CN112913059A - 燃料电池单电池及电池堆装置 - Google Patents
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Abstract
燃料电池单电池(10)具备：支撑基板(4)、至少1个发电元件部(5)、至少1个第一气体流路(43)、以及至少1个第二气体流路(44)。发电元件部(5)配置于支撑基板(4)上。第一及第二气体流路(43、44)在支撑基板(4)内从基端部(101)朝向前端部(102)延伸，并在前端部(102)彼此连通。至少1个第一气体流路(43)的截面积的合计值小于至少1个第二气体流路(44)的截面积的合计值。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池单电池及电池堆装置。
背景技术
电池堆装置具有燃料电池单电池及分流器。燃料电池单电池自分流器开始向上方延伸，并接受从分流器供给而来的燃料气体进行发电。
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
对于如上所述的电池堆装置，希望提高燃料电池单电池的输出。因此，本发明的课题在于，提高燃料电池单电池的输出。
本发明的第一方案所涉及的燃料电池单电池具有：前端部及基端部。该燃料电池单电池具备：支撑基板、至少1个发电元件部、至少1个第一气体流路、以及至少1个第二气体流路。发电元件部配置于支撑基板上。第一及第二气体流路在支撑基板内从基端部朝向前端部延伸，并在前端部彼此连通。至少1个第一气体流路的截面积的合计值小于至少1个第二气体流路的截面积的合计值。
像这样，通过使至少1个第一气体流路的截面积的合计值小于至少1个第二气体流路的截面积的合计值，能够使燃料电池单电池的输出得到提高。
优选为，至少1个第一气体流路的截面积的合计值(S1)相对于至少1个第二气体流路的截面积的合计值(S2)的比例(S1/S2)为0.92以下。
优选为，至少1个第一气体流路的各截面积小于至少1个第二气体流路的各截面积。
优选为，第一气体流路的数量少于第二气体流路的数量。
优选为，燃料电池单电池还具备连通流路。连通流路在燃料电池单电池的前端部将至少1个第一气体流路和至少1个第二气体流路连通。
优选为，燃料电池单电池具备：多个第一气体流路。
优选为，相邻的第一气体流路与第二气体流路之间的间距大于相邻的第一气体流路间的间距。
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燃料电池单电池、以及分流器。分流器具有气体供给室及气体回收室。分流器支撑燃料电池单电池的基端部。至少1个第一气体流路与气体供给室连通。至少1个第二气体流路与气体回收室连通。
发明效果
根据本发明，能够使燃料电池单电池的输出得到提高。
附图说明
图1是电池堆装置的立体图。
图2是分流器的截面图。
图3是分流器的俯视图。
图4是电池堆装置的截面图。
图5是燃料电池单电池的立体图。
图6是支撑基板的截面图。
图7是燃料电池单电池的截面图。
图8是基端部的、燃料电池单电池的截面图。
图9是前端部的、燃料电池单电池的截面图。
图10是变形例所涉及的电池堆装置的截面图。
图11是变形例所涉及的电池堆装置的截面图。
图12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，对本发明所涉及的燃料电池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，使用固体氧化物型燃料电池单电池(SOFC)作为燃料电池单电池的一例进行说明。图1是表示电池堆装置的立体图，图2是分流器的截面图。此外，图1及图2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]
如图2所示，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和气体回收室22。将燃料气体从燃料气体供给源经由改质器等而向气体供给室21供给。气体回收室22对各燃料电池单电池10中所使用的燃料气体的废气进行回收。
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3所示，在分流器主体部23的顶板部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在气体供给室21及气体回收室22中呈开口。应予说明，各贯通孔232可以被分为在气体供给室21中呈开口的部分和在气体回收室22中呈开口的部分。
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。应予说明，本实施方式中，隔板24将分流器主体部23的空间完全隔开，不过，也可以在隔板24与分流器主体部23之间形成有间隙。
如图2所示，在气体供给室21的底面形成有气体供给口211。另外，在气体回收室22的底面形成有气体排出口221。应予说明，气体供给口211可以形成于气体供给室21的侧面或上表面，气体排出口221可以形成于气体回收室22的侧面或上表面。
气体供给口211例如在燃料电池单电池10的排列方向(z轴方向)上配置于比分流器2的中心C更靠第一端部201侧的位置。另一方面，气体排出口221例如在燃料电池单电池10的排列方向(z轴方向)上配置于比分流器2的中心C更靠第二端部202侧的位置。
[燃料电池单电池]
图4示出了电池堆装置的截面图。如图4所示，燃料电池单电池10自分流器2开始向上方延伸。燃料电池单电池10具有：基端部101及前端部102。燃料电池单电池10的基端部101安装于分流器2。即，分流器2支撑各燃料电池单电池10的基端部101。本实施方式中，燃料电池单电池10的基端部101是指下端部，燃料电池单电池10的前端部102是指上端部。
如图1所示，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(z轴方向)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。本实施方式中，各燃料电池单电池10沿着分流器2的长度方向而等间隔地配置，不过，可以不是等间隔。
如图4及图5所示，燃料电池单电池10具有：支撑基板4、多个第一气体流路43、多个第二气体流路44、以及多个发电元件部5。另外，燃料电池单电池10具有连通流路30。
[支撑基板]
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，且具有基端部41以及前端部42。基端部41及前端部42是支撑基板4的长度方向(x轴方向)上的两个端部。本实施方式中，支撑基板4的基端部41是指下端部，支撑基板4的前端部42是指上端部。本实施方式中，支撑基板4的长度方向(x轴方向)上的尺寸比宽度方向(y轴方向)上的尺寸长，不过，宽度方向(y轴方向)上的尺寸也可以比长度方向(x轴方向)上的尺寸长。
支撑基板4的基端部41安装于分流器2。例如，支撑基板4的基端部41通过接合材料等而安装于分流器2的顶板部231。详细而言，支撑基板4的基端部41被插入于在顶板部231所形成的贯通孔232。应予说明，支撑基板4的基端部41也可以没有插入于贯通孔232。
如图5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。
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9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。
[第一及第二气体流路]
第一及第二气体流路43、44在支撑基板4内延伸。第一及第二气体流路43、44在支撑基板4的长度方向(x轴方向)上延伸。即，第一及第二气体流路43、44从燃料电池单电池10的基端部101朝向前端部102延伸。第一及第二气体流路43、44分别彼此实质上平行地延伸。应予说明，第一及第二气体流路43、44贯穿支撑基板4。
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在基端部101侧与气体供给室21连通，第二气体流路44在基端部101侧与分流器2的气体回收室22连通。
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。另外，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。
如图4所示，相邻的第一气体流路43的间距p1例如为1～5mm左右。该相邻的第一气体流路43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间的间距p1可以为在支撑基板4的基端部41、中央部、以及前端部42处分别测定得到的间距的平均值。
相邻的第二气体流路44间的间距p2例如为1～5mm左右。该相邻的第二气体流路44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间的间距p2可以为在支撑基板4的基端部41、中央部、以及前端部42处分别测定得到的间距的平均值。应予说明，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。
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的中心的距离。例如，间距p0可以在燃料电池单电池10的基端面111处进行测定。
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间的间距p2。
像这样，通过使第一气体流路43与第二气体流路44之间的间距p0大于第一气体流路43间的间距p1，且大于第二气体流路44间的间距p2，能够将相邻的第一气体流路43和第二气体流路44分开。将该第一气体流路43与第二气体流路44之间的区域称为边界区域403。
如图6所示，支撑基板4具有：第一区域401、第二区域402、以及边界区域403。第一区域401、第二区域402、以及边界区域403的各区域为通过将支撑基板4在宽度方向(y轴方向)上划分开而形成的区域。第一区域401为第一气体流路43的形成区域。第二区域402为第二气体流路44的形成区域。边界区域403为第一区域401与第二区域402之间的区域。通过边界区域403而将第一区域401和第二区域402隔开。
第一气体流路43和第二气体流路44在燃料电池单电池10的前端部102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。
[第一及第二气体流路的截面积]
各第一气体流路43的截面积的合计值小于各第二气体流路44的截面积的合计值。因此，流通于各第一气体流路43内的气体的压力损失的合计值大于流通于各第二气体流路44内的气体的压力损失的合计值。应予说明，本实施方式中，各第一气体流路43的各截面积小于各第二气体流路44的各截面积。
从提高输出的观点考虑，各第一气体流路43的截面积的合计值(S1)相对于各第二气体流路44的截面积的合计值(S2)的比例(S1/S2)优选为例如0.92以下。另外，该比例(S1/S2)没有特别限定，从制造上的观点考虑，例如可以为0.02以上。应予说明，第一气体流路43的截面积可以为例如0.1～25mm2左右。另外，第二气体流路44的截面积可以为例如0.5～30mm2左右。
应予说明，第一气体流路43的截面积是指：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的截面积。另外，第一气体流路43的截面积可以为基端部101侧的任意部位处的截面积、中央部的任意部位处的截面积、以及前端部102侧的任意部位处的截面积的平均值。
另外，第二气体流路44的截面积是指：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的截面积。另外，第二气体流路44的截面积可以为基端部101侧的任意部位处的截面积、中央部的任意部位处的截面积、以及前端部102侧的任意部位处的截面积的平均值。
[发电元件部]
各发电元件部5支撑于支撑基板4的第一主面45或第二主面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。
各发电元件部5沿着第一及第二气体流路43、44延伸的方向(x轴方向)空开间隔地配置。详细而言，各发电元件部5在支撑基板4上从基端部101朝向前端部102彼此空开间隔地配置。应予说明，各发电元件部5通过互连器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的宽度方向上被划分为第一部分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，各第一气体流路43与发电元件部5的第一部分51重复。因此，主要从各第一气体流路43向发电元件部5的第一部分51供给燃料气体。另外，在支撑基板4的厚度方向观察(z轴方向观察)时，各第二气体流路44与发电元件部5的第二部分52重复。因此，主要从各第二气体流路44向发电元件部5的第二部分52供给燃料气体。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7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的截面积不同以外，与图7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9延伸至另一个互连器9。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9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与空气极活性部81内的Sr发生反应而在电解质7与空气极活性部81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配置成：与燃料极6合作而夹持电解质7。空气极8具有：空气极活性部81以及空气极集电部82。
空气极活性部81配置在防止反应膜11上。空气极活性部81具有氧离子传导性，并且，具有电子传导性。空气极活性部81的具有氧离子传导性的物质的含有率大于空气极集电部82的具有氧离子传导性的物质的含有率。详细而言，空气极活性部81中的、具有氧离子传导性的物质的体积相对于除了气孔部分以外的总体积的体积比例大于空气极集电部82中的、具有氧离子传导性的物质的体积相对于除了气孔部分以外的总体积的体积比例。
空气极活性部81由多孔质的材料构成。空气极活性部81为烧成体。空气极活性部81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，空气极活性部81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。空气极活性部81的厚度例如为10～100μm。
空气极集电部82配置在空气极活性部81上。空气极集电部82从空气极活性部81朝向相邻的发电元件部5延伸。空气极集电部82借助互连器9而与相邻的发电元件部5的燃料极集电部61电连接。应予说明，燃料极集电部61和空气极集电部82在支撑基板20的长度方向(x轴方向)上从发电区域彼此向相反侧延伸。应予说明，发电区域是指：在俯视观察(z轴方向观察)时，燃料极活性部62、电解质7以及空气极活性部81重复的区域。
空气极集电部82由具有电子传导性的多孔质材料构成。空气极集电部82为烧成体。优选为，空气极集电部82的电子传导性高于空气极活性部81的电子传导性。空气极集电部82可以具有氧离子传导性，也可以不具有氧离子传导性。
空气极集电部82可以由例如LSCF＝(La，Sr)(Co，Fe)O3(镧锶钴铁酸盐)构成。或者，空气极集电部82可以由LSC＝(La，Sr)CoO3(镧锶钴酸盐)构成。或者，空气极集电部82可以由Ag(银)、Ag－Pd(银钯合金)构成。应予说明，空气极集电部82的厚度为例如50～500μm左右。
[互连器]
互连器9构成为：在x轴方向上将相邻的发电元件部5电连接。互连器9将相邻的发电元件部5中的一个发电元件部5的燃料极6和另一个发电元件部5的空气极8电连接。详细而言，互连器9将一个发电元件部5的燃料极集电部61和另一个发电元件部5的空气极集电部82电连接。
像这样，各发电元件部5通过互连器9而在第一及第二主面45、46上分别从燃料电池单电池10的前端部102至基端部101进行串联连接。
互连器9例如配置在燃料极集电部61的第二凹部612内。详细而言，互连器9埋设(填充)在第二凹部612内。互连器9为由具有电子传导性的致密材料构成的烧成体。互连器9比支撑基板4要致密。例如，互连器9的气孔率为0～7％左右。互连器9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9的厚度为例如10～100μm。
如图8所示，各燃料电池单电池10中配置于最基端侧的互连器9d将配置于第一主面45的发电元件部5和配置于第二主面的发电元件部5电连接。应予说明，各燃料电池单电池10的各主面45、46上配置于最基端侧的一对发电元件部5隔着互连器9d而彼此相邻。另外，本实施方式中，在第二主面46上配置于最基端侧的互连器9d为各燃料电池单电池10中配置于最基端侧的互连器。
在第一主面45上配置于最基端侧的发电元件部5的空气极集电部82从第一主面45经由侧面47而延伸至第二主面46。即，该配置于最基端侧的发电元件部5的空气极集电部82呈环状延伸。并且，在第二主面46上配置于最基端侧的互连器9d将从第一主面45延伸至第二主面46的空气极集电部82和在第二主面46上配置于最基端侧的发电元件部5的燃料极集电部61电连接。
像这样，在第一主面45上串联连接的多个发电元件部5和在第二主面46上串联连接的多个发电元件部5通过互连器9d而在燃料电池单电池10的基端部101进行串联连接。
[连通部件]
如图4所示，连通部件3安装于支撑基板4的前端部42。并且，连通部件3具有连通流路30。连通流路30将第一气体流路43和第二气体流路44连通。即，第一气体流路43和第二气体流路44借助连通流路30而彼此连通。
连通流路30在燃料电池单电池10的前端部102且在燃料电池单电池10的宽度方向(y轴方向)上延伸。即，连通流路30在与第一及第二气体流路43、44交叉的方向上延伸。各第一气体流路43及各第二气体流路44在前端部102与连通流路30连通。
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。连通流路30的数量少于第一气体流路43的数量。本实施方式中，仅通过一条连通流路30而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为例如多孔质。另外，连通部件3具有构成其外侧面的致密层31。致密层31形成为：比连通部件3的主体要致密。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、结晶化玻璃等来形成。
[集电部件]
如图9所示，集电部件12配置于相邻的燃料电池单电池10之间。并且，集电部件12将相邻的燃料电池单电池10彼此电连接。集电部件12将相邻的燃料电池单电池10的前端部102彼此接合。例如，集电部件12配置于比在支撑基板4的两个主面所配置的多个发电元件部5中的配置于最前端侧的发电元件部5更靠前端侧的位置。集电部件12将配置于相邻的燃料电池单电池10的最前端侧的发电元件部5彼此电连接。应予说明，各燃料电池单电池10的各主面45、46上配置于最前端侧的发电元件部5与配置于相邻的燃料电池单电池10的最前端侧的发电元件部5相邻。
集电部件12借助导电性接合材料103而接合于自发电元件部5开始延伸的空气极集电部82。作为导电性接合材料103，可以使用众所周知的导电性陶瓷等。例如，导电性接合材料103可以由选自(Mn，Co)3O4、(La，Sr)MnO3、以及(La，Sr)(Co，Fe)O3等中的至少1种构成。
像这样，各燃料电池单电池10中配置于最前端侧的互连器9b借助集电部件12及空气极集电部82而将相邻的一对的燃料电池单电池10的发电元件部5彼此电连接。本实施方式中，在第一主面45上配置于最前端侧的互连器9为各燃料电池单电池10中配置于最前端侧的互连器。
[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供给燃料气体，并且，将燃料电池单电池10暴露于空气等含氧气体。例如，从燃料电池单电池10的上方朝向燃料电池单电池10供给空气。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。
[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所具有的连通流路30而连通，但不限定于该构成。例如，如图10所示，连通流路30可以形成在支撑基板4内。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而使得第一气体流路43和第二气体流路44连通。
变形例2
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。这种情况下，第一气体流路43的截面积的合计值是指：这1个第一气体流路43的截面积。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。这种情况下，第二气体流路44的截面积的合计值是指：这1个第二气体流路44的截面积。
变形例3
各第一气体流路43的截面积可以彼此不同。另外，各第二气体流路44的截面积可以彼此不同。
变形例4
上述实施方式中，第一气体流路43的数量与第二气体流路44的数量彼此相同，不过，不限定于此。例如，如图11所示，可以使第一气体流路43的数量少于第二气体流路44的数量。即，可以使与气体供给室21连通的气体流路的数量少于与气体回收室22连通的气体流路的数量。这种情况下，各第一气体流路43的各截面积可以与各第二气体流路44的各截面积相同。另外，如果第一气体流路43的截面积的合计值为小于第二气体流路44的截面积的合计值的范围，则各第一气体流路43的各截面积可以大于各第二气体流路44的各截面积。
应予说明，在图11所示的构成中，通过将第一气体流路43间的间距p1扩大而使第一气体流路43的数量少于第二气体流路44的数量，不过，电池堆装置100可以通过其他构成来使第一气体流路43的数量少于第二气体流路44的数量。例如，如图12所示，通过使第一区域401小于第二区域402，可以使第一气体流路43的数量少于第二气体流路44的数量。这种情况下，边界区域403在宽度方向(y轴方向)上从支撑基板4的中央偏向第一区域401侧。另外，分流器2构成为：气体供给室21小于气体回收室22。例如，通过使隔板24向比中央更靠气体供给室21侧移动，能够使气体供给室21小于气体回收室22。
变形例5
上述实施方式中，燃料电池单电池10构成为自分流器2开始向上方延伸，不过，不限定于此。例如，燃料电池单电池10可以自分流器2开始向下方延伸。
变形例6
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。
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。
对于图12所示的构成的电池堆装置100，像表1所示那样，改变各第一气体流路43的截面积的合计值(S1)相对于各第二气体流路44的截面积的合计值(S2)的比例(S1/S2)，分别制作样品No.1～10。应予说明，本实施例中，第一气体流路43的截面积和第二气体流路44的截面积彼此相同，通过像表1所示那样改变第一气体流路43的条数及第二气体流路44的条数，来改变各第一气体流路43的截面积的合计值(S1)及各第二气体流路44的截面积的合计值(S2)。各样品No.1～10所涉及的燃料电池单电池10中，除了第一气体流路43的截面积的合计值(S1)及第二气体流路44的截面积的合计值(S2)以外的构成基本相同。
(评价方法)
将如上制作的各燃料电池单电池10在以下的条件下测定电动势，进行各样品的评价。首先，将各燃料电池单电池10插入于分流器2，使第一气体流路43与气体供给室21连通，并使第二气体流路44与气体回收室22连通。然后，向分流器2的气体供给室21供给燃料气体，向燃料电池单电池10的两面供给空气。将流过第一气体流路43及第二气体流路44的废气回收到气体回收室22。评价条件如下：温度为750℃，电流密度为0.2A/cm2，燃料利用率为80％，空气利用率为5％。
表1
如表1所示，可知：通过使各第一气体流路43的截面积的合计值小于各第二气体流路44的截面积的合计值，能够提高燃料电池单电池10的输出。
符号说明
2 分流器
21 气体供给室
22 气体回收室
5 发电元件部
10 燃料电池单电池
30 连通流路
43 第一气体流路
44 第二气体流路
Claims (8)
1.一种燃料电池单电池，其具有前端部及基端部，
所述燃料电池单电池的特征在于，具备：
支撑基板；
至少1个发电元件部，该至少1个发电元件部配置于所述支撑基板上；
至少1个第一气体流路，该至少1个第一气体流路在所述支撑基板内从所述基端部朝向所述前端部延伸；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支撑基板内从所述基端部朝向所述前端部延伸，并在所述前端部与所述第一气体流路连通，
所述至少1个第一气体流路的截面积的合计值小于所述至少1个第二气体流路的截面积的合计值。
2.根据权利要求1所述的燃料电池单电池，其特征在于，
所述至少1个第一气体流路的截面积的合计值S1相对于所述至少1个第二气体流路的截面积的合计值S2的比例S1/S2为0.92以下。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池单电池，其特征在于，
所述至少1个第一气体流路的各截面积小于所述至少1个第二气体流路的各截面积。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的燃料电池单电池，其特征在于，
所述第一气体流路的数量少于所述第二气体流路的数量。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的燃料电池单电池，其特征在于，
所述燃料电池单电池还具备连通流路，该连通流路在所述燃料电池单电池的前端部将所述至少1个第一气体流路和所述至少1个第二气体流路连通。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的燃料电池单电池，其特征在于，
所述燃料电池单电池具备：多个所述第一气体流路。
7.根据权利要求6所述的燃料电池单电池，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大于相邻的所述第一气体流路间的间距。
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燃料电池单电池；以及
分流器，该分流器具有气体供给室及气体回收室，并支撑所述燃料电池单电池的基端部，
所述至少1个第一气体流路与所述气体供给室连通，
所述至少1个第二气体流路与所述气体回收室连通。
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