【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の電極で固体電解質を挟持する構成を電池要素として有する固体電解質型燃料電池及び燃料電池用単セルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の固体電解質型燃料電池としては、セルと、プレス加工により形成した突起を有する集電体と、スペーサと、セル支持突起部を有する金属板とを順次積層した構成を成すものがあり、この固体電解質型燃料電池では、集電体の突起を電極面に接触させて集電するようにしている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３５５１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した固体電解質型燃料電池では、集電体の突起を電極に押し付けて集電するようにしているため、電極が損傷してしまう可能性があるという問題を有しているほか、電極に対して集電体の突起を接触させているだけなので、集電ロスが生じてしまうと言う問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、電極の機械的損傷を阻止して機械的信頼性の向上を実現すると共に、電気的損失を少なく抑えつつ集電することが可能である固体電解質型燃料電池及び燃料電池用単セルを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが鋭意検討した結果、機械的に弱い電池要素を避けて、単セルの電池要素以外の個所同士を接合することで、集電時における電極の機械的損傷を阻止し得ると共に、電気的損失を少なく抑え得ることを見出すに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の固体電解質型燃料電池は、多孔質の部分を有する電気伝導性金属基板に一対の電極層間に電解質層を挟み込んで形成した電池要素を積層して成る単セルを備えると共に、電気伝導性のパッド部を有するコネクタを備え、同一平面内で隣接させた単セルの各電池要素以外の部分同士又は互いに積層させた単セルの各電池要素以外の部分同士を上記コネクタのパッド部を介して接合した構成としたことを特徴としており、この固体電解質型燃料電池の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
本発明の固体電解質型燃料電池では、脆性材料である電池要素に直接、機械的力が加わらないので、集電時における電極の機械的損傷が回避されることとなり、加えて、複数の単セルを集積する際には、良好な電気的接合状態が得られることとなって、電気的損失が少なく抑えられることとなる。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の固体電解質型燃料電池によれば、上記した構成としているので、機械的応力及び熱的応力が直接電池要素に印加されることがなく、その結果、電極が損傷するなどといった事態が生じることがなくなって、機械的信頼性の向上を実現することができ、加えて、単セルの集電部分同士を接合させて集電するようになすことで、単セル間の電気的損失を少なく抑えることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の固体電解質型燃料電池において、機械的に弱い電池要素を避け、単セルの電池要素以外の部分同士をコネクタのパッド部で機械的に接合するが、この際、単セルの電池要素以外の接合部分を正極端子又は負極端子とすることで、これらの端子同士はコネクタのパッド部により電気的に接合される。
【００１１】
また、本発明の固体電解質型燃料電池において、単セルにおける電気伝導性金属基板の多孔質の部分から多孔質以外の部分の一部にかけて上記電池要素を積層すると共に、上記電気伝導性金属基板の多孔質以外の部分の表裏を電気絶縁性皮膜でそれぞれ部分的に被覆して、電気伝導性金属基板の電池要素を積層した側の電気絶縁性皮膜から上記電池要素の電気伝導性金属基板とは反対側に位置する電極層にかけて上記集電体を配置することとし、この構成の単セルを同一平面内で複数並べて、互いに隣接する単セルのうちの一方の単セルにおける集電体の電気絶縁性皮膜上に位置する集電端子と、他方の単セルにおける電気伝導性金属基板の電池要素を積層した側の露出部分とをコネクタのパッド部を介して接合すれば、単セル間の電気的直列接合がなされることとなり、高電圧出力が得られることとなる。
【００１２】
さらに、本発明の固体電解質型燃料電池において、上記と同じ単セル構造とし、この構成の単セルを積層して、互いに積層する単セルのうちの下方の単セルにおける集電体の電気絶縁性皮膜上に位置する集電端子と、上方の単セルにおける電気伝導性金属基板の電池要素を積層していない側の露出部分とをコネクタのパッド部を介して接合すれば、この場合も上記と同様に単セル間の電気的直列接合がなされることとなって、高電圧出力が得られることとなる。
【００１３】
さらにまた、本発明の固体電解質型燃料電池において、コネクタには電気絶縁性を有するシート部又は電気伝導性を有するシート部を具備したものとすることが望ましい。
【００１４】
つまり、コネクタがシート部を具備するようになせば、柔軟性に富んだものとなってガスセパレータとしても機能させ得るほか、単セル同士を接続した際に各セルに加わる外力を吸収できることから、接合部分の信頼性が向上すると共に、単セル同士を互いに積層した際に単セルの間隔を狭くできるので、燃料電池の小型化に寄与し得ることとなる。
【００１５】
そして、コネクタのシート部が電気絶縁性を有する場合において、電気伝導性のパッド部をシート部の表裏にそれぞれ設けると、同一平面内で複数並べた単セル間の電気的直列接合を行いつつ、互いに積層させた単セル間の絶縁を確保し得ることとなり、一方、コネクタのシート部が電気伝導性を有する場合において、電気伝導性のパッド部をシート部の表裏にそれぞれ一体で設けると、同一平面内で複数並べた単セル間の電気的直列接合を行いつつ、互いに積層させた単セル間の電気的接合及び機械的接合を行い得ることとなる。
【００１６】
本発明の燃料電池用単セルは、電気伝導性金属基板の表裏で且つ非多孔質部分の一部に電気絶縁性皮膜を形成し、この電気絶縁皮膜から電池要素の電極にかけて集電体を積層させて成る正極端子及び負極端子付きの単セルであって、金属薄板で薄膜電池要素を支持する構造を成す薄型軽量の単セルである。
【００１７】
すなわち、従来のセラミックス焼結体より成る単セルと比較して薄型且つ軽量であり、したがって、本発明の燃料電池用単セルを複数接合して成る燃料電池は小型でしかも軽量なものとなる。加えて、従来のように電極に集電体を接触させる必要がないため、集電体による電極の機械的損傷がなく信頼性が向上する。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１９】
［実施例１］
図１〜図３は本発明の固体電解質型燃料電池の一実施例を示している。
【００２０】
図１に示すように、この固体電解質型燃料電池１は、多孔質部２ａを有する電気伝導性金属基板２に一対の電極層３ａ，３ｂ（燃料極層３ａ及び空気極層３ｂ）間に電解質層３ｃを挟み込んで形成した電池要素３を積層して成る単セル４を備えると共に、電気伝導性のパッド部５ａを有するコネクタ５を備えている。
【００２１】
単セル４は、図２にも示すように、電池要素３を電気伝導性金属基板２の多孔質部２ａから多孔質部２ａ以外の部分の一部にかけて積層していると共に、上記電気伝導性金属基板２の多孔質部２ａ以外の部分の表裏において電気絶縁性皮膜６でほぼ反面ずつを被覆しており、電気伝導性金属基板２の電池要素３を積層した側の電気絶縁性皮膜６から電池要素３の電気伝導性金属基板２とは反対側に位置する空気極層３ｂにかけて集電体７を配置している。
【００２２】
一方、コネクタ５は、図３にも示すように、電気絶縁性を有するシート部５ｂを具備しており、電気伝導性のパッド部５ａはこのシート部５ｂの表裏にそれぞれ設けてある。
【００２３】
そして、この固体電解質型燃料電池１では、同一平面内に複数の単セル４を配置し、互いに隣接する単セル４，４のうちの一方の単セル４における集電体７の電気絶縁性皮膜６上に位置する集電端子７ａと、他方の単セル４における電気伝導性金属基板２の電池要素３を積層した側の露出部分２ｂとをコネクタ５のパッド部５ａを介して接合するようにしている。
【００２４】
この実施例において、単セル４の電気伝導性金属基板２を膜厚１００ｕｍ（０．１ｍｍポア）のＳＵＳ４３０、電池要素３を構成する燃料極層３ａを膜厚５０ｕｍのＮｉ＋ＹＳＺ、電解質層３ｃを膜厚５ｕｍのＹＳＺ、空気極層３ｂを膜厚１ｕｍのＳＳＣとし、コネクタ５のパッド部５ａを大きさφ０．２ｍｍ×Ｈ０．５ｍｍのＡｕ、シート部５ｂを膜厚０．５ｍｍのアルミナとしている。
【００２５】
上記した固体電解質型燃料電池１では、互いに隣接する単セル４，４のうちの一方の単セル４における集電体７の電気絶縁性皮膜６上に位置する集電端子７ａと、他方の単セル４における電気伝導性金属基板２の露出部分２ｂとをコネクタ５のパッド部５ａを介して接合するようにしているので、脆性材料である電池要素３には、直接機械的力が加わることがなく、その結果、集電時における電池要素３の機械的損傷が回避されるうえ、複数の単セル４を集積する際において、良好な電気的接合状態が得られることとなって、電気的損失が少なく抑えられることとなる。
【００２６】
また、上記した固体電解質型燃料電池１では、単セル４，４間の電気的直列接合がなされるので、高電圧出力が得られることとなり、加えて、コネクタ５がシート部５ｂを有しているので、コネクタ５が柔軟性に富んだものとなってガスセパレータとしても機能させ得るほか、単セル４，４同士を接続した際に各セル４，４に加わる外力を吸収できることから、接合部分の信頼性が向上する。
【００２７】
さらに、上記した固体電解質型燃料電池１の単セル４は、電気伝導性金属基板２で薄膜状の電池要素３を支持する構造を成しているため、従来のセラミックス焼結体より成る単セルと比較して薄型且つ軽量であり、したがって、この燃料電池用単セル４を複数接合して成る固体電解質型燃料電池１は小型でしかも軽量なものとなる。
【００２８】
［実施例２］
図４は本発明の固体電解質型燃料電池の他の実施例を示している。
【００２９】
図４に示すように、この固体電解質型燃料電池１１が先の実施例における固体電解質型燃料電池１と相違するところは、コネクタ１５が電気伝導性を有するシート部１５ｂを具備していて、電気伝導性のパッド部１５ａをこのシート部１５ｂの表裏にそれぞれ一体で設けた点にあり、他の構成は先の実施例における固体電解質型燃料電池１と同じである。
【００３０】
この実施例では、単セル４の電気伝導性金属基板２を膜厚１００ｕｍ（０．１ｍｍポア）のインコネル６００、電池要素３を構成する燃料極層３ａを膜厚３０ｕｍのＮｉ＋ＳＤＣ、電解質層３ｃを膜厚５ｕｍのＹＳＺ、空気極層３ｂを膜厚５ｕｍのＳＳＣとし、コネクタ１５のパッド部１５ａを大きさφ０．２ｍｍ×Ｈ０．５ｍｍのＰｔ、シート部１５ｂを膜厚０．３ｍｍのＳＵＳ４３０＋Ｐｔメッキとしている。
【００３１】
上記した固体電解質型燃料電池１１においても、集電時における電池要素３の機械的損傷が回避されるうえ、複数の単セル４を集積する際において、電気的損失が少なく抑えられることとなる。
【００３２】
また、上記した固体電解質型燃料電池１１においても、高電圧出力が得られることとなり、加えて、コネクタ１５がシート部１５ｂを有しているので、コネクタ１５が柔軟性に富んだものとなってガスセパレータとしても機能させ得るほか、単セル４，４同士を接続した際に各セル４，４に加わる外力を吸収できることから、接合部分の信頼性が向上する。
【００３３】
さらに、上記した固体電解質型燃料電池１１の単セル４も、従来のセラミックス焼結体より成る単セルと比較して薄型且つ軽量であるため、この燃料電池用単セル４を複数接合して成る固体電解質型燃料電池１１を小型且つ軽量なものとすることが可能となる。
【００３４】
［実施例３］
図５は本発明の固体電解質型燃料電池のさらに他の実施例を示している。
【００３５】
図５に示すように、この固体電解質型燃料電池２１は、同一平面内において隣接させた単セル４，４のうちの一方の単セル４における集電体７の電気絶縁性皮膜６上に位置する集電端子７ａと、他方の単セル４における電気伝導性金属基板２の電池要素３を積層した側の露出部分２ｂとをコネクタ２５のパッド部２５ａを介して接合することでセル板４Ａを形成し、このセル板４Ａに他のセル板４Ａを積層して、図示下方のセル板４Ａの単セル４における集電体７の電気絶縁性皮膜６上に位置する集電端子７ａと、図示上方のセル板４Ａの単セル４における電気伝導性金属基板２の下側露出部分２ｂ’とを上記コネクタ２５のパッド部２５ａを介して接合した構成をなしている。
【００３６】
この実施例において、単セル４の電気伝導性金属基板２を膜厚７５ｕｍ（０．１ｍｍポア）のＳＵＳ４３０、電池要素３を構成する燃料極層３ａを膜厚３０ｕｍのＮｉ＋ＹＳＺ、電解質層３ｃを膜厚５ｕｍのＹＳＺ、空気極層３ｂを膜厚５ｕｍのＳＳＣとし、コネクタ２５のパッド部２５ａを大きさφ０．５ｍｍ×Ｈ０．５ｍｍのＳＵＳ４３０＋Ａｕメッキ、電気絶縁性を有するシート部２５ｂを膜厚０．５ｍｍのアルミナとしている。
【００３７】
上記した固体電解質型燃料電池２１においても、集電時における電池要素３の機械的損傷が回避されるうえ、複数の単セル４を集積する際において、電気的損失が少なく抑えられることとなる。
【００３８】
また、上記した固体電解質型燃料電池２１では、コネクタ２５が電気絶縁性を有するシート部２５ｂを具備しているので、互いに積層させたセル板４Ａ，４Ａ間の絶縁を確保しつつ、単セル４，４間の電気的直列接合がなされることとなって高電圧出力が得られることとなり、加えて、コネクタ２５が柔軟性に富んだものとなってガスセパレータとしても機能させ得るほか、単セル４，４同士を接続した際に各セル４，４に加わる外力を吸収できることから、接合部分の信頼性が向上すると共に、互いに積層させたセル板４Ａ，４Ａの間隔を狭くできるので、燃料電池の小型化に寄与し得ることとなる。得ることとなる。
【００３９】
さらに、上記した固体電解質型燃料電池２１の単セル４も、従来のセラミックス焼結体より成る単セルと比較して薄型且つ軽量であるため、この燃料電池用単セル４を複数接合して成る固体電解質型燃料電池２１を小型且つ軽量なものとすることが可能となる。
【００４０】
［実施例４］
図６は本発明の固体電解質型燃料電池のさらに他の実施例を示している。
【００４１】
図６に示すように、この固体電解質型燃料電池３１は、単セル４（あるいは上記実施例におけるセル板４Ａ）を積層して、互いに積層する図示下方の単セル４における集電体７の電気絶縁性皮膜６上に位置する集電端子７ａと、図示上方の単セル４における電気伝導性金属基板２の下側露出部分２ｂ’とを電気伝導性を有するシート部３５ｂを具備したコネクタ３５のパッド部３５ａを介して接合した構成をなしている。
【００４２】
この実施例では、単セル４の電気伝導性金属基板２を膜厚７５ｕｍ（０．１ｍｍポア）のＳＵＳ４３０、電池要素３を構成する燃料極層３ａを膜厚３０ｕｍのＮｉ＋ＹＳＺ、電解質層３ｃを膜厚５ｕｍのＹＳＺ、空気極層３ｂを膜厚５ｕｍのＳＳＣとし、コネクタ３５のパッド部３５ａを大きさφ０．５ｍｍ×Ｈ０．５ｍｍのＰｔ、シート部３５ｂを膜厚０．３ｍｍのＳＵＳ４３０＋Ｐｔメッキとしている。
【００４３】
上記した固体電解質型燃料電池３１においても、集電時における電池要素３の機械的損傷が回避されるうえ、複数の単セル４を集積する際において、電気的損失が少なく抑えられることとなる。
【００４４】
また、上記した固体電解質型燃料電池３１では、コネクタ３５が電気伝導性を有するシート部３５ｂを具備しているので、互いに積層させた単セル４，４間の電気的直列接合がなされるので、すなわち、燃料電池を構成するすべての単セル４の電気的直列接合がなされるので、高電圧出力が得られることとなり、加えて、コネクタ３５が柔軟性に富んだものとなってガスセパレータとしても機能させ得るほか、単セル４，４同士を接続した際に各セル４，４に加わる外力を吸収できることから、接合部分の信頼性が向上すると共に、互いに積層させた単セル４，４の間隔を狭くできるので、燃料電池の小型化に寄与し得ることとなる。
【００４５】
さらに、上記した固体電解質型燃料電池３１の単セル４も、従来のセラミックス焼結体より成る単セルと比較して薄型且つ軽量であるため、この燃料電池用単セル４を複数接合して成る固体電解質型燃料電池３１を小型且つ軽量なものとすることが可能となる。
【００４６】
本発明の固体電解質型燃料電池及び燃料電池用単セルの詳細な構成は、上記した実施例に限定されるものではなく、例えば、上記した実施例４において、実施例３のセル板４Ａを積層するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体電解質型燃料電池の一実施例を示す部分断面説明図である。
【図２】図１に示した固体電解質型燃料電池の単セルの平面説明図である。
【図３】図１に示した固体電解質型燃料電池のコネクタの断面説明図である。
【図４】本発明の固体電解質型燃料電池の他の実施例を示す部分断面説明図である。
【図５】本発明の固体電解質型燃料電池のさらに他の実施例を示す部分断面説明図である。
【図６】本発明の固体電解質型燃料電池のさらに他の実施例を示す部分断面説明図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１ 固体電解質型燃料電池
２ 電気伝導性金属基板
２ａ 多孔質部
２ｂ，２ｂ’露出部分
３ 電池要素
３ａ 燃料極層（電極層）
３ｂ 空気極層（電極層）
３ｃ 電解質層
４ 単セル
５，１５，２５，３５ コネクタ
５ａ，１５ａ，２５ａ，３５ａ パッド部
５ｂ，１５ｂ，２５ｂ，３５ｂ シート部
６ 電気絶縁性皮膜
７ 集電体
７ａ 集電端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid oxide fuel cell having a configuration in which a solid electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes as a battery element, and a single cell for a fuel cell.
[0002]
[Prior art]
As a conventional solid oxide fuel cell, there is a fuel cell having a configuration in which a cell, a current collector having a projection formed by press working, a spacer, and a metal plate having a cell support projection are sequentially laminated. In a solid oxide fuel cell, current is collected by bringing a projection of a current collector into contact with an electrode surface (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-35514 A
[Problems to be solved by the invention]
However, the solid oxide fuel cell described above has a problem that the electrode may be damaged because the projection of the current collector is pressed against the electrode to collect the current. However, there is a problem that a current collection loss occurs because only the projection of the current collector is brought into contact with the current collector, and it has been a conventional problem to solve these problems.
[0005]
[Object of the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and it is possible to prevent mechanical damage of an electrode to improve mechanical reliability and to collect electricity while suppressing electrical loss. It is an object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell and a single cell for a fuel cell, which are possible.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies by the present inventors, avoiding mechanically weak battery elements, by joining parts other than single-cell battery elements, it is possible to prevent mechanical damage to electrodes during current collection, They have found that electrical losses can be kept low.
[0007]
That is, the solid oxide fuel cell of the present invention includes a single cell formed by stacking a battery element formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrode layers on an electrically conductive metal substrate having a porous portion, and Provided with a connector having a conductive pad portion, the portions other than the respective battery elements of the unit cells adjacent to each other in the same plane or the portions other than the respective battery elements of the unit cells stacked on each other, the pad portion of the connector The solid electrolyte fuel cell is characterized in that it is configured to solve the above-mentioned conventional problems.
[0008]
In the solid oxide fuel cell of the present invention, since no mechanical force is directly applied to the battery element, which is a brittle material, mechanical damage to the electrodes during current collection is avoided, and in addition, a plurality of single cells In the case of accumulating, a good electrical connection state can be obtained, and the electrical loss can be reduced.
[0009]
【The invention's effect】
According to the solid oxide fuel cell of the present invention, because of the above-described configuration, mechanical stress and thermal stress are not directly applied to the battery element, and as a result, a situation such as damage to the electrode occurs. Is eliminated, and mechanical reliability can be improved.In addition, by connecting the current collecting portions of the single cells to collect current, electric loss between the single cells can be reduced. This has a very good effect that it can be suppressed.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the solid oxide fuel cell of the present invention, mechanically weak battery elements are avoided and parts other than the single cell battery elements are mechanically joined to each other at the pad portions of the connector. Are formed as a positive electrode terminal or a negative electrode terminal, these terminals are electrically connected to each other by a pad portion of the connector.
[0011]
Further, in the solid oxide fuel cell of the present invention, the battery element is laminated from the porous portion of the electric conductive metal substrate to a part of the non-porous portion of the electric conductive metal substrate in the single cell, and the electric conductive metal substrate The front and back of the non-porous portion are each partially covered with an electrically insulating film, and the electrically conductive metal substrate of the battery element is separated from the electrically insulating film on the side where the battery element of the electrically conductive metal substrate is laminated. The current collector is arranged over the electrode layer located on the opposite side, a plurality of single cells having this configuration are arranged in the same plane, and the electrical insulation of the current collector in one of the unit cells adjacent to each other is determined. When the current collecting terminal located on the conductive film and the exposed portion of the other unit cell on the side where the battery element of the electrically conductive metal substrate is laminated are connected via the pad portion of the connector, the electric connection between the unit cells is obtained. straight Becomes the bonding is performed, so that the high voltage output is obtained.
[0012]
Furthermore, in the solid oxide fuel cell according to the present invention, the single cell structure is the same as that described above, and the single cells having this configuration are stacked, and the electrical insulation of the current collector in the lower single cell among the single cells stacked together is further reduced. If the current collecting terminal located on the film and the exposed portion of the single unit cell on the side where the battery element of the electrically conductive metal substrate is not laminated are joined via the pad portion of the connector, in this case also, Similarly, an electrical series connection between the single cells is made, and a high voltage output is obtained.
[0013]
Furthermore, in the solid oxide fuel cell of the present invention, it is preferable that the connector is provided with a sheet portion having electrical insulation or a sheet portion having electrical conductivity.
[0014]
In other words, if the connector is provided with a sheet portion, it becomes highly flexible and can function as a gas separator, and can absorb external force applied to each cell when the single cells are connected. The reliability of the junction is improved, and the spacing between the single cells can be reduced when the single cells are stacked on each other, which can contribute to the miniaturization of the fuel cell.
[0015]
And, in the case where the sheet portion of the connector has electrical insulation, providing electrically conductive pad portions on the front and back of the sheet portion respectively, while performing electrical series joining between a plurality of unit cells arranged in the same plane, Insulation between the unit cells stacked on each other can be ensured.On the other hand, when the sheet portion of the connector has electrical conductivity, it is the same as providing the electrically conductive pad portions integrally on the front and back of the sheet portion. It is possible to perform electrical connection and mechanical connection between the stacked unit cells while performing electrical series connection between a plurality of unit cells arranged in a plane.
[0016]
The single cell for a fuel cell of the present invention has an electric insulating film formed on the front and back of the electrically conductive metal substrate and on a part of the non-porous portion, and a current collector is laminated from the electric insulating film to the electrode of the battery element. This is a single cell with a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, which is a thin and lightweight single cell having a structure in which a thin-film battery element is supported by a thin metal plate.
[0017]
That is, it is thinner and lighter than a single cell made of a conventional ceramic sintered body, so that a fuel cell formed by joining a plurality of single cells for a fuel cell of the present invention is small and light. In addition, since there is no need to bring the current collector into contact with the electrode as in the related art, there is no mechanical damage to the electrode due to the current collector, and the reliability is improved.
[0018]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
[Example 1]
1 to 3 show one embodiment of the solid oxide fuel cell according to the present invention.
[0020]
As shown in FIG. 1, this solid oxide fuel cell 1 includes an electroconductive metal substrate 2 having a porous portion 2a and an electrolyte between a pair of electrode layers 3a and 3b (a fuel electrode layer 3a and an air electrode layer 3b). A single cell 4 is formed by stacking the battery elements 3 sandwiching the layer 3c, and a connector 5 having an electrically conductive pad portion 5a is provided.
[0021]
As shown in FIG. 2, the single cell 4 has the battery element 3 laminated from the porous portion 2a of the electrically conductive metal substrate 2 to a part of the portion other than the porous portion 2a. The surface of the metal substrate 2 other than the porous portion 2a is almost entirely covered with the electric insulating film 6 on the front and back sides, and the electric insulating film 6 on the side on which the battery element 3 of the electric conductive metal substrate 2 is laminated. The current collector 7 is arranged over the air electrode layer 3 b located on the opposite side of the battery element 3 from the electrically conductive metal substrate 2.
[0022]
On the other hand, as shown in FIG. 3, the connector 5 includes an electrically insulating sheet portion 5b, and electrically conductive pad portions 5a are provided on the front and back of the sheet portion 5b.
[0023]
In the solid oxide fuel cell 1, a plurality of unit cells 4 are arranged on the same plane, and the electric insulating film of the current collector 7 in one of the unit cells 4 adjacent to each other is formed. The current collecting terminal 7a located on the upper surface 6 and the exposed portion 2b of the other unit cell 4 on the side where the battery element 3 of the electrically conductive metal substrate 2 is laminated are joined via the pad portion 5a of the connector 5. ing.
[0024]
In this embodiment, the electrically conductive metal substrate 2 of the single cell 4 is made of SUS430 having a thickness of 100 μm (0.1 mm pore), the fuel electrode layer 3 a constituting the battery element 3 is made of Ni + YSZ having a thickness of 50 μm, and the electrolyte layer 3 c is formed of a film. The 5 μm thick YSZ, the air electrode layer 3 b is a 1 μm thick SSC, the pad portion 5 a of the connector 5 is Au having a size of 0.2 mm × H 0.5 mm, and the sheet portion 5 b is 0.5 mm thick alumina.
[0025]
In the solid oxide fuel cell 1 described above, the current collecting terminal 7a located on the electrically insulating film 6 of the current collector 7 in one of the unit cells 4 adjacent to each other and the other unit cell 4 Since the exposed portion 2b of the electrically conductive metal substrate 2 in the cell 4 is joined via the pad portion 5a of the connector 5, a direct mechanical force may be applied to the battery element 3, which is a brittle material. As a result, mechanical damage to the battery element 3 at the time of power collection is avoided, and a good electrical connection state is obtained when a plurality of single cells 4 are integrated, resulting in electrical loss. Is reduced.
[0026]
Further, in the solid oxide fuel cell 1 described above, since the electric cells 4 and 4 are electrically connected in series, a high voltage output can be obtained. In addition, the connector 5 has the seat portion 5b. Therefore, the connector 5 is highly flexible and can function as a gas separator. In addition, since the external force applied to each cell 4 and 4 when the single cells 4 and 4 are connected can be absorbed, the connector 5 Reliability is improved.
[0027]
Further, since the single cell 4 of the solid oxide fuel cell 1 has a structure in which the thin-film battery element 3 is supported by the electrically conductive metal substrate 2, a single cell made of a conventional ceramic sintered body is used. Therefore, the solid electrolyte fuel cell 1 formed by joining a plurality of the fuel cell unit cells 4 is small and lightweight.
[0028]
[Example 2]
FIG. 4 shows another embodiment of the solid oxide fuel cell according to the present invention.
[0029]
As shown in FIG. 4, this solid oxide fuel cell 11 is different from the solid oxide fuel cell 1 in the previous embodiment in that the connector 15 has a sheet portion 15b having electrical conductivity, The conductive pad portion 15a is provided integrally on the front and back of the seat portion 15b, and the other configuration is the same as that of the solid oxide fuel cell 1 in the previous embodiment.
[0030]
In this embodiment, the electrically conductive metal substrate 2 of the unit cell 4 is made of Inconel 600 having a thickness of 100 μm (0.1 mm pore), the fuel electrode layer 3 a constituting the battery element 3 is made of Ni + SDC having a thickness of 30 μm, and the electrolyte layer 3 c is formed of The 5 μm thick YSZ, the air electrode layer 3 b is a 5 μm thick SSC, the pad 15 a of the connector 15 is Pt of φ0.2 mm × H0.5 mm, and the sheet 15 b is SUS430 + Pt of 0.3 mm thick. I have.
[0031]
Also in the solid oxide fuel cell 11 described above, mechanical damage to the battery element 3 at the time of current collection is avoided, and also, when a plurality of single cells 4 are integrated, electrical loss is reduced.
[0032]
Also, in the solid oxide fuel cell 11 described above, a high voltage output can be obtained. In addition, since the connector 15 has the seat portion 15b, the connector 15 is rich in flexibility. In addition to being able to function as a gas separator, since the external force applied to each cell 4 when connecting the single cells 4 can be absorbed, the reliability of the joined portion is improved.
[0033]
Further, since the single cell 4 of the solid oxide fuel cell 11 is thinner and lighter than a single cell made of a conventional ceramic sintered body, it is formed by joining a plurality of the single cells 4 for a fuel cell. The solid oxide fuel cell 11 can be made small and lightweight.
[0034]
[Example 3]
FIG. 5 shows still another embodiment of the solid oxide fuel cell of the present invention.
[0035]
As shown in FIG. 5, the solid oxide fuel cell 21 is positioned on the electric insulating film 6 of the current collector 7 in one of the unit cells 4 adjacent to each other in the same plane. The cell plate 4A is joined by connecting the current collecting terminal 7a to the exposed portion 2b of the other unit cell 4 on the side where the battery element 3 of the electrically conductive metal substrate 2 is laminated via the pad portion 25a of the connector 25. A current collecting terminal 7a located on the electric insulating film 6 of the current collector 7 in the single cell 4 of the lower cell plate 4A is formed by stacking another cell plate 4A on the cell plate 4A. The upper cell plate 4A has a configuration in which the lower exposed portion 2b 'of the electrically conductive metal substrate 2 in the single cell 4 is joined via the pad portion 25a of the connector 25.
[0036]
In this embodiment, the electrically conductive metal substrate 2 of the single cell 4 is made of SUS430 having a thickness of 75 μm (0.1 mm pore), the fuel electrode layer 3 a constituting the battery element 3 is formed of Ni + YSZ having a thickness of 30 μm, and the electrolyte layer 3 c is formed of a film. The 5 μm thick YSZ and the air electrode layer 3 b are 5 μm thick SSC. 5 mm alumina is used.
[0037]
Also in the solid oxide fuel cell 21 described above, mechanical damage to the battery element 3 during current collection is avoided, and when a plurality of single cells 4 are integrated, electrical loss is reduced.
[0038]
Further, in the solid oxide fuel cell 21 described above, since the connector 25 includes the sheet portion 25b having electrical insulation properties, the insulation between the stacked cell plates 4A, 4A is ensured while the single cell 4 is secured. , 4 are connected in series, and a high voltage output can be obtained. In addition, the connector 25 becomes flexible and can function as a gas separator. Since the external force applied to each of the cells 4 and 4 can be absorbed when the cells 4 and 4 are connected to each other, the reliability of the joined portion is improved, and the interval between the cell plates 4A and 4A stacked on each other can be reduced. It can contribute to the miniaturization of the device. You will get.
[0039]
Further, since the single cell 4 of the solid oxide fuel cell 21 is thinner and lighter than a single cell made of a conventional ceramic sintered body, it is formed by joining a plurality of the single cells 4 for a fuel cell. The solid oxide fuel cell 21 can be made small and lightweight.
[0040]
[Example 4]
FIG. 6 shows still another embodiment of the solid oxide fuel cell according to the present invention.
[0041]
As shown in FIG. 6, in the solid oxide fuel cell 31, the single cell 4 (or the cell plate 4A in the above embodiment) is stacked, and the electric current of the current collector 7 in the lower single cell 4 shown in FIG. The current collecting terminal 7a located on the insulating film 6 and the lower exposed portion 2b 'of the electrically conductive metal substrate 2 in the unit cell 4 in the upper part of the figure are connected to a connector 35 having a sheet portion 35b having electrical conductivity. It is configured to be joined via the pad portion 35a.
[0042]
In this embodiment, the electrically conductive metal substrate 2 of the single cell 4 is made of SUS430 having a thickness of 75 μm (0.1 mm pore), the fuel electrode layer 3 a constituting the battery element 3 is made of Ni + YSZ having a thickness of 30 μm, and the electrolyte layer 3 c is formed of a film. The 5 μm thick YSZ, the air electrode layer 3 b is a 5 μm thick SSC, the pad 35 a of the connector 35 is Pt of φ0.5 mm × H0.5 mm, and the sheet 35 b is SUS430 + Pt of 0.3 mm thick. .
[0043]
Also in the solid oxide fuel cell 31 described above, mechanical damage to the battery element 3 at the time of current collection is avoided, and when a plurality of single cells 4 are integrated, electrical loss is reduced.
[0044]
Further, in the solid oxide fuel cell 31 described above, since the connector 35 includes the sheet portion 35b having electrical conductivity, electrical series joining between the unit cells 4 and 4 stacked together is performed. That is, since all the unit cells 4 constituting the fuel cell are electrically connected in series, a high voltage output can be obtained. In addition, the connector 35 becomes flexible and can be used as a gas separator. In addition to being able to function, since the external force applied to each cell 4 when connecting the single cells 4 can be absorbed, the reliability of the joint portion is improved, and the interval between the unit cells 4 stacked together is improved. Can be narrowed, which can contribute to downsizing of the fuel cell.
[0045]
Further, since the single cell 4 of the solid oxide fuel cell 31 is thinner and lighter than a single cell made of a conventional ceramic sintered body, it is formed by joining a plurality of the single cells 4 for a fuel cell. The solid oxide fuel cell 31 can be made small and lightweight.
[0046]
The detailed configurations of the solid oxide fuel cell and the single cell for a fuel cell according to the present invention are not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described fourth embodiment, the cell plate 4A of the third embodiment is stacked. You may make it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially sectional explanatory view showing one embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory plan view of a single cell of the solid oxide fuel cell device shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory sectional view of a connector of the solid oxide fuel cell device shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a partially sectional explanatory view showing another embodiment of the solid oxide fuel cell of the present invention.
FIG. 5 is a partial cross-sectional explanatory view showing still another embodiment of the solid oxide fuel cell of the present invention.
FIG. 6 is a partial cross-sectional explanatory view showing still another embodiment of the solid oxide fuel cell of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 11, 21, 31 Solid oxide fuel cell 2 Electrically conductive metal substrate 2a Porous portions 2b, 2b 'Exposed portion 3 Battery element 3a Fuel electrode layer (electrode layer)
3b Air electrode layer (electrode layer)
3c Electrolyte layer 4 Single cell 5, 15, 25, 35 Connector 5a, 15a, 25a, 35a Pad portion 5b, 15b, 25b, 35b Sheet portion 6 Electrically insulating film 7 Current collector 7a Collector terminal
