CN107615542A - 固体氧化物型燃料电池用单元模块和使用了该固体氧化物型燃料电池用单元模块的固体氧化物型燃料电池 - Google Patents

固体氧化物型燃料电池用单元模块和使用了该固体氧化物型燃料电池用单元模块的固体氧化物型燃料电池 Download PDF

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Abstract

固体氧化物型燃料电池用单元模块具备：单元基板(1)，其具有透气性；燃料极和空气极中的任一个电极(2)，其形成于单元基板上；固体电解质(3)，其形成于该一个电极上；另一个电极(4)，其形成于固体电解质上。在使燃料气体和氧化剂气体相对地流动的情况下，气体流动方向上的单元基板的中央部(1b)的透气率比单元基板的入口部(1a)和出口部(1c)的透气率低。另外，在燃料气体和氧化剂气体并行地流动的情况下，气体流动方向上的单元基板的出口部的透气率比单元基板的除了出口部以外的部分的透气率低。

Description

固体氧化物型燃料电池用单元模块和使用了该固体氧化物型 燃料电池用单元模块的固体氧化物型燃料电池
技术领域
本发明涉及固体氧化物型燃料电池用单元模块和使用了该固体氧化物型燃料电池用单元模块的固体氧化物型燃料电池。详细而言，本发明涉及抑制了过度的温度上升的固体氧化物型燃料电池用单元模块和使用了该固体氧化物型燃料电池用单元模块的固体氧化物型燃料电池。
背景技术
由于关心地球环境问题的热潮，近年来，研究了各种燃料电池对汽车的利用。并且，在各种燃料电池中，固体氧化物型燃料电池(SOFC)的效率也较高，作为汽车用电源备受关注。
固体氧化物型燃料电池(SOFC)将稳定化氧化锆、氧化铈类固溶体那样的具备氧离子传导性的固体氧化物材料用作电解质。而且，SOFC在固体电解质的两面分别层叠具备透气性的空气极和燃料极而构成单个单元。并且，将不透气性的固体电解质作为分隔壁，从外部向燃料极侧供给氢、烃等燃料气体，向空气极侧供给空气等氧化剂气体而使电产生。此外，作为燃料气体，除了氢、烃以外，还存在使用对各种液体燃料进行改性而获得的改性气体的情况。
在将固体氧化物型燃料电池适用于汽车等的情况下，作为利用形态的特殊性，有时同时要求高输出运转和高耐久性。在例如专利文献1中公开了一种电化学单元，该电化学单元具备固体电解质层、第1多孔质电极层、第2多孔质电极层、以及用于支承它们的导电性多孔质支承体，并设有气体在与导电性多孔质支承体的表面接触了的状态下流通的气体流通路径。并且，公开了如下结构：导电性多孔质支承体具有气孔率不同的部分，且对于气孔率不同的部分，气孔率在气体流通路径的气体流动方向的上游侧较低，气孔率在下游侧较高。通过如此设为气孔率在气体流通路径的上游侧较低且气孔率在下游侧提高的结构，谋求了电化学单元的高性能化和高效率化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5364477号说明书
发明内容
发明要解决的问题
在此，固体氧化物型燃料电池在发电时在单个单元产生温度分布。也就是说，在燃料气体和氧化剂气体在单个单元的面内是沿着相同的方向流动的并行流的情况下，单个单元的温度在燃料气体和氧化剂气体的出口处最高。因此，若如专利文献1那样在单个单元的下游侧增高气孔率，则在本来单个单元温度较高的下游部提升气孔率而使发电增加，因此，单个单元的温度过度上升。其结果，有可能超过由单元材料的特性决定的工作极限温度，对单个单元造成损伤，导致耐久性的降低。
本发明正是鉴于这样的现有技术所具有的问题而做成的。并且，本发明的目的在于提供一种难以超过单个单元的工作极限温度、能抑制耐久性的降低的固体氧化物型燃料电池用单元模块和使用了该固体氧化物型燃料电池用单元模块的固体氧化物型燃料电池。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的实施方式的固体氧化物型燃料电池用单元模块具有：单元基板，其具有透气性；在单元基板上形成的燃料极、固体电解质以及空气极。并且，在使燃料气体和氧化剂气体相对地流动的情况下，单元基板的中央部的透气率比入口部和出口部的透气率低。另外，在使燃料气体和氧化剂气体并行地流动的情况下，单元基板的出口部的透气率比除了出口部以外的部分的透气率低。
发明的效果
通过使用本发明的固体氧化物型燃料电池用单元模块，与单元基板中的透气率减少了的部分相对的单个单元的发电量减少。因此，能够降低单元模块的最高温度，抑制单元模块的耐久性的降低。
附图说明
图1是表示固体氧化物型燃料电池用单元模块的概略剖视图。(a)表示燃料气体和氧化剂气体是并行流的情况，(b)表示燃料气体和氧化剂气体是相对流的情况。
图2是表示固体氧化物型燃料电池的立体图。
图3是表示单元模块中的气体流动方向的位置与单元模块的温度之间的关系的图表。
图4是表示燃料气体和氧化剂气体是并行流的单元模块中的、气体流动方向的位置与单元基板的透气率以及单元模块的温度之间的关系的图表。(a)是表示单元模块中的气体流动方向的位置与单元基板的透气率之间的图表，(b)是表示单元模块中的气体流动方向的位置与单元模块的温度之间的关系的图表。
图5是表示燃料气体和氧化剂气体是并行流的单元模块中的、气体流动方向的位置与单元模块的温度之间的关系的图表。
图6是表示燃料气体和氧化剂气体是相对流的单元模块中的、气体流动方向的位置与单元基板的透气率以及单元模块的温度之间的关系的图表。(a)是表示单元模块中的气体流动方向的位置与单元基板的透气率之间的关系的图表，(b)是表示单元模块中的气体流动方向的位置与单元模块的温度之间的关系的图表。
图7是表示单元基板的透气率与单元模块的温度之间的关系的图表。
图8是表示第一实施方式的单元模块的制造方法的图。(a)是表示具有均匀的透气率的单元基板的概略剖视图，(b)是表示施加了压缩加工的单元基板的概略剖视图。(c)表示在施加了压缩加工的单元基板层叠了空气极、固体电解质和燃料极后的状态，是沿着(e)的C-C线的概略剖视图。(d)是沿着(e)的D-D线的概略剖视图。(e)是表示本实施方式的单元模块的仰视图。
图9是表示第二实施方式的单元模块的制造方法的图。(a)表示具有均匀的透气率的单元基板的概略剖视图，(b)是表示施加了局部切除加工的单元基板的概略剖视图。(c)表示在施加了局部切除加工的单元基板层叠了空气极、固体电解质和燃料极后的状态，是沿着(e)的C-C线的概略剖视图。(d)是沿着(e)的D-D线的概略剖视图。(e)是表示本实施方式的单元模块的仰视图。
图10是表示第三实施方式的单元模块的制造方法的图。(a)是表示具有均匀的透气率的单元基板的概略剖视图，(b)是表示将多孔质板贯入单元基板之前的状态的概略剖视图。(c)是表示在设有贯入部的单元基板层叠了空气极、固体电解质和燃料极后的状态的概略剖视图。(d)是表示本实施方式的单元模块的俯视图。
图11是表示第四实施方式的单元模块的制造方法的图。(a)是表示具有均匀的透气率的单元基板的概略剖视图，(b)是表示将多孔质板贯入单元基板之前的状态的概略剖视图。(c)是在设有贯入部的单元基板层叠了空气极、固体电解质和燃料极后的状态，是沿着(e)的C-C线的概略剖视图。(d)是沿着(e)的D-D线的概略剖视图。(e)是表示本实施方式的单元模块的仰视图。
图12是表示第五实施方式的单元模块的制造方法的图。(a)是表示在将低透过率构造体和高透过率构造体接合之前的状态的概略剖视图，(b)是表示在将低透过率构造体和高透过率构造体接合而成的单元基板层叠了空气极、固体电解质和燃料极后的状态的概略剖视图。
图13是表示第六实施方式的单元模块的制造方法的图。(a)是表示具有均匀的透气率的单元基板的概略剖视图，(b)是表示气体进入障碍构件接合到单元基板后的状态的概略剖视图。(c)表示在设有气体进入障碍构件的单元基板层叠了空气极、固体电解质和燃料极后的状态，是沿着(d)的C-C线的概略剖视图。(d)是表示本实施方式的单元模块的仰视图。
具体实施方式
以下，详细地说明本实施方式的固体氧化物型燃料电池用单元模块和使用了该固体氧化物型燃料电池用单元模块的固体氧化物型燃料电池。此外，出于方便说明，附图的尺寸比率有所夸张，存在与实际的比率不同的情况。
[第一实施方式]
如图1所示，本实施方式的单元模块10具备具有透气性的单元基板1。而且，单元模块10具备：燃料极和空气极中的任一个电极2，其形成于单元基板1上；固体电解质3，其形成于该一个电极2上；另一个电极4，其形成于固体电解质3上。
而且，如图2所示，在本实施方式的固体氧化物型燃料电池20中，单元模块10由燃料极互连器21(燃料极隔膜)和空气极互连器22(空气极隔膜)夹持。燃料极互连器21具备多个燃料气体流路21a，空气极互连器22具备多个氧化剂气体流路22a。并且，燃料气体流路21a和氧化剂气体流路22a成为彼此并行地配置的许多直线状的流路(并行型流路)。
设于燃料极互连器21和空气极互连器22的流路(燃料气体流路21a、氧化剂气体流路22a)的截面形状由被称为肋的凸部和被称为通道的凹部构成。其中，通过燃料极互连器21和空气极互连器22中的一者的肋与单元基板1接触，使电子在互连器与单元基板1之间导通。另外，通过燃料极互连器21和空气极互连器22中的另一者的肋与另一个电极4接触，使电子在互连器与另一个电极4之间导通。
在此，在燃料气体流路21a中流动的燃料气体和在氧化剂气体流路22a中流动的氧化剂气体也可以是在单元模块10的面内相对地流动的相对流(对流)。另外，燃料气体和氧化剂气体也可以是在单元模块10的面内沿着相同的方向流动的并行流(同向流动)。
此外，以下，出于方便说明，将一个电极2设为燃料极，将另一个电极4设为空气极来对本实施方式的单元模块10进行说明。在该情况下，成为燃料极互连器21与单元基板1接触、空气极互连器22与空气极接触的结构。
如图1的(a)所示，在燃料气体和氧化剂气体是在单元模块10的面内沿着相同的方向流动的并行流的情况下，如图3所示那样在燃料气体和氧化剂气体的出口部1c处单元模块温度最高。也就是说，在并行流型的情况下，由电池反应产生的发热和由焦耳热产生的热在由工作流体带来的对流热传递的效果下向下游侧传递。因此，单元模块的温度随着从气体流路的入口到达出口而上升。
这样的现象无论是在单元基板1的气孔率在整个面上恒定的情况下、还是如专利文献1那样在燃料气体和氧化剂气体的出口部处提升了气孔率的情况下都相同。该现象无论是在实验上还是在文献上都是显而易见的，以往以来存在各种报告。例如在K.Lai，B.J.Koeppel，K.S.Choi，etal.，“Aquasi-two-dimensional electrochemistry modelingtool for planar solid oxide fuel cell stacks，”Journal of Power Sources，vol.196，no.6，pp.3204-3222，2011.中记载有温度分布的实验结果和模拟结果的比较。尤其是，若如专利文献1那样在气体下游侧提升单元基板的气孔率、即燃料气体易于进入燃料极2的发电表面部，则燃料气体的出口部1c处的发电量比入口部1a的发电量增加。因此，与单元基板1的气孔率恒定的情况相比，出口部1c处的单元模块的温度易于集中地上升。
另一方面，如图1的(b)所示，在燃料气体和氧化剂气体是在单元模块10的面内相对地流动的相对流的情况下，呈现与并行流的情况不同的温度分布。具体而言，在相对流的情况下，不是在单元模块10中的氧化剂气体和燃料气体的入口部1a和出口部1c，而是在中央部1b产生单元模块温度变高的部分。其原因在于，在相对流的情况下，氧化剂气体的出口侧成为燃料气体的入口侧，低温的燃料气体在氧化剂气体的出口侧流入。因此，与该出口部1c和入口部1a相比，中央部1b的单元模块温度更易于集中地上升。
如此，在燃料气体和氧化剂气体是并行流和相对流的任一情况下，单元模块10的温度都局部地上升，有可能超过工作极限温度，导致耐久性的降低。因此，为了抑制局部的温度上升，在本实施方式中，使单元模块10中的与高温部相对应的部分的单元基板1的透气率降低。也就是说，在并行流的情况下，使单元基板1中的燃料气体的出口部1c的透气率设定得比单元基板1中的除了出口部1c以外的部分的透气率低。由此，在出口部1c，燃料气体向燃料极2的表面的到达受到抑制，因此，单个单元的下游部(出口部1c)的发电量降低。在该情况下，为了单个单元获得相同的输出，不足的发电量在上游侧供给，因此上游部(入口部1a)的发电量增加。其结果，在低温的入口部1a处温度上升，在出口部1c处温度降低，因此，出口部1c的高温集中被缓和，能够使单元模块整体的温度均匀化。
更详细地说明，如图4的(a)所示，在专利文献1中，在气体流路的下游侧提升气孔率，提高了透气率。不过，在本实施方式中，在气体流路的下游侧将透气率设定得较低。因此，如图4的(b)和图5所示，与专利文献1的结构相比较，单元模块10的出口部1c处的温度降低，因此，能够维持低于工作极限温度的状态。其结果，能够抑制单元模块10的热老化，使耐久性提高。
与上述同样地，在相对流的情况下，如图6的(a)所示，将气体流动方向上的单元基板1的中央部1b的透气率设定得比单元基板1中的燃料气体的入口部1a和出口部1c的透气率低。由此，在中央部1b中，燃料气体向燃料极2的表面的到达受到抑制，因此，单个单元的中央部1b处的发电量被抑制。在该情况下，单个单元为了获得相同的输出，不足的发电量在除了中央部1b以外的入口部1a和出口部1c供给，除了中央部1b以外的部分的发电量增加。其结果，如图6的(b)所示，在除了中央部1b以外的部分处温度上升，在中央部1b处温度降低，因此，中央部1b的高温集中被缓和，能够使单个单元整体的温度均匀化。
在图7中，示出单元模块的温度较高的部分中的、单元基板的透气率与最高温度之间的关系。具体而言，在并行流的情况下，表示单元基板1中的燃料气体的出口部1c的透气率与最高温度之间的关系。另外，在相对流的情况下，表示气体流动方向上的单元基板1的中央部1b的透气率与最高温度之间的关系。在图7中，透气率是1.0表示是与单元基板的其他场所相同的透气率。另外，透气率是0.6表示6成的气体透过，也就是说气体的透过量减少4成。
如图7所示，在降低了透气率的情况下，呈现单元模块的最高温度降低的倾向，在进一步降低了透气率的情况下，呈现单元模块的最高温度反而上升的倾向。因此，单元模块的最高温度成为最低的透气率为0.6左右。因而，在考虑了单元基板的制造条件、单元模块的温度降低效果的情况下，优选透气率设为0.4～0.8，更优选设为0.5～0.7。换言之，在单元基板1中，优选透气率较低的部分的透气率比其他部分的透气率低40％～80％，更优选低30％～50％。
此外，只要能够求出透气率较低的部分处的透气率与其他的部分的透气率之间的相对值，单元基板1的透气率的测定方法就没有特别限定。单元基板1的透气率能够使用例如压差式透气率评价装置来测定。
接着，对用于利用反应气体的流动位置来使单元基板1的透气率变化的方法进行说明。此外，出于方便说明，对适用于相对流的情况下、使单元基板1的中央部1b处的透气率降低的方法进行说明。另外，也能够同样地进行适用于并行流的情况下、使单元基板1的出口部1c的透气率降低的方法。
在本实施方式中，能够通过设置使单元基板1压缩而成的致密部来使单元基板1的透气率降低。也就是说，该致密部是针对具有均匀的透气率的单元基板1将欲使透气率降低的部分压缩而凹陷、使透气率产生变化而成的。
具体而言，如图8的(a)和(b)所示，针对具有均匀的透气率的单元基板1，通过将想要使透气率降低的部分从单元基板1的下表面压缩而凹陷，形成致密部1d。并且，如图8(c)所示，通过在单元基板1中的下表面的相反侧的平滑面(上表面)上层叠燃料极2、固体电解质3和空气极4，获得单元模块10。此外，燃料极2、固体电解质3和空气极4的层叠方法并没有特别限定，能够使用公知的方法。
单元基板1被压缩而密度提高，因此燃料气体难以进入这样的致密部1d。因此，在致密部1d，燃料气体的透过率降低，向燃料极2进入的燃料气体减少。因而，在与实施了这样的压缩加工的致密部相对的单个单元的发电量减少，因此，能够使单元模块的最高温度降低。另外，通过对致密部1d的压缩量、也就是说致密部的厚度、密度进行调整，能够容易地获得所期望的透气率。
此外，致密部1d也可以形成于欲使透气率降低的部分的整体。也就是说，在相对流的情况下，也可以在单元基板1的中央部1b的整体形成致密部1d。另外，在并行流的情况下，也可以在单元基板1的出口部1c的整体形成致密部1d。不过，致密部1d是通过从单元基板1的下表面压缩而凹陷形成的，凹陷的部分不与燃料极互连器21的肋接触，存在无法充分地确保单元基板1与燃料极互连器21之间的导通的可能性。
因此，在本实施方式中，如图8的(c)、(d)、(e)所示，优选的是，将致密部1d沿着燃料气体的流通方向(Z轴方向)形成为纵长状，进一步将多个致密部1d在与Z轴方向垂直的方向(X轴方向)上隔开间隔地设置。通过如此将多个致密部1d隔开间隔地设置，在欲使透气率降低的部分中，单元基板1与燃料极互连器21之间也电连接。因此，能够确保单元基板1与燃料极互连器21之间的导通。另外，通过将多个致密部1d隔开间隔地设置，进一步通过对致密部1d的宽度、间隔和密度进行调整，能够获得所期望的透气率。
在本实施方式中，作为单元基板1，只要具有透气性且具有作为支承体的充分的强度，就没有特别限定，优选使用电导率较高的单元基板。能够适用由含有例如镍(Ni)、铬(Cr)的耐腐蚀合金、耐腐蚀钢、不锈钢等形成且具备许多空隙的板状的基板。具体而言，能够使用由上述材料形成的、冲孔金属基板、蚀刻金属基板、金属板网基板、发泡金属体、金属粉末烧结体、金属丝网等金属网状物、金属无纺布等。另外，这些也可以根据需要层叠同种或异种的基板。
作为燃料极2，能够恰当地使用还原气氛较强、使燃料气体透过、电导率高、具有将氢分子转换成质子的催化剂作用的燃料极。作为燃料极的构成材料，也存在单独适用例如镍(Ni)等金属的情况，但优选适用使氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)所代表的氧离子传导体混在一起而成的金属陶瓷。通过使用这样的材料，来增加反应区域，能够使电极性能提高。此外，替代氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)，也能够适用钐掺杂氧化铈(SDC)、掺杂氧化钆的氧化铈(GDC)那样的铈固溶体。
作为空气极4，能够恰当地使用氧化气氛较强、使氧化剂气体透过、电导率较高、具有将氧分子转换成氧化物离子的催化剂作用的空气极。另外，空气极4既可以由电极催化剂构成，也可以由电极催化剂和电解质材料的金属陶瓷构成。作为电极催化剂，也存在适用例如银(Ag)、铂(Pt)等金属的情况，但优选适用镧锶钴(La1-xSrxCoO3：LSC)、镧锶钴铁(La1- xSrxCo1-yFeyO3：LSCF)、钐锶钴(SmxSr1-xCoO3：SSC)、镧锶锰(La1-xSrxMnO3：LSM)等钙钛矿型氧化物。然而，并不限定于这些，能够适用以往公知的空气极材料。此外，这些能够单独适用一种或组合适用多种。而且，作为电解质材料，能够列举例如氧化铈(CeO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)、氧化镧(La2O3)等，但并不限定于此，能够恰当地使用各种稳定化氧化锆、铈固溶体等氧化物的混合体。
作为固体电解质3，能够恰当地使用具有不透气性、不使电子通过而使氧离子通过的性能的固体电解质。作为固体电解质的构成材料，能够适用例如固溶有氧化钇(Y2O3)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化钪(Sc2O3)等的稳定化氧化锆。另外，也能够适用氧化钐掺杂氧化铈(SDC)、氧化钇掺杂氧化铈(YDC)、氧化钆掺杂氧化铈(GDC)那样的铈固溶体、氧化铋(Bi2O3)、镧锶镓镁(La1-xSrxGa1-yMgyO3：LSMG)等。
如此，本实施方式的单元模块10具备：单元基板1，其具有透气性；燃料极和空气极中的任一个电极2，其形成于单元基板1上；固体电解质3，其形成于一个电极2上；另一个电极4，其形成于固体电解质3上。并且，成为在燃料气体和氧化剂气体相对地流动的情况下、气体流动方向上的单元基板1的中央部1b的透气率比单元基板1的入口部1a和出口部1c的透气率低的结构。另外，本实施方式的单元模块10成为在燃料气体和氧化剂气体并行地流动的情况下、使气体流动方向上的单元基板1的出口部1c的透气率比单元基板1的除了出口部1c以外的部分的透气率低的结构。因此，与单元基板1中的透气率减少了的部分相对的单个单元的发电量减少，因此，能够使单元模块的最高温度降低，使单元模块的耐久性提高。
另外，在本实施方式的单元模块10中，通过设置使单元基板1压缩而成致密部1d，来使单元基板1的透气率降低。如此通过将欲使透气率降低的部分压缩而凹陷，形成致密部1d，因此，能以简易的方法使透气率降低。
此外，在上述内容中，将单元基板1沿着气体流动方向(Z轴方向)三等分，从燃料气体的上游侧规定为入口部1a、中央部1b以及出口部1c而详细叙述。不过，本实施方式并不限定于该形态。也就是说，也可以是，将单元基板1沿着气体流动方向(Z轴方向)分割成三个部分以上，将包含燃料气体的入口的部分规定为入口部1a，将包含燃料气体的出口的部分规定为出口部1c，将入口部1a与出口部1c之间的高温的部位规定为中央部1b。
[第二实施方式]
接着，基于附图详细地说明第二实施方式的固体氧化物型燃料电池用单元模块。此外，对与第一实施方式相同的结构成标注相同的附图标记，省略重复的说明。
本实施方式的单元模块设为在相对流的情况下、使单元基板1的中央部1b的透气率比入口部1a和出口部1c的透气率低的结构与第一实施方式相同。另外，设为在并行流的情况下、使单元基板1的出口部1c的透气率比出口部1c以外的部分的透气率低的结构也与第一实施方式相同。本实施方式的用于使单元基板1的透气率变化的方法与第一实施方式不同。此外，出于方便说明，对使单元基板1的中央部1b处的透气率降低的方法进行说明，但也能够同样地进行使出口部1c处的透气率降低的方法。
在本实施方式中，通过在单元基板1设置槽形状的缺口，能够对单元基板1的透气率进行调整。也就是说，针对具有均匀的透气率的单元基板1，将欲使透气率上升的部分(例如、入口部1a和出口部1c)的表面切除而制作槽，带来透气率的变化。
具体而言，如图9(a)和(b)所示，针对具有均匀的透气率的单元基板1，欲使透气率上升的部分从下表面局部地切除而设置缺口，欲使透气率降低的部分不切除而维持原样。并且，如图9(c)所示，通过在单元基板1中的下表面的相反侧的平滑面(上表面)上层叠燃料极2、固体电解质3以及空气极4，获得单元模块10。此外，燃料极2、固体电解质3以及空气极4的层叠方法并没有特别限定，能够使用公知的方法。
如此，通过将单元基板1局部地切除而设置缺口1e，燃料气体易于进入设有缺口1e的入口部1a和出口部1c的单元基板1，透气性提高。相反，未设有缺口1e的中央部1b的单元基板1的透气性被维持原样。因此，若在单元模块整体上看来，单元基板1的中央部1b的透气率相对地减少。因而，与没有实施这样的局部切除加工的中央部1b相对的单个单元的发电量减少，因此，能够使单元模块的最高温度降低。另外，通过对缺口的宽度和切除深度进行调整，能够容易地调整透气率的低减量。
此外，缺口1e也可以形成于欲使透气率上升的部分的整体。也就是说，在相对流的情况下，也可以在单元基板1的入口部1a和出口部1c的整体形成缺口1e。另外，在并行流的情况下，也可以在单元基板1的入口部1a和中央部1b的整体形成缺口1e。不过，缺口1e是通过对单元基板1的下表面局部地进行切除而形成的，因此，切除后的部分不与燃料极互连器21的肋接触，存在无法充分地确保单元基板1与燃料极互连器21之间的导通的可能性。另外，在缺口1e增加了的情况下，单元基板的强度有可能过度降低。
因此，在本实施方式中，如图9的(c)、(d)、(e)所示，优选的是，将缺口1e沿着燃料气体的流通方向(Z轴方向)形成为纵长状，进一步将多个缺口1e在与Z轴方向垂直的方向(X轴方向)上隔开间隔地设置。通过如此将多个缺口1e隔开间隔地设置，单元基板1与燃料极互连器21之间被电连接，能确保它们之间的导通。另外，通过将多个缺口1e隔开间隔地设置，进一步对缺口1e的宽度、间隔和切除深度进行调整，能够获得所期望的透气率。
如此，在本实施方式中，通过在单元基板1设置槽形状的缺口，来对单元基板1的透气率进行了调整。换言之，通过降低单元基板1的表观体积，来对单元基板1的透气率进行调整。因此，通过将单元基板1的入口部1a和出口部1c局部切除、使由多孔质体构成的单元基板1的表观的体积减少，提高入口部1a和出口部1c的透气率，能使中央部1b的透气率相对地降低。
[第三实施方式]
接着，基于附图详细地说明第三实施方式的固体氧化物型燃料电池用单元模块。此外，对与第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，省略重复的说明。
本实施方式的用于使单元基板1的透气率变化的方法与第一实施方式不同。此外，出于方便说明，对使单元基板1的中央部1b处的透气率降低的方法进行说明，但也能够同样地进行使出口部1c处的透气率降低的方法。
在本实施方式中，通过降低构成单元基板1的多孔体的气孔率，能够使单元基板1的透气率降低。也就是说，针对具有均匀的透气率的单元基板1，在欲降低透气率的部分追加压缩多孔质板而使多孔质板单元贯入基板，使透气率产生变化。
具体而言，如图10的(a)和(b)所示，针对具有均匀的透气率的单元基板1，在欲使透气率降低的部分，从单元基板1的下表面压缩多孔质板1f，将多孔质板1f贯入单元基板1的内部，从而形成贯入部1g。并且，如图10的(c)所示，能够使施加了贯入加工的单元基板1中的下表面平滑，因此，通过在该下表面层叠燃料极2、固体电解质3和空气极4，获得单元模块10。此外，燃料极2、固体电解质3和空气极4的层叠方法并没有特别限定，能够使用公知的方法。
多孔质板1f贯入于单元基板1，气孔率降低，因此，燃料气体难以进入这样的贯入部1g。因此，在贯入部1g，燃料气体的透过率降低，向燃料极2进入的燃料气体减少。因而，与贯入部1g相对的单个单元的发电量减少，因此，能够使单元模块的最高温度降低。另外，通过对用于形成贯入部1g的多孔质板1f的厚度进行调整，能够容易地获得所期望的透气率。
在本实施方式中，通过从单元基板1的表面压缩多孔质板1f，将多孔质板1f贯入单元基板1的内部，形成贯入部1g。因此，能够将单元基板1的上表面和下表面这两者都设为平滑面，因此，如图10的(c)那样，能够在单元基板1的下表面形成燃料极2、固体电解质3以及空气极4。此外，燃料极2、固体电解质3和空气极4也可以形成于单元基板1的上表面。
并且，能够将单元基板1的上表面和下表面设为平滑面，因此，与第一实施方式和第二实施方式的单元基板相比较，能较多地确保与燃料极互连器21的肋之间的接触面积。因此，本实施方式的单元模块与第一实施方式和第二实施方式相比，能使发电性能更加提高。
此外，作为多孔质板1f，与单元基板1同样地，能够使用由含有镍(Ni)、铬(Cr)的耐腐蚀合金、耐腐蚀钢、不锈钢等形成且具备许多空隙的板状物。具体而言，能够使用由上述材料形成的、冲孔金属基板、蚀刻金属基板、金属板网基板、发泡金属体、金属粉末烧结体、金属丝网等金属网状物、金属无纺布等的。另外，多孔质板1f的形状并不限定于图10那样的平截头体状，也可以是例如长方体状。
[第四实施方式]
接着，基于附图详细地说明第四实施方式的固体氧化物型燃料电池用单元模块。此外，对与第三实施方式相同的结构标注相同的附图标记，省略重复的说明。
在本实施方式中，与第三实施方式同样地，通过降低构成单元基板1的多孔体的气孔率，来使单元基板1的透气率降低。具体而言，如图11的(a)和(b)所示，针对具有均匀的透气率的单元基板1，在欲使透气率降低的部分，从单元基板1的下表面压缩多孔质板1f，使多孔质板1f贯入于内部，从而形成贯入部1g。并且，如图11(c)所示，通过在单元基板1的上表面层叠燃料极2、固体电解质3和空气极4，获得单元模块10。
在此，在本实施方式中，如图11的(c)、(d)、(e)所示，将贯入部1g沿着燃料气体的流通方向(Z轴方向)形成为纵长状，进一步使多个贯入部1g在与Z轴方向垂直的方向(X轴方向)上隔开间隔地设置。通过如此将多个贯入部1g隔开间隔地设置，对贯入部1g的宽度和间隔进行调整，能够获得所期望的透气率。
另外，与第三实施方式同样地，能够将单元基板1的上表面和下表面设为平滑面，因此，与第一实施方式和第二实施方式的单元基板相比较，能较多地确保与燃料极互连器21的肋之间的接触面积。因此，本实施方式的单元模块与第一实施方式和第二实施方式相比，能使发电性能更加提高。
[第五实施方式]
接着，基于附图详细地说明第五实施方式的固体氧化物型燃料电池用单元模块。此外，对与第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，省略重复的说明。
本实施方式的用于使单元基板1的透气率变化的方法与第一实施方式不同。此外，出于方便说明，对使单元基板1的中央部1b中的透气率降低的方法进行说明，但也能够同样地进行使出口部1c中的透气率降低的方法。
在本实施方式中，通过降低构成单元基板1的多孔体的气孔率，能够使单元基板1的透气率降低。具体而言，如图12的(a)和(b)所示，对于单元基板1的透气率，使用改变气孔率而使透气率不同的两种多孔质构造体，通过使它们重叠，来对透气率进行调整。
如图12(a)所示，本实施方式的单元基板1使用低透过率构造体1h、气体透过量比低透过率构造体1h的气体透过量少的高透过率构造体1i。并且，增大低透过率构造体1h中的中央部1b的厚度，缩小高透过率构造体1i中的中央部1b的厚度。也就是说，关于中央部1b，层叠方向(Y轴方向)上的低透过率构造体1h的厚度比高透过率构造体1i的厚度大。另外，相对地缩小低透过率构造体1h中的入口部1a和出口部1c的厚度，增大高透过率构造体1i中的入口部1a和出口部1c的厚度。也就是说，关于入口部1a和出口部1c，层叠方向(Y轴方向)上的低透过率构造体1h的厚度比高透过率构造体1i的厚度小。
并且，如图12(a)所示，通过以将低透过率构造体1h中的凸状的中央部1b插入高透过率构造体1i中的凹状的中央部1b的方式层叠，获得本实施方式的单元基板1。通过如此将增厚欲降低透气率的部分的低透过率构造体1h、增厚除了欲降低透气率的部分以外的高透过率构造体1i接合，能够容易地调整透气率。
接下来，通过在所获得的单元基板1上层叠燃料极2、固体电解质3和空气极4，获得单元模块10。此外，燃料极2、固体电解质3和空气极4的层叠方法并没有特别限定，能够使用公知的方法。
利用这样的结构，在低透过率构造体1h较厚的部分，燃料气体的透过率降低，向燃料极2进入的燃料气体减少。因而，与低透过率构造体1h的较厚的部分相对的单个单元的发电量减少，因此，能够使单元模块的最高温度降低。另外，通过对低透过率构造体1h的厚度、低透过率构造体1h和高透过率构造体1i的透气率进行调整，能够容易地获得所期望的透气率。
另外，如图12所示，在本实施方式中，能够将单元基板1的上表面和下表面设为平滑面，因此，与第一实施方式和第二实施方式的单元基板相比较，能较多地确保与燃料极互连器21的肋之间的接触面积。因此，本实施方式的单元模块与第一实施方式和第二实施方式相比，能使发电性能更加提高。
[第六实施方式]
接着，基于附图详细地说明第六实施方式的固体氧化物型燃料电池用单元模块。此外，对与第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，省略重复的说明。
本实施方式的用于使单元基板1的透气率变化的方法与第一实施方式不同。此外，出于方便说明，对使单元基板1的中央部1b处的透气率降低的方法进行说明，但也能够同样地进行使出口部1c处的透气率降低的方法。
在本实施方式中，通过在单元基板1设置气体进入障碍构件，能够使单元基板1的透气率降低。也就是说，针对具有均匀的透气率的单元基板1，在欲使透气率降低的部分的表面设置气体进入障碍构件，通过抑制该部分的气体进入，来使透气率产生变化。
具体而言，如图13的(a)和(b)所示，针对具有均匀的透气率的单元基板1，在想降低透气率的部分的下表面接合气体进入障碍构件1j。并且，如图13(c)所示，通过在单元基板1的上表面层叠燃料极2、固体电解质3和空气极4，获得单元模块10。此外，燃料极2、固体电解质3和空气极4的层叠方法并没有特别限定，能够使用公知的方法。
通过设置这样的气体进入障碍构件1j，燃料气体难以进入单元基板1中的接合有气体进入障碍构件1j的部分。因此，在设有气体进入障碍构件1j的部分使燃料气体的透过率降低，向燃料极2进入的燃料气体减少。因而，在与设有这样的气体进入障碍构件1j的部分相对的单个单元的发电量减少，因此，能够使单元模块的最高温度降低。
气体进入障碍构件1j只要是针对单元基板1抑制燃料气体的进入的构件，就没有特别限定。气体进入障碍构件1j是例如与单元基板1相同的材质，既可以用使用更致密的构造体，也可以在板材设有许多贯通孔。具体而言，能够使用冲孔金属基板、蚀刻金属基板、金属板网基板、发泡金属体、金属粉末烧结体、金属丝网等金属网状物、金属无纺布等。此外，气体进入障碍构件1j与单元基板1的下表面接合即可，另外，也可以局部地埋入于单元基板1。
另外，作为气体进入障碍构件1j，也可使用与单元基板1的表面接触的互连器。也就是说，针对想抑制单元基板1中的气体进入的场所使互连器的接触面积增加，抑制燃料气体向单元基板1的内部的进入量。相反，针对想增加单元基板1中的气体进入的场所使互连器的接触面积减少，使燃料气体向单元基板1的内部的进入量增加。利用这样的结构，对单个单元的发电量进行调整，能够使单元模块的最高温度降低。
以上，按照多个实施方式对本发明的内容进行了说明，但本发明并不限定于这些记载，能够进行各种变形和改良对本领域技术人员来说是不言而喻的。
附图标记说明
1、单元基板；1a、入口部；1b、中央部；1c、出口部；1e、缺口；1j、气体进入障碍构件；2、燃料极；3、固体电解质；4、空气极；10、单元模块；20、固体氧化物型燃料电池；21、燃料极互连器；22、空气极互连器。

Claims (9)

1.一种固体氧化物型燃料电池用单元模块，其特征在于，该固体氧化物型燃料电池用单元模块具备：
单元基板，其具有透气性；
燃料极和空气极中的任一个电极，其形成于所述单元基板上；
固体电解质，其形成于所述一个电极上；
另一个电极，其形成于所述固体电解质上，
在燃料气体和氧化剂气体相对地流动的情况下，气体流动方向上的所述单元基板的中央部的透气率比所述单元基板的入口部和出口部的透气率低。
2.一种固体氧化物型燃料电池用单元模块，其特征在于，该固体氧化物型燃料电池用单元模块具备：
单元基板，其具有透气性；
燃料极和空气极中的任一个电极，其形成于所述单元基板上；
固体电解质，其形成于所述一个电极上；
另一个电极，其形成于所述固体电解质上，
在燃料气体和氧化剂气体并行地流动的情况下，气体流动方向上的所述单元基板的出口部的透气率比所述单元基板的除了所述出口部以外的部分的透气率低。
3.根据权利要求1或2所述的固体氧化物型燃料电池用单元模块，其特征在于，
通过设置将所述单元基板压缩而成的致密部，来使所述单元基板的透气率降低。
4.根据权利要求1或2所述的固体氧化物型燃料电池用单元模块，其特征在于，
通过在所述单元基板设置槽形状的缺口，来对所述单元基板的透气率进行调整。
5.根据权利要求1或2所述的固体氧化物型燃料电池用单元模块，其特征在于，
通过降低所述单元基板的表观体积，来对所述单元基板的透气率进行调整。
6.根据权利要求1或2所述的固体氧化物型燃料电池用单元模块，其特征在于，
通过降低构成所述单元基板的多孔体的气孔率，来使所述单元基板的透气率降低。
7.根据权利要求1或2所述的固体氧化物型燃料电池用单元模块，其特征在于，
通过在所述单元基板设置气体进入障碍构件，来使所述单元基板的透气率降低。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的固体氧化物型燃料电池用单元模块，其特征在于，
在所述单元基板中，透气率较低的部分的透气率比其他部分的透气率低30％～50％。
9.一种固体氧化物型燃料电池，其特征在于，
该固体氧化物型燃料电池具备：
权利要求1～8中任一项所述的固体氧化物型燃料电池用单元模块；以及
互连器，其夹持所述固体氧化物型燃料电池用单元模块。
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