CN112368866B - 电化学单电池及电池堆装置 - Google Patents

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Abstract

电化学单电池(10)具备：多孔质的支撑基板(4)、以及发电元件部(5)。支撑基板(4)具有：至少1个第一气体流路(43)以及至少1个第二气体流路(44)。第一气体流路(43)从第一端部(41)朝向第二端部(42)延伸，且与气体供给室(21)连通。第二气体流路(44)在第二端部(42)侧与第一气体流路(43)连通。第二气体流路(44)从第二端部(42)朝向第一端部(41)延伸，且与气体回收室(22)连通。相邻的第一气体流路(43)与第二气体流路(44)之间的间距p0相对于支撑基板(4)的第一端部(41)侧的第一端面(411)与发电元件部(5)之间的距离L的比例(p0/L)为3.3以下。

Description

电化学单电池及电池堆装置
技术领域
本发明涉及电化学单电池及电池堆装置。
背景技术
已知一种电池堆装置，该电池堆装置具备：电化学单电池、以及向电化学单电池供给气体的分流器。电化学单电池具备：形成有气体流路的支撑基板、以及支撑于支撑基板的发电元件部。将供给气体从支撑基板的第一端部向气体流路供给，另一方面，将未反应的气体从支撑基板的第二端部向外部排出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016－171064号公报
发明内容
对于如上所述的电化学单电池及电池堆装置，希望提高气体的使用效率。因此，本发明的课题在于，提供一种能够使气体的使用效率得到提高的电化学单电池及电池堆装置。
本发明的第一方案所涉及的电化学单电池构成为：与气体供给部及气体回收部连结。该电化学单电池具备：多孔质的支撑基板、以及发电元件部。支撑基板为扁平状。支撑基板具有：与气体供给部及所述气体回收部连结的第一端部、以及与第一端部相反一侧的第二端部。发电元件部配置于支撑基板的主面。支撑基板具有：至少1个第一气体流路、以及至少1个第二气体流路。第一气体流路从第一端部朝向第二端部延伸。另外，第一气体流路与气体供给部连通。第二气体流路在第二端部侧与第一气体流路连通。第二气体流路从第二端部朝向第一端部延伸。第二气体流路与气体回收部连通。相邻的第一气体流路与第二气体流路之间的间距p0相对于支撑基板的第一端部侧的第一端面与发电元件部之间的距离L的比例(p0/L)为3.3以下。
根据该构成，流过第一气体流路的气体中的未反应的气体流经第二气体流路，流过第二气体流路的气体中的仍旧未反应的气体在气体分流器的气体回收室被回收。因此，能够使气体的使用效率得到提高。
另外，在将如上所述构成的电化学单电池用作固体氧化物型燃料电池单电池(SOFC)的情况下，可以得到如下效果。仅针对固体氧化物型燃料电池单电池而言，如果是使气体回收室中回收的气体在气体燃烧器中燃烧的系统，则在固体氧化物型燃料电池单电池的燃料气体利用率瞬间达到100％的情况下，有可能发生熄火。针对于此，如果是如上所述使比例(p0/L)为3.3以下的电化学单电池，则由于到达发电元件部之前的未反应的气体在支撑基板内通过而从第一气体流路向第二气体流路流动，所以能够使该未反应的气体在气体燃烧器中燃烧。结果能够抑制发生熄火。
优选为，上述的比例(p0/L)为0.02以上。
优选为，至少1个第一气体流路包括多个第一气体流路。并且，相邻的第一气体流路与第二气体流路之间的间距p0大于相邻的第一气体流路之间的间距p1。
优选为，至少1个第二气体流路包括多个第二气体流路。并且，相邻的第一气体流路与第二气体流路之间的间距p0大于相邻的第二气体流路之间的间距p2。
优选为，支撑基板还具有连通流路，该连通流路在第二端部将第一气体流路和第二气体流路连通。
优选为，电化学单电池还具备连通部件。连通部件具有将第一气体流路和第二气体流路连通的连通流路。连通部件安装于支撑基板的第二端部。
优选为，至少1个第一气体流路包括多个第一气体流路。另外，至少1个第二气体流路包括多个第二气体流路。并且，连通流路仅为1个。
优选为，相邻的第一气体流路与第二气体流路之间的间距p0大于第一气体流路与发电元件部之间的距离T。
本发明的第二方案所涉及的电池堆装置具备：上述任意一种电化学单电池、以及对支撑基板的第一端部进行支撑的分流器。分流器具有：与第一气体流路连通的气体供给室、以及与第二气体流路连通的气体回收室。
发明效果
根据本发明，能够使气体的使用效率得到提高。
附图说明
图1是电池堆装置的立体图。
图2是分流器的俯视图。
图3是燃料电池单电池的立体图。
图4是电池堆装置的截面图。
图5是燃料电池单电池的截面图。
图6是燃料电池单电池的下端部的截面图。
图7是变形例所涉及的电池堆装置的截面图。
图8是变形例所涉及的电池堆装置的截面图。
图9是变形例所涉及的电池堆装置的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明所涉及的电化学单电池及电池堆装置的实施方式进行说明。应予说明，本实施方式中，作为电化学单电池的一例，使用燃料电池单电池进行说明，更具体而言，使用固体氧化物型燃料电池单电池(SOFC)进行说明。图1是表示电池堆装置的立体图。此外，图1中，省略若干燃料电池单电池的记载。
[电池堆装置]
如图1所示，电池堆装置100具备：分流器2、以及多个燃料电池单电池10。
[分流器]
分流器2构成为：向燃料电池单电池10供给气体。另外，分流器2构成为：对从燃料电池单电池10排出的气体进行回收。分流器2具有：气体供给室21(气体供给部的一例)以及气体回收室22(气体回收部的一例)。在气体供给室21连接有气体供给管101，在气体回收室22连接有气体回收管102。经由气体供给管101而向气体供给室21供给燃料气体。另外，经由气体回收管102而从分流器2中回收气体回收室22内的燃料气体。
分流器2具有：分流器主体部23、以及隔板24。分流器主体部23在内部具有空间。分流器主体部23为长方体状。
如图2所示，在分流器主体部23的上板部231形成有多个贯通孔232。各贯通孔232在分流器主体部23的长度方向(z轴方向)上空开间隔地排列。各贯通孔232在分流器主体部23的宽度方向(y轴方向)上延伸。各贯通孔232与气体供给室21及气体回收室22连通。应予说明，各贯通孔232可以分为与气体供给室21连通的部分和与气体回收室22连通的部分。
隔板24将分流器主体部23的空间分隔为气体供给室21和气体回收室22。详细而言，隔板24在分流器主体部23的大致中央部沿着分流器主体部23的长度方向延伸。隔板24不需要将分流器主体部23的空间完全分隔开，可以在隔板24与分流器主体部23之间形成有间隙。
[燃料电池单电池]
燃料电池单电池10自分流器2开始向上方延伸。详细而言，燃料电池单电池10的下端部安装于分流器2。各燃料电池单电池10以主面彼此对置的方式排列。另外，各燃料电池单电池10沿着分流器2的长度方向空开间隔地排列。即，燃料电池单电池10的排列方向沿着分流器2的长度方向。应予说明，各燃料电池单电池10可以不是沿着分流器2的长度方向等间隔地配置。
如图3及图4所示，燃料电池单电池10具有：支撑基板4、多个发电元件部5、以及连通部件3。各发电元件部5支撑于支撑基板4的第一主面45及第二主面46。应予说明，在第一主面45所形成的发电元件部5的数量和在第二主面46所形成的发电元件部5的数量可以彼此相同，也可以不同。另外，各发电元件部5的大小可以彼此不同。
[支撑基板]
支撑基板4自分流器2开始沿着上下方向延伸。详细而言，支撑基板4自分流器2开始向上方延伸。支撑基板4为扁平状，且具有第一端部41以及第二端部42。第一端部41及第二端部42是支撑基板4的长度方向(x轴方向)上的两个端部。
支撑基板4的第一端部41安装于分流器2。例如，支撑基板4的第一端部41通过接合材料等而安装于分流器2的上板部231。详细而言，支撑基板4的第一端部41被插入于在上板部231所形成的贯通孔232。应予说明，支撑基板4的第一端部41也可以没有插入于贯通孔232。通过像这样地将支撑基板4的第一端部41安装于分流器2，使得支撑基板4的第一端部41与气体供给室21及气体回收室22连结。
支撑基板4具有：多个第一气体流路43、以及多个第二气体流路44。第一气体流路43在支撑基板4内沿着上下方向延伸。即，第一气体流路43在支撑基板4的长度方向(x轴方向)上延伸。第一气体流路43贯穿支撑基板4。各第一气体流路43在支撑基板4的宽度方向(y轴方向)上彼此空开间隔地配置。应予说明，优选各第一气体流路43等间隔地配置。支撑基板4的宽度方向(y轴方向)上的尺寸可以比长度方向(x轴方向)上的尺寸长。
如图4所示，相邻的第一气体流路43之间的间距p1例如为1～5mm左右。该相邻的第一气体流路43之间的间距p1是第一气体流路43的中心间的距离。例如，第一气体流路43之间的间距p1可以为在第一端部41、中央部以及第二端部42处分别测定得到的间距的平均值。
第一气体流路43从支撑基板4的第一端部41朝向第二端部42延伸。在将燃料电池单电池10安装于分流器2的状态下，第一气体流路43在第一端部41侧与气体供给室21连通。
第二气体流路44在支撑基板4内沿着上下方向延伸。即，第二气体流路44在支撑基板4的长度方向(x轴方向)上延伸。第二气体流路44实质上与第一气体流路43平行地延伸。
第二气体流路44贯穿支撑基板4。各第二气体流路44在支撑基板4的宽度方向(y轴方向)上彼此空开间隔地配置。应予说明，优选各第二气体流路44等间隔地配置。
相邻的第二气体流路44之间的间距p2例如为1～5mm左右。该相邻的第二气体流路44之间的间距p2是第二气体流路44的中心间的距离。例如，第二气体流路44之间的间距p2可以为在第一端部41、中央部以及第二端部42处分别测定得到的间距的平均值。另外，优选各第二气体流路44间的间距p2与各第一气体流路43间的间距p1实质上相等。
第二气体流路44从支撑基板4的第二端部42朝向第一端部41延伸。在将燃料电池单电池10安装于分流器2的状态下，第二气体流路44在第一端部41侧与分流器2的气体回收室22连通。
相邻的第一气体流路43与第二气体流路44之间的间距p0例如为1～10mm左右。该相邻的第一气体流路43与第二气体流路44之间的间距p0是第一气体流路43的中心与第二气体流路44的中心之间的距离。例如，可以在支撑基板4的第一端面411进行间距p0的测定。
相邻的第一气体流路43与第二气体流路44之间的间距p0大于相邻的第一气体流路43之间的间距p1。另外，相邻的第一气体流路43与第二气体流路44之间的间距p0大于相邻的第二气体流路44之间的间距p2。
第一气体流路43和第二气体流路44在支撑基板4的第二端部42侧彼此连通。详细而言，第一气体流路43和第二气体流路44借助连通部件3的连通流路30而连通。
第一气体流路43及第二气体流路44构成为：第一气体流路43内的气体的压力损失小于第二气体流路44内的气体的压力损失。应予说明，在像本实施方式这样第一气体流路43及第二气体流路44分别具有多条的情况下，第一气体流路43及第二气体流路44构成为：各第一气体流路43内的气体的压力损失的平均值小于各第二气体流路44内的气体的压力损失的平均值。
例如，各第一气体流路43的流路截面积可以大于各第二气体流路44的流路截面积。应予说明，在第一气体流路43的数量和第二气体流路44的数量不同的情况下，可以使各第一气体流路43的流路截面积的合计值大于各第二气体流路44的流路截面积的合计值。
虽然没有特别限定，不过，各第二气体流路44的流路截面积的合计值可以为各第一气体流路43的流路截面积的合计值的20～95％左右。应予说明，第一气体流路43的流路截面积可以为例如0.5～20mm2左右。另外，第二气体流路44的流路截面积可以为例如0.1～15mm2左右。
应予说明，第一气体流路43的流路截面积是指：以与第一气体流路43延伸的方向(x轴方向)正交的面(yz平面)切断而得到的切截面中的第一气体流路43的流路截面积。另外，第一气体流路43的流路截面积可以为第一端部41侧的任意部位处的流路截面积、中央部的任意部位处的流路截面积、以及第二端部42侧的任意部位处的流路截面积的平均值。
另外，第二气体流路44的流路截面积是指：以与第二气体流路44延伸的方向(x轴方向)正交的面(yz平面)切断而得到的切截面中的第二气体流路44的流路截面积。另外，第二气体流路44的流路截面积可以为第一端部41侧的任意部位处的流路截面积、中央部的任意部位处的流路截面积、以及第二端部42侧的任意部位处的流路截面积的平均值。
如图3所示，支撑基板4具有：第一主面45、以及第二主面46。第一主面45和第二主面46彼此朝向相反方向。第一主面45及第二主面46支撑各发电元件部5。第一主面45及第二主面46朝向支撑基板4的厚度方向(z轴方向)。另外，支撑基板4的各侧面47朝向支撑基板4的宽度方向(y轴方向)。各侧面47可以弯曲。如图1所示，各支撑基板4配置成：第一主面45和第二主面46对置。
如图3所示，支撑基板4支撑发电元件部5。支撑基板4由不具有电子传导性的多孔质的材料构成。支撑基板4例如由CSZ(氧化钙稳定氧化锆)构成。或者，支撑基板4可以由NiO(氧化镍)和YSZ(8YSZ)(三氧化二钇稳定氧化锆)构成，也可以由NiO(氧化镍)和Y2O3(三氧化二钇)构成，还可以由MgO(氧化镁)和MgAl2O4(镁铝尖晶石)构成。支撑基板4的气孔率例如为20～60％左右。通过例如阿基米德法或观察微结构来测定该气孔率。
支撑基板4被致密层48覆盖。致密层48构成为：抑制从第一气体流路43及第二气体流路44扩散到支撑基板4内的气体向外部排出。本实施方式中，致密层48覆盖支撑基板4的第一主面45、第二主面46、以及各侧面47。应予说明，本实施方式中，致密层48由后述的电解质7、以及互连器91构成。致密层48比支撑基板4致密。例如，致密层48的气孔率为0～7％左右。
[发电元件部]
多个发电元件部5支撑于支撑基板4的第一主面45及第二主面46。各发电元件部5在支撑基板4的长度方向(x轴方向)上排列。详细而言，各发电元件部5在支撑基板4上从第一端部41朝向第二端部42彼此空开间隔地配置。即，各发电元件部5沿着支撑基板4的长度方向(x轴方向)空开间隔地配置。应予说明，各发电元件部5通过后述的电连接部9而彼此串联连接。
发电元件部5在支撑基板4的宽度方向(y轴方向)上延伸。发电元件部5在支撑基板4的宽度方向上被区划为第一部分51和第二部分52。应予说明，第一部分51和第二部分52没有严格的边界。例如，在将燃料电池单电池10安装于分流器2的状态下，在支撑基板4的长度方向观察(x轴方向观察)时，可以将与气体供给室21和气体回收室22的边界重复的部分作为第一部分51与第二部分52的边界部。
在支撑基板4的厚度方向观察(z轴方向观察)时，第一气体流路43与发电元件部5的第一部分51重复。另外，在支撑基板4的厚度方向观察(z轴方向观察)时，第二气体流路44与发电元件部5的第二部分52重复。应予说明，多个第一气体流路43中的一部分第一气体流路43可以没有与第一部分51重复。同样地，多个第二气体流路44中的一部分第二气体流路44可以没有与第二部分52重复。
图5是沿着第一气体流路43切断的燃料电池单电池10的截面图。应予说明，沿着第二气体流路44切断的燃料电池单电池10的截面图除了第二气体流路44的流路截面积不同以外，与图5相同。
发电元件部5具有：燃料极6、电解质7、以及空气极8。另外，发电元件部5还具有防止反应膜11。燃料极6是由具有电子传导性的多孔质的材料构成的烧成体。燃料极6具有：燃料极集电部61以及燃料极活性部62。
燃料极集电部61配置在凹部49内。凹部49形成于支撑基板4。详细而言，燃料极集电部61填充在凹部49内，具有与凹部49同样的外形。各燃料极集电部61具有：第一凹部611以及第二凹部612。燃料极活性部62配置在第一凹部611内。详细而言，燃料极活性部62填充在第一凹部611内。
燃料极集电部61可以由例如NiO(氧化镍)和YSZ(8YSZ)(三氧化二钇稳定氧化锆)构成。或者，燃料极集电部61可以由NiO(氧化镍)和Y2O3(三氧化二钇)构成，也可以由NiO(氧化镍)和CSZ(氧化钙稳定氧化锆)构成。燃料极集电部61的厚度、以及凹部49的深度为50～500μm左右。
燃料极活性部62可以由例如NiO(氧化镍)和YSZ(8YSZ)(三氧化二钇稳定氧化锆)构成。或者，燃料极活性部62可以由NiO(氧化镍)和GDC(钆掺杂氧化铈)构成。燃料极活性部62的厚度为5～30μm。
电解质7配置成覆盖在燃料极6上。详细而言，电解质7在长度方向上从一个互连器91延伸至另一个互连器91。即，在支撑基板4的长度方向(x轴方向)上，电解质7和互连器91交替配置。另外，电解质7覆盖支撑基板4的第一主面45、第二主面46、以及各侧面47。
电解质7比支撑基板4致密。例如电解质7的气孔率为0～7％左右。电解质7是由具有离子传导性且不具有电子传导性的致密材料构成的烧成体。电解质7可以由例如YSZ(8YSZ)(三氧化二钇稳定氧化锆)构成。或者，可以由LSGM(镓酸镧)构成。电解质7的厚度例如为3～50μm左右。
防止反应膜11是由致密材料构成的烧成体。俯视观察时，防止反应膜11为与燃料极活性部62大致相同的形状。防止反应膜11隔着电解质7配置在与燃料极活性部62对应的位置。设置防止反应膜11，以便抑制电解质7内的YSZ与空气极8内的Sr发生反应而在电解质7与空气极8的界面形成电阻较大的反应层的现象的发生。防止反应膜11可以由例如GDC＝(Ce，Gd)O2(钆掺杂氧化铈)构成。防止反应膜11的厚度例如为3～50μm左右。
空气极8配置在防止反应膜11上。空气极8是由具有电子传导性的多孔质材料构成的烧成体。空气极8可以由例如LSCF＝(La，Sr)(Co，Fe)O3(镧锶钴铁酸盐)构成。或者，可以由LSF＝(La，Sr)FeO3(镧锶铁酸盐)、LNF＝La(Ni，Fe)O3(镧镍铁酸盐)、LSC＝(La，Sr)CoO3(镧锶钴酸盐)等构成。另外，空气极8可以由第一层(内侧层)和第二层(外侧层)这2层构成，该第一层由LSCF构成，该第二层由LSC构成。空气极8的厚度例如为10～100μm。
[电连接部]
电连接部9构成为将相邻的发电元件部5电连接。电连接部9具有互连器91及空气极集电膜92。互连器91配置在第二凹部612内。详细而言，互连器91埋设(填充)在第二凹部612内。互连器91是由具有电子传导性的致密材料构成的烧成体。互连器91比支撑基板4致密。例如互连器91的气孔率为0～7％左右。互连器91可以由例如LaCrO3(铬酸镧)构成。或者，可以由(Sr，La)TiO3(钛酸锶)构成。互连器91的厚度例如为10～100μm。
空气极集电膜92配置成在相邻的发电元件部5的互连器91与空气极8之间延伸。例如配置空气极集电膜92，以使图5的配置在左侧的发电元件部5的空气极8与图5的配置在右侧的发电元件部5的互连器91电连接。空气极集电膜92是由具有电子传导性的多孔质材料构成的烧成体。
空气极集电膜92可以由例如LSCF＝(La，Sr)(Co，Fe)O3(镧锶钴铁酸盐)构成。或者，可以由LSC＝(La，Sr)CoO3(镧锶钴酸盐)构成。或者，可以由Ag(银)、Ag－Pd(银钯合金)构成。空气极集电膜92的厚度例如为50～500μm左右。
[连通部件]
如图4所示，连通部件3安装于支撑基板4的第二端部42。并且，连通部件3具有使第一气体流路43和第二气体流路44连通的连通流路30。详细而言，连通流路30将各第一气体流路43和各第二气体流路44连通。连通流路30由从各第一气体流路43延伸至各第二气体流路44的空间构成。连通部件3优选接合于支撑基板4。另外，连通部件3优选与支撑基板4一体地形成。应予说明，连通流路30的数量比第一气体流路43的数量少。本实施方式中，仅通过一条连通流路30，使得多个第一气体流路43和多个第二气体流路44连通。
连通部件3例如为多孔质。另外，连通部件3具有构成其外侧面的致密层31。比连通部件3的主体致密地形成致密层31。例如致密层31的气孔率为0～7％左右。该致密层31可以由与连通部件3相同的材料、上述的电解质7中所使用的材料、结晶玻璃等形成。
[配置关系]
支撑基板4在第一端部41侧具有第一端面411，在第二端部42侧具有第二端面421。第一端面411为朝向分流器2侧的端面，第二端面421为朝向与第一端面411相反一侧的端面。图4中，第一端面411为下端面，第二端面421为上端面。
相邻的第一气体流路43与第二气体流路44之间的间距p0相对于第一端面411与发电元件部5之间的距离L的比例(p0/L)为3.3以下。另外，间距p0相对于距离L的比例(p0/L)为0.02以上。应予说明，详细而言，第一端面411与发电元件部5之间的距离L是：多个发电元件部5中最靠近第一端面411侧的发电元件部5与第一端面411之间的距离。例如，在第一主面45和第二主面46均配置有发电元件部5的情况下，第一端面411与发电元件部5之间的距离L是：配置于第一主面45或第二主面46的所有发电元件部5中最靠近第一端面411侧的发电元件部5与第一端面411之间的距离。
另外，如图6所示，测定第一端面411与发电元件部5之间的距离L时的发电元件部5是指：在燃料电池单电池10的主视观察(z轴方向观察)时，空气极8和燃料极活性部62重复的活性区域A。即，第一端面411与发电元件部5之间的距离L是指：从第一端面411至活性区域A为止的距离。应予说明，在本实施方式的图6所示的例子中，空气极8小于燃料极活性部62，因此，可以使第一端面411与发电元件部5之间的距离L为从第一端面411至空气极8为止的距离。例如，可以利用从相邻的第一气体流路43和第二气体流路44的中心通过的xz面将燃料电池单电池10切断来测定该距离L。
像这样，通过使间距p0相对于距离L的比例(p0/L)为3.3以下，能够使气体如图4的箭头G所示在支撑基板4内从第一气体流路43朝向第二气体流路44流动。即，在从第一端面411至活性区域A的非活性区域中，能够使气体在支撑基板4内从第一气体流路43朝向第二气体流路44流动。另外，通过使间距p0相对于距离L的比例(p0/L)为0.02以上，能够抑制发电效率降低。
另外，构成为：间距p0大于第一气体流路43与发电元件部5之间的距离T。根据该构成，与流经第一气体流路43内而到达发电元件部5的燃料气体从第一气体流路43向第二气体流路44流动相比，该燃料气体在发电元件部5被优先利用，能够使发电效率得到提高。应予说明，如图5所示，第一气体流路43与发电元件部5之间的距离T是指：从第一气体流路43至燃料极活性部62为止的距离。
[发电方法]
如上所述构成的电池堆装置100中，向分流器2的气体供给室21供给氢气等燃料气体，并且，使燃料电池单电池10暴露在空气等包含氧的气体中。于是，在空气极8发生下述(1)式所示的化学反应，在燃料极6发生下述(2)式所示的化学反应，电流流动。
(1/2)·O2+2e－→O2－…(1)
H2+O2－→H2O+2e－…(2)
详细而言，供给到气体供给室21的燃料气体在各燃料电池单电池10的第一气体流路43内流动，在各发电元件部5的燃料极6发生上述(2)式所示的化学反应。各燃料极6中未反应的燃料气体离开第一气体流路43经由连通部件3的连通流路30向第二气体流路44供给。并且，向第二气体流路44供给的燃料气体在燃料极6再次发生上述(2)式所示的化学反应。将流经第二气体流路44的过程中在燃料极6未反应的燃料气体回收到分流器2的气体回收室22。
如上所述，向气体供给室21供给的燃料气体基本上以各第一气体流路43→连通流路30→各第二气体流路44的顺序流动。另一方面，流经第一气体流路43的燃料气体中的一部分像箭头G那样在比发电元件部5更靠第一端部41侧的位置，从第一气体流路43朝向第二气体流路44在支撑基板4的内部流动。然后，从第二气体流路44向气体回收室22输送。该未反应的燃料气体从气体回收室22中被回收，例如在气体燃烧器中燃烧。因此，即便在电池堆装置100的燃料利用率瞬间为100％的情况下，也能够抑制在气体燃烧器中发生熄火。
[变形例]
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于这些实施方式，只要不脱离本发明的主旨就可以进行各种变更。
变形例1
上述实施方式中，第一气体流路43和第二气体流路44通过连通部件3具有的连通流路30而连通，不过，不限定于该构成。例如，如图7所示，可以在支撑基板4的内部具有连通流路30。这种情况下，电池堆装置100可以不具备连通部件3。通过在该支撑基板4内所形成的连通流路30，使得第一气体流路43和第二气体流路44连通。
变形例2
各第一气体流路43的流路截面积可以彼此不同。另外，各第二气体流路44的流路截面积可以彼此不同。另外，第一气体流路43的流路截面积可以与第二气体流路44的流路截面积实质上相同，也可以小于第二气体流路44的流路截面积。
变形例3
上述实施方式中，第二气体流路44的数量与第一气体流路43的数量相同，不过，第二气体流路44的数量不限定于此。例如，如图8所示，第二气体流路44的数量可以比第一气体流路43的数量少。
变形例4
第一气体流路43不必在其长度方向(x轴方向)上具有均匀的流路截面积。特别是，第一气体流路43的流路截面积可以是越接近燃料气体浓度降低的第二端部42越小。另外，第二气体流路44不必在其长度方向(x轴方向)上具有均匀的流路截面积。特别是，第二气体流路44的流路截面积可以是越接近燃料气体浓度降低的第一端部41越小。根据该构成，能够抑制扩散性提高而导致界面附近所存在的Ni变为NiO。
变形例5
上述实施方式中，第一及第二气体流路43、44具有圆形的截面，不过，第一及第二气体流路43、44的截面形状可以为矩形、椭圆形状。
变形例6
上述实施方式中，支撑基板4具有多个第一气体流路43，不过，可以仅具有1个第一气体流路43。同样地，支撑基板4具有多个第二气体流路44，不过，可以仅具有1个第二气体流路44。
变形例7
上述实施方式中，配置于第一主面45的各发电元件部5彼此串联连接，不过，配置于第一主面45的各发电元件部5不必所有都串联连接。应予说明，配置于第二主面46的各发电元件部5也同样。
变形例8
燃料电池单电池10中，形成于第一主面45的各发电元件部5与形成于第二主面46的各发电元件部5之间可以没有彼此电连接，也可以在多处电连接。
变形例9
上述实施方式中，各发电元件部5配置于第一主面45和第二主面46这两个面，不过，可以仅配置于任意一个面。
变形例10
各燃料电池单电池10的宽度可以彼此不同。另外，各发电元件部5的宽度也可以彼此不同。例如，形成于某一支撑基板4的各发电元件部5的宽度和形成于其他支撑基板4的各发电元件部5的宽度可以不同。
变形例11
实施方式中，连通部件3为多孔质，不过，连通部件3可以由金属构成。具体而言，连通部件3可以由Fe－Cr合金、Ni基合金、或MgO系陶瓷材料(可以为与支撑基板4相同的材料)等构成。
变形例12
上述实施方式中，连通部件3的连通流路30由空间构成，不过，连通部件3的连通流路30的构成不限定于此。例如，如图9所示，连通部件3的连通流路30可以由在连通部件3内所形成的多个气孔构成。
变形例13
上述实施方式的分流器2中，将1个分流器主体部23用隔板24分隔开，由此划分出气体供给室21和气体回收室22，不过，分流器2的构成不限定于此。例如，也可以通过2个分流器主体部23来构成分流器2。这种情况下，1个分流器主体部23具有气体供给室21，另一个分流器主体部23具有气体回收室22。
变形例14
上述实施方式的燃料电池单电池10是：各发电元件部5在支撑基板4的长度方向(x轴方向)上排列的、所谓的横条纹型的燃料电池单电池，不过，燃料电池单电池10的构成不限定于此。例如，燃料电池单电池10可以是：在支撑基板4的第一主面45支撑1个发电元件部5的、所谓的纵条纹型的燃料电池单电池。这种情况下，可以在支撑基板4的第二主面46支撑一个发电元件部5，也可以不支撑。
变形例15
上述实施方式中，将本发明的电化学单电池用作固体氧化物型燃料电池单电池(SOFC)，不过，不限定于此。例如，也可以将本发明的电化学单电池用作固体氧化物型电解电池(SOEC)。在像这样将本发明所涉及的电化学单电池用作固体氧化物型电解电池的情况下，例如可以得到如下效果。
对于固体氧化物型电解电池10，使水蒸气气体依次流经第一气体流路43及第二气体流路44并生成氢气和氧气。此处生成并流经第二气体流路44的氢气在比发电元件部5更靠第一端部41侧的位置在支撑基板4内向第一气体流路43流动。结果，在向配置于第一端部41侧的发电元件部5的燃料极6供给的水蒸气气体中混入氢气，能够抑制燃料极6的镍发生氧化。
实施例
以下，示出实施例及比较例，对本发明进一步具体地进行说明。应予说明，本发明并不限定于下述实施例。
(试验A)
试验A中，确认间距p0相对于距离L的比例(p0/L)与有无熄火之间的关系。首先，制作图4所示的形状的电池堆装置100作为样品No.1～16。应予说明，各电池堆装置100中，燃料电池单电池10的数量为1个。在样品No.1～16中，改变间距p0相对于距离L的比例(p0/L)。各电池堆装置100中的燃料电池单电池10的高度(x轴方向上的尺寸)为50～1000mm，宽度(y轴方向上的尺寸)为10～500mm。
应予说明，支撑基板4的厚度及气孔率为与燃料电池单电池中通常使用的支撑基板相同的程度(厚度：1.5～5mm左右、气孔率20～60％左右)。另外，在各样品中，除了相邻的第一气体流路43与第二气体流路44之间的间距p0相对于第一端面411与发电元件部5之间的距离L的比例(p0/L)以外的构成基本上相同。
(评价方法)
如上所述制作的各电池堆装置100中，将氢气经由气体供给室21向燃料电池单电池10的第一气体流路43供给，并且，使燃料电池单电池10暴露于空气中。以向燃料电池单电池供给氢气时的通常的范围(5～100kPa左右)的供给压力供给氢气。然后，使按第一气体流路43、连通流路30、第二气体流路44的顺序流动而被回收到气体回收室22的废气在气体燃烧器中燃烧。然后，使其从稳态运转(燃料利用率80％的运转)脉冲变化为燃料利用率100％的运转，测定使燃料利用率100％的运转持续0.5秒钟时的废气燃烧的火焰温度，由此，确认有无熄火。应予说明，燃料利用率100％的运转是指：到达至发电元件部5的氢气全部用于燃料电池单电池10的发电的运转。另外，向气体燃烧器供给的空气量是：包含燃料利用率80％的运转时的废气内的氢完全燃烧的氧量的2倍氧量这样的量。该空气的流量在燃料利用率80％的运转时和燃料利用率100％的运转时恒定。
表1
No. p0[mm] L[mm] p0/L 火焰温度[℃] 发电效率
1 0.5 45 0.011 760 ×
2 0.8 45 0.018 755 ×
3 0.8 40 0.020 750 〇
4 1 40 0.025 740 〇
5 1 30 0.03 735 〇
6 3 20 0.15 730 〇
7 5 20 0.25 720 〇
8 5 10 0.50 710 〇
9 5 5 1.0 690 〇
10 6.6 3 2.2 650 〇
11 7.5 3 2.5 635 〇
12 8 2.5 3.2 620 〇
13 6.6 2 3.3 610 〇
14 7 2 3.5 - 〇
15 7.5 2 3.8 - 〇
16 8 2 4.0 - 〇
如表1所示，样品No.1～13中，火焰温度维持在600度以上，没有发生熄火。另一方面，样品No.14～16中，火焰温度持续降低而变得测定困难，因此，可以判断为发生了熄火。由以上结果可知：通过使间距p0相对于距离L的比例(p0/L)为3.3以下，能够防止熄火。
(试验B)
试验B中，针对试验A中制作的样品No.1～16，测定燃料利用率80％的运转时的输出电压，由此，评价发电效率。将其结果示于表1。应予说明，以表1中的p0/L为1时、即、样品No.9中的输出电压为基准，将与样品No.9的输出电压相比降低了5％以上的样品评价为“×”，将与样品No.9的输出电压相比没有降低5％以上的样品评价为“〇”。
如表1所示，可知：样品No.1～2中，发电效率低，样品No.3～16中，发电效率良好。由该结果可知：通过像样品No.3～16那样使间距p0相对于距离L的比例(p0/L)为0.020以上，能够抑制发电效率降低。
符号说明
2：分流器
21：气体供给室
22：气体回收室
3：连通部件
30：连通流路
4：支撑基板
41：第一端部
42：第二端部
43：第一气体流路
44：第二气体流路
5：发电元件部
10：燃料电池单电池
100：电池堆装置

Claims (8)

1.一种电化学单电池，其与气体供给部及气体回收部连结，
所述电化学单电池的特征在于，具备：
多孔质的支撑基板，该多孔质的支撑基板为扁平状，且具有与所述气体供给部及所述气体回收部连结的第一端部、以及与所述第一端部相反一侧的第二端部；以及
发电元件部，该发电元件部配置于所述支撑基板的主面，
所述支撑基板具有：
至少1个第一气体流路，该至少1个第一气体流路从所述第一端部朝向所述第二端部延伸，且与所述气体供给部连通；以及
至少1个第二气体流路，该至少1个第二气体流路在所述第二端部侧与所述第一气体流路连通，并从所述第二端部朝向所述第一端部延伸，且与所述气体回收部连通，
相邻的所述第一气体流路与所述第二气体流路之间的间距p0相对于所述支撑基板的所述第一端部侧的第一端面与所述发电元件部之间的距离L的比例、即p0/L为0.02以上且3.3以下。
2.根据权利要求1所述的电化学单电池，其特征在于，
所述至少1个第一气体流路包括多个所述第一气体流路，
相邻的所述第一气体流路与所述第二气体流路之间的间距p0大于相邻的所述第一气体流路之间的间距p1。
3.根据权利要求1或2所述的电化学单电池，其特征在于，
所述至少1个第二气体流路包括多个所述第二气体流路，
相邻的所述第一气体流路与所述第二气体流路之间的间距p0大于相邻的所述第二气体流路之间的间距p2。
4.根据权利要求1所述的电化学单电池，其特征在于，
所述支撑基板还具有连通流路，该连通流路在所述第二端部将所述第一气体流路和所述第二气体流路连通。
5.根据权利要求1所述的电化学单电池，其特征在于，
所述电化学单电池还具备连通部件，该连通部件安装于所述支撑基板的第二端部，且具有将所述第一气体流路和所述第二气体流路连通的连通流路。
6.根据权利要求4或5所述的电化学单电池，其特征在于，
所述至少1个第一气体流路包括多个第一气体流路，
所述至少1个第二气体流路包括多个第二气体流路，
所述连通流路仅为1个。
7.根据权利要求1或2所述的电化学单电池，其特征在于，
相邻的所述第一气体流路与所述第二气体流路之间的间距p0大于所述第一气体流路与所述发电元件部之间的距离T。
8.一种电池堆装置，其特征在于，具备：
权利要求1至7中的任意一项所述的电化学单电池；以及
分流器，该分流器支撑所述支撑基板的第一端部，
所述分流器具有：与所述第一气体流路连通的气体供给室、以及与所述第二气体流路连通的气体回收室。
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