CN105308215A - 电池单元、电池堆装置、电池单元装置以及模块 - Google Patents

电池单元、电池堆装置、电池单元装置以及模块 Download PDF

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Abstract

提供一种电池单元、电池堆装置、电池单元装置以及模块。本实施方式的电池单元(1)的特征在于，具有：电池堆(7)，其具备柱状的多个电池(2)，所述电池(2)具有内侧电极层(9)、固体氧化物型的固体电解质层(10)、和外侧电极层(11)，且具有沿着长度方向从一端贯通至另一端的流通孔(13)；第1歧管(3)，其用于对多个电池(2)的一端部进行固定，并且向流通孔(13)提供水蒸气；和第2歧管(5)，其对多个电池(2)的另一端部进行固定，并且回收从流通孔(13)排出的气体。

Description

电池单元、电池堆装置、电池单元装置以及模块
技术领域
本发明涉及电池单元、电池堆装置、电池单元装置以及模块。
背景技术
当前，作为制造氢(H2)的技术，提倡使用了电池的水电解装置。
作为这种水电解装置，已知对在固体高分子型的电解质膜的两侧设置电极体并在它们的两侧配设供电体而成的单元进行层叠，对该层叠方向的两端施加电压，由此提供给外侧电极层侧供电体的水被分解，生成氢(例如，参照专利文献1)。
此外，作为近年来制造氢的其他方法，还提倡使用具备固体氧化物型的电解质膜的电池(SOEC)的高温水蒸气电解法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2012-41568号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，特别是对于使用具备固体氧化物型的电解质的电池(SOEC)的水电解装置，关于其具体的构成存在改善的余地。
因此，本发明的目的在于，提供一种更具体的构成的电池单元、电池堆装置、电池单元装置以及模块。
解决课题的手段
本发明的电池单元的特征在于，具有：电池堆，其具备柱状的多个电池，所述电池具有依次层叠了内侧电极层、固体氧化物型的电解质层、和外侧电极层而成的元件部，且具有沿着长度方向从一端贯通至另一端的流通孔；第1歧管，其用于对所述多个电池的一端部进行固定，并且向所述流通孔提供气体；和第2歧管，其对所述多个电池的另一端部进行固定，并且回收从所述流通孔排出的气体。
此外，本发明的电池堆装置的特征在于具有上述电池单元、和用于对所述电池的长度方向上的中央部侧进行加热的加热体。
此外，本发明的电池单元装置的特征在于，多个上述电池单元在上下方向上并置，并使得所述电池配置于水平方向。
此外，本发明的模块的特征在于，在收纳容器内收纳有上述电池单元、或者上述电池堆装置、或者上述电池单元装置。
进而，本发明的模块的特征在于，在收纳容器内收纳有上述电池单元、或者上述电池单元装置，并且在收纳容器设置有与电池单元或电池单元装置分开地设置的用于对所述电池的长度方向上的中央部侧进行加热的加热体。
发明效果
本发明的电池单元能够对电池容易地提供气体，并且能够容易地回收从电池排出的气体。
此外，本发明的电池堆装置能够通过加热体来提高反应效率高的电池的中央部侧的温度，因此能够提高反应效率。
此外，本发明的电池单元装置能够以简单的构成，容易地回收从电池排出的气体。
进而，本发明的模块能够成为反应效率得到了提高的模块。
附图说明
图1(a)是表示本实施方式的电池单元的一例的外观立体图，(b)是对(a)所示的x-x线处的剖面进行部分省略来表示的剖面图。
图2(a)是表示本实施方式的电池堆的另一例的横剖面图，(b)是(a)的y-y处的纵剖面图。
图3(a)、(b)是表示本实施方式的电池的又一例的纵剖面图。
图4(a)、(b)是表示本实施方式的电池堆的又一例的横剖面图。
图5(a)、(b)是表示本实施方式的电池堆装置的一例的外观立体图。
图6是表示本实施方式的电池堆装置的另一例的外观立体图。
图7是表示本实施方式的电池堆装置的又一例的外观立体图。
图8(a)、(b)是表示本实施方式的电池单元装置的一例的外观立体图。
图9(a)、(b)是对本实施方式的电池单元装置中的第1歧管的连接状态进行摘录表示的外观立体图。
图10(a)、(b)是表示本实施方式的电池单元装置的另一例的外观立体图。
图11是表示本实施方式的模块的一例的示意图。
具体实施方式
图1(a)是表示本实施方式的电池单元的一例的外观立体图，(b)是对(a)所示的x-x线处的剖面进行部分省略来表示的剖面图。
图1(a)所示的电池单元1具备电池堆7，电池堆7是将柱状的电池2排列多个而成的，电池2具有内侧电极层、固体氧化物型的固体电解质、和外侧电极层，且具有沿着长度方向从一端贯通到另一端的流通孔。另外，在以下的说明中，作为电池2以进行水(水蒸气)的电解的电解电池为例进行说明。
此外，在图1所示的电池单元1中，示出了将电池2排列为一列而成的电池堆7，但也可以采用将电池2设置多列/多行而成的电池堆7。
多个电池2的一端部固定于用于向流通孔提供水蒸气的第1歧管3。另外，在第1歧管3连接有用于向内部导入水蒸气的导入管4。关于电池2在后面叙述，在此，例如在电池2包含Ni而成的情况下，若向电池2仅提供水蒸气，则Ni有可能被水蒸气氧化。若Ni被氧化，则含有Ni的支撑体、内侧电极层因氧化而引起体积变化，伴随于此在固体电解质上产生过度的应力，从而有时固体电解质被破坏。由此发生固体电解质的交叉泄露，电池2的性能大幅劣化。因此，为了避免这一情况，也可以除了水蒸气之外还提供少量的氢，对电池2的氧化进行抑制。
另一方面，多个电池2的另一端部固定于对从流通孔排出的含氢的气体进行回收的第2歧管5。另外，在第2歧管5连接有用于对含氢的气体进行回收的回收管6。
即，电池单元1构成为具备电池2、对电池2的一端部进行固定的第1歧管3、和对电池2的另一端部进行固定的第2歧管5，经由导入管4而流入第1歧管3的水蒸气，在流经电池2的期间通过电解而成为含氢的气体，该含氢的气体在流入第2歧管5之后，被回收管6回收。通过将电池单元1设为这种构成，能够以非常简单的构成，对电池2容易地提供水蒸气，并且能够容易地回收从电池2排出的含氢的气体。
在此，在图1(a)所示的电池单元1中，采用了电池2配置于水平方向的构成。在竖立地设置了电池2的情况下，会对电池2施加位于其上方的第2歧管5的自重，有可能在电池2产生破损等，而通过图1(a)所示采用电池2配置于水平方向的构成，能够抑制在电池2产生破损等。
在使用具备固体氧化物型的固体电解质的电池(SOEC电池)作为电池2的情况下，通过向电池2提供水蒸气，同时将电池2加热到600～1000℃，并且以1.0～1.5V(平均每1根电池)来施加电压，从而向电池2提供的水蒸气的一部分或者全部，在内侧电极层和外侧电极层产生下述反应式所示的反应，被分解为氢和氧。另外，氧从后述的外侧电极层排出。
内侧电极层：H2O+2e-→H2+O2-
外侧电极层：O2 -→1/2O2+2e-
以下，利用图1(b)对电池2的构成进行说明。另外，在图1(b)中，对图1(a)所示的电池单元1的剖面图进行部分省略来表示。
如图1(a)、(b)所示，电池2具备中空平板型、剖面为扁平状、整体来看呈椭圆柱状的多孔质的导电性支撑体(以下，有时称作支撑体)8。
在支撑体8的内部，以适当的间隔形成有多个流通孔13，使其沿着电池2的长度方向L从一端贯通至另一端，电池2具有在该支撑体8上设置了各种构件的构造。另外，流通孔13在电池2的横剖面上呈圆形为宜。
从图1(b)所示的形状可以理解，支撑体8由相互平行的一对平坦面n、和连接一对平坦面n的两端的侧面(弧状部)m构成。平坦面n的两面形成为大致相互平行，覆盖平坦面n的一方的表面和两侧的侧面m地设置有多孔质的内侧电极层9，进而，覆盖该内侧电极层9地层叠有致密质地的固体电解质层10。此外，在固体电解质层10上，与内侧电极层9面对地层叠有多孔质的外侧电极层11，内侧电极层9、固体电解层4以及外侧电极层11重叠的部分成为元件部a(电解元件部)。此外，在内侧电极层9以及固体电解质层10未层叠的另一方的平坦面n上，层叠有互连器(interconnector)12。
从图1(b)可知，固体电解质层10经由连接平坦面n的两端的弧状的侧面m而延伸至另一方的平坦面n侧，互连器12的两端面与内侧电极层9以及固体电解质层10的两端面抵接。另外，也可以配置为将互连器12的两端部堆积在固体电解质层10的两端部上。
另外，在互连器12与支撑体8之间，可以设置用于将互连器12和支撑体8牢固地接合的密接层，此外，在固体电解质层10与外侧电极层11之间，可以设置用于抑制固体电解质层10和外侧电极层11的成分发生反应而产生电阻高的反应生成物的反应防止层。
在此，在电池2中，使水蒸气流入支撑体8内的流通孔13，并加热到上述的给定工作温度，并且在内侧电极层9与外侧电极层11之间施加上述的给定电压，由此能够产生电解反应。另外，通过经由层叠在支撑体8上的互连器12使电流流入电池2来施加电压。以下，对构成电池2的各构成依次进行说明。
支撑体8为了使水蒸气透过至固体电解质层10而被要求具有透过水蒸气的透过性、为了经由互连器12使电流流动而被要求为导电性，因此，例如优选由铁族金属成分和特定的无机氧化物(例如稀土类元素氧化物)形成。
作为铁族金属成分，可以列举铁族金属单体、铁族金属氧化物、铁族金属的合金或者合金氧化物等。更详细来说，例如，可以使用Fe、Ni以及Co作为铁族金属，特别是由于廉价而优选含有Ni以及/或者NiO作为铁族成分/铁族金属氧化物。另外，除了Ni以及/或者NiO之外也可以含有Fe、Co。另外，NiO被通过电解反应而产生的H2还原，一部分或者全部作为Ni而存在。
此外，稀土类元素氧化物是为了使支撑体8的热膨胀系数接近固体电解质层10的热膨胀系数而使用的，包含从由Y、Lu、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd、Sm、Pr构成的群中选择的至少1种元素的稀土类元素氧化物可以与上述铁族成分组合来使用。作为这种稀土类元素氧化物的具体例，可以例示Y2O3、Lu2O3、Yb2O3、Tm2O3、Er2O3、Ho2O3、Dy2O3、Gd2O3、Sm2O3、Pr2O3，从几乎没有与铁族金属的氧化物的固溶、反应，而且热膨胀系数与固体电解质层10几乎为同等程度，并且廉价这些点出发，优选Y2O3、Yb2O3。
在此，在维持支撑体8的良好的导电率，并且使热膨胀系数与固体电解质层10近似这些点上，优选铁族金属成分和稀土类元素氧化物成分以烧成-还原后的体积比率为35∶65～65∶35的体积比而存在。另外，在使用Ni作为铁族金属成分、使用Y2O3作为稀土类元素氧化物成分的情况下，优选含有Ni/(Ni+Y)成为79～93摩尔％。另外，在支撑体8中，在不损害所要求的特性的范围内，也可以含有其他金属成分或氧化物成分。
此外，支撑体8需要具有水蒸气透过性，因此通常优选开气孔率为30％以上，特别优选处于35～50％的范围。此外，支撑体8的导电率设为50S/cm以上，更优选设为300S/cm以上，特别优选设为440S/cm以上。
另外，支撑体8的平坦面n的长度(支撑体8的宽度方向的长度)通常为15～35mm，侧面m的长度(弧的长度)优选为2～8mm，支撑体8的厚度(平坦面n的两面间的厚度)优选为1.5～5mm。
内侧电极层9是使电极反应产生的电极层，优选其自身由公知的多孔质的导电性陶瓷来形成。例如，可以由固溶了稀土类元素氧化物的ZrO2或固溶了稀土类元素氧化物的CeO2、和Ni以及/或者NiO来形成。另外，作为稀土类元素，可以使用在支撑体8中例示的稀土类元素，例如可以由固溶了Y2O3的ZrO2(YSZ)和Ni以及/或者NiO来形成。
内侧电极层9中的固溶了稀土类元素氧化物的ZrO2或固溶了稀土类元素氧化物的CeO2的含有量、与Ni或者NiO的含有量，优选以烧成-还原后的体积比率为35∶65～65∶35的体积比而存在。进而，该内侧电极层9的开气孔率优选为15％以上，特别优选处于20～40％的范围，其厚度优选为1～30μm。例如，若内侧电极层9的厚度太薄，则有可能性能下降，此外若太厚，则有可能在固体电解质层10与内侧电极层9之间产生热膨胀差所引起的剥离等。
此外，在图1(b)的例子中，内侧电极层9从一方的平坦面n(在图中位于左侧的平坦面n)经由侧面m而延伸至另一方的平坦面n(在图中位于右侧的平坦面n)，但只要形成于与外侧电极层11面对的位置即可，因此例如也可以仅在设置有外侧电极层11的一侧的平坦面n形成内侧电极层9。即，也可以设为如下构造：内侧电极层9仅设置于平坦面n，固体电解质层10形成在内侧电极层9上、两侧面m上以及未形成内侧电极层9的另一方的平坦面n上。
固体电解质层10优选使用包括含有3～15摩尔％的Y2O3、Sc2O3、Yb2O3等稀土类元素氧化物的部分稳定化或者稳定化ZrO2的致密质地的陶瓷。此外，作为稀土类元素，从廉价这一点出发优选Y。进而，固体电解质层10从防止水蒸气的透过这一点出发，期望相对密度(基于阿基米德法)为93％以上，特别期望为95％以上的致密质地，并且优选其厚度为5～50μm。
如上所述，出于在固体电解质层10与后述的外侧电极层11之间，使固体电解质层10与外侧电极层11的接合牢固，并且抑制固体电解质层10的成分与外侧电极层11的成分发生反应而产生电阻高的反应生成物的目的，也可以具备反应防止层。
作为反应防止层，可以由含有Ce(铈)和其他稀土类元素的组成来形成，例如，优选具有由(CeO2)1-x(REO1.5)x来表示的组成，其中RE为Sm、Y、Yb、Gd的至少1种，x是满足0＜x≤0.3的数。进而，从降低电阻这一点出发，优选使用Sm或Gd作为RE，例如优选包括固溶了10～20摩尔％的SmO1.5或GdO1.5的CeO2。
此外，出于将固体电解质层10与外侧电极层11牢固地接合，并且进一步抑制固体电解质层10的成分与外侧电极层11的成分发生反应而产生电阻高的反应生成物的目的，也可以由2层来形成反应防止层。
作为外侧电极层11，优选由包括所谓ABO3型的钙钛矿型氧化物的导电性陶瓷来形成。作为这样的钙钛矿型氧化物，优选过渡金属钙钛矿型氧化物，特别优选在A位点(site)处Sr与La共存的LaMnO3系氧化物、LaFeO3系氧化物、LaCoO3系氧化物的至少1种，从600～1000℃程度的工作温度下的电传导性高这一点出发特别优选LaCoO3系氧化物。另外，在上述钙钛矿型氧化物中，也可以在A位点处存在Sr和La，在B位点处与Co(钴)一起存在Fe(铁)、Mn(锰)。
此外，外侧电极层11需要具有氧气的透过性，因此，形成外侧电极层11的导电性陶瓷(钙钛矿型氧化物)优选开气孔率为20％以上，特别优选处于30～50％的范围。进而，外侧电极层11的厚度从电池2的导电性的观点出发优选为30～100μm。
此外，在支撑体8的与外侧电极层11侧相反侧的平坦面n上，层叠有互连器12。
作为互连器12，优选由导电性陶瓷形成，但由于与含氢的流体以及含氧的流体接触，因此需要具有耐还原性、耐氧化性。因此，作为具有耐还原性、耐氧化性的导电性陶瓷，一般优选使用铬酸镧系的钙钛矿型氧化物(LaCrO3系氧化物)。进而，特别出于使支撑体8与固体电解质层10的热膨胀系数接近的目的，优选使用在B位点处存在Mg的LaCrMgO3系氧化物。另外Mg的量可以适当调整，使得互连器12的热膨胀系数接近支撑体8以及固体电解质层10的热膨胀系数，具体来说成为10～12ppm/K。
此外，在支撑体8与互连器12之间，如上所述，也可以设置用于减轻互连器12与支撑体8之间的热膨胀系数差等的密接层。
作为这种密接层，可以采用与内侧电极层9类似的组成。例如，可以由稀土类元素氧化物、固溶了稀土类元素氧化物的ZrO2、固溶了稀土类元素氧化物的CeO2中的至少1种、和Ni以及/或者NiO来形成。更具体来说，例如可以由包括Y2O3和Ni以及/或者NiO的组成、包括固溶了Y2O3的ZrO2(YSZ)和Ni以及/或者NiO的组成、包括固溶了Y、Sm、Gd等氧化物的CeO2和Ni以及/或者NiO的组成来形成。另外，固溶了稀土类元素氧化物的ZrO2或固溶了稀土类元素氧化物的CeO2的含有量、和Ni或者NiO的含有量，优选以烧成-还原后的体积比率为40∶60～60∶40的体积比而存在。
另外，在图1(b)中，一方的电池2的互连器12与相邻的另一方的电池2的外侧电极层11接合，由此构成了电池2彼此电连接的电池堆7。
在这种电池堆7中，使用未形成外侧电极层11的电池2，在一方的电池2的互连器12上涂敷构成外侧电极层11的膏剂，在相邻的另一方的电池2的固体电解质层10上涂敷形成外侧电极层11的所述膏剂，使涂敷了膏剂的面彼此附着，并进行热处理。由此，相邻的一方的电池2的互连器12、与另一方的电池2的外侧电极层11能够直接接合并电连接。因此，能够使电池堆7小型化。
进而，虽然在图1中进行了省略，但优选在电池堆7的两端部配置具有用于使电流流入电池堆7(电池2)的导入部的端部导电构件。
另外，一方的电池2的互连器12与另一方的电池2的外侧电极层11只要电连接即可，例如也可以在之间经由由金属等构成的导电构件来电连接。
图2(a)是表示本实施方式的电池堆的另一例的横剖面图，(b)是(a)的y-y处的纵剖面图。另外，在图2(a)中，将构成电池堆的电池2摘录2个来进行表示。
如上所述，外侧电极层11具有给定的气孔率，因此很多的气孔连通，在外侧电极层11内形成了气体通路。因此，能够使电解反应所产生的氧经由在外侧电极层11内形成的气体通路而向外侧电极层11外放出，能够以更简单的构造，排出来自电池2的气体，并且能够将多个电池2电连接。
但是，当想要更高效率地放出电解反应所产生的氧时，优选设置氧流动的流路。
因此，在图2所示的电池2中，在外侧电极层11的固体电解质侧，设置有用于从电池2排出氧的气体流路14。另外，在图2中，气体流路14的剖面形状呈半圆状，如图2(b)所示，在电池2的长度方向L上形成为直线状，在电池2的宽度方向w上隔开给定间隔而形成有6条。
由此，能够使外侧电极层11所生成的氧经由气体流路14高效率地放出到外部。
这种电池堆，首先，使用未形成外侧电极层11的电池2，在一方的电池2的互连器12上涂敷构成外侧电极层11的膏剂。接着，在相邻的另一方的电池2的固体电解质层10上涂敷树脂膏剂并进行干燥，在电池2的长度方向L上直线状地形成6条树脂层。接下来，在形成了树脂层的另一方的电池2的固体电解质层10上涂敷构成外侧电极层11的所述膏剂，使一方和另一方的电池2的涂敷了构成外侧电极层11的膏剂的面彼此附着，并进行热处理。由此，构成树脂层的树脂分解飞散，形成气体流路14，并且相邻的一方的电池2的互连器12与另一方的电池2的外侧电极层11能够接合并电连接。
图3(a)、(b)是表示本实施方式的电池的又一例的纵剖面图。
如图3(a)所示，在外侧电极层11的固体电解质侧，在电池2的宽度方向W上直线状地形成多条用于从电池2排出气体的气体流路14的情况下，也能够获得与图2的情况同样的效果。在此情况下，通过在电池2的宽度方向W上直线状地形成多条上述的树脂层，能够在电池2的宽度方向W上直线状地形成多条气体流路14。
进而，如图3(b)所示，在外侧电极层11的固体电解质侧，格子状地形成了用于从电池2排出气体的气体流路14的情况下，也能够获得与图2的情况同样的效果。
另外，气体流路14不限定于图2(b)、图3所示的气体流路，例如，也可以V字状地形成气体流路。
图4(a)、(b)是表示本实施方式的电池堆的又一例的横剖面图。
图4(a)表示在另一方的电池2的外侧电极层11的、一方的电池2的互连器12侧，具有用于从电池2排出气体的气体流路15的电池堆，气体流路15的剖面呈半圆状，在电池2的长度方向L上直线状地形成了6条。
对于这种电池堆而言，首先，使用未形成外侧电极层11的电池2，在一方的电池2的互连器12上涂敷树脂膏剂并进行干燥，在电池2的长度方向L上直线状地形成6条树脂层。接着，在形成了树脂层的一方的电池2的互连器12上，涂敷构成外侧电极层11的膏剂，并在相邻的另一方的电池2的固体电解质层表面涂敷构成外侧电极层11的膏剂。接下来，使一方和另一方的电池2的涂敷了构成外侧电极层11的膏剂的面彼此附着，并进行热处理。由此，构成树脂层的树脂分解飞散，在一方的电池2的互连器12侧形成气体流路15，并且相邻的一方的电池2的互连器12与另一方的电池2的外侧电极层11能够接合并电连接。
由此，能够将外侧电极层11所生成的氧经由气体流路15放出到外部，并且由于存在于固体电解质4的表面的外侧电极层11的面积较大，因此能够提高电解性能。
另外，虽未图示，但也可以在外侧电极层11的中央部形成气体流路。这种气体流路，首先，使用未形成外侧电极层11的电池2，在一方的电池2的互连器12上涂敷构成外侧电极层11的膏剂，并在相邻的另一方的电池2的固体电解质层表面涂敷构成外侧电极层11的膏剂。接着，使一方和另一方的电池2的涂敷了构成外侧电极层11的膏剂的面彼此经由树脂层而附着，并进行热处理。由此，构成树脂层的树脂分解飞散，在外侧电极层11的中央部形成气体流路15，并且相邻的一方的电池2的互连器12与另一方的电池2的外侧电极层11能够接合并电连接。
图4(b)表示另一方的电池2的外侧电极层11在固体电解质层10侧具有与一方的电池2的互连器12侧相比气孔率高的多孔质层17，并且多孔质层17中的气孔连续而构成了气体流路。即，外侧电极层11具有与多孔质层17相比气孔率小的低气孔率层16、和高气孔率的多孔质层17的2层构造，固体电解质侧具有更高的气孔率。
对于这种电池堆而言，首先，使用未形成外侧电极层11的电池2，在一方的电池2的互连器12上，涂敷构成外侧电极层11的第1膏剂，在相邻的另一方的电池2的固体电解质层表面涂敷构成外侧电极层11的第2膏剂(与第1膏剂相比更多地含有由树脂构成的造孔材料)。接着，使涂敷了构成外侧电极层11的膏剂的面彼此附着，并进行热处理。由此，由树脂构成的造孔材料分解飞散，形成很多的气孔，另一方的电池2的外侧电极层11能够在固体电解质层10侧形成与一方的电池2的互连器12侧相比气孔率高的多孔质层17，并且相邻的一方的电池2的互连器12与另一方的电池2的外侧电极层11能够接合并电连接。
由此，能够使在外侧电极层11所生成的氧经由气体流路49而高效率地放出到外部。另外，在此情况下，另一方的电池2的外侧电极层11，在固体电解质层10侧，具有与一方的电池2的互连器12侧相比平均气孔径大的多孔质层(气孔率变高)的情况下，也能够获得同样的效果。
图5(a)、(b)是表示本实施方式的电池堆装置的一例的外观立体图。
图5(a)所示的电池堆装置18，具有图1(a)所示的电池单元1、和用于对电池2的长度方向上的中央部侧进行加热的加热体(加热器等)。
如上所述，在电池2中，当想要高效率地进行电解反应时，需要将电池2的温度加热至600～1000℃。由此，在图5(a)所示的电池堆装置18中，设置有用于对电池2的长度方向上的中央部侧进行加热的加热体19。由此，通过使该加热体19工作，能够将电池2的温度加热至600～1000℃，能够产生电解反应。另外，在图5(a)中，示出了在电池堆7中，在位于电池2的排列方向上的中央部的电池2的长度方向的中央部侧设置了加热体19的例子，但也可以在所有的电池2的长度方向的中央部侧设置加热体19。
进而在图5(b)所示的电池堆装置20中，加热体19与电池2的长度方向上的中央部侧对置，并且与电池2的一端部侧以及另一端部侧不对置。
电池2利用密封材料而固定于第1歧管3、第2歧管5(以下，有时将该固定的区域中的电池2以及密封材料统称为固定部)。由此，在将加热体19设置为对电池2整体进行加热的情况下，需要使用具有耐热性的密封材料(例如玻璃等)来进行固定，而由于因电池2与密封材料的热膨胀差等所产生的热应力，有可能在密封材料或电池2产生破损。因此，加热体19与电池2的一端部侧以及另一端部侧不对置，由此能够抑制固定部的温度上升，并能够降低在固定部产生的热应力。由此，能够抑制电池2或密封材料的破损，能够实现可靠性提高了的电池堆装置18、20。进而，也能够使用耐热性不那么高的密封材料(例如树脂等)来进行固定，能够使得可使用的密封材料的种类也增多，能够扩大密封材料的选择范围。
图6是表示本实施方式的电池堆装置的另一例的外观立体图。
在图6所示的电池堆装置21中，第1歧管22和第2歧管23沿着电池2的长度方向而延伸。换言之，设置为由第1歧管22和第2歧管23包围电池堆7，在俯视下，第1歧管22和第2歧管23是字状的形状。
如上所述当在电池2中产生电解反应时，需要将电池2加热至600～1000℃，并维持该温度。在此，第1歧管22和第2歧管23通过沿着电池2的长度方向延伸，从而包围电池堆7，由此能够将电池堆7的温度维持在高温，能够产生高效率的电解反应。另外，在图6中，第1歧管22和第2歧管23隔开若干间隙而设置。这是假定了由于电池堆7成为高温且其热传热到各个歧管，从而各个歧管发生热膨胀而变形。例如在不具有间隙地配置了第1歧管22和第2歧管23的情况下，有可能各个歧管因热膨胀而进一步产生变形，而通过像这样具有间隙地进行配置，即使各个歧管产生了一些变形，也能够抑制较大地发生变形。
图7是表示本实施方式的电池堆装置的又一例的外观立体图。与图5(b)所示的电池堆装置20相比较，在电池2的另一端部(第2歧管5侧)设置有用于冷却电池2的冷却构件25，在这一点上不同。
如上所述，在电池2的一端部或另一端部与各个歧管之间的固定部有可能产生热冲击等所引起的破损。因此，在本实施方式的电池堆装置24中，加热体19与电池2的一端部以及另一端部不对置，除此之外，通过在电池2的一端部以及另一端部的至少一方设置用于冷却电池2的冷却构件25，能够更有效地抑制在电池2的一端部或另一端部、与各个歧管之间的固定部产生破损等。
另外，本实施方式的电池堆装置24，提供给第1歧管3的水蒸气通过因加热体19而温度上升的电池2的电解反应而生成含氢的气体，该含氢的气体流入第2歧管5。即，流入第2歧管5的氢的温度变高，在电池2中，存在与第1歧管3侧的一端部侧相比第2歧管5侧的另一端部侧的温度较高的倾向。因此，在更高效率地抑制电池2与歧管之间的固定部的破损方面，优选将冷却构件25设置在电池2的另一端部侧(第2歧管5侧)。
在此，在图7中，作为冷却构件25示出了板状的冷却构件25，但冷却构件25只要能够对电池2的端部侧进行冷却则没有特别限制，例如，可以适当使用风扇、在内部形成了冷媒流动的流路的构造体等。
另外，在使用在内部形成了冷媒流动的流路的构造体作为冷却构件25的情况下，例如可以使用水作为冷媒。在此情况下，在水由于电池2的热而蒸发成为水蒸气的情况下，通过将该水蒸气经由导入管4提供给第1歧管3，能够实现效率高的电池堆装置24。
图8(a)、(b)是表示本实施方式的电池单元装置的一例的外观立体图。
图8(a)、(b)所示的电池单元装置26、27，将图1(a)所示的电池单元1在上下方向上并置5个而构成。另外，在图8(a)所示的电池单元装置26中，多个电池单元1被并置为在俯视下第1歧管3彼此以及第2歧管5彼此的至少一部分重叠(使朝向相同地并置)。
此外，在图8(b)所示的电池单元装置27中，示出了多个电池单元1被并置为第1歧管3与第2歧管5在上下方向上交替地配置，并且在俯视下第1歧管3与第2歧管5的至少一部分重叠(使朝向相反地并置)的例子。
这种电池单元装置26、27使电池2在水平方向上延伸地对本实施方式的多个电池单元1进行并置，因此能够生成更多量的氢。
此外各个歧管被配置为在俯视下至少一部分重叠，由此能够容易地组装电池单元装置26、27。另外优选为，对各个歧管彼此进行载置以使得全部重叠。
另外，如上所述，在电池2中，存在产生与第1歧管3侧的一端部相比第2歧管5侧的另一端部的温度更高的温度分布的倾向。在此情况下，当对电池单元1进行并置时，如图8(a)所示，在对第1歧管3彼此以及第2歧管5彼此进行并置使得至少一部分重叠的情况下，该温度分布变得更加显著，电池2的特别是另一端部与第2歧管5之间的固定部(密封材料)有可能发生破损。
因此，如图8(b)所示的电池单元装置27那样，将电池单元1构成为将第1歧管3和第2歧管5在上下方向上交替地配置，由此能够抑制温度分布的产生、或者抑制温度分布的范围，能够抑制电池2与歧管之间的固定部发生破损，因而能够实现可靠性进一步提高的电池单元装置27。
另外，当将电池单元1在上下方向上并置时，既可以将电池单元1彼此(各歧管彼此)隔开间隔而配置，而且也可以在之间经由绝热材料等来并置。
另外，在上述的电池单元装置26、27中，示出了在各歧管上连接导入管4或者回收管6，经由各个管来提供水蒸气或者回收含氢的气体的构成的例子，但当采用并置了电池单元1的构造时，也可以采用更简易的构造。
图9(a)、(b)是对本实施方式的电池单元装置中的第1歧管的连接状态进行摘录表示的外观立体图。
在图9(a)中，示出了用1个连接管28对与第1歧管3连接的导入管4彼此进行连接的构成。由此，能够对各第1歧管3容易地提供水蒸气。另外，对于连接管28或导入管4而言，当控制提供给各第1歧管3的水蒸气量时，除了适当变更连接管28或导入管4的粗度之外，也可以设置节流孔等。
此外，在图9(b)中，为了使第1歧管3彼此容易地连接(连结)，而在各歧管3设置连结管29、用于插入固定连结管29的连结孔30，通过将这些连结管29插入固定于连结孔30，能够将第1歧管3彼此容易地连结。
在此情况下，由于通过1个导入管4向所有的第1歧管3提供水蒸气，因此优选构成为在图9(b)中在第1歧管3的沿着长度方向(电池2的排列方向)的一端部和另一端部依次设置连结管29与连结孔30，使得向各个第1歧管3高效率地分配水蒸气。由此，能够将由1个导入管4提供的水蒸气，高效率地分配到各个第1歧管3。
另外，在图9中，对第1歧管3进行了说明，但在第2歧管5中也可以采用同样的构成。
图10(a)、(b)是表示本实施方式的电池单元装置的另一例的外观立体图。
在图10(a)所示的电池单元装置31中，除了图8(a)所示的电池单元装置26之外，在多个电池单元1中的至少一部分电池单元1上，具有用于对电池2的长度方向上的中央部侧进行加热的加热体32(加热器等)，加热体32与电池2的长度方向上的中央部侧对置，并且与电池2的一端部侧以及另一端部侧不对置。
如上所述，在电池2中，当要高效率地进行电解反应时，需要将电池2的温度加热至600～1000℃。因此，在图10(a)所示的电池堆装置31中，设置有用于对电池2的长度方向上的中央部侧进行加热的加热体32。由此，通过使该加热体32工作，能够将电池2的温度加热至600～1000℃，能够产生电解反应。另外，在图10(a)中，示出了在最上段的电池单元处的电池堆上，在位于电池2的排列方向上的中央部的电池2的长度方向的中央部设置了加热体32的例子，但也可以在所有的电池2的长度方向的中央部设置加热体32。另外，也可以在各电池单元分别设置加热体32。
此外，由于加热体32与电池2的一端部侧以及另一端部侧不对置，因此能够与上述同样地抑制固定部的温度上升，能够降低在固定部产生的热应力。由此，能够抑制电池2或密封材料的破损，能够提高可靠性。
此外，如图10(b)中所示，本实施方式的电池单元装置33被配置为加热体34包围多个电池单元1的外周整体。
在此，当制作电池单元装置时，也可以将图5(b)所示的具有被配置为包围1个电池单元1的外周的加热体19的电池堆装置20并置多个，但在此情况下，除了加热体19增大之外，当连接各电池单元1时，有时需要增大各歧管，电池单元装置有可能大型化。
因此，在图10(b)所示的本实施方式的电池单元装置33中，并置多个电池单元1，然后包围多个电池单元1的外周整体地配置加热体34，由此能够抑制电池单元装置33大型化。
而且，通过将上述那样的电池单元1、电池堆装置18、20、21、24、电池单元装置26、27、31、33收纳于收纳容器内，能够设置为本实施方式的模块。
图11是表示本实施方式的模块的一例的示意图。
图11所示的模块35在长方体状的收纳容器36内收纳有图8(a)所示的电池单元装置26。另外，在收纳容器36的内侧面设置有用于将收纳容器36的内部维持在高温的绝热材料37。另外，绝热材料37也可以设置于收纳容器36的外面侧。此外，在图11中省略了向电池单元装置提供水蒸气的管、气体的回收管等。
在此，在收纳于模块35内的电池单元装置26中，在电池单元装置26未设置加热体，因此优选例如在收纳容器36上与电池单元装置26分开地设置加热器等加热体，在图11中，示出了在电池单元装置26的上方与电池单元装置26分开地设置了作为加热体38的加热器的例子。另外，加热体38的配置场所不限定于电池单元装置26的上方，也可以设置在各电池单元1之间。
在这种模块35中，电池单元装置26的构成是简单的构成，因此制作容易，并且由于在收纳容器36上另外设置加热体38，因此能够实现反应效率提高了的模块35。
在此，在以上的说明中，作为电池2，使用在支撑体8上设置了内侧电极层9、固体电解质层10、外侧电极层11的电池2进行了说明，但也可以使用设为内侧电极层9兼作支撑体8的构成，并在内侧电极层9上设置了固体电解质层10、外侧电极层11的电池。
此外，虽然利用使用电解电池作为电池2的例子进行了说明，但也可以将电池2设为燃料电池。在此情况下，可以设置为例如通过第1歧管3、22来提供含氢的燃料气体，并通过第2歧管5、23来回收在电池2中未使用的剩余的燃料气体，对该回收的燃料气体进行再次利用的、所谓废气再循环型的燃料电池。
符号说明
1：电池单元
2：电池
3、22：第1歧管
4：导入管
5、23：第2歧管
6：回收管
7：电池堆
9：内侧电极层
10：固体电解质层
11：外侧电极层
14、15：气体流路
18、20、21、24：电池堆装置
19、32、34、38：加热体
26、27、31、33：电池单元装置
35：模块
36：收纳容器
a：元件部

Claims (16)

1.一种电池单元，其特征在于，具有：
电池堆，其具备柱状的多个电池，所述电池具有依次层叠了内侧电极层、固体氧化物型的固体电解质层、和外侧电极层而成的元件部，且具有沿着长度方向从一端贯通至另一端的流通孔；
第1歧管，其用于对所述多个电池的一端部进行固定，并且向所述流通孔提供气体；和
第2歧管，其对所述多个电池的另一端部进行固定，并且回收从所述流通孔排出的气体。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，
所述多个电池被配置于水平方向。
3.根据权利要求1或2所述的电池单元，其特征在于，
所述电池具备与所述元件部的所述内侧电极层电连接的互连器，一方的所述电池的互连器与相邻的另一方的电池的外侧电极层接合。
4.根据权利要求3所述的电池单元，其特征在于，
在所述外侧电极层的所述固体电解质层侧设置有用于从所述电池排出气体的气体流路。
5.根据权利要求3或4所述的电池单元，其特征在于，
所述另一方的电池的外侧电极层，在所述固体电解质层侧具有与所述一方的电池的互连器侧相比气孔率高的多孔质层。
6.一种电池堆装置，其特征在于，具有：
权利要求1至权利要求5中任一项所述的所述电池单元；和
加热体，其用于对所述电池的长度方向上的中央部侧进行加热。
7.根据权利要求6所述的电池堆装置，其特征在于，
所述加热体与所述电池的中央部侧对置，并且与所述电池的一端部侧以及另一端部侧不对置。
8.根据权利要求6或7所述的电池堆装置，其特征在于，
所述第1歧管和所述第2歧管沿着所述电池的长度方向延伸。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的电池堆装置，其特征在于，
在所述多个电池的一端部以及另一端部的至少一方具有冷却构件。
10.一种电池单元装置，其特征在于，
权利要求1至权利要求6中任一项所述的多个电池单元在上下方向上并置，使得所述电池配置于水平方向。
11.根据权利要求10所述的电池单元装置，其特征在于，
所述多个电池单元被配置成：所述第1歧管与所述第2歧管在上下方向上交替地配置，并且在俯视下所述第1歧管与所述第2歧管的至少一部分重叠。
12.根据权利要求10所述的电池单元装置，其特征在于，
所述多个电池单元被配置成：俯视下所述第1歧管彼此以及所述第2歧管彼此的至少一部分重叠。
13.根据权利要求10～12中任一项所述的电池单元装置，其特征在于，
在所述多个电池单元中的至少一部分所述电池单元中，具有用于对所述电池的长度方向上的中央部侧进行加热的加热体，并且该加热体与所述电池的长度方向上的中央部侧对置，并且与所述电池的一端部侧以及另一端部侧不对置。
14.根据权利要求13所述的电池单元装置，其特征在于，
所述加热体被配置成：包围所述多个电池单元的外周整体。
15.一种模块，其特征在于，
在收纳容器内收纳有权利要求1至权利要求5中任一项所述的电池单元、或者权利要求6至权利要求9中任一项所述的电池堆装置、或者权利要求10至权利要求14中任一项所述的电池单元装置。
16.一种模块，其特征在于，
在收纳容器内收纳有权利要求1至权利要求5中任一项所述的电池单元、或者权利要求10至权利要求12中任一项所述的电池单元装置，并且在所述收纳容器设置有与所述电池单元或所述电池单元装置分开地设置的用于对所述电池的长度方向上的中央部侧进行加热的加热体。
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