本実施形態の発電単位102によれば、上記従来技術と比較して、特に効果的に、燃料室176におけるMn蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セル110の性能を向上させることができる。 The fuel cell module 10 of this embodiment, by including the above-described specific gas supply unit 200, can achieve the same effects as those of the first embodiment. That is, the specific gas supply unit 200 supplies a gas (fuel gas FG) containing a specific element (Si) to the specific flow path portion 176A of the fuel chamber 176, which reacts with the Mn contained in the interconnector 190 to generate a compound of Mn and the specific element (Si) (e.g., Mn 2 SiO 4 (manganese silicate)). As a result, the Mn contained in the interconnector 190 is prevented from scattering into the fuel chamber 176. By positioning the specific gas supply unit 200 upstream of the flow of the gas (fuel gas FG) with respect to the specific flow path portion 176A, the compound of Mn and the specific element (Si) can be particularly efficiently generated on the surface of the interconnector 190, which is located downstream of the flow of the gas (fuel gas FG) with respect to the specific gas supply unit 200. Consequently, the Mn contained in the interconnector 190 is particularly effectively prevented from scattering into the fuel chamber 176. Therefore, according to the power generating unit 102 of this embodiment, compared to the above-mentioned conventional technology, the increase in Mn vapor pressure in the fuel chamber 176 can be particularly effectively suppressed, thereby improving the performance 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. Variations:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the spirit thereof, for example, the following modifications are also possible.

上記実施形態における燃料電池スタック100、100Aの構成や燃料電池スタック100、100Aを構成する各部分の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。上記実施形態における燃料電池モジュール10の構成や燃料電池モジュール10を構成する各部分の構成も、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、第1実施形態では特定部材50の形状は直方体状であるが、特定部材50の形状やサイズは特に限定されるものではなく、例えば球状であってもよい。また、各発電単位102が備える複数の特定部材50は、燃料ガスFGの流れに交差する方向(Y軸方向)に互いに離隔しているが、各特定部材50の配置は特に限定されるものではない。また、第1実施形態では発電単位102は複数の特定部材50を備えるが、特定部材50を1つだけ備えていてもよい。 The configurations of the fuel cell stacks 100, 100A and the components constituting the fuel cell stacks 100, 100A in the above embodiments are merely examples and can be modified in various ways. The configurations of the fuel cell module 10 and the components constituting the fuel cell module 10 in the above embodiments are also merely examples and can be modified in various ways. For example, in the first embodiment, the specific member 50 is rectangular, but the shape and size of the specific member 50 are not particularly limited and may be spherical, for example. Furthermore, the multiple specific members 50 provided in each power generation unit 102 are spaced apart from each other in the direction intersecting the flow of fuel gas FG (Y-axis direction), but the arrangement of each specific member 50 is not particularly limited. Furthermore, in the first embodiment, the power generation unit 102 includes multiple specific members 50, but it may include only one specific member 50.

上記実施形態では、特定部材50や特定ガス供給部200の特定元素(インターコネクタ190に含まれるMnと結合する元素)がSiであり、Siは水蒸気と接したときに揮発しやすい点から特に好適であるが、Siに換えて、または加えて、特定部材50や特定ガス供給部200の特定元素として、Si以外の元素(例えば、Ti(チタン)、Al(アルミニウム)、S(硫黄))を採用してもよい。 In the above embodiment, the specific element (the element that bonds with Mn contained in the interconnector 190) of the specific member 50 and the specific gas supply unit 200 is Si, which is particularly suitable because it easily volatilizes when it comes into contact with water vapor. However, instead of or in addition to Si, an element other than Si (e.g., Ti (titanium), Al (aluminum), S (sulfur)) may be used as the specific element of the specific member 50 and the specific gas supply unit 200.

特定ガス供給部200は、上記実施形態における構成に限られるものではなく、特定元素(インターコネクタ190に含まれるMnと結合する元素)を含むガスを燃料電池スタック100Aの燃料室176の特定流路部176Aに供給するものであれば、どのような構成であってもよい。例えば、上記実施形態において、特定ガス供給部200は、水供給流路203により供給される水WAが特定元素(例えばSi)を含む水であるとしてもよい。また、上記実施形態において、特定ガス供給部200は、Si含有部材2011の代わりに、特定元素であるAlを含む部材(例えばアルミナボール)であるとしてもよい。また、上記実施形態において、特定ガス供給部200は原燃料ガス供給流路202と水供給流路203と燃料ガス供給流路204とのいずれかを構成する配管(の内表面)が特定元素を含むとしてもよい。これらの構成においても、特定ガス供給部200よって特定元素を含むガスを燃料電池スタック100Aの燃料室176の特定流路部176Aに供給されることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。 The specific gas supply unit 200 is not limited to the configuration described in the above embodiment and may have any configuration as long as it supplies a gas containing a specific element (an element that bonds with Mn contained in the interconnector 190) to the specific flow path portion 176A of the fuel chamber 176 of the fuel cell stack 100A. For example, in the above embodiment, the specific gas supply unit 200 may supply water WA containing a specific element (e.g., Si) via the water supply flow path 203. Also, in the above embodiment, the specific gas supply unit 200 may use a member containing the specific element Al (e.g., an alumina ball) instead of the Si-containing member 2011. Also, in the above embodiment, the specific gas supply unit 200 may use a pipe (or its inner surface) that constitutes any one of the raw fuel gas supply flow path 202, the water supply flow path 203, and the fuel gas supply flow path 204, which contains the specific element. Even in these configurations, the specific gas supply unit 200 can supply a gas containing the specific element to the specific flow path portion 176A of the fuel chamber 176 of the fuel cell stack 100A, thereby achieving the same effects as the above embodiment.

上記実施形態の特定ガス供給部200は、燃料電池スタック100Aの外部(ひいては、発電単位102の外部)に位置しているが、特定ガス供給部200は、燃料電池スタック100A内に位置するものであってもよく、燃料電池スタック100A内の発電単位102の外部に位置するものであってもよく、発電単位102内に位置するものであってもよい。 In the above embodiment, the specific gas supply unit 200 is located outside the fuel cell stack 100A (and therefore outside the power generation unit 102), but the specific gas supply unit 200 may be located within the fuel cell stack 100A, outside the power generation unit 102 within the fuel cell stack 100A, or within the power generation unit 102.

また、上記実施形態では、燃料電池スタック100、100Aに含まれるすべての発電単位102が特定部材50を備えているが、必ずしも燃料電池スタック100、100Aに含まれるすべての発電単位102が特定部材50を備えている必要はなく、少なくとも1つの発電単位102が特定部材50を備えていればよい。 Furthermore, in the above embodiment, all of the power generating units 102 included in the fuel cell stacks 100, 100A are equipped with the specific member 50, but it is not necessary that all of the power generating units 102 included in the fuel cell stacks 100, 100A be equipped with the specific member 50; it is sufficient that at least one power generating unit 102 be equipped with the specific member 50.

また、上記実施形態では、インターコネクタ190は導電性の被覆層194を含んでいるが、インターコネクタ190が該被覆層194を含んでいなくてもよい。また、上記実施形態では、単セル110が反応防止層118を有しているが、単セル110が反応防止層118を有さないとしてもよい。また、上記実施形態において、燃料電池スタック100に含まれる単セル110の個数(発電単位102の個数)は、あくまで一例であり、単セル110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。 Furthermore, in the above embodiment, the interconnector 190 includes a conductive coating layer 194, but the interconnector 190 may not include the coating layer 194. Further, in the above embodiment, the unit cell 110 includes a reaction prevention layer 118, but the unit cell 110 may not include the reaction prevention layer 118. Further, in the above embodiment, the number of unit cells 110 (the number of power generation units 102) included in the fuel cell stack 100 is merely an example, and the number of unit cells 110 is determined appropriately depending on the output voltage required for the fuel cell stack 100, etc. Further, the materials constituting each component in the above embodiment are merely examples, and each component may be made of other materials.

インターコネクタ190はCrを含んでなくてもよい。 The interconnector 190 does not have to contain Cr.

インターコネクタ190は、各部(平板部150、空気極側集電部134、IC用セパレータ180)の一部または全体が一つの部材により構成されていてもよい。 The interconnector 190 may be configured such that each part (flat plate portion 150, air electrode side current collecting portion 134, IC separator 180) is partially or entirely made from a single member.

また、上記実施形態の燃料電池スタック100は、カウンターフロータイプのSOFCであるが、本明細書に開示される技術は、コフロータイプのSOFCにも同様に適用可能である。また、本明細書に開示される技術は、クロスフロータイプのSOFCにも同様に適用可能である。 Furthermore, while the fuel cell stack 100 in the above embodiment is a counterflow type SOFC, the technology disclosed in this specification is equally applicable to coflow type SOFCs. Furthermore, the technology disclosed in this specification is equally applicable to crossflow type SOFCs.

また、本発明を、特開2018-195414号公報に記載されているような、金属支持型(メタルサポート型)の単セル110を備える構成に適用してもよい。この構成においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。 The present invention may also be applied to a configuration including a metal-supported unit cell 110, as described in JP 2018-195414 A. This configuration also provides the same effects as the above embodiment.

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燃料電池スタック100を対象としているが、本明細書に開示される技術は、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単セルを複数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基本的な構成は、例えば特開2016-81813号公報に記載されているように公知であるが、おおよそ以下の通りである。すなわち、電解セルスタックの構成は、上述した実施形態の燃料電池スタック100の構成において、「発電単位」を「電解セル単位」と読み替え、「単セル」を「電解単セル」と読み替え、「酸化剤ガス供給マニホールド」を「空気排出マニホールド」と読み替え、「酸化剤ガス排出マニホールド」を「空気供給マニホールド」と読み替え、「燃料ガス供給マニホールド」を「水素排出マニホールド」と読み替え、「燃料ガス排出マニホールド」を「水蒸気供給マニホールド」と読み替え、「酸化剤ガス供給連通流路」を「空気排出連通流路」と読み替え、「酸化剤ガス排出連通流路」を「空気供給連通流路」と読み替え、「燃料ガス供給連通流路」を「水素排出連通流路」と読み替え、「燃料ガス排出連通流路」を「水蒸気供給連通流路」と読み替えた構成である。 In addition, while the above embodiment focuses on a fuel cell stack 100 that generates electricity using an electrochemical reaction between hydrogen contained in fuel gas and oxygen contained in oxidant gas, the technology disclosed in this specification can also be applied to an electrolysis cell stack that includes multiple electrolysis unit cells, which are constituent units of a solid oxide electrolysis cell (SOEC) that generates hydrogen using the electrolysis reaction of water. The basic configuration of an electrolysis cell stack is publicly known, as described in, for example, JP 2016-81813 A, and is roughly as follows: That is, the configuration of the electrolysis cell stack is the same as the configuration of the fuel cell stack 100 of the above-described embodiment, except that "power generation unit" is replaced with "electrolysis cell unit", "single cell" is replaced with "electrolysis single cell", "oxidant gas supply manifold" is replaced with "air discharge manifold", "oxidant gas discharge manifold" is replaced with "air supply manifold", "fuel gas supply manifold" is replaced with "hydrogen discharge manifold", "fuel gas discharge manifold" is replaced with "water vapor supply manifold", "oxidant gas supply communicating channel" is replaced with "air discharge communicating channel", "oxidant gas discharge communicating channel" is replaced with "air supply communicating channel", "fuel gas supply communicating channel" is replaced with "hydrogen discharge communicating channel", and "fuel gas discharge communicating channel" is replaced with "water vapor supply communicating channel".

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(水素極)116がマイナス(陰極)となるように、電解セルスタックに電圧が印加される。また、ガス通路部材27を介して水蒸気供給マニホールドに原料ガスとしての水蒸気が供給される。なお、供給される水蒸気に、水素ガスが含まれていてもよい。水蒸気供給マニホールドに供給された水蒸気は、水蒸気供給マニホールドから各電解セル単位の水蒸気供給連通流路を介して燃料室176に供給され、各電解単セルにおける水の電気分解反応に供される。各電解単セルにおける水の電気分解反応により燃料室176で発生した水素ガスは、余った水蒸気と共に水素排出連通流路を介して水素排出マニホールドに排出され、水素排出マニホールドからガス通路部材27を経て電解セルスタックの外部に取り出される。 During operation of the electrolysis cell stack, a voltage is applied to the electrolysis cell stack so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode (hydrogen electrode) 116 is negative (cathode). Steam is supplied as a raw material gas to the steam supply manifold via the gas passage member 27. The supplied steam may also contain hydrogen gas. The steam supplied to the steam supply manifold is then supplied to the fuel chamber 176 from the steam supply manifold via the steam supply communication channel of each electrolysis cell unit, and is used for the water electrolysis reaction in each electrolysis unit cell. The hydrogen gas generated in the fuel chamber 176 by the water electrolysis reaction in each electrolysis unit cell is discharged, along with any excess steam, via the hydrogen discharge communication channel to the hydrogen discharge manifold, and is then removed from the hydrogen discharge manifold via the gas passage member 27 to the outside of the electrolysis cell stack.

また、電解セルスタックの運転の際には、電解セルスタックの温度の制御等のために、必要により空気が電解セルスタックの内部に供給される。この場合には、ガス通路部材27を介して空気供給マニホールドに供給された空気が、空気供給マニホールドから各電解セル単位の空気供給連通流路を介して、空気室166に供給される。空気室166に供給された空気は、空気極114で生成される酸素とともに空気排出連通流路を介して空気排出マニホールドに排出され、空気排出マニホールドからガス通路部材27を経て電解セルスタックの外部に排出される。 In addition, during operation of the electrolytic cell stack, air is supplied to the interior of the electrolytic cell stack as needed to control the temperature of the electrolytic cell stack, etc. In this case, air is supplied to the air supply manifold via the gas passage member 27, and then from the air supply manifold to the air chamber 166 via the air supply communication flow path of each electrolytic cell unit. The air supplied to the air chamber 166 is discharged to the air discharge manifold via the air discharge communication flow path together with oxygen generated at the air electrode 114, and then from the air discharge manifold to the outside of the electrolytic cell stack via the gas passage member 27.

このような構成の電解セルスタックにおいても、上記実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成を採用することにより、上記実施形態における燃料電池スタック100の作用効果と同様の作用効果を奏する。 By adopting a configuration similar to that of the fuel cell stack 100 in the above embodiment, an electrolysis cell stack with this configuration also achieves the same effects as those of the fuel cell stack 100 in the above embodiment.

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本明細書に開示される技術は、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった他のタイプの燃料電池(または電解セル)にも適用可能である。 Furthermore, while the above embodiment has been described using a solid oxide fuel cell (SOFC) as an example, the technology disclosed in this specification can also be applied to other types of fuel cells (or electrolytic cells), such as a molten carbonate fuel cell (MCFC).

10:燃料電池モジュール 22:ボルト 24:ナット 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:(ガス通路部材の)本体部 29:(ガス通路部材の)分岐部 32,34:孔 50:特定部材 100、100A:燃料電池スタック 102:発電単位 103:発電ブロック 104,106:エンドプレート 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 118:反応防止層 120:単セル用セパレータ 121:貫通孔 124:接合部 125:ガラスシール部 126:(単セル用セパレータの)内側部 127:(単セル用セパレータの)外側部 128:(単セル用セパレータの)連結部 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:(インターコネクタの)空気極側集電部 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:燃料極側集電体 145:(燃料極側集電体の)電極側接触部 146:(燃料極側集電体の)反対側接触部 147:(燃料極側集電体の)連接部 148:Y方向先端部 148A,148B:X方向先端部 149:スペーサー 150:(インターコネクタの)平板部 151:接合部 161:酸化剤ガス供給マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス供給マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 176A:(燃料室の)特定流路部 176B:(燃料室の)非反応流路部 180:(インターコネクタの)IC用セパレータ 181:貫通孔 186:(IC用セパレータの)内側部 187:(IC用セパレータの)外側部 188:(IC用セパレータの)連結部 189:下端用セパレータ 190:インターコネクタ 191:溝部 194:(インターコネクタの)被覆層 196:導電性接合材 200:特定ガス供給部 201:蒸発器 202:原燃料ガス供給流路 203:水供給流路 204:燃料ガス供給流路 2011:Si含有部材 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 RA:反応領域 RFG:原燃料ガス UA:非反応領域 WA:水 10: Fuel cell module 22: Bolt 24: Nut 26: Insulating sheet 27: Gas passage member 28: Main body (of gas passage member) 29: Branch portion (of gas passage member) 32, 34: Hole 50: Specific member 100, 100A: Fuel cell stack 102: Power generation unit 103: Power generation block 104, 106: End plate 108: Communication hole 109: Bolt hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Anode 118: Reaction prevention layer 120: Single cell separator 121: Through hole 124: Joint portion 125: Glass seal portion 126: Inner portion (of single cell separator) 127: Outer portion (of single cell separator) 128: Connection portion (of single cell separator) 130: Air electrode side frame 131: Hole 132: Oxidant gas supply communicating channel 133: Oxidant gas discharge communicating channel 134: Air electrode side current collecting portion (of interconnector) 140: Fuel electrode side frame 141: Hole 142: Fuel gas supply communicating channel 143: Fuel gas discharge communicating channel 144: Fuel electrode side current collector 145: Electrode side contact portion (of fuel electrode side current collector) 146: Opposite side contact portion (of fuel electrode side current collector) 147: Connection portion (of fuel electrode side current collector) 148: Y-direction tip portion 148A, 148B: X-direction tip portions 149: Spacer 150: Flat portion (of interconnector) 151: Joint portion 161: Oxidant gas supply manifold 162: Oxidant gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas supply manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 176A: Specific flow path portion (of fuel chamber) 176B: Non-reaction flow path portion (of fuel chamber) 180: IC separator (of interconnector) 181: Through hole 186: Inner portion (of IC separator) 187: Outer portion (of IC separator) 188: Connection portion (of IC separator) 189: Lower end separator 190: Interconnector 191: Groove portion 194: Coating layer (of interconnector) 196: Conductive bonding material 200: Specific gas supply portion 201: Evaporator 202: Raw fuel gas supply flow path 203: Water supply flow path 204: Fuel gas supply flow path 2011: Si-containing member FG: Fuel gas FOG: Fuel off-gas OG: Oxidant gas OOG: Oxidant off-gas RA: Reaction region RFG: Raw fuel gas UA: Non-reactive area WA: Water

Claims (5)

固体酸化物を含む電解質層と、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、
前記燃料極に対して前記第1の方向の前記空気極とは反対側に位置するインターコネクタであって、前記燃料極が面する燃料室を画定し、かつ、Mnを含むインターコネクタと、を備え、
前記燃料室は、前記第1の方向視において前記電解質層と前記空気極と前記燃料極とが重なっている領域である反応領域に位置する特定流路部と、前記反応領域に含まれない非反応領域に位置する非反応流路部と、を有する、電気化学反応単位において、更に、
前記インターコネクタに含まれるMnと結合する特定元素を含むガスが発生する特定部材であって、前記非反応流路部のうち、前記特定流路部に対して前記燃料室内を流れるガスの流れの上流側に位置し、少なくとも一部が前記燃料室に面する特定部材を備え、
前記特定元素は、Ti、Al、およびSのいずれかであり、
前記特定部材の前記特定元素の含有量は、10質量%以上であ
前記特定部材の少なくとも一部は、前記インターコネクタのうち、前記非反応流路部を画定する部分に形成された溝部に収容されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
an electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer containing a solid oxide, and an air electrode and an anode facing each other in a first direction with the electrolyte layer sandwiched therebetween;
an interconnector located on the opposite side of the anode from the air electrode in the first direction, the interconnector defining a fuel chamber facing the anode and containing Mn;
The fuel chamber has a specific flow path portion located in a reaction region, which is a region where the electrolyte layer, the air electrode, and the fuel electrode overlap when viewed in the first direction, and a non-reaction flow path portion located in a non-reaction region not included in the reaction region, in the electrochemical reaction unit, further comprising:
a specific member that generates a gas containing a specific element that bonds with Mn contained in the interconnector, the specific member being located in the non-reaction flow path section on an upstream side of the flow of gas flowing in the fuel chamber with respect to the specific flow path section, and at least a portion of the specific member facing the fuel chamber;
the specific element is any one of Ti, Al, and S,
The content of the specific element in the specific component is 10% by mass or more,
At least a part of the specific member is accommodated in a groove formed in a portion of the interconnector that defines the non-reaction channel section.
An electrochemical reaction unit characterized by:
固体酸化物を含む電解質層と、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、
前記燃料極に対して前記第1の方向の前記空気極とは反対側に位置するインターコネクタであって、前記燃料極が面する燃料室を画定し、かつ、Mnを含むインターコネクタと、を備え、
前記燃料室は、前記第1の方向視において前記電解質層と前記空気極と前記燃料極とが重なっている領域である反応領域に位置する特定流路部と、前記反応領域に含まれない非反応領域に位置する非反応流路部と、を有する、電気化学反応単位において、更に、
前記インターコネクタに含まれるMnと結合する特定元素を含むガスが発生する特定部材であって、前記非反応流路部のうち、前記特定流路部に対して前記燃料室内を流れるガスの流れの上流側に位置し、少なくとも一部が前記燃料室に面する特定部材を備え、
前記特定元素は、Ti、Al、およびSのいずれかであり、
前記特定部材の前記特定元素の含有量は、10質量%以上であり、
前記電気化学反応単位は、複数の前記特定部材を備え、
複数の前記特定部材は、前記燃料室内を流れるガスの流れに交差する方向に互いに離隔している、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
an electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer containing a solid oxide, and an air electrode and an anode facing each other in a first direction with the electrolyte layer sandwiched therebetween;
an interconnector located on the opposite side of the anode from the air electrode in the first direction, the interconnector defining a fuel chamber facing the anode and containing Mn;
The fuel chamber has a specific flow path portion located in a reaction region, which is a region where the electrolyte layer, the air electrode, and the fuel electrode overlap when viewed in the first direction, and a non-reaction flow path portion located in a non-reaction region not included in the reaction region, in the electrochemical reaction unit, further comprising:
a specific member that generates a gas containing a specific element that bonds with Mn contained in the interconnector, the specific member being located in the non-reaction flow path section on an upstream side of the flow of gas flowing in the fuel chamber with respect to the specific flow path section, and at least a portion of the specific member facing the fuel chamber;
the specific element is any one of Ti, Al, and S,
The content of the specific element in the specific component is 10% by mass or more,
The electrochemical reaction unit includes a plurality of the specific members,
The plurality of specific members are spaced apart from one another in a direction intersecting the flow of gas flowing through the fuel chamber.
An electrochemical reaction unit characterized by:
請求項1または請求項2に記載の電気化学反応単位であって、
前記特定部材は、水酸基と結合した前記特定元素を有する、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
3. The electrochemical reaction unit according to claim 1 or 2 ,
The specific component has the specific element bonded to a hydroxyl group.
An electrochemical reaction unit characterized by:
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位であって、
前記インターコネクタは、Crを含む、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
The electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 3 ,
The interconnector includes Cr.
An electrochemical reaction unit characterized by:
固体酸化物を含む電解質層と、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、
前記燃料極に対して前記第1の方向の前記空気極とは反対側に位置するインターコネクタであって、前記燃料極が面する燃料室を画定し、かつ、Mnを含むインターコネクタと、
を備える電気化学反応単位を有する電気化学反応モジュールにおいて、
前記燃料室のうち、前記第1の方向視において前記電解質層と前記空気極と前記燃料極とが重なる反応領域に位置する部分を特定流路部としたときに、
前記電気化学反応単位の外部に位置し、かつ、前記特定流路部に対して、前記燃料室内を流れるガス流れの上流側に位置する、特定元素であるSiを含むガスを前記特定流路部に供給する特定ガス供給部を備える、
ことを特徴とする電気化学反応モジュール。
an electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer containing a solid oxide, and an air electrode and an anode facing each other in a first direction with the electrolyte layer sandwiched therebetween;
an interconnector located on the opposite side of the anode from the air electrode in the first direction, the interconnector defining a fuel chamber facing the anode and containing Mn;
An electrochemical reaction module having an electrochemical reaction unit comprising:
When a portion of the fuel chamber that is located in a reaction region where the electrolyte layer, the air electrode, and the fuel electrode overlap when viewed in the first direction is defined as a specific flow path portion,
a specific gas supply unit that is located outside the electrochemical reaction unit and upstream of the specific flow path unit in the gas flow that flows through the fuel chamber, and that supplies a gas containing Si, which is a specific element, to the specific flow path unit;
Electrochemical reaction module characterized by:
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008535149A (en) 2005-03-23 2008-08-28 フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Interconnects for high temperature fuel cells
JP2012190724A (en) 2011-03-11 2012-10-04 Ngk Spark Plug Co Ltd Solid oxide fuel battery
US20140199612A1 (en) 2013-01-16 2014-07-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid oxide fuel cell having hybrid sealing structure
JP2015088288A (en) 2013-10-30 2015-05-07 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell stack
JP2016066415A (en) 2014-09-22 2016-04-28 日本特殊陶業株式会社 Solid oxide fuel cell stack
JP2018156916A (en) 2017-03-21 2018-10-04 株式会社豊田中央研究所 Collector and manufacturing method thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008535149A (en) 2005-03-23 2008-08-28 フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Interconnects for high temperature fuel cells
JP2012190724A (en) 2011-03-11 2012-10-04 Ngk Spark Plug Co Ltd Solid oxide fuel battery
US20140199612A1 (en) 2013-01-16 2014-07-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid oxide fuel cell having hybrid sealing structure
JP2015088288A (en) 2013-10-30 2015-05-07 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell stack
JP2016066415A (en) 2014-09-22 2016-04-28 日本特殊陶業株式会社 Solid oxide fuel cell stack
JP2018156916A (en) 2017-03-21 2018-10-04 株式会社豊田中央研究所 Collector and manufacturing method thereof

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