CN115398685A - 电池单元、电池堆装置、模块以及模块收容装置 - Google Patents

电池单元、电池堆装置、模块以及模块收容装置 Download PDF

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Abstract

电池单元具备元件部、气体流路、第一金属部、第二金属部以及加强部。在气体流路流动反应气体。第一金属部位于气体流路的一面侧与元件部之间，且支承元件部。第二金属部位于气体流路的与一面侧相反的另一面侧。加强部位于气体流路的内部，且面向第一金属部以及第二金属部。

Description

电池单元、电池堆装置、模块以及模块收容装置
技术领域
本发明涉及电池单元、电池堆装置、模块以及模块收容装置。
背景技术
近年来，作为下一代能源，提出了各种具有多个燃料电池单元的燃料电池电池堆装置，该燃料电池单元是能够使用含氢气体等燃料气体与空气等含氧气体而得到电力的电池单元的一种。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-195029号公报
发明内容
实施方式的一方案的电池单元具备元件部、气体流路、第一金属部、第二金属部以及加强部。在气体流路流动反应气体。第一金属部位于气体流路的一面侧与元件部之间，且支承元件部。第二金属部位于气体流路的与所述一面侧相反的另一面侧。加强部位于气体流路的内部，且面向第一金属部以及第二金属部。
另外，本发明的电池堆装置具有电池堆，该电池堆具备多个上述所记载的电池单元。
另外，本发明的模块具备上述所记载的电池堆装置以及收纳电池堆装置的收纳容器。
另外，本发明的模块收容装置具备上述所记载的模块、用于进行模块的运转的辅机以及收容模块以及辅机的外装壳体。
附图说明
图1A是示出实施方式的电池单元的一例的剖视图。
图1B是从空气极侧观察实施方式的电池单元的一例而得到的侧视图。
图2A是示出实施方式的电池堆装置的一例的立体图。
图2B是图2A所示的X-X线的剖视图。
图2C是示出实施方式的电池堆装置的一例的俯视图。
图3A是结构体的分解立体图。
图3B是图3A所示的结构体的立体图。
图4A是图3B所示的结构体的第一剖视图。
图4B是图3B所示的结构体的第二剖视图。
图5A是示出结构体的其他例子的立体图。
图5B是示出结构体的其他例子的立体图。
图5C是示出结构体的其他例子的立体图。
图5D是示出结构体的其他例子的立体图。
图6A是将图1A所示的区域A放大而得到的剖视图。
图6B是示出图1A所示的区域A的其他例子的剖视图。
图7A是示出实施方式的变形例的电池单元的一例的剖视图。
图7B是示出实施方式的结构体的一例的展开图。
图7C是示出实施方式的结构体的其他例子的展开图。
图8是示出实施方式的模块的一例的外观立体图。
图9是概要性示出实施方式的模块收容装置的一例的分解立体图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明本申请所公开的电池单元、电池堆装置、模块以及模块收容装置的实施方式。需要说明的是，本发明并不被以下所示的实施方式限定。
另外，附图是示意性的，需要留意各要素的尺寸的关系、各要素的比率等存在与现实不同的情况。并且，在附图的彼此间，也存在包含彼此的尺寸的关系、比率等不同的部分的情况。
<电池单元的结构>
首先，参照图1A、图1B，作为实施方式的电池单元，使用固体氧化物型的燃料电池单元的例子进行说明。
图1A是示出实施方式的电池单元1的一例的剖视图，图1B是从空气极5侧观察实施方式的电池单元1的一例而得到的侧视图。需要说明的是，图1A、图1B将电池单元1的各结构的一部分放大而示出。
在图1A、图1B所示的例子中，电池单元1为中空平板型。如图1B所示那样，从侧面观察电池单元1的整体而得到的形状例如为长度方向L的边的长度为5cm～50cm、且与该长度方向L正交的宽度方向W的长度为1cm～10cm的长方形。该电池单元1的整体的厚度方向T的厚度例如为1mm～5mm。
如图1A所示那样，电池单元1具备结构体2以及元件部。结构体2具有将多个金属构件在厚度方向T上重叠而成的层叠结构。另外，在相邻的电池单元1之间配置有导电构件6。导电构件6将多个电池单元1电连接。
元件部位于结构体2的一面侧。该元件部具有燃料极3、固体电解质层4以及空气极5。另外，如图1B所示那样，空气极5未延伸到电池单元1的上端以及下端。在电池单元1的下端部，仅固体电解质层4在表面露出。需要说明的是，如图1A所示那样，在燃料极3的宽度方向W以及长度方向L的端面配置有固体电解质层4。通过在燃料极3的端面配置固体电解质层4，从而难以产生燃料气体与含氧气体的泄漏。需要说明的是，也可以代替固体电解质层4，而在燃料极3的端面配置具有气体阻断性的材料。具有气体阻断性的材料例如也可以是玻璃。
以下，对构成电池单元1的各构成构件进行说明。
结构体2在内部具有供反应气体流动的气体流路2a。结构体2例如在电池单元1的长度方向L的端部具有气体流路2a的入口和出口。供给到气体流路2a的入口的反应气体在位于结构体2的内部的气体流路2a流通，并从气体流路2a的出口向结构体2的外部排出。反应气体例如是含氢气体等燃料气体。结构体2也可以具有如下部分，该部分具有透气性，且使在气体流路2a流动的燃料气体透过到燃料极3。另外，结构体2也可以具有导电性。具有导电性的结构体2集电于导电构件6。需要说明的是，气体流路2a既可以在长度方向L的两端分别配置入口以及出口，也可以在长度方向L的一端侧配置入口以及出口这两方。
结构体2的材料例如也可以是不锈钢。结构体2例如也可以含有金属氧化物。
另外，也可以在结构体2中的在氧化气氛露出的部分配置覆膜。例如电池单元1也可以具有位于结构体2与氧化气氛之间、且含有锌、锰以及钴中的至少任一种的涂层。
由此，在高温动作时结构体2的金属材料所含的铬(Cr)难以向氧化气氛脱离。因此，根据实施方式，能够提高结构体2的耐久性，因此能够提高电池单元1的耐久性。
另外，也可以在结构体2中的在还原气氛露出的部分配置覆膜。例如电池单元1也可以具有位于结构体2与还原气氛之间、且含有CeO2的涂层。
由此，构成元素难以从结构体2中的在还原气氛露出的部分脱离。因此，根据实施方式，能够提高结构体2的耐久性，因此能够提高电池单元1的耐久性。
结构体2具有支承板7、流路板8以及密封板9。支承板7是位于气体流路2a与元件部之间的第一金属部。在支承板7中，一面支承燃料极3，与一面相反的一侧的另一面面向气体流路2a。另外，支承板7具有将一面和另一面贯通的开口7a。支承板7具有透气性，且例如能够通过开口7a透过燃料气体。
在流路板8中，一面面向支承板7，与一面相反的一侧的另一面面向密封板9。流路板8具有供燃料气体流动的气体流路2a。气体流路2a与开口7a连通，在气体流路2a流动的燃料气体通过开口7a向燃料极3供给。
密封板9是一面面向流路板8且将气体流路2a密封的第二金属部。密封板9的与一面相反的一侧的另一面在氧化气氛露出，且配置有导电构件6。密封板9具有气体阻断性，例如不使在气体流路2a流动的燃料气体透过。作为第一金属部的支承板7与作为第二金属部的密封板9隔着气体流路2a而对置。
另外，结构体2还具有加强部8a。加强部8a位于气体流路2a的内部。在加强部8a中，一面面向支承板7，与一面相反的一侧的另一面面向密封板9。
加强部8a沿电池单元1的长度方向L延伸。通过在气体流路2a的内部配置加强部8a，例如能够减小支承板7和/或密封板9的挠曲等结构体2的变形。因此，能够提高结构体2的耐久性，因此能够提高电池单元1的耐久性。
另外，位于气体流路2a的内部的加强部8a对在气体流路2a流动的燃料气体赋予压力损失。因此，在气体流路2a流动的燃料气体容易经由开口7a侧向燃料极3供给。由此，电池单元1的发电性能提高。
加强部8a例如也可以作为单个构件而配置，另外，也可以作为与例如流路板8或密封板9等位于气体流路2a的周围的其他构件一体的构件而配置。
燃料极3的材料能够使用通常公知的材料。燃料极3也可以使用多孔质的导电性陶瓷、例如包含固溶有氧化钙、氧化镁、或稀土类元素氧化物的ZrO2以及Ni和/或NiO的陶瓷等。作为该稀土类元素氧化物，例如使用Y2O3等。也有时将固溶有氧化钙、氧化镁或稀土类元素氧化物的ZrO2称为稳定化氧化锆。稳定化氧化锆也包含部分稳定化氧化锆。
固体电解质层4为电解质，且进行燃料极3与空气极5之间的离子的桥接。同时，固体电解质层4具有气体阻断性，使燃料气体与含氧气体的泄漏难以产生。
固体电解质层4的材料例如也可以是固溶有3摩尔％～15摩尔％的稀土类元素氧化物的ZrO2。作为该稀土类元素氧化物，例如使用Y2O3、Yb2O3等。需要说明的是，只要具有上述特性，则固体电解质层4的材料也可以使用其他材料等。
空气极5的材料只要是通常用于空气极的材料，则并无特别限制。空气极5的材料例如也可以是所谓的ABO3型的钙钛矿型氧化物等导电性陶瓷。
空气极5的材料例如也可以是Sr与La共存于A位的复合氧化物。作为这样的复合氧化物的例子，可以列举LaxSr1-xCoyFe1-yO3、LaxSr1-xMnO3、LaxSr1-xFeO3、LaxSr1-xCoO3等。需要说明的是，x为0＜x＜1，y为0＜y＜1。
另外，空气极5具有透气性。空气极5的开气孔率例如也可以为20％以上，尤其也可以为30％～50％的范围。
<电池堆装置的结构>
接着，参照图2A～图2C对使用了上述的电池单元1的本实施方式的电池堆装置10进行说明。图2A是示出实施方式的电池堆装置10的一例的立体图，图2B是图2A所示的X-X线的剖视图，图2C是示出实施方式的电池堆装置10的一例的俯视图。
如图2A所示那样，电池堆装置10具备：电池堆11，其具有在电池单元1的厚度方向T(参照图1A)上排列(层叠)的多个电池单元1；以及固定构件12。
固定构件12具有接合件13以及支承构件14。支承构件14支承电池单元1。接合件13将电池单元1与支承构件14接合。另外，支承构件14具有支承体15以及气罐16。作为支承构件14的支承体15以及气罐16为金属制且具有导电性。
如图2B所示那样，支承体15具有供多个电池单元1的下端部插入的插入孔15a。多个电池单元1的下端部与插入孔15a的内壁通过接合件13接合。
气罐16具有通过插入孔15a而向多个电池单元1供给反应气体的开口部以及位于该开口部的周围的凹槽16a。支承体15的外周的端部通过填充于气罐16的凹槽16a的固定件21而固定于气罐16。
在图2A所示的例子中，在由作为支承构件14的支承体15与气罐16形成的内部空间22贮存燃料气体。气体流通管20与气罐16连接。燃料气体通过该气体流通管20供给到气罐16，并从气罐16向电池单元1的内部的气体流路2a(参照图1A)供给。供给到气罐16的燃料气体由后述的重整器102(参照图8)生成。
富氢的燃料气体能够通过对原燃料进行水蒸气重整等而生成。在通过水蒸气重整而生成燃料气体的情况下，燃料气体包含水蒸气。
在图2A所示的例子中，具有多个电池单元1的电池堆11具备两列电池堆11、两个支承体15以及气罐16。两列电池堆11分别具有多个电池单元1。各电池堆11固定于各支承体15。气罐16在上表面具有两个贯通孔。在各贯通孔配置有各支承体15。内部空间22由一个气罐16与两个支承体15形成。
插入孔15a的形状例如为俯视时呈长圆形状。插入孔15a例如电池单元1的排列方向即厚度方向T的长度比位于电池堆11的两端的两个端部集电构件17之间的距离大。插入孔15a的宽度例如比电池单元1的宽度方向W(参照图1A)的长度大。需要说明的是，插入孔15a的形状也可以是在电池单元1的排列方向上较长的大致矩形形状。
如图2B所示那样，在插入孔15a的内壁与电池单元1的下端部接合的接合部填充并固化有接合件13。由此，插入孔15a的内壁与多个的电池单元1的下端部分别接合、固定，另外，电池单元1的下端部彼此接合、固定。各电池单元1的气体流路2a在下端部与支承构件14的内部空间22连通。
接合件13以及固定件21能够使用玻璃等导电性较低的材料。作为接合件13以及固定件21的具体的材料，可以使用非晶质玻璃等，尤其也可以使用结晶化玻璃等。
作为结晶化玻璃，例如可以使用SiO2-CaO系、MgO-B2O3系、La2O3-B2O3-MgO系、La2O3-B2O3-ZnO系、SiO2-CaO-ZnO系等材料中的任一种，尤其也可以使用SiO2-MgO系的材料。
另外，如图2B所示那样，在多个电池单元1中的相邻的电池单元1之间夹设有导电构件6。导电构件6通过粘接件而与空气极5接合。导电构件6具有在厚度方向上贯通的开口，且经由该开口向空气极5供给空气。
另外，如图2B所示那样，在位于多个电池单元1的排列方向上的最外侧的电池单元1电连接有端部集电构件17。端部集电构件17与向电池堆11的外侧突出的导电部19连接。导电部19对由电池单元1的发电产生的电进行集电并引出到外部。需要说明的是，在图2A中，省略了端部集电构件17的图示。
另外，如图2C所示那样，电池堆装置10将两个电池堆11A、11B串联连接，并作为一个电池而发挥功能。因此，电池堆装置10的导电部19被区别为正极端子19A、负极端子19B以及连接端子19C。
正极端子19A是将电池堆11发出的电力向外部输出的情况下的正极，并与电池堆11A中的正极侧的端部集电构件17电连接。负极端子19B是将电池堆11发出的电力向外部输出的情况下的负极，并与电池堆11B中的负极侧的端部集电构件17电连接。
连接端子19C将电池堆11A中的负极侧的端部集电构件17与电池堆11B中的正极侧的端部集电构件17电连接。导电构件6、端部集电构件17以及导电部19的材料均为导电性的金属或合金，例如也可以为不锈钢。导电构件6、端部集电构件17以及导电部19例如也可以具有含有锌、锰以及钴中的至少任一种的涂层。
<结构体的结构例>
接着，参照图3A～图4B对结构体2的具体的结构例进行说明。图3A是结构体的分解立体图。图3B是图3A所示的结构体的立体图。
如图3A、图3B所示那样，结构体2具有支承板7、流路板8以及密封板9。支承板7具有在厚度方向上贯通的开口7a。
流路板8具有第一流路板81以及第二流路板82。第一流路板81具有加强部8a以及开口部8b。开口部8b将第一流路板81沿厚度方向贯通，并沿长度方向L延伸。开口部8b在第一流路板81的宽度方向W上排列多个而配置。加强部8a是夹在相邻的开口部8b之间的部分。
第二流路板82具有突出部8c以及切口部8d。突出部8c以及切口部8d以与第一流路板81的加强部8a以及开口部8b对应的方式分别配置于第二流路板82的长度方向L的两端。
密封板9是平板状的金属构件。支承板7、第一流路板81、第二流路板82以及密封板9在长度方向L以及宽度方向W上具有大致相同的尺寸，且至少在长度方向L以及宽度方向W的端部相互通过钎焊、焊接或扩散接合而接合，并作为结构体2而一体化。如图3B所示那样，结构体2具有大致长方体形状。
图4A是图3B所示的结构体的第一剖视图。图4B是图3B所示的结构体的第二剖视图。图4A是将图3B所示的结构体2沿着长度方向L在结构体2的厚度方向T上剖视而得到的图，图4B是将图3B所示的结构体2沿着宽度方向W在结构体2的厚度方向T上剖视而得到的图。
如图4B所示那样，加强部8a面向作为第一金属部的支承板7以及作为第二金属部的第二流路板82。由此，能够抑制支承板7以及第二流路板82的变形。
另外，加强部8a一体地形成为作为第三金属部的第一流路板81的一部分。由此，能够削减部件个数，能够提高结构体2的设计精度。另外，能够削减结构体2中的接合部位，因此能够提高结构体2的耐久性。因此，具备该结构体2的电池单元1的耐久性提高。
另一方面，开口部8b如图4A、图4B所示那样与第二流路板82的切口部8d连通。由此，从位于长度方向L的一端侧的切口部8d侧供给的燃料气体经由开口部8b从位于长度方向L的另一端侧的切口部8d侧排出。即，开口部8b以及切口部8d也是图1A所示的气体流路2a。
另外，流路板8通过具有将第一流路板81以及第二流路板82层叠而成的结构，从而供给到结构体2的内部的燃料气体从切口部8d朝向开口部8b在厚度方向T上流动。因此，在气体流路2a流动的燃料气体容易经由开口7a侧向燃料极3(参照图1A)供给。由此，电池单元1的发电性能提高。
<结构体的变形例>
在上述的例子中，对层叠3个或4个金属构件而成的结构体2进行了说明，但不限定于此。图5A～图5D是示出结构体的其他例子的立体图。
如图5A所示那样，结构体2A具有外缘部23、加强部24、流路部25以及背面部26。另外，结构体2A具有未图示的支承板7(参照图3A)。
外缘部23以及加强部24是与支承板7抵接的部分。流路部25是与位于支承板7之间的气体流路2a(参照图1A)对应的部分。另外，导电构件6(参照图1A)位于背面部26。即，结构体2A例如能够代替图1A所示的流路板8以及密封板9而使用。
另外，如图5B所示那样，结构体2B在背面部26配置凸部27以及凹部28这点上与结构体2A不同。位于背面部26的凹部28能够作为供含氧气体流动的气体流路而利用。
另外，如图5C所示那样，结构体2C在代替沿长度方向延伸的加强部24而具有从流路部25突出的多个加强部29这点上与结构体2A不同。在使用了这样的结构体2C的情况下，也能够提高包括支承板7的结构体2C的耐久性。因此，具备该结构体2C的电池单元1的耐久性提高。
另外，具有加强部29的结构体2C与具有加强部24的结构体2A相比，对在流路部25流动的反应气体赋予的压力损失变大。因此，在流路部25流动的反应气体容易经由支承板7的开口7a侧向燃料极3供给。由此，电池单元1的发电性能提高。
另外，也可以在电池单元1配置结构体2D，该结构体2D如图5D所示那样具有沿与反应气体流动的长度方向交叉的宽度方向延伸的加强部30。加强部30以与反应气体流动的方向交叉的方式延伸，从而与具有沿着反应气体流动的方向延伸的加强部24的情况相比，对在流路部25流动的反应气体赋予压力损失变大。因此，在流路部25流动的反应气体容易经由支承板7的开口7a侧向燃料极3供给。由此，电池单元1的发电性能提高。需要说明的是，反应气体流动的长度方向是指第一方向、即从气体流路2a的入口朝向出口的方向。宽度方向是指第二方向、即与第一方向交叉的方向。
图6A是将图1A所示的区域A放大而得到的剖视图。如图6A所示那样，在支承板7中的燃料极3侧的表面配置有涂层71。在燃料极3与支承板7(涂层71)之间配置有导电性的粘接件31，该粘接件31将燃料极3与支承板7(涂层71)粘接。
涂层71例如是由氧化铬(Cr2O3)构成的自然氧化膜。另外，涂层71也可以含有导电性颗粒和钛。导电性颗粒例如包含镍。另外，导电性颗粒例如也可以包含钇。粘接件31例如包含Ni等导电性颗粒以及TiO2、Y2O3等无机氧化物。粘接件31具有透气性和导电性。
在图6A所示的例子中，在燃料极3与支承板7(涂层71)之间配置有粘接件31，但也可以不配置粘接件31。
图6B是示出图1A所示的区域A的其他例子的剖视图。如图6B所示那样，燃料极3与支承板7(涂层71)也可以不借助粘接件而面对。另外，作为与开口7a相对的第一电极的燃料极3也可以配置为向开口7a的内部突出(例如状态3a)。通过燃料极3向开口7a的内部突出，从而例如在不借助粘接件的情况下，燃料极3与支承板7(涂层71)的接合强度也提高，且电池单元1的耐久性也提高。
需要说明的是，燃料极3也可以配置为远离开口7a(例如状态3b)。另外，也可以在燃料极3与支承板7(涂层71)之间配置粘接件31，并在开口7a的内部配置粘接件31。
<电池单元的变形例>
图7A是示出实施方式的变形例的电池单元的一例的剖视图。如图7A所示那样，电池单元1A具有位于在厚度方向T上相邻的元件部之间的金属制的结构体40。结构体40具有第一支承部41、流路部42、第二支承部43以及连接部44、45。
在第一支承部41中，一面支承元件部的燃料极3，与一面相反的一侧的另一面面向气体流路2a。另外，第一支承部41具有将一面和另一面贯通的开口41a。开口41a使气体流路2a与燃料极3连通。第一支承部41是第一金属部的一例。
在流路部42中，一面面向气体流路2a，另一面面向空气导入部49。流路部42是第二金属部的一例。
在第二支承部43中，一面支承相邻的电池单元1A所具有的元件部的空气极5，与一面相反的一侧的另一面面向空气导入部49。另外，第二支承部43具有将一面和另一面贯通的开口43a。开口43a使空气导入部49与空气极5连通。第二支承部43是第四金属部的一例。
连接部44将第一支承部41与流路部42连接。连接部44位于宽度方向W的一端侧，并将第一支承部41与流路部42连接。另外，隔着气体流路2a在宽度方向W的另一端侧配置有间隔件46，从而确保气体流路2a的气密性以及结构体40的强度。
连接部45将流路部42与第二支承部43连接。连接部45位于宽度方向W的另一端侧，并将流路部42与第二支承部43连接。另外，隔着气体流路2a在宽度方向W的另一端侧配置有间隔件47，从而确保结构体40的强度。
这样，通过由一个连续的金属材料构成结构体40，与将多个金属材料层叠的情况相比导电性提高，电池单元1A的内部电阻减小从而电池性能提高。另外，部件个数减少，从而构件间的接合或粘接部位减少，例如气体流路2a的气密性的确保变得比较容易，并且能够提高电池单元1A的耐久性。
另外，如图7A所示那样，也可以在气体流路2a的内部配置作为第三金属部的加强部48。由此，能够进一步提高结构体40的强度，因此能够提高电池单元1A的耐久性。另外，能够对在气体流路2a的内部流动的燃料气体赋予压力损失，燃料气体容易向与燃料极3连通的开口41a流入。另外，虽未图示，但也可以在空气导入部49的内部配置加强部。
在此，当将俯视(顶视)下的空气极5的面积S1与开口43a所在的区域的面积S2进行比较时，也可以是S1＜S2。由此，能够将具有面积S1的空气极5的整个面有效地活用于电池反应。
另外，位于宽度方向W的端部的开口43a使电池单元1A的外部与空气导入部49连通。因此，经由开口43a向电池单元1A的内部取入含氧气体(空气)变得容易。需要说明的是，在图7A中，图示为位于宽度方向W的两端的开口43a与电池单元1A的外部连通的结构，但不限定于此，也可以使位于宽度方向W的一端的开口43a与电池单元1A的外部连通。
另外，当将俯视(顶视)下的燃料极3的面积S3与开口41a所在的区域的面积S4进行比较时，也可以是S3＞S4。由此，能够确保燃料极3的气密性。
接着，使用图7B、图7C对结构体40的制作例进行说明。图7B是示出实施方式的结构体40的一例的展开图。图7C是示出实施方式的结构体40的其他例子的展开图。需要说明的是，在图7B、图7C中，省略了开口41a、43a的记载。
如图7B所示那样，结构体40能够通过将由金属材料构成的长方形的板状构件折弯而制作。具体而言，例如通过将线L1凸折并将线L2凹折，能够制作图7A所示的结构体40。
另外，如图7C所示那样，也可以通过将由金属材料构成的长方形的板状构件折弯而制作与结构体40类似的结构体40A。在图7C所示的例子中，通过将线L1凸折并将线L2凹折，能够得到具有第一支承部41A、流路部42A、第二支承部43A以及连接部44A和连接部50的结构体40A。第一支承部41A、流路部42A、第二支承部43A以及连接部44A与图7B所示的第一支承部41、流路部42、第二支承部43以及连接部44分别对应。与图7B的连接部45对应的结构例如也可以由间隔件等构成。
<模块>
接着，使用图8对使用了上述的电池堆装置10的本发明的实施方式的模块100进行说明。图8是示出实施方式的模块的外观立体图，且示出将作为收纳容器101的一部分的前表面以及后表面取下、并将收纳于内部的燃料电池的电池堆装置10向后方取出了的状态。
如图8所示那样，模块100具备收纳容器101以及收纳于收纳容器101内的电池堆装置10。另外，在电池堆装置10的上方配置有重整器102。
该重整器102对天然气、灯油等原燃料进行重整而生成燃料气体，并将其向电池单元1供给。原燃料通过原燃料供给管103而向重整器102供给。需要说明的是，重整器102也可以具备使水气化的气化部102a以及重整部102b。重整部102b具备未图示的重整催化剂，并将原燃料重整为燃料气体。这样的重整器102能够进行作为效率较高的重整反应的水蒸气重整。
并且，由重整器102生成的燃料气体通过气体流通管20、气罐16以及支承构件14而向电池单元1的气体流路2a(参照图1A)供给。
另外，在上述的结构的模块100中，伴随着气体的燃烧以及电池单元1的发电，通常发电时的模块100内的温度成为500℃～1000℃程度。
在这样的模块100中，如上所述，将具备多个耐久性高的电池单元1的电池堆装置10收纳而构成，从而能够提高模块100的耐久性。
<模块收容装置>
图9是示出实施方式的模块收容装置的一例的分解立体图。实施方式的模块收容装置110具备外装壳体111、图8所示的模块100以及未图示的辅机。辅机进行模块100的运转。模块100以及辅机收容于外装壳体111内。需要说明的是，在图9中将一部分结构省略而示出。
图9所示的模块收容装置110的外装壳体111具有支柱112以及外装板113。分隔板114将外装壳体111内上下划分。外装壳体111内的比分隔板114靠上侧的空间为收容模块100的模块收容室115，外装壳体111内的比分隔板114靠下侧的空间为收容使模块100运转的辅机的辅机收容室116。需要说明的是，在图9中，将收容于辅机收容室116的辅机省略而示出。
另外，分隔板114具有用于使辅机收容室116的空气向模块收容室115侧流动的空气流通口117。构成模块收容室115的外装板113具有用于将模块收容室115内的空气排出的排气口118。
在这样的模块收容装置110中，如上所述，通过在模块收容室115具备耐久性高的模块100，从而能够提高模块收容装置110的耐久性。
需要说明的是，虽然基于图示的说明省略，但关于使用了图7A所示的电池堆装置10A的模块100以及模块收容装置110，也能够如在图8以及图9中分别示出的模块100以及模块收容装置110那样构成。
<其他变形例>
在上述实施方式中，示出了燃料极位于结构体2且空气极位于电池单元的表面的例子，但也能够应用于与此相反的配置、即空气极位于结构体2且燃料极位于电池单元的表面的电池堆装置。
另外，在图7A中，说明了使用了将第一支承部41、流路部42、第二支承部43以及连接部44、45设为一体的结构体40的电池单元1A，但也可以使用该结构体40的一部分来制作电池单元。例如也可以将第一支承部41、流路部42以及连接部44设为一体，并且代替第二支承部43以及连接部45而在流路部42的背面配置导电构件6(参照图1A)。
另外，上述在实施方式中，作为“电池单元”、“电池堆装置”、“模块”以及“模块收容装置”的一例，示出了燃料电池单元、燃料电池堆装置、燃料电池模块以及燃料电池装置，但作为另一例，也可以分别是电解电池单元、电解电池堆装置、电解模块以及电解装置。
以上，对本发明详细进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更、改良等。
如以上那样，实施方式的电池单元1具备元件部、气体流路2a、第一金属部(支承板7)、第二金属部(密封板9)以及加强部8a。在气体流路2a流动反应气体。第一金属部(支承板7)位于气体流路2a的一面侧与元件部之间，且支承元件部。第二金属部(密封板9)位于气体流路2a的与一面侧相反的另一面侧。加强部8a位于气体流路2a的内部，且面向第一金属部(支承板7)以及第二金属部(密封板9)。由此，能够提高电池单元1的耐久性。
另外，实施方式的电池堆装置10具有层叠多个电池单元1而成的电池堆11。由此，能够提高电池堆装置10的耐久性。
另外，实施方式的模块100具备上述所记载的电池堆装置10以及收纳电池堆装置10的收纳容器101。由此，能够提高模块100的耐久性。
另外，实施方式的模块收容装置110具备上述所记载的模块100、用于进行模块100的运转的辅机以及收容模块100以及辅机的外装壳体。由此，能够提高模块收容装置110的耐久性。
本次公开的实施方式在全部方面为例示，不应认为是限制性的内容。实际上，上述的实施方式能够以各种方式来体现。另外，上述的实施方式也可以不脱离技术方案及其主旨地以各种方式进行省略、置换、变更。
附图标记说明
1 电池单元
6 导电构件
10 电池堆装置
11 电池堆
12 固定构件
13 接合件
14 支承构件
15 支承体
16 气罐
17 端部集电构件
100 模块
110 模块收容装置。

Claims (11)

1.一种电池单元，其中，
所述电池单元具备：
元件部；
气体流路，其供反应气体流动；
第一金属部，其位于所述气体流路的一面侧与所述元件部之间，且支承所述元件部；
第二金属部，其位于所述气体流路的与所述一面侧相反的另一面侧；以及
加强部，其位于所述气体流路的内部，且面向所述第一金属部以及所述第二金属部。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，
所述第一金属部能够使反应气体在气体流路与元件部之间透过，
所述第二金属部不使反应气体透过。
3.根据权利要求1或2所述的电池单元，其中，
所述电池单元具备第三金属部，所述第三金属部位于隔着所述气体流路而对置的所述第一金属部与所述第二金属部之间，且具有所述加强部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电池单元，其中，
所述气体流路具有所述反应气体的入口和出口，
所述加强部沿与从所述入口朝向所述出口的第一方向交叉的第二方向延伸。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电池单元，其中，
所述第一金属部具有使所述气体流路与所述元件部连通的开口，
与所述开口相对的所述元件部的第一电极配置为向所述开口的内部突出、或远离所述开口。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电池单元，其中，
所述第一金属部以及所述第二金属部由连续的金属材料构成。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的电池单元，其中，
所述电池单元还具备第四金属部，所述第四金属部隔着所述第二金属部而位于所述气体流路的相反侧，
所述第一金属部、所述第二金属部以及所述第四金属部由连续的金属材料构成。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的电池单元，其中，
所述电池单元还具备第四金属部，所述第四金属部隔着所述第二金属部而位于所述气体流路的相反侧，
所述电池单元具有涂层，所述涂层位于所述第四金属部与氧化气氛之间，且含有锌、锰以及钴中的至少一种。
9.一种电池堆装置，其中，
所述电池堆装置具有电池堆，所述电池堆具备多个权利要求1～8中任一项所述的电池单元。
10.一种模块，其中，
所述模块具备：
权利要求9所述的电池堆装置；以及
收纳容器，其收纳所述电池堆装置。
11.一种模块收容装置，其中，
所述模块收容装置具备：
权利要求10所述的模块；
辅机，其用于进行所述模块的运转；以及
外装壳体，其收容所述模块以及所述辅机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0773057B2 (ja) * 1986-02-12 1995-08-02 三菱電機株式会社 内部改質形燃料電池
JPH03110761A (ja) * 1989-09-22 1991-05-10 Fuji Electric Co Ltd 高温型燃料電池
JP3364028B2 (ja) * 1994-12-13 2003-01-08 三菱重工業株式会社 固体高分子電解質膜燃料電池本体
JP2008071633A (ja) * 2006-09-14 2008-03-27 Honda Motor Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP5721019B2 (ja) * 2014-03-20 2015-05-20 日産自動車株式会社 燃料電池スタック及び燃料電池スタックに用いる変形吸収部材
JP6463203B2 (ja) 2015-03-31 2019-01-30 大阪瓦斯株式会社 電気化学素子、それを備えた電気化学モジュール、電気化学装置およびエネルギーシステム
US10629921B2 (en) * 2016-04-08 2020-04-21 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell single cell
JP2019061939A (ja) * 2017-09-28 2019-04-18 ダイハツ工業株式会社 燃料電池
JP6800201B2 (ja) * 2018-03-23 2020-12-16 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
KR20200135287A (ko) * 2018-03-30 2020-12-02 오사까 가스 가부시키가이샤 연료 전지 단일 셀 유닛, 연료 전지 모듈 및 연료 전지 장치
US11349134B2 (en) * 2018-03-30 2022-05-31 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell

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