Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7799573B2 - Electrochemical cell device, module, and module housing device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7799573B2 - Electrochemical cell device, module, and module housing device - Google Patents

Electrochemical cell device, module, and module housing device

Info

Publication number
JP7799573B2
JP7799573B2 JP2022116152A JP2022116152A JP7799573B2 JP 7799573 B2 JP7799573 B2 JP 7799573B2 JP 2022116152 A JP2022116152 A JP 2022116152A JP 2022116152 A JP2022116152 A JP 2022116152A JP 7799573 B2 JP7799573 B2 JP 7799573B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
conductive member
region
module
cell stack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022116152A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2024013791A (en
Inventor
昌彦 東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2022116152A priority Critical patent/JP7799573B2/en
Publication of JP2024013791A publication Critical patent/JP2024013791A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7799573B2 publication Critical patent/JP7799573B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本開示は、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置に関する。 This disclosure relates to electrochemical cell devices, modules, and module housing devices.

近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数有する燃料電池セルスタック装置が種々提案されている。燃料電池セルは、水素含有ガス等の燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとを用いて電力を得ることができる電気化学セルの一種である。 In recent years, various fuel cell stack devices containing multiple fuel cell units have been proposed as next-generation energy sources. Fuel cell units are a type of electrochemical cell that can generate electricity using a fuel gas, such as a hydrogen-containing gas, and an oxygen-containing gas, such as air.

特開2021-180164号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-180164 特開2015-220022号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-220022

しかしながら、従来の燃料電池セルスタック装置では、たとえば、発電時の温度にばらつきが生じる場合があり、耐久性に改善の余地があった。 However, with conventional fuel cell stack devices, for example, there may be variations in temperature during power generation, and there is room for improvement in durability.

実施形態の一態様は、耐久性が高い電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置を提供することを目的とする。 One aspect of this embodiment aims to provide highly durable electrochemical cell devices, modules, and module housing devices.

実施形態の一態様に係る電気化学セル装置は、セルスタックと、導電部材とを備える。セルスタックは、第1方向に並ぶ複数の素子部を有する。導電部材は、前記複数の素子部の間にそれぞれ位置する。前記セルスタックは、前記第1方向の中央部に位置する第1領域と、前記第1方向の端部に位置する第2領域とを有する。前記第1領域に位置する前記導電部材は、第1部位と、前記第1部位よりも抵抗率が小さい第2部位とを有する。前記第2領域に位置する前記導電部材は、前記第2部位よりも抵抗率が大きい。 An electrochemical cell device according to one aspect of the embodiment includes a cell stack and a conductive member. The cell stack has a plurality of element units aligned in a first direction. The conductive members are respectively positioned between the plurality of element units. The cell stack has a first region located in the center in the first direction and a second region located at an end in the first direction. The conductive member located in the first region has a first portion and a second portion having a lower resistivity than the first portion. The conductive member located in the second region has a higher resistivity than the second portion.

また、実施形態の一態様に係る電気化学セル装置は、セルスタックと、導電部材とを備える。セルスタックは、第1方向に並ぶ複数の素子部を有する。導電部材は、前記複数の素子部の間にそれぞれ位置する。前記セルスタックは、前記第1方向の中央部に位置する第1領域と、前記第1方向の端部に位置する第2領域とを有する。前記第1領域に位置する前記導電部材は、第1部材と、前記第1部材よりも抵抗率が小さい第2部材とを有する。前記第2領域に位置する前記導電部材は、前記第2部材よりも抵抗率が大きい。 An electrochemical cell device according to one aspect of the embodiment includes a cell stack and a conductive member. The cell stack has a plurality of element units aligned in a first direction. The conductive members are respectively positioned between the plurality of element units. The cell stack has a first region located in the center in the first direction and a second region located at an end in the first direction. The conductive member located in the first region includes a first member and a second member having a lower resistivity than the first member. The conductive member located in the second region has a higher resistivity than the second member.

また、本開示のモジュールは、上記に記載の電気化学セル装置と、前記電気化学セル装置を収納する収納容器とを備える。 The module of the present disclosure also includes the electrochemical cell device described above and a storage container for storing the electrochemical cell device.

また、本開示のモジュール収容装置は、上記に記載のモジュールと、前記モジュールの運転を行うための補機と、前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースとを備える。 The module housing device of the present disclosure also includes the module described above, auxiliary equipment for operating the module, and an exterior case that houses the module and the auxiliary equipment.

実施形態の一態様によれば、耐久性が高い電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置が提供可能となる。 According to one aspect of the embodiment, highly durable electrochemical cell devices, modules, and module housing devices can be provided.

図1Aは、第1の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view showing an example of an electrochemical cell according to a first embodiment. 図1Bは、第1の実施形態に係る電気化学セルの一例を空気極側からみた側面図である。FIG. 1B is a side view of an example of the electrochemical cell according to the first embodiment, viewed from the air electrode side. 図1Cは、第1の実施形態に係る電気化学セルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。FIG. 1C is a side view of an example of the electrochemical cell according to the first embodiment, viewed from the interconnector side. 図2Aは、第1の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す斜視図である。FIG. 2A is a perspective view showing an example of an electrochemical cell device according to the first embodiment. 図2Bは、図2Aに示すX-X線の断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line XX shown in FIG. 2A. 図2Cは、第1の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す上面図である。FIG. 2C is a top view illustrating an example of the electrochemical cell device according to the first embodiment. 図3は、電気化学セル装置における温度分布の一例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the temperature distribution in the electrochemical cell device. 図4は、第1の実施形態に係る電気化学セル装置を拡大した断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the electrochemical cell device according to the first embodiment. 図5は、第1の実施形態に係る導電部材の一例を示す横断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the conductive member according to the first embodiment. 図6は、図4に示すA-A線に沿った断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 図7Aは、第1の実施形態に係る導電部材の一例を示す断面図である。FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating an example of the conductive member according to the first embodiment. 図7Bは、第1の実施形態に係る導電部材の別の一例を示す断面図である。FIG. 7B is a cross-sectional view showing another example of the conductive member according to the first embodiment. 図7Cは、第1の実施形態に係る導電部材の別の一例を示す断面図である。FIG. 7C is a cross-sectional view showing another example of the conductive member according to the first embodiment. 図7Dは、第1の実施形態に係る導電部材の別の一例を示す断面図である。FIG. 7D is a cross-sectional view showing another example of the conductive member according to the first embodiment. 図8は、第1の実施形態に係るモジュールの一例を示す外観斜視図である。FIG. 8 is an external perspective view illustrating an example of a module according to the first embodiment. 図9は、第1の実施形態に係るモジュール収容装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view schematically illustrating an example of a module housing device according to the first embodiment. 図10は、第1の実施形態に係る電気化学セル装置の別の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example of the electrochemical cell device according to the first embodiment. 図11は、第2の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing an example of an electrochemical cell device according to the second embodiment. 図12は、平板型の電気化学セル装置における温度分布の一例を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of the temperature distribution in a flat-plate electrochemical cell device. 図13は、第2の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of an electrochemical cell device according to the second embodiment. 図14は、図13に示す第1領域R1の一例を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of the first region R1 shown in FIG. 図15は、第2の実施形態に係る電気化学セル装置の別の一例を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing another example of the electrochemical cell device according to the second embodiment. 図16Aは、第3の実施形態に係る電気化学セル装置を構成する電気化学セルの一例を示す横断面図である。FIG. 16A is a cross-sectional view showing an example of an electrochemical cell constituting the electrochemical cell device according to the third embodiment. 図16Bは、第3の実施形態に係る電気化学セルの他の一例を示す横断面図である。FIG. 16B is a cross-sectional view showing another example of the electrochemical cell according to the third embodiment. 図16Cは、第3の実施形態に係る電気化学セルの他の一例を示す横断面図である。FIG. 16C is a cross-sectional view showing another example of the electrochemical cell according to the third embodiment.

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの開示が限定されるものではない。 Embodiments of the electrochemical cell device, module, and module housing device disclosed herein are described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that this disclosure is not limited to the embodiments described below.

また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係、比率などが異なる部分が含まれている場合がある。 It should also be noted that the drawings are schematic, and the dimensional relationships and proportions of each element may differ from reality. Furthermore, there may be parts in the drawings where the dimensional relationships and proportions differ.

[第1の実施形態]
<電気化学セル>
まず、図1A~図1Cを参照しながら、第1の実施形態に係る電気化学セル装置を構成する電気化学セルとして、固体酸化物形の燃料電池セルの例を用いて説明する。電気化学セル装置は、複数の電気化学セルを有するセルスタックを備えていてもよい。複数の電気化学セルを有する電気化学セル装置を、単にセルスタック装置と称する。
[First embodiment]
<Electrochemical cell>
1A to 1C, an electrochemical cell constituting an electrochemical cell device according to a first embodiment will be described using an example of a solid oxide fuel cell. The electrochemical cell device may include a cell stack having a plurality of electrochemical cells. An electrochemical cell device having a plurality of electrochemical cells will be simply referred to as a cell stack device.

図1Aは、実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図であり、図1Bは、実施形態に係る電気化学セルの一例を空気極側からみた側面図であり、図1Cは、実施形態に係る電気化学セルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。なお、図1A~図1Cは、電気化学セルの各構成の一部を拡大して示している。以下、電気化学セルを単にセルという場合もある。 Figure 1A is a cross-sectional view showing an example of an electrochemical cell according to an embodiment, Figure 1B is a side view of an example of an electrochemical cell according to an embodiment as seen from the air electrode side, and Figure 1C is a side view of an example of an electrochemical cell according to an embodiment as seen from the interconnector side. Note that Figures 1A to 1C show enlarged views of portions of each component of the electrochemical cell. Hereinafter, the electrochemical cell may also be simply referred to as a cell.

図1A~図1Cに示す例において、セル1は中空平板型で、細長い板状である。図1Bに示すように、セル1の全体を側面から見た形状は、たとえば、長さ方向Lの辺の長さが5cm~50cmで、この長さ方向Lに直交する幅方向Wの長さが、たとえば1cm~10cmの長方形である。このセル1の全体の厚み方向Tの厚さは、たとえば1mm~5mmである。 In the example shown in Figures 1A to 1C, cell 1 is a hollow, flat, elongated plate. As shown in Figure 1B, the shape of the entire cell 1 when viewed from the side is, for example, a rectangle with a side length in the length direction L of 5 cm to 50 cm and a width direction W perpendicular to this length direction L of 1 cm to 10 cm. The overall thickness of this cell 1 in the thickness direction T is, for example, 1 mm to 5 mm.

図1Aに示すように、セル1は、導電性の支持基板2と、素子部3と、インターコネクタ4とを備えている。支持基板2は、一対の対向する平坦面n1、n2、およびかかる平坦面n1、n2を接続する一対の円弧状の側面mを有する柱状である。 As shown in Figure 1A, cell 1 comprises a conductive support substrate 2, an element section 3, and an interconnector 4. Support substrate 2 is columnar, having a pair of opposing flat surfaces n1, n2 and a pair of arc-shaped side surfaces m connecting the flat surfaces n1, n2.

素子部3は、支持基板2の平坦面n1上に設けられている。かかる素子部3は、燃料極層5と、固体電解質層6と、空気極層8とを有している。また、図1Aに示す例では、セル1の平坦面n2上にインターコネクタ4が位置している。なお、セル1は、固体電解質層6と空気極層8との間に中間層7を備えていてもよい。 The element section 3 is provided on the flat surface n1 of the support substrate 2. The element section 3 includes a fuel electrode layer 5, a solid electrolyte layer 6, and an air electrode layer 8. In the example shown in FIG. 1A, the interconnector 4 is located on the flat surface n2 of the cell 1. The cell 1 may also include an intermediate layer 7 between the solid electrolyte layer 6 and the air electrode layer 8.

また、図1Bに示すように、空気極層8はセル1の下端まで延びていない。セル1の下端部では、固体電解質層6のみが平坦面n1の表面に露出している。また、図1Cに示すように、インターコネクタ4がセル1の下端まで延びていてもよい。セル1の下端部では、インターコネクタ4および固体電解質層6が表面に露出している。なお、図1Aに示すように、セル1の一対の円弧状の側面mにおける表面では、固体電解質層6が露出している。インターコネクタ4は、セル1の下端まで延びていなくてもよい。 Also, as shown in FIG. 1B, the air electrode layer 8 does not extend to the lower end of the cell 1. At the lower end of the cell 1, only the solid electrolyte layer 6 is exposed on the surface of the flat surface n1. Also, as shown in FIG. 1C, the interconnector 4 may extend to the lower end of the cell 1. At the lower end of the cell 1, the interconnector 4 and the solid electrolyte layer 6 are exposed on the surface. Note that, as shown in FIG. 1A, the solid electrolyte layer 6 is exposed on the surface of a pair of arcuate side surfaces m of the cell 1. The interconnector 4 does not have to extend to the lower end of the cell 1.

以下、セル1を構成する各構成部材について説明する。 The following describes each component that makes up Cell 1.

支持基板2は、ガスが流れるガス流路2aを内部に有している。図1Aに示す支持基板2の例は、6つのガス流路2aを有している。支持基板2は、ガス透過性を有し、ガス流路2aを流れる燃料ガスを燃料極層5まで透過させる。支持基板2は、導電性を有していてもよい。導電性を有する支持基板2は、素子部3で生じた電気をインターコネクタ4に集電する。 The support substrate 2 has gas flow channels 2a therein through which gas flows. The example of the support substrate 2 shown in Figure 1A has six gas flow channels 2a. The support substrate 2 is gas permeable, allowing the fuel gas flowing through the gas flow channels 2a to permeate to the fuel electrode layer 5. The support substrate 2 may be conductive. The conductive support substrate 2 collects electricity generated in the element section 3 to the interconnector 4.

支持基板2の材料は、たとえば、鉄族金属成分および無機酸化物を含む。鉄族金属成分は、たとえば、Ni(ニッケル)および/またはNiOであってもよい。無機酸化物は、たとえば、特定の希土類元素酸化物であってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Sc、Y、La、Nd、Sm、Gd、DyおよびYbから選択される1以上の希土類元素を含んでよい。 The material of the support substrate 2 includes, for example, an iron-group metal component and an inorganic oxide. The iron-group metal component may be, for example, Ni (nickel) and/or NiO. The inorganic oxide may be, for example, a specific rare earth element oxide. The rare earth element oxide may include, for example, one or more rare earth elements selected from Sc, Y, La, Nd, Sm, Gd, Dy, and Yb.

燃料極層5の材料には、一般的に公知のものを使用することができる。燃料極層5は、多孔質の導電性セラミックス、たとえば酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているZrOと、Niおよび/またはNiOとを含むセラミックスなどを用いてもよい。この希土類元素酸化物は、たとえば、Sc、Y、La、Nd、Sm、Gd、DyおよびYbから選択される複数の希土類元素を含んでもよい。酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているZrOを安定化ジルコニアと称する場合もある。安定化ジルコニアは、部分安定化ジルコニアも含む。 A commonly known material can be used for the fuel electrode layer 5. The fuel electrode layer 5 may be made of porous conductive ceramics, such as ceramics containing calcium oxide, magnesium oxide, or ZrO2 solid-solubilized with a rare earth element oxide, and Ni and/or NiO. The rare earth element oxide may contain, for example, a plurality of rare earth elements selected from Sc, Y, La, Nd, Sm, Gd, Dy, and Yb. Calcium oxide, magnesium oxide, or ZrO2 solid-solubilized with a rare earth element oxide is sometimes referred to as stabilized zirconia. Stabilized zirconia also includes partially stabilized zirconia.

固体電解質層6は、電解質であり、燃料極層5と空気極層8との間のイオン受け渡しをする。同時に、固体電解質層6は、ガス遮断性を有し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。 The solid electrolyte layer 6 is an electrolyte that transfers ions between the fuel electrode layer 5 and the air electrode layer 8. At the same time, the solid electrolyte layer 6 has gas barrier properties, making it less likely for fuel gas and oxygen-containing gas to leak.

固体電解質層6の材料は、たとえば、3モル%~15モル%の希土類元素酸化物、酸化カルシウム、酸化マグネシウムが固溶したZrOであってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Sc、Y、La、Nd、Sm、Gd、DyおよびYbから選択される1以上の希土類元素を含んでよい。固体電解質層6は、たとえば、La、Nd、Sm、GdまたはYbが固溶したCeOを含んでもよく、ScまたはYbが固溶したBaZrOを含んでもよく、ScまたはYbが固溶したBaCeOを含んでもよい。 The material of the solid electrolyte layer 6 may be, for example, ZrO2 in which 3 mol % to 15 mol % of a rare earth element oxide, calcium oxide, or magnesium oxide is solid-solved. The rare earth element oxide may include, for example, one or more rare earth elements selected from Sc, Y, La, Nd, Sm, Gd, Dy, and Yb. The solid electrolyte layer 6 may include, for example, CeO2 in which La, Nd, Sm, Gd, or Yb is solid-solved, BaZrO3 in which Sc or Yb is solid-solved, or BaCeO3 in which Sc or Yb is solid-solved.

空気極層8は、ガス透過性を有している。空気極層8の開気孔率は、たとえば20%~50%、特に30%~50%の範囲であってもよい。 The air electrode layer 8 is gas permeable. The open porosity of the air electrode layer 8 may be, for example, in the range of 20% to 50%, particularly 30% to 50%.

空気極層8の材料は、一般的に空気極に用いられるものであれば特に制限はない。空気極層8の材料は、たとえば、いわゆるABO型のペロブスカイト型酸化物など導電性セラミックスでもよい。 There are no particular restrictions on the material of the air electrode layer 8 as long as it is one that is generally used for air electrodes. The material of the air electrode layer 8 may be, for example, a conductive ceramic such as a so-called ABO 3 type perovskite oxide.

空気極層8の材料は、たとえば、AサイトにSr(ストロンチウム)とLa(ランタン)が共存する複合酸化物であってもよい。このような複合酸化物の例としては、LaSr1-xCoFe1-y、LaSr1-xMnO、LaSr1-xFeO、LaSr1-xCoOなどが挙げられる。なお、xは0<x<1、yは0<y<1である。 The material of the air electrode layer 8 may be, for example, a composite oxide in which Sr (strontium) and La (lanthanum) coexist at the A site. Examples of such composite oxides include LaxSr1 -xCoyFe1 - yO3, LaxSr1 -xMnO3 , LaxSr1 - xFeO3 , and LaxSr1 - xCoO3 , where x is 0<x<1 and y is 0<y< 1 .

また、素子部3が中間層7を有する場合、中間層7は、拡散抑制層としての機能を有する。空気極層8に含まれるSr(ストロンチウム)などの元素が固体電解質層6に拡散すると、かかる固体電解質層6にたとえばSrZrOなどの抵抗層が形成される。中間層7は、Srを拡散させにくくすることで、SrZrOその他の電気絶縁性を有する酸化物が形成されにくくする。 Furthermore, when the element section 3 has an intermediate layer 7, the intermediate layer 7 functions as a diffusion suppression layer. When elements such as Sr (strontium) contained in the air electrode layer 8 diffuse into the solid electrolyte layer 6, a resistive layer such as SrZrO3 is formed in the solid electrolyte layer 6. The intermediate layer 7 makes it difficult for Sr to diffuse, thereby making it difficult for SrZrO3 and other electrically insulating oxides to form.

中間層7の材料は、一般的に空気極層8と固体電解質層6との間の元素の拡散抑制層に用いられるものであれば特に制限はない。中間層7の材料は、たとえば、Ce(セリウム)を除く希土類元素が固溶した酸化セリウム(CeO)を含んでもよい。かかる希土類元素としては、たとえば、Gd(ガドリニウム)、Sm(サマリウム)などを用いてもよい。 There are no particular restrictions on the material of intermediate layer 7, as long as it is a material generally used as an element diffusion suppression layer between air cathode layer 8 and solid electrolyte layer 6. The material of intermediate layer 7 may include, for example, cerium oxide (CeO 2 ) in which a rare earth element other than Ce (cerium) is dissolved. Examples of such rare earth elements that may be used include Gd (gadolinium) and Sm (samarium).

また、インターコネクタ4は、緻密質であり、支持基板2の内部に位置するガス流路2aを流通する燃料ガス、および支持基板2の外側を流通する酸素含有ガスのリークを生じにくくする。インターコネクタ4は、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していてもよい。 Furthermore, the interconnector 4 is dense, making it less likely for the fuel gas flowing through the gas flow passage 2a located inside the support substrate 2 and the oxygen-containing gas flowing outside the support substrate 2 to leak. The interconnector 4 may have a relative density of 93% or more, particularly 95% or more.

インターコネクタ4の材料には、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物(LaSrTiO系酸化物)などを用いてもよい。これらの材料は、導電性を有し、かつ水素含有ガスなどの燃料ガスおよび空気などの酸素含有ガスと接触しても還元も酸化もされにくい。また、インターコネクタ4の材料として金属または合金を用いてもよい。 The material for the interconnector 4 may be a lanthanum chromite-based perovskite oxide ( LaCrO3 -based oxide), a lanthanum strontium titanium-based perovskite oxide (LaSrTiO3 - based oxide), or the like. These materials are conductive and are resistant to reduction and oxidation even when in contact with a fuel gas such as a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas such as air. Alternatively, a metal or an alloy may be used as the material for the interconnector 4.

<電気化学セル装置>
次に、上述したセル1を用いた本実施形態に係る電気化学セル装置について、図2A~図2Cを参照しながら説明する。図2Aは、第1の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す斜視図であり、図2Bは、図2Aに示すX-X線の断面図であり、図2Cは、第1の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す上面図である。
<Electrochemical cell device>
Next, an electrochemical cell device according to this embodiment using the above-described cell 1 will be described with reference to Figures 2A to 2C. Figure 2A is a perspective view showing an example of the electrochemical cell device according to the first embodiment, Figure 2B is a cross-sectional view taken along line X-X shown in Figure 2A, and Figure 2C is a top view showing an example of the electrochemical cell device according to the first embodiment.

図2Aに示すように、セルスタック装置10は、セル1の厚み方向T(図1A参照)に配列(積層)された複数のセル1を有するセルスタック11と、固定部材12,12aとを備える。 As shown in Figure 2A, the cell stack device 10 includes a cell stack 11 having multiple cells 1 arranged (stacked) in the thickness direction T of the cells 1 (see Figure 1A), and fixing members 12, 12a.

固定部材12は、固定材13と、支持部材14とを有する。支持部材14は、セル1を支持する。固定材13は、セル1を支持部材14に固定する。また、支持部材14は、支持体15と、ガスタンク16とを有する。支持部材14である支持体15およびガスタンク16は、たとえば金属製であり導電性を有している。 The fixing member 12 has a fixing material 13 and a support member 14. The support member 14 supports the cell 1. The fixing material 13 fixes the cell 1 to the support member 14. The support member 14 also has a support 15 and a gas tank 16. The support 15 and gas tank 16, which are the support member 14, are made of, for example, metal and are electrically conductive.

図2Bに示すように、支持体15は、複数のセル1の下端部が挿入される挿入孔15aを有している。複数のセル1の下端部と挿入孔15aの内壁とは、固定材13で接合されている。 As shown in Figure 2B, the support body 15 has insertion holes 15a into which the lower ends of the multiple cells 1 are inserted. The lower ends of the multiple cells 1 and the inner wall of the insertion holes 15a are joined with fixing material 13.

ガスタンク16は、挿入孔15aを通じて複数のセル1に反応ガスを供給する開口部と、かかる開口部の周囲に位置する凹溝16aとを有する。支持体15の外周の端部は、ガスタンク16の凹溝16aに充填された接合材21によって、ガスタンク16と接合されている。 The gas tank 16 has an opening for supplying reaction gas to the multiple cells 1 through the insertion holes 15a, and a groove 16a located around the opening. The outer edge of the support 15 is joined to the gas tank 16 by a bonding material 21 filled in the groove 16a of the gas tank 16.

図2Aに示す例では、支持部材14である支持体15とガスタンク16とで形成される内部空間22に燃料ガスが貯留される。ガスタンク16にはガス流通管20が接続されている。燃料ガスは、このガス流通管20を通してガスタンク16に供給され、ガスタンク16からセル1の内部のガス流路2a(図1A参照)に供給される。ガスタンク16に供給される燃料ガスは、後述する改質器102(図7参照)で生成される。 In the example shown in Figure 2A, fuel gas is stored in an internal space 22 formed by the support body 15, which is the support member 14, and the gas tank 16. A gas distribution pipe 20 is connected to the gas tank 16. The fuel gas is supplied to the gas tank 16 through this gas distribution pipe 20, and is then supplied from the gas tank 16 to the gas flow path 2a (see Figure 1A) inside the cell 1. The fuel gas supplied to the gas tank 16 is generated in a reformer 102 (see Figure 7), which will be described later.

水素リッチな燃料ガスは、原燃料を水蒸気改質などすることによって生成することができる。水蒸気改質により燃料ガスを生成する場合には、燃料ガスは水蒸気を含む。 Hydrogen-rich fuel gas can be produced by steam reforming the raw fuel. When fuel gas is produced by steam reforming, the fuel gas contains water vapor.

図2Aに示す例では、2列のセルスタック11、支持部材14、2つの支持体15、およびガスタンク16を備えている。2列のセルスタック11はそれぞれ、複数のセル1を有する。各セルスタック11は、各支持体15に固定されている。ガスタンク16は上面に2つの貫通孔を有している。各貫通孔には、各支持体15が配置されている。内部空間22は、1つのガスタンク16と、2つの支持体15とで形成される。図2Aでは、2列のセルスタック11を有するセルスタック装置10を示したが、電気化学セル装置は1列のセルスタック11を有してもよいし、3列以上のセルスタック11を有してもよい。 The example shown in Figure 2A includes two rows of cell stacks 11, a support member 14, two supports 15, and a gas tank 16. Each of the two rows of cell stacks 11 has a plurality of cells 1. Each cell stack 11 is fixed to a respective support 15. The gas tank 16 has two through-holes on its top surface. A support 15 is disposed in each through-hole. The internal space 22 is formed by the one gas tank 16 and the two supports 15. Figure 2A shows a cell stack device 10 having two rows of cell stacks 11, but the electrochemical cell device may have one row of cell stacks 11, or three or more rows of cell stacks 11.

挿入孔15aの形状は、たとえば、上面視で長円形状である。挿入孔15aは、たとえば、セル1の配列方向すなわち厚み方向Tの長さが、セルスタック11の両端に位置する2つの端部集電部材17の間の距離よりも大きい。挿入孔15aの幅は、たとえば、セル1の幅方向W(図1A参照)の長さよりも大きい。 The shape of the insertion hole 15a is, for example, an oval shape when viewed from above. For example, the length of the insertion hole 15a in the arrangement direction of the cells 1, i.e., the thickness direction T, is greater than the distance between the two end current collecting members 17 located at both ends of the cell stack 11. For example, the width of the insertion hole 15a is greater than the length of the cell 1 in the width direction W (see Figure 1A).

図2Bに示すように、挿入孔15aの内壁とセル1の下端部との接合部は、固定材13が充填され、固化されている。これにより、挿入孔15aの内壁と複数個のセル1の下端部とがそれぞれ接合・固定され、また、セル1の下端部同士が接合・固定されている。各セル1のガス流路2aは、下端部で支持部材14の内部空間22と連通している。 As shown in Figure 2B, the joint between the inner wall of the insertion hole 15a and the lower end of the cell 1 is filled with a fixing material 13 and solidified. This bonds and fixes the inner wall of the insertion hole 15a to the lower end of each of the multiple cells 1, and also bonds and fixes the lower ends of the cells 1 to each other. The gas flow path 2a of each cell 1 communicates with the internal space 22 of the support member 14 at its lower end.

固定材13および接合材21は、ガラスなどの導電性が低いものを用いることができる。固定材13および接合材21の具体的な材料としては、非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。 The fixing material 13 and the bonding material 21 can be made of a material with low conductivity, such as glass. Specific materials for the fixing material 13 and the bonding material 21 include amorphous glass, and in particular, crystallized glass.

結晶化ガラスとしては、たとえば、SiO-CaO系、MgO-B系、La-B-MgO系、La-B-ZnO系、SiO-CaO-ZnO系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にSiO-MgO系の材料を用いてもよい。 As the crystallized glass, for example, any of SiO 2 —CaO-based, MgO—B 2 O 3- based, La 2 O 3 —B 2 O 3 —MgO-based, La 2 O 3 —B 2 O 3 —ZnO-based, SiO 2 —CaO—ZnO-based materials may be used, and in particular, SiO 2 —MgO-based materials may be used.

また、図2Bに示すように、複数のセル1のうち隣接するセル1の間には、導電部材18が介在している。導電部材18は、隣接する一方のセル1の燃料極層5と他方のセル1の空気極層8とを電気的に直列に接続する。より具体的には、導電部材18は、隣接する一方のセル1の燃料極層5と電気的に接続されたインターコネクタ4と、他方のセル1の空気極層8とを接続している。インターコネクタ4が金属または合金である場合、インターコネクタ4と導電部材18とが一体化していてもよいし、導電部材18がインターコネクタ4を兼ねてもよい。なお、導電部材18の詳細については後述する。 As shown in FIG. 2B , a conductive member 18 is interposed between adjacent cells 1 among the plurality of cells 1. The conductive member 18 electrically connects the fuel electrode layer 5 of one adjacent cell 1 to the air electrode layer 8 of the other cell 1 in series. More specifically, the conductive member 18 connects the interconnector 4 electrically connected to the fuel electrode layer 5 of one adjacent cell 1 to the air electrode layer 8 of the other cell 1. If the interconnector 4 is made of a metal or alloy, the interconnector 4 and the conductive member 18 may be integrated, or the conductive member 18 may also serve as the interconnector 4. Details of the conductive member 18 will be described later.

また、図2Bに示すように、複数のセル1の配列方向における最も外側に位置するセル1に、端部集電部材17が電気的に接続されている。端部集電部材17は、セルスタック11の外側に突出する導電部19に接続されている。導電部19は、セル1の発電により生じた電気を集電して外部に引き出す。なお、図2Aでは、端部集電部材17の図示を省略している。 As shown in Figure 2B, an end current collecting member 17 is electrically connected to the cell 1 located at the outermost position in the arrangement direction of the multiple cells 1. The end current collecting member 17 is connected to a conductive portion 19 that protrudes outside the cell stack 11. The conductive portion 19 collects electricity generated by the cells 1 and extracts it to the outside. Note that the end current collecting member 17 is not shown in Figure 2A.

また、図2Cに示すように、セルスタック装置10は、2つのセルスタック11A、11Bが直列に接続され、一つの電池として機能する。そのため、セルスタック装置10の導電部19は、正極端子19Aと、負極端子19Bと、接続端子19Cとに区別される。 Also, as shown in Figure 2C, the cell stack device 10 has two cell stacks 11A and 11B connected in series, functioning as a single battery. Therefore, the conductive parts 19 of the cell stack device 10 are divided into a positive terminal 19A, a negative terminal 19B, and a connection terminal 19C.

正極端子19Aは、セルスタック11が発電した電力を外部に出力する場合の正極であり、セルスタック11Aにおける正極側の端部集電部材17に電気的に接続される。負極端子19Bは、セルスタック11が発電した電力を外部に出力する場合の負極であり、セルスタック11Bにおける負極側の端部集電部材17に電気的に接続される。 The positive terminal 19A is the positive electrode when the power generated by the cell stack 11 is output to the outside, and is electrically connected to the positive side end current collector 17 of the cell stack 11A. The negative terminal 19B is the negative electrode when the power generated by the cell stack 11 is output to the outside, and is electrically connected to the negative side end current collector 17 of the cell stack 11B.

接続端子19Cは、セルスタック11Aにおける負極側の端部集電部材17と、セルスタック11Bにおける正極側の端部集電部材17とを電気的に接続する。 Connection terminal 19C electrically connects the negative electrode side end current collecting member 17 in cell stack 11A to the positive electrode side end current collecting member 17 in cell stack 11B.

<発電時の温度分布>
つづいて、電気化学セル装置における発電時の温度分布について、図3を参照しながら説明する。図3は、電気化学セル装置における温度分布の一例を示す断面図である。図3に示すセルスタック装置10Xは、図2Bに示すセルスタック装置10が有するセルスタック11の一部を拡大視したものに相当する。なお、図3では、たとえばセル1、導電部材18などを単純化して図示している。また、後述する他の図面でも、構成要素を単純化して図示する場合がある。説明を容易にするために、図3および後述する図4では、セルスタック装置が有するセル1の数を8として図示している。
<Temperature distribution during power generation>
Next, the temperature distribution during power generation in the electrochemical cell device will be described with reference to FIG. 3 . FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the temperature distribution in the electrochemical cell device. The cell stack device 10X shown in FIG. 3 corresponds to an enlarged view of a portion of the cell stack 11 included in the cell stack device 10 shown in FIG. 2B . Note that FIG. 3 shows simplified illustrations of, for example, the cells 1, conductive members 18, etc. Also, in other drawings described below, simplified illustrations of components may be used. For ease of explanation, the number of cells 1 included in the cell stack device is shown as eight in FIG. 3 and FIG. 4 described below.

図3に示すように、セル1の厚み方向Tに隣り合うセル1の間には、長さ方向に延びる導電部材18が位置し、隣り合うセル1同士を電気的に接続している。セルスタック装置10Xは、発電時には温度t1~t6が、t1>t2>t3>t4>t5>t6の順にセル1の厚み方向T(第1方向)の中央に位置し、かつ固定材13から離れた長さ方向Lの上端側が高温となる。また、かかる部分から離れた厚み方向Tの端部側、長さ方向Lの下端側に向かって発電時の温度が低下する。このため、セル1の厚み方向T(第1方向)の中央に位置する第1領域R1では、たとえば、セル1の厚み方向T(第1方向)の両端部に位置する第2領域R2よりも高温となり、耐久性が低下しやすくなる。 As shown in FIG. 3, a conductive member 18 extending in the longitudinal direction is located between adjacent cells 1 in the thickness direction T of the cells 1, electrically connecting the adjacent cells 1. During power generation, temperatures t1 to t6 of the cell stack device 10X are in the order of t1 > t2 > t3 > t4 > t5 > t6, with the temperature at the center of the cell 1 in the thickness direction T (first direction) and at the upper end in the length direction L away from the fixing material 13 being the highest. Furthermore, the temperature during power generation decreases toward the ends in the thickness direction T and the lower end in the length direction L away from these areas. Therefore, the first region R1 located in the center of the cell 1 in the thickness direction T (first direction) is hotter than the second region R2 located at both ends of the cell 1 in the thickness direction T (first direction), for example, which tends to reduce durability.

そこで、本実施形態では、第1領域R1と第2領域R2との間で、抵抗率が互いに異なる導電部材18を適用する。図4は、第1の実施形態に係る電気化学セル装置を拡大した断面図である。 In this embodiment, therefore, a conductive member 18 with different resistivities is applied between the first region R1 and the second region R2. Figure 4 is an enlarged cross-sectional view of the electrochemical cell device according to the first embodiment.

図4に示すように、第1領域R1に位置する導電部材18は、第1部位181と、第1部位181よりも抵抗率が小さい第2部位182とを有する。これにより、高温になりやすい部分である第1部位181に位置する導電部材18の抵抗率を他の部分よりも大きくすることで通電量を低減させ、他の部分である第2部位182に位置する導電部材18は、抵抗率を小さくすることで通電量を上昇させる。このため、発電時における温度のばらつきが低減し、電気化学セル装置の耐久性が高くなる。 As shown in FIG. 4, the conductive member 18 located in the first region R1 has a first portion 181 and a second portion 182 that has a lower resistivity than the first portion 181. As a result, the resistivity of the conductive member 18 located in the first portion 181, which is prone to high temperatures, is made higher than that of the other portions, thereby reducing the amount of current flowing through it, and the conductive member 18 located in the other portion, the second portion 182, has a lower resistivity, thereby increasing the amount of current flowing through it. This reduces temperature variations during power generation and increases the durability of the electrochemical cell device.

また、第2領域R2に位置する導電部材183は、第2部位182よりも抵抗率が大きい。これにより、高温になりにくい第2領域R2において、導電部材183の抵抗発熱により積極的に温度上昇を促進させる。このため、発電時における温度のばらつきが低減し、電池性能が向上する。 In addition, the conductive member 183 located in the second region R2 has a higher resistivity than the second portion 182. As a result, in the second region R2, which is less likely to become hot, the resistance heating of the conductive member 183 actively promotes temperature rise. This reduces temperature variation during power generation and improves battery performance.

導電部材183は、全体として第2部位182より大きい抵抗率を有していればよい。導電部材183は、第1部位181より大きい抵抗率を有していてもよいし、第1部位と同じ、または小さい抵抗率を有していてもよい。導電部材183は、高抵抗部と低抵抗部を有していてもよい。導電部材183が高抵抗部と低抵抗部とを有する場合、高抵抗部と低抵抗部の抵抗率の差は、第1部位181と第2部位182の抵抗率の差よりも小さい。導電部材183の低抵抗部は、第2部位182と同じ抵抗率、または第2部位182より小さい抵抗率を有していてもよい。導電部材183は、低抵抗部を有していなくてもよい。 The conductive member 183 as a whole only needs to have a higher resistivity than the second portion 182. The conductive member 183 may have a higher resistivity than the first portion 181, or may have the same or lower resistivity as the first portion. The conductive member 183 may have a high resistance portion and a low resistance portion. When the conductive member 183 has a high resistance portion and a low resistance portion, the difference in resistivity between the high resistance portion and the low resistance portion is smaller than the difference in resistivity between the first portion 181 and the second portion 182. The low resistance portion of the conductive member 183 may have the same resistivity as the second portion 182 or a lower resistivity than the second portion 182. The conductive member 183 does not need to have a low resistance portion.

ここで、導電部材18の具体的な構成の一例につき、図5および図6を用いて説明する。図5は、第1の実施形態に係る導電部材の一例を示す横断面図である。 Here, an example of a specific configuration of the conductive member 18 will be described using Figures 5 and 6. Figure 5 is a cross-sectional view showing an example of a conductive member according to the first embodiment.

図5に示すように、導電部材18は、隣接するセル1のうち、一方のセル1であるセル1Aに接続される接続部18aと、他方のセル1であるセル1Bに接続される接続部18bとを有する。また、導電部材18は、幅方向Wの両端に連結部18cを有しており、接続部18a,18bを接続する。これにより、導電部材18は、厚み方向Tに隣り合うセル1同士を電気的に接続することができる。 As shown in FIG. 5, the conductive member 18 has a connection portion 18a that connects to cell 1A, one of the adjacent cells 1, and a connection portion 18b that connects to cell 1B, the other cell 1. The conductive member 18 also has connecting portions 18c at both ends in the width direction W, which connect the connecting portions 18a and 18b. This allows the conductive member 18 to electrically connect adjacent cells 1 in the thickness direction T.

また、接続部18a,18bは、セル1A,1Bと接触する接触部18a1,18b1と、セル1A,1Bとは非接触の非接触部18a2,18b2とを有している。 In addition, connection portions 18a and 18b have contact portions 18a1 and 18b1 that contact cells 1A and 1B, and non-contact portions 18a2 and 18b2 that do not contact cells 1A and 1B.

図6は、図5に示すA-A線に沿った断面図である。導電部材18は、セル1の長さ方向Lに延在している。導電部材18は、断面視で櫛歯状を有しており、接続部18a,18bは、連結部18cからセル1A,1Bに向かって互い違いに伸びている。 Figure 6 is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 5. The conductive member 18 extends in the longitudinal direction L of the cell 1. The conductive member 18 has a comb-like shape in cross section, with connecting portions 18a and 18b extending alternately from the connecting portion 18c toward cells 1A and 1B.

次に、第1部位181および第2部位182を有する導電部材18の具体例につき、図7A~図7Dを用いて説明する。図7Aは、第1の実施形態に係る導電部材の一例を示す断面図である。 Next, specific examples of conductive members 18 having a first portion 181 and a second portion 182 will be described using Figures 7A to 7D. Figure 7A is a cross-sectional view showing an example of a conductive member according to the first embodiment.

図7Aに示すように、導電部材18は、基材180と、基材180を覆う被膜30とを有する。基材180は、導電性および耐熱性を有する。基材180は、クロムを含有する。基材180は、たとえば、ステンレス鋼である。基材180は、たとえば、金属酸化物を含有してもよい。 As shown in FIG. 7A, the conductive member 18 has a substrate 180 and a coating 30 covering the substrate 180. The substrate 180 is electrically conductive and heat resistant. The substrate 180 contains chromium. The substrate 180 is, for example, stainless steel. The substrate 180 may also contain, for example, a metal oxide.

被膜30は、絶縁性または低い絶縁性を有している。被膜30は、たとえば、酸化クロム(Cr)、酸化アルミニウム(Al)、Alおよび/またはSiを含む複合酸化物などを含有する。図7Aに示す導電部材18は、被膜30の厚みを異ならせることにより、抵抗率が異なる第1部位181および第2部位182を有している。すなわち、第2部位182と比較して被膜30の厚みが大きい第1部位181の抵抗率は、第2部位182の抵抗率よりも大きくなる。 The coating 30 has insulating or low insulating properties. The coating 30 contains, for example, chromium oxide (Cr 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or a composite oxide containing Al and/or Si. The conductive member 18 shown in FIG. 7A has a first portion 181 and a second portion 182 that have different resistivities due to the difference in thickness of the coating 30. That is, the resistivity of the first portion 181, where the coating 30 is thicker than the second portion 182, is higher than the resistivity of the second portion 182.

図7B~図7Dは、第1の実施形態に係る導電部材の別の一例を示す断面図である。 Figures 7B to 7D are cross-sectional views showing another example of a conductive member according to the first embodiment.

図7Bに示すように、導電部材18は、被膜30に代えて、基材180を覆う被膜31を有する点で図7Aに示す導電部材18と相違する。 As shown in Figure 7B, the conductive member 18 differs from the conductive member 18 shown in Figure 7A in that it has a coating 31 covering the substrate 180 instead of the coating 30.

被膜31は、導電性を有している。被膜31は、たとえば、導電性を有する金属材料および/または金属酸化物を含有する。図7Bに示す導電部材18は、被膜31の厚みを異ならせることにより、抵抗率が異なる第1部位181および第2部位182を有している。すなわち、第1部位181と比較して被膜31の厚みが大きい第2部位182の抵抗率は、第1部位181の抵抗率よりも小さくなる。被膜31に含まれる導電性を有する金属酸化物は、たとえばスピネル構造を有する複合酸化物、たとえば、ZnMnCoOなどのZn(CoMn1-x(0<x<1)、Mn1.5Co1.5、MnCo、CoMn、などであってもよい。導電性を有する金属酸化物は、いわゆるABO型のペロブスカイト型酸化物であってもよい。 The coating 31 is conductive. The coating 31 contains, for example, a conductive metal material and/or metal oxide. The conductive member 18 shown in FIG. 7B has a first portion 181 and a second portion 182 with different resistivities due to the difference in thickness of the coating 31. That is, the resistivity of the second portion 182, where the coating 31 is thicker than the first portion 181, is lower than the resistivity of the first portion 181. The conductive metal oxide contained in the coating 31 may be, for example, a composite oxide having a spinel structure, such as Zn(Co x Mn 1-x ) 2 O 4 (0<x<1) such as ZnMnCoO 4 , Mn 1.5 Co 1.5 O 4 , MnCo 2 O 4 , or CoMn 2 O 4 . The conductive metal oxide may also be a so-called ABO 3- type perovskite oxide.

なお、導電部材18は、被膜30および被膜30よりも高い導電性を有する被膜31の両方を有していてもよい。導電部材18は、たとえば、基材180上を覆う被膜30と、さらに被膜30上を覆う被膜31を有していてもよい。このとき、第1部位181と比較して、第2部位182の被膜30の厚みが小さい、および/または第2部位182の被膜31の厚みが大きくてもよい。 The conductive member 18 may have both a coating 30 and a coating 31 that has higher conductivity than the coating 30. For example, the conductive member 18 may have a coating 30 that covers the substrate 180, and a coating 31 that further covers the coating 30. In this case, the thickness of the coating 30 in the second portion 182 may be smaller and/or the thickness of the coating 31 in the second portion 182 may be greater than that in the first portion 181.

また、図7Cに示す導電部材18は、被膜30に代えて、基材180を覆う被膜32,33を有する点で図7Aに示す導電部材18と相違する。 Furthermore, the conductive member 18 shown in Figure 7C differs from the conductive member 18 shown in Figure 7A in that it has coatings 32 and 33 covering the substrate 180 instead of the coating 30.

被膜32,33は、導電性または絶縁性を有している。被膜32は、被膜33よりも絶縁性が高い。あるいは、被膜33は、被膜32よりも導電性が高い。 The coatings 32 and 33 are conductive or insulating. The coating 32 is more insulating than the coating 33. Alternatively, the coating 33 is more conductive than the coating 32.

図7Cに示す導電部材18は、被膜32,33の材料を異ならせることにより、抵抗率が異なる第1部位181および第2部位182を有している。すなわち、被膜32と比較して絶縁性が低いまたは導電性が高い被膜33を有する第2部位182の抵抗率は、第1部位181の抵抗率よりも小さくなる。被膜32,33は、気孔率が異なる同じ材料であってもよい。被膜32の気孔率が被膜33の気孔率より大きいと、被膜33と比較して被膜32の絶縁性が高くなる、または導電性が低くなる。被膜32,33の材料は、被膜30,31に含まれるような材料であってもよい。 The conductive member 18 shown in FIG. 7C has a first portion 181 and a second portion 182 with different resistivities due to the coatings 32, 33 being made of different materials. That is, the resistivity of the second portion 182, which has a coating 33 that is less insulating or more conductive than the coating 32, is lower than the resistivity of the first portion 181. The coatings 32, 33 may be made of the same material but with different porosities. If the porosity of the coating 32 is higher than that of the coating 33, the coating 32 will have higher insulating properties or lower conductivity than the coating 33. The materials of the coatings 32, 33 may be the same as those contained in the coatings 30, 31.

図7Dに示す導電部材18は、基材180の材料が互いに異なる部位180a,180bを有している。部位180bは、部位180aと比較して導電性が高い。これにより、第2部位182の抵抗率は、第1部位181の抵抗率よりも小さくなる。 The conductive member 18 shown in Figure 7D has regions 180a and 180b in which the material of the substrate 180 is different from each other. Region 180b has higher conductivity than region 180a. As a result, the resistivity of the second region 182 is lower than the resistivity of the first region 181.

このように、本実施形態に係る導電部材18は、いかなる方法により作製されたものであってもよい。なお、図7A、図7Bに示す被膜30,31は、たとえば、ディップ法において塗布回数および/またはディップ液の濃度を変更させて形成してもよく、電着またはめっき法において成膜電極を変更させて形成してもよい。また、図7Cに示す被膜32,33は、たとえば、ディップ法においてディップ液の種類を変更させて形成してもよい。また、図7Dに示す導電部材18は、たとえば、溶接または接合により形成してもよい。 As such, the conductive member 18 according to this embodiment may be produced by any method. The coatings 30 and 31 shown in Figures 7A and 7B may be formed, for example, by changing the number of applications and/or the concentration of the dipping liquid in a dipping method, or by changing the film-forming electrode in an electrodeposition or plating method. The coatings 32 and 33 shown in Figure 7C may be formed, for example, by changing the type of dipping liquid in a dipping method. The conductive member 18 shown in Figure 7D may be formed, for example, by welding or joining.

<モジュール>
次に、上述したセルスタック装置10を用いた本実施形態に係るモジュールについて、図8を用いて説明する。図8は、第1の実施形態に係るモジュールを示す外観斜視図である。図8では、収納容器101の一部である前面および後面を取り外し、内部に収納される燃料電池のセルスタック装置10を後方に取り出した状態を示している。
<Module>
Next, a module according to this embodiment using the above-described cell stack device 10 will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is an external perspective view showing the module according to the first embodiment. Fig. 8 shows a state in which the front and rear surfaces, which are part of the storage container 101, have been removed and the cell stack device 10 of the fuel cell stored inside has been pulled out to the rear.

図8に示すように、モジュール100は、収納容器101内に、セルスタック装置10を収納して構成される。また、セルスタック装置10の上方には、セル1に供給する燃料ガスを生成するための改質器102が配置されている。 As shown in Figure 8, the module 100 is constructed by housing a cell stack device 10 inside a storage container 101. Also, above the cell stack device 10, a reformer 102 is located to generate fuel gas to be supplied to the cells 1.

かかる改質器102では、原燃料供給管103を通じて供給される天然ガスや灯油などの原燃料を改質して燃料ガスを生成する。なお、改質器102は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることが好ましい。改質器102は、水を気化させるための気化部102aと、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒(図示せず)が配置された改質部102bとを備えることで水蒸気改質を行うことができる。 The reformer 102 generates fuel gas by reforming raw fuel such as natural gas or kerosene supplied through the raw fuel supply pipe 103. The reformer 102 is preferably designed to be capable of steam reforming, an efficient reforming reaction. The reformer 102 is capable of steam reforming by including a vaporization section 102a for vaporizing water and a reforming section 102b in which a reforming catalyst (not shown) is disposed for reforming the raw fuel into fuel gas.

そして、改質器102で生成された燃料ガスは、ガス流通管20を通じて固定部材12に供給され、固定部材12よりセル1の内部に設けられたガス流路2a(図1A参照)に供給される。 The fuel gas produced in the reformer 102 is supplied to the fixed member 12 through the gas flow pipe 20, and then from the fixed member 12 to the gas flow path 2a (see Figure 1A) provided inside the cell 1.

また、上述の構成のモジュール100においては、通常発電時においては、上記燃焼、セル1の発電等に伴い、モジュール100内の温度は500℃~1000℃程度となる。 Furthermore, in a module 100 configured as described above, during normal power generation, the temperature inside the module 100 reaches approximately 500°C to 1000°C due to the combustion and power generation by cell 1.

このようなモジュール100においては、上述したように、耐久性が高いセルスタック装置10を収納して構成されることにより、耐久性が高いモジュール100とすることができる。 As described above, such a module 100 is configured to house a highly durable cell stack device 10, thereby making it a highly durable module 100.

<モジュール収容装置>
図9は、第1の実施形態に係るモジュール収容装置の一例を示す分解斜視図である。モジュール収容装置110は、外装ケース111と、図8で示したモジュール100と、図示しない補機と、を備えている。補器は、モジュール100の運転を行う。モジュール100および補器は、外装ケース111内に収容されている。なお、図9においては一部構成を省略して示している。
<Module housing device>
Fig. 9 is an exploded perspective view showing an example of a module housing device according to the first embodiment. The module housing device 110 includes an outer case 111, the module 100 shown in Fig. 8, and auxiliary equipment (not shown). The auxiliary equipment operates the module 100. The module 100 and the auxiliary equipment are housed in the outer case 111. Note that Fig. 9 omits some components.

図9に示すモジュール収容装置110の外装ケース111は、支柱112と外装板113とを有する。仕切板114は、外装ケース111内を上下に区画している。外装ケース111内の仕切板114より上側の空間は、モジュール100を収容するモジュール収容室115であり、外装ケース111内の仕切板114より下側の空間は、モジュール100を運転する補機を収容する補機収容室116である。なお、図8では、補機収容室116に収容する補機を省略して示している。 The outer case 111 of the module accommodating device 110 shown in Figure 9 has support posts 112 and an outer panel 113. A partition panel 114 divides the interior of the outer case 111 into upper and lower sections. The space above the partition panel 114 in the outer case 111 is a module accommodating chamber 115 that accommodates the module 100, and the space below the partition panel 114 in the outer case 111 is an auxiliary equipment accommodating chamber 116 that accommodates the auxiliary equipment that operates the module 100. Note that in Figure 8, the auxiliary equipment accommodated in the auxiliary equipment accommodating chamber 116 is omitted.

また、仕切板114は、補機収容室116の空気をモジュール収容室115側に流すための空気流通口117を有している。モジュール収容室115を構成する外装板113は、モジュール収容室115内の空気を排気するための排気口118を有している。 The partition plate 114 also has an air flow port 117 for allowing air from the auxiliary equipment housing chamber 116 to flow toward the module housing chamber 115. The exterior plate 113 that constitutes the module housing chamber 115 has an exhaust port 118 for exhausting air from within the module housing chamber 115.

このようなモジュール収容装置110においては、上述したように、耐久性が高いモジュール100をモジュール収容室115に備えていることにより、耐久性が高いモジュール収容装置110とすることができる。 In such a module storage device 110, as described above, highly durable modules 100 are provided in the module storage chamber 115, thereby making the module storage device 110 highly durable.

図10は、第1の実施形態に係る電気化学セル装置の別の一例を示す断面図である。図10に示すセルスタック装置10は、導電部材18として抵抗率の異なる第1部材18Aと第2部材18Bとを有する点で上記した実施形態に係る導電部材18と相違する。第2部材18Bの抵抗率は、第1部材18Aの抵抗率よりも小さくなるように構成されており、第1部材18Aおよび第2部材18Bは、隣り合うセル1間にそれぞれ配置される。このように、導電部材18として抵抗率の異なる第1部材18Aおよび第2部材18Bを使用した場合であっても、第1領域R1(図4参照)での温度のばらつきが低減される。このため、本変形例によれば、セルスタック装置10の耐久性が高くなる。 Figure 10 is a cross-sectional view showing another example of an electrochemical cell device according to the first embodiment. The cell stack device 10 shown in Figure 10 differs from the conductive member 18 according to the above-described embodiment in that it has a first member 18A and a second member 18B with different resistivities as the conductive member 18. The resistivity of the second member 18B is configured to be lower than that of the first member 18A, and the first member 18A and the second member 18B are respectively disposed between adjacent cells 1. In this way, even when the first member 18A and the second member 18B with different resistivities are used as the conductive member 18, temperature variation in the first region R1 (see Figure 4) is reduced. Therefore, this modification improves the durability of the cell stack device 10.

第1部材18Aおよび第2部材18Bは、たとえば、図7A~図7Dに示す第1部位181および第2部位182に準じてそれぞれ作製することができる。また、第1部材18Aおよび第2部材18Bは、互いに接触させてもよく、離間させてもよい。第1部材18Aおよび第2部材18Bを離間させると、第1部材18Aを流れる電流をより確実に低下させることができることから、セルスタック装置10の耐久性が高くなる。 The first member 18A and the second member 18B can be manufactured, for example, in accordance with the first portion 181 and the second portion 182 shown in Figures 7A to 7D, respectively. Furthermore, the first member 18A and the second member 18B may be in contact with each other or spaced apart. Spaced apart, the current flowing through the first member 18A can be more reliably reduced, thereby increasing the durability of the cell stack device 10.

[第2の実施形態]
図11は、第2の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す斜視図である。図11に示すセルスタック装置10Aは、素子部3Aと、素子部3Aを挟む導電部材18とを有する平板型の電気化学セルを積層させた電気化学セル装置である。素子部3Aは、固体電解質層(たとえば、固体電解質層6)と、固体電解質層を挟む第1電極層(たとえば、燃料極層5)および第2電極層(たとえば、空気極層8)を有する。導電部材18は、反応ガスが流れる不図示の流路を有しており、不図示のシール部材等で封止されている。セルスタック装置10Aは、両端部に端部集電部材91,92がそれぞれ位置している。
Second Embodiment
FIG. 11 is a perspective view showing an example of an electrochemical cell device according to a second embodiment. The cell stack device 10A shown in FIG. 11 is an electrochemical cell device in which flat electrochemical cells, each having an element unit 3A and a conductive member 18 sandwiching the element unit 3A, are stacked. The element unit 3A has a solid electrolyte layer (e.g., solid electrolyte layer 6) and a first electrode layer (e.g., fuel electrode layer 5) and a second electrode layer (e.g., air electrode layer 8) sandwiching the solid electrolyte layer. The conductive member 18 has a flow path (not shown) through which reactant gas flows, and the flow path is sealed with a sealing member (not shown). End current collecting members 91 and 92 are located at both ends of the cell stack device 10A.

図12は、平板型の電気化学セルにおける温度分布の一例を示す断面図である。図12に示すように、セルスタック装置10Yは、発電時には温度t11~t15が、t11>t12>t13>t14>t15の順にセルスタック装置10Yの中心部分が高温となる。また、かかる中心部分から離れたY軸方向およびZ軸方向の両端側に向かって発電時の温度が低下する。このため、素子部3Aの厚み方向(Z軸方向)の中央に位置する第1領域R1では、たとえば、素子部3Aの厚み方向(Z軸方向)の両端部に位置する第2領域R2よりも高温となり、耐久性が低下しやすくなる。図12では、YZ平面に沿った断面図を示したが、ZX平面に沿った断面もおおむね図12と同じことが言える。 Figure 12 is a cross-sectional view showing an example of temperature distribution in a flat-plate electrochemical cell. As shown in Figure 12, during power generation, temperatures t11 to t15 in the cell stack device 10Y are highest in the center of the cell stack device 10Y, in the order t11 > t12 > t13 > t14 > t15. Furthermore, the temperature during power generation decreases toward both ends in the Y-axis and Z-axis directions, away from the center. Therefore, the first region R1 located in the center of the element unit 3A in the thickness direction (Z-axis direction) becomes hotter than the second region R2 located at both ends in the thickness direction (Z-axis direction) of the element unit 3A, for example, which makes it more likely for durability to decrease. While Figure 12 shows a cross-section along the YZ plane, the same can be said for a cross-section along the ZX plane as in Figure 12.

そこで、本実施形態では、第1領域R1と第2領域R2との間で、抵抗率が互いに異なる導電部材18を適用する。図13は、第2の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す断面図である。 In this embodiment, therefore, a conductive member 18 with different resistivities is applied between the first region R1 and the second region R2. Figure 13 is a cross-sectional view showing an example of an electrochemical cell device according to the second embodiment.

図13に示すように、第1領域R1に位置する導電部材18は、第1部位181と、第1部位181よりも抵抗率が小さい第2部位182とを有する。これにより、高温になりやすい部分である第1部位181に位置する導電部材18の抵抗率を他の部分よりも大きくすることで通電量を低減させ、他の部分である第2部位182に位置する導電部材18は、抵抗率を小さくすることで通電量を上昇させる。このため、発電時における温度のばらつきが低減し、電気化学セル装置の耐久性が高くなる。 As shown in FIG. 13, the conductive member 18 located in the first region R1 has a first portion 181 and a second portion 182 that has a lower resistivity than the first portion 181. As a result, the resistivity of the conductive member 18 located in the first portion 181, which is prone to high temperatures, is made higher than that of the other portions, thereby reducing the amount of current flowing through it, and the conductive member 18 located in the other portion, the second portion 182, has a lower resistivity, thereby increasing the amount of current flowing through it. This reduces temperature variations during power generation and increases the durability of the electrochemical cell device.

また、第2領域R2に位置する導電部材183は、第2部位182よりも抵抗率が大きい。これにより、高温になりにくい第2領域R2において、導電部材183の抵抗発熱により積極的に温度上昇を促進させる。このため、発電時における温度のばらつきが低減し、電池性能が向上する。 In addition, the conductive member 183 located in the second region R2 has a higher resistivity than the second portion 182. As a result, in the second region R2, which is less likely to become hot, the resistance heating of the conductive member 183 actively promotes temperature rise. This reduces temperature variation during power generation and improves battery performance.

図14は、図13に示す第1領域R1の一例を示す断面図である。セルスタック装置10Aの第1領域R1に位置する導電部材18は、互いに隣り合う一方の素子部3Aに接続された導電部材18-1と他方の素子部3Aに接続された導電部材18-2とが、インターコネクタである導電部材18-3を介して電気的に接続されている。以下、素子部3A間に位置する導電部材18-1~導電部材18-3をまとめて導電部材18と称する場合がある。 Figure 14 is a cross-sectional view showing an example of the first region R1 shown in Figure 13. The conductive members 18 located in the first region R1 of the cell stack device 10A are electrically connected via conductive member 18-3, which is an interconnector, with conductive member 18-1 connected to one adjacent element unit 3A and conductive member 18-2 connected to the other adjacent element unit 3A. Hereinafter, conductive members 18-1 to 18-3 located between element units 3A may be collectively referred to as conductive members 18.

上述したように、発電時に高温となったセルスタック装置10Aの中心付近では、温度が低下しにくいことから、セルスタック装置10A内の温度にばらつきが生じる場合がある。具体的には、セルスタック装置10Aの中央部は、セルスタック装置10Aの中心から離れた外縁側よりも温度が上昇し、たとえば、発電に適した温度よりも高温となり、耐久性が低下しやすくなる。 As mentioned above, the temperature near the center of the cell stack device 10A, which becomes hot during power generation, is difficult to reduce, which can result in variations in temperature within the cell stack device 10A. Specifically, the temperature in the center of the cell stack device 10A rises more than on the outer edges away from the center of the cell stack device 10A, and for example, the temperature becomes higher than that suitable for power generation, which can easily reduce durability.

そこで、図14に示すように、セルスタック装置10Aが有する第1領域R1に位置する素子部3A間に、第1部位181と第2部位182とを有する導電部材18を適用することで温度のばらつきを低減させてもよい。具体的には、第1部位181が素子部3A間のX軸方向および/またはY軸方向の中央部分に接続され、第2部位182が素子部3A間のX軸方向および/またはY軸方向の中央部分から離れた部位に接続されるように導電部材18を位置させる。第1部位181の抵抗率は、第2部位182の抵抗率よりも大きい。 As shown in FIG. 14, temperature variation may be reduced by applying a conductive member 18 having a first portion 181 and a second portion 182 between element units 3A located in the first region R1 of the cell stack device 10A. Specifically, the conductive member 18 is positioned so that the first portion 181 is connected to the central portion between the element units 3A in the X-axis direction and/or Y-axis direction, and the second portion 182 is connected to a portion away from the central portion between the element units 3A in the X-axis direction and/or Y-axis direction. The resistivity of the first portion 181 is greater than the resistivity of the second portion 182.

これにより、第1部位181では、第2部位182よりも通電量が低減し、第1部位181の温度上昇が低減される。このため、本実施形態によれば、セルスタック装置10Aの耐久性が高くなる。 As a result, the amount of current flowing through the first portion 181 is less than that through the second portion 182, reducing the temperature rise in the first portion 181. Therefore, according to this embodiment, the durability of the cell stack device 10A is increased.

なお、上記では、導電部材18-1~導電部材18-3をまとめて導電部材18として説明したが、導電部材18-1および導電部材18-2とは異なる導電部材18-3を第3部材として適用し、導電部材18-1および導電部材18-2を直列に接続してもよい。 In the above description, conductive members 18-1 to 18-3 are collectively referred to as conductive member 18. However, conductive member 18-3, which is different from conductive members 18-1 and 18-2, may be used as a third member, and conductive members 18-1 and 18-2 may be connected in series.

図15は、第2の実施形態に係る電気化学セル装置の別の一例を示す断面図である。図15に示すセルスタック装置10Bは、第1領域R1に位置する導電部材18として抵抗率の異なる第1部材18Aと第2部材18Bとを有する点で図14に示す導電部材18と相違する。第2部材18Bの抵抗率は、第1部材18Aの抵抗率よりも小さく、第1部材18Aおよび第2部材18Bは、隣り合う素子部3A間にそれぞれ配置される。このように、導電部材18として抵抗率の異なる第1部材18Aおよび第2部材18Bを使用した場合であっても、セルスタック装置10Bの中心部分での温度上昇が低減される。このため、本変形例によれば、セルスタック装置10Bの耐久性が高くなる。 Figure 15 is a cross-sectional view showing another example of an electrochemical cell device according to the second embodiment. The cell stack device 10B shown in Figure 15 differs from the conductive member 18 shown in Figure 14 in that it has a first member 18A and a second member 18B with different resistivities as the conductive member 18 located in the first region R1. The resistivity of the second member 18B is lower than that of the first member 18A, and the first member 18A and the second member 18B are respectively disposed between adjacent element units 3A. In this way, even when the first member 18A and the second member 18B with different resistivities are used as the conductive member 18, the temperature rise in the central portion of the cell stack device 10B is reduced. Therefore, this modification improves the durability of the cell stack device 10B.

また、第2領域R2(図13参照)に位置する導電部材183は、第2部位182または第2部材18Bよりも抵抗率が大きい。これにより、高温になりにくい第2領域R2において、導電部材183の抵抗発熱により積極的に温度上昇を促進させる。このため、発電時における温度のばらつきが低減し、電池性能が向上する。なお、第2領域R2に位置する導電部材183も、第1領域R1に位置する導電部材18のように、互いに隣り合う一方の素子部3Aに接続された導電部材18-1と他方の素子部3Aに接続された導電部材18-2とが、インターコネクタである導電部材18-3を介して電気的に接続されていてもよい。 Furthermore, the conductive member 183 located in the second region R2 (see FIG. 13) has a higher resistivity than the second portion 182 or the second member 18B. This actively promotes temperature rise in the second region R2, where temperatures are less likely to become high, through resistance heating of the conductive member 183. This reduces temperature variation during power generation and improves battery performance. Note that, like the conductive member 18 located in the first region R1, the conductive member 18-1 connected to one adjacent element portion 3A and the conductive member 18-2 connected to the other adjacent element portion 3A may also be electrically connected via the conductive member 18-3, which is an interconnector, in the conductive member 18 located in the second region R2.

[第3の実施形態]
図16Aは、第3の実施形態に係る電気化学セル装置を構成する電気化学セルの一例を示す横断面図である。図16B、図16Cは、第3の実施形態に係る電気化学セルの他の一例を示す横断面図である。本実施形態においては、図2Aまたは図11に示すセルスタック装置10に、図16A~図16Cに示すセル1を適用したものをセルスタック装置10Cとする。
[Third embodiment]
Fig. 16A is a cross-sectional view showing an example of an electrochemical cell constituting an electrochemical cell device according to the third embodiment. Figs. 16B and 16C are cross-sectional views showing another example of an electrochemical cell according to the third embodiment. In this embodiment, a cell stack device 10C is formed by applying the cell 1 shown in Figs. 16A to 16C to the cell stack device 10 shown in Fig. 2A or 11.

図16A~図16Cに示すように、セル1は、燃料極層5、固体電解質層6、中間層7および空気極層8が積層された素子部3Cと、支持基板2とを有している。支持基板2は、素子部3Cの燃料極層5と接する部位に貫通孔または細孔を有するとともに、ガス流路2aの外側に位置する部材120を有する。支持基板2は、ガス流路2aと素子部3Cとの間でガスを流通させることができる。支持基板2は、例えば、1または2以上の金属部材を含んでもよい。金属部材の材料は、クロムを含有する合金であってもよい。金属部材は、導電性の被覆層を有していてもよい。支持基板2は、隣接するセル1同士を電気的に接続する導電部材である。素子部3Cは、支持基板2上に直接形成されていてもよいし、接合材により支持基板2に接合されていてもよい。 As shown in Figures 16A to 16C, the cell 1 includes an element portion 3C, which is composed of a stack of an anode layer 5, a solid electrolyte layer 6, an intermediate layer 7, and an air cathode layer 8, and a support substrate 2. The support substrate 2 has through-holes or pores at the portion of the element portion 3C that contacts the anode layer 5, and includes a member 120 located outside the gas flow path 2a. The support substrate 2 allows gas to flow between the gas flow path 2a and the element portion 3C. The support substrate 2 may include, for example, one or more metal members. The material of the metal member may be an alloy containing chromium. The metal member may have a conductive coating layer. The support substrate 2 is a conductive member that electrically connects adjacent cells 1. The element portion 3C may be formed directly on the support substrate 2, or may be bonded to the support substrate 2 with a bonding material.

図16Aに示す例では、燃料極層5の側面は固体電解質層6により被覆され、燃料ガスが流れるガス流路2aを気密に封止している。図16Bに示すように、燃料極層5の側面は緻密な封止材9で被覆され、封止されていてもよい。燃料極層5の側面を被覆する封止材9は、電気絶縁性を有していてもよい。封止材9の材料は、例えばガラスまたはセラミックスであってもよい。 In the example shown in Figure 16A, the side surfaces of the fuel electrode layer 5 are covered with a solid electrolyte layer 6, airtightly sealing the gas flow path 2a through which the fuel gas flows. As shown in Figure 16B, the side surfaces of the fuel electrode layer 5 may be covered and sealed with a dense sealing material 9. The sealing material 9 covering the side surfaces of the fuel electrode layer 5 may be electrically insulating. The material of the sealing material 9 may be, for example, glass or ceramics.

また、支持基板2のガス流路2aは、図16Cに示すように凹凸を有する部材120により形成されていてもよい。 Furthermore, the gas flow path 2a of the support substrate 2 may be formed by a member 120 having projections and recesses, as shown in Figure 16C.

本実施形態において、部材120は、隣接する別のセル1の空気極層8と、セル間接続部材などの他の導電部材および接合材を介して接合されている。なお、部材120は、他の導電部材等を介さずに直接別のセル1の空気極層8と接触していてもよい。 In this embodiment, the member 120 is joined to the air electrode layer 8 of another adjacent cell 1 via other conductive members such as inter-cell connecting members and bonding materials. Note that the member 120 may also be in direct contact with the air electrode layer 8 of another cell 1 without the intermediary of other conductive members, etc.

本実施形態では、第1部位181と第2部位182とを有する支持基板2(導電部材18)を備えるセル1を、セルスタック装置10Cの第1領域R1に配置する。具体的には、支持基板2(導電部材18)の第1部位181を比較的高温となるセル1の部分1aに位置させ、第2部位182を比較的低温となるセル1の部分1bに位置させる。第1部位181の抵抗率が、第2部位182の抵抗率よりも大きいことにより、第1部位181では、第2部位182よりも通電量が低減し、部分1aでの温度上昇が低減される。このため、本実施形態によれば、支持基板2(導電部材18)およびセルスタック装置10の耐久性が高くなる。なお、図16A~図16Cでは、高温となるセル1の部分1aとして、第2の実施形態のように素子部3Bの中心に近い部分を示したが、第1の実施形態のように燃料ガスの排出口側に近い部分が、高温となるセル1の部分1aとなる場合もある。 In this embodiment, a cell 1 including a support substrate 2 (conductive member 18) having a first portion 181 and a second portion 182 is arranged in the first region R1 of the cell stack device 10C. Specifically, the first portion 181 of the support substrate 2 (conductive member 18) is positioned in the portion 1a of the cell 1 that is relatively hot, and the second portion 182 is positioned in the portion 1b of the cell 1 that is relatively cold. Because the resistivity of the first portion 181 is higher than that of the second portion 182, the amount of current flowing through the first portion 181 is lower than that of the second portion 182, thereby reducing the temperature rise in portion 1a. Therefore, this embodiment improves the durability of the support substrate 2 (conductive member 18) and the cell stack device 10. Note that in Figures 16A to 16C, the portion 1a of the cell 1 that is hot is shown as being near the center of the element portion 3B, as in the second embodiment. However, as in the first embodiment, the portion 1a of the cell 1 that is hot may be near the fuel gas outlet.

なお、第1領域R1および第2領域R2は、図3、4、12、13に示した例に限定されない。第1領域R1および第2領域R2は、セルスタックの構造、特性などに応じて適宜設定することができる。たとえば、セルスタックの中央である第1領域R1に隣接して位置する2つのセル1に挟まれた1つの導電部材18が、第1部位と第2部位を有し、セルスタックの一方の端部である第2領域R2に位置する1つの導電部材18が、第2部位182より大きい抵抗率を有していてもよい。 Note that the first region R1 and the second region R2 are not limited to the examples shown in Figures 3, 4, 12, and 13. The first region R1 and the second region R2 can be set as appropriate depending on the structure, characteristics, etc. of the cell stack. For example, one conductive member 18 sandwiched between two cells 1 located adjacent to the first region R1 at the center of the cell stack may have a first portion and a second portion, and one conductive member 18 located in the second region R2 at one end of the cell stack may have a higher resistivity than the second portion 182.

また、第1領域R1に位置する導電部材18の第1部位181と第2部位182との配置および比率は、第1領域R1に位置するセル1の構造、に応じて適宜設定することができる。 In addition, the arrangement and ratio of the first portion 181 and second portion 182 of the conductive member 18 located in the first region R1 can be set appropriately depending on the structure of the cell 1 located in the first region R1.

<その他の変形例>
上述の各実施形態では、「電池化学セル」、「電池化学セル装置」、「モジュール」および「モジュール収容装置」の一例として燃料電池セル、燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を示したが、他の例としてはそれぞれ、電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置であってもよい。電解セルは、水素極および酸素極を有し、電力の供給により水蒸気を水素と酸素に分解する。また、上記実施形態では電気化学セルの電解質材料の一例として酸化物イオン伝導体または水素イオン伝導体を示したが、水酸化物イオン伝導体であってもよい。
<Other Modifications>
In the above-described embodiments, a fuel cell, a fuel cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device are shown as examples of a "battery chemical cell," a "battery chemical cell device," a "module," and a "module housing device." However, other examples may be an electrolytic cell, an electrolytic cell stack device, an electrolytic module, and an electrolytic device, respectively. The electrolytic cell has a hydrogen electrode and an oxygen electrode, and decomposes water vapor into hydrogen and oxygen when supplied with electric power. Furthermore, in the above-described embodiments, an oxide ion conductor or a hydrogen ion conductor is shown as an example of the electrolyte material of the electrochemical cell, but a hydroxide ion conductor may also be used.

以上、本開示について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。 The present disclosure has been described in detail above, but the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements are possible without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

以上のように、実施形態に係る電気化学セル装置(たとえば、セルスタック装置10)は、セルスタック11と、導電部材18とを備える。セルスタック11は、第1方向に並ぶ複数の素子部3を有する。導電部材18は、複数の素子部3の間にそれぞれ位置する。セルスタック11は、第1方向の中央部に位置する第1領域R1と、第1方向の端部に位置する第2領域R2とを有する。第1領域R1に位置する導電部材18は、第1部位181と、第1部位181よりも抵抗率が小さい第2部位182とを有する。第2領域R2に位置する導電部材183は、第2部位182よりも抵抗率が大きい。これにより、耐久性が高い導電部材18が提供可能となる。 As described above, an electrochemical cell device (e.g., cell stack device 10) according to an embodiment includes a cell stack 11 and a conductive member 18. The cell stack 11 has a plurality of element units 3 aligned in a first direction. The conductive members 18 are located between the plurality of element units 3. The cell stack 11 has a first region R1 located in the center in the first direction and a second region R2 located at an end in the first direction. The conductive member 18 located in the first region R1 has a first portion 181 and a second portion 182 having a lower resistivity than the first portion 181. The conductive member 183 located in the second region R2 has a higher resistivity than the second portion 182. This makes it possible to provide a conductive member 18 with high durability.

また、本開示の電気化学セル装置(たとえば、セルスタック装置10)は、セルスタック11と、導電部材18とを備える。セルスタック11は、第1方向に並ぶ複数の素子部3を有する。導電部材18は、複数の素子部3の間にそれぞれ位置する。セルスタック11は、第1方向の中央部に位置する第1領域R1と、第1方向の端部に位置する第2領域R2とを有する。第1領域R1に位置する導電部材18は、第1部材18Aと、第1部材18Aよりも抵抗率が小さい第2部材18Bとを有する。第2領域R2に位置する導電部材183は、第2部材18Bよりも抵抗率が大きい。これにより、耐久性が高い電気化学セル装置が提供可能となる。 An electrochemical cell device (e.g., cell stack device 10) of the present disclosure includes a cell stack 11 and a conductive member 18. The cell stack 11 has a plurality of element units 3 aligned in a first direction. The conductive members 18 are located between the plurality of element units 3. The cell stack 11 has a first region R1 located in the center in the first direction and a second region R2 located at an end in the first direction. The conductive member 18 located in the first region R1 has a first member 18A and a second member 18B having a lower resistivity than the first member 18A. The conductive member 183 located in the second region R2 has a higher resistivity than the second member 18B. This makes it possible to provide an electrochemical cell device with high durability.

また、本開示のモジュール100は、上記に記載の電気化学セル装置と、電気化学セル装置を収納する収納容器101とを備える。これにより、耐久性が高いモジュール100とすることができる。 The module 100 of the present disclosure also includes the electrochemical cell device described above and a storage container 101 that houses the electrochemical cell device. This allows for a highly durable module 100.

また、本開示のモジュール収容装置110は、上記に記載のモジュール100と、モジュール100の運転を行うための補機と、モジュール100および補機を収容する外装ケース111とを備える。これにより、耐久性が高いモジュール収容装置110とすることができる。 The module housing device 110 of the present disclosure also includes the module 100 described above, auxiliary equipment for operating the module 100, and an exterior case 111 for housing the module 100 and auxiliary equipment. This allows for a highly durable module housing device 110.

今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。 The embodiments disclosed herein should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. Indeed, the above-described embodiments may be embodied in a variety of forms. Furthermore, the above-described embodiments may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.

1 セル
3 素子部
10 セルスタック装置
11 セルスタック
12 固定部材
13 固定材
14 支持部材
15 支持体
16 ガスタンク
17 端部集電部材
18 導電部材
100 モジュール
110 モジュール収容装置
181 第1部位
182 第2部位
183 導電部材
REFERENCE SIGNS LIST 1 Cell 3 Element section 10 Cell stack device 11 Cell stack 12 Fixing member 13 Fixing material 14 Supporting member 15 Support body 16 Gas tank 17 End current collecting member 18 Conductive member 100 Module 110 Module accommodating device 181 First portion 182 Second portion 183 Conductive member

Claims (4)

第1方向に並ぶ複数の素子部を有するセルスタックと、
前記複数の素子部の間にそれぞれ位置する導電部材と
を備え、
前記セルスタックは、前記第1方向の中央部に位置する第1領域と、前記第1方向の端部に位置する第2領域とを有し、
前記第1領域に位置する前記導電部材は、前記第1方向に交差する第2方向の中央部に位置する第1部位と、前記第2方向の端部に位置し、前記第1部位よりも抵抗率が小さい第2部位とを有し、
前記第2領域に位置する前記導電部材は、前記第2部位よりも抵抗率が大きい
電気化学セル装置。
a cell stack having a plurality of element units aligned in a first direction;
and a conductive member located between each of the plurality of element portions,
the cell stack has a first region located in a center portion in the first direction and a second region located at an end portion in the first direction,
the conductive member located in the first region has a first portion located in a central portion in a second direction intersecting the first direction , and a second portion located at an end portion in the second direction and having a resistivity lower than that of the first portion,
The conductive member located in the second region has a higher resistivity than the second portion.
前記第1領域は、前記第2領域よりも最高温度が高い
請求項1に記載の電気化学セル装置。
The electrochemical cell device according to claim 1 , wherein the first region has a higher maximum temperature than the second region.
請求項1または2に記載の電気化学セル装置と、
前記電気化学セル装置を収納する収納容器と
を備えるモジュール。
The electrochemical cell device according to claim 1 or 2 ;
a housing container for housing the electrochemical cell device.
請求項に記載のモジュールと、
前記モジュールの運転を行うための補機と、
前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースと
を備えるモジュール収容装置。
A module according to claim 3 ;
Auxiliary equipment for operating the module;
an outer case that houses the module and the auxiliary equipment.
JP2022116152A 2022-07-21 2022-07-21 Electrochemical cell device, module, and module housing device Active JP7799573B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022116152A JP7799573B2 (en) 2022-07-21 2022-07-21 Electrochemical cell device, module, and module housing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022116152A JP7799573B2 (en) 2022-07-21 2022-07-21 Electrochemical cell device, module, and module housing device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2024013791A JP2024013791A (en) 2024-02-01
JP7799573B2 true JP7799573B2 (en) 2026-01-15

Family

ID=89718369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022116152A Active JP7799573B2 (en) 2022-07-21 2022-07-21 Electrochemical cell device, module, and module housing device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7799573B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024106477A1 (en) * 2022-11-15 2024-05-23 京セラ株式会社 Electrochemical cell device, module, and module accommodating device
JP2026045777A (en) * 2024-08-30 2026-03-13 三菱重工業株式会社 Water electrolysis apparatus, control method, and program

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003282103A (en) 2002-03-25 2003-10-03 Toto Ltd Fuel cell unit and fuel cell system
JP2005019037A (en) 2003-06-24 2005-01-20 Mitsubishi Materials Corp Fuel cell
JP2006054175A (en) 2004-07-13 2006-02-23 Kyocera Corp Fuel cell
WO2008041593A1 (en) 2006-09-27 2008-04-10 Kyocera Corporation Fuel battery cell stack and fuel battery
JP2009146591A (en) 2007-12-11 2009-07-02 Toyota Motor Corp Fuel cell
JP2009176609A (en) 2008-01-25 2009-08-06 Toyota Motor Corp Fuel cell stack and current collector plate used in fuel cell stack
JP2009231168A (en) 2008-03-25 2009-10-08 Kyocera Corp Cell stack and fuel battery module

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003282103A (en) 2002-03-25 2003-10-03 Toto Ltd Fuel cell unit and fuel cell system
JP2005019037A (en) 2003-06-24 2005-01-20 Mitsubishi Materials Corp Fuel cell
JP2006054175A (en) 2004-07-13 2006-02-23 Kyocera Corp Fuel cell
WO2008041593A1 (en) 2006-09-27 2008-04-10 Kyocera Corporation Fuel battery cell stack and fuel battery
JP2009146591A (en) 2007-12-11 2009-07-02 Toyota Motor Corp Fuel cell
JP2009176609A (en) 2008-01-25 2009-08-06 Toyota Motor Corp Fuel cell stack and current collector plate used in fuel cell stack
JP2009231168A (en) 2008-03-25 2009-10-08 Kyocera Corp Cell stack and fuel battery module

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024013791A (en) 2024-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7453485B1 (en) Electrochemical cells, electrochemical cell equipment, modules and module housing equipment
JP7799573B2 (en) Electrochemical cell device, module, and module housing device
JP7672999B2 (en) Electrochemical cell, electrochemical cell device, module and module housing device
EP4239730A1 (en) Cell, cell stack device, module, and module storage device
JP7843343B2 (en) Electrochemical cell apparatus, modules, and module housings
JP7657386B1 (en) Solid electrolyte layer, electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module housing device
JP7794994B2 (en) Electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module housing device
JP7664714B2 (en) Cell, cell stack device, module, and module housing device
JP7583227B2 (en) Electrochemical cell, electrochemical cell device, module and module housing device
JP7736801B2 (en) Electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module housing device
EP4475239A1 (en) Electrochemical cell device, module, and module housing device
WO2024106477A1 (en) Electrochemical cell device, module, and module accommodating device
EP4489151A1 (en) Electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module accommodating device
JP7678720B2 (en) Cell, cell stack device, module, and module housing device
WO2024143355A1 (en) Electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module-accommodating device
WO2026029158A1 (en) Electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module storage device
JP2025021470A (en) Electrochemical cell, electrochemical cell device, module and module housing device
JP2026023060A (en) Conductive member, electrochemical cell device, module, and module housing device
JP2024048859A (en) Electrochemical cell device, module and module housing device
JP2024060852A (en) Electrochemical cell device, module and module housing device
WO2025047876A1 (en) Electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module housing device
WO2025095015A1 (en) Electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module accommodation device
WO2024150829A1 (en) Electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module storage device
JP2025153200A (en) Conductive member, electrochemical cell device, module, and module housing device
WO2024117052A1 (en) Composite member, electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module storage device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240918

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250820

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250909

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20251105

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20251209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20251226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7799573

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150