JP2005019072A - Solid electrolyte fuel cell and unit cell for fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a unit cell for a fuel cell having no gas leakage, wherein the unit cell is formed by laminating a cell element on an electrical conductive metal substrate, and to provide a light and thin solid electrolyte fuel cell without deteriorating performance by laminating the unit cell having no gas leakage. <P>SOLUTION: A unit cell for fuel cell 1 is formed by comprising an electrical conductive metal substrate 2 with a though-hole 2a and a cell element 3 formed so as to hold an electrolyte layer 3c between a fuel electrode layer 3a and an air electrode layer 3b and by laminating the element 3 to the through-hole 2a of the substrate 2. A sealing member 4 is impregnated between the substrate 2 of the unit cell 1 and the end of the fuel electrode layer 3a of the elements 3 contacting to the substrate 2 so as to cover the through-hole 2a. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【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、セル支持体と、セパレータを備えたものがあり、セル支持体及びセパレータの各々の外周部同士を接合することでセルを覆うセル包囲体を形成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2003−45454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において、セル包囲体を形成するセル支持体及びセパレータの各々の外周部同士は気密性が確保された状態で接合されているものの、セルとセル支持体との間にはガスシールが施されていないことから、ガスがクロスリークする恐れがあり、その結果、性能の低下を招き兼ねないという問題があり、こ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、電気伝導性金属基板に電池要素を積層して成るガスリークのない燃料電池用単セルを提供すると共に、このガスリークのない燃料電池用単セルを積層することで、性能の低下を来すことのない軽量薄型の固体電解質型燃料電池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】
本発明の固体電解質型燃料電池は、貫通孔を有する電気伝導性金属基板及び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具備して上記電気伝導性金属基板の貫通孔上に上記電池要素を積層して成る燃料電池用単セルを備えた固体電解質型燃料電池において、上記燃料電池用単セルの電気伝導性金属基板と、この電気伝導性金属基板に貫通孔を覆うべく接触する電池要素の電極層の端部との間に、シール材を含浸させ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。
【0007】
本発明の固体電解質型燃料電池では、燃料電池用単セルの電気伝導性金属基板と電池要素の電極層の端部との間に、シール材が含浸させてあるので、電気伝導性金属基板及び電池要素の間からのガスリークが阻止されることとなり、このようなガスリークのない燃料電池用単セルを積層することで、性能の低下を招くことなく軽量薄型化が図られることとなる。
【0008】
【発明の効果】
本発明によれば、上記した構成としているので、軽量で且つ薄型、しかも、ガスリークがほとんど生じることのない固体電解質型燃料電池を提供す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。
【0009】
【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、貫通孔を有する電気伝導性金属基板上に薄膜状の電池要素を積層した燃料電池用単セルは、その周縁部をガスタイトな電気伝導性金属基板としているものの、電気伝導性金属基板の貫通孔上に多孔質な電極層を配置している都合上、この電極層の周囲のガスシールを行う必要がある。また、貫通孔を覆う電極層の直上に100μmよりも薄い電解質層を形成する場合も、ヒートサイクルによって段差の部分から亀裂が生じ易く、クロスリークが起こって性能が低下してしまう。
【0010】
そこで、電極層の周囲を気密性を確保するべくシール材で覆うようになせば、電極層の端部の強度が増してガスのクロスリークを阻止し得ることとなる。この際、燃料電池用単セルの周縁部が電気伝導性金属基板であることから、電極層の端部のシールは電池要素を積層している片面だけでよく、このように、片面だけシールすればよいので、部材を拘束することなく応力の開放がなされて破損等の不具合が減ることとなって、耐久性が向上することとなる。
【0011】
電極層の周囲を覆うシール材としては、例えば、ガラスや、Agや、Ag合金などの作動温度以上の融点を有し、融点以上で軟化して多孔質の電極層中に含浸することでガスを遮断する材料が用いられる。
【0012】
本発明の固体電解質型燃料電池において、電気伝導性金属基板とシール材を介して接合するセル支持体を設けることが望ましい。このように電極層の周囲を覆うシール材を介してセル支持体を貼り付けることで、燃料電池用単セルの外周部分が補強されることとなり、燃料電池用単セルを加工せずにセル支持体のみを加工すればスタック化が可能であり、その結果、燃料電池用単セルの周辺部材の簡略化が図られる。
【0013】
また、セル支持体を燃料電池用単セルの片面だけに貼り付けるので、ガスシールのために燃料電池用単セルの外周部分を上下から押さえつける必要がなく、薄板状の燃料電池用単セルに大きな力をかけずにスタック化し得ることとなる。つまり、燃料電池用単セルを傷つけることなく加工することができ、その加工自体を簡単なものとすることが可能である。なお、セル支持体には10〜500μmの薄板を用いることが望ましく、セル支持体と電気伝導性金属基板との距離は0〜5mmとすることが望ましい。
【0014】
本発明の固体電解質型燃料電池において、セル支持体が複数の開口を有するものとし、これらの開口のそれぞれに燃料電池用単セルを配置して、開口の周縁部と燃料電池用単セルの電気伝導性金属基板とをシール材を介して接合することが望ましく、これにより、セル支持体に燃料電池用単セルを複数個設置し得ることとなる、すなわち、複数の燃料電池用単セルを同一平面上に設置したいわゆるセル板を得ることとなる。
【0015】
このように、複数の燃料電池用単セルを同一平面上に設置すれば、ヒートサイクルによって生じる熱応力を緩和し得ることとなる。また、発電時においてガス上流とガス下流との間に生じる燃料の濃度差によりセル面内に発熱温度の差が発生するため、燃料電池用単セルの面積が大きい場合には上記発熱温度の差で生じる応力によって破損等の不具合が起こる可能性を捨てきれないが、上記したように、燃料電池用単セル個々の面積を小さくしている分だけ温度差が小さくなるので、熱応力を緩和し得ることとなり、したがって、上記セル支持体を設けることで耐久性の向上が実現可能である。
【0016】
本発明の固体電解質型燃料電池において、セル支持体を導電性材料からなるものとし、絶縁性を有するものをシール材とすると、電池要素を積層するに際して、シール材で電気的な絶縁をとり得ることから、設計の自由度が広がることとなって、コンパクト化が実現可能である。
【0017】
この場合、セル支持体を構成する導電性材料としては、SUSや、インコネルなどのNi,Ag,Pt,Cuを含む耐熱合金を採用することができ、10〜500μmの金属箔とすることが望ましい。一方、絶縁性を有するシール材としては、融点以上で軟化してガスシール性を発揮するガラスや、セラミックス等の電気絶縁性材料が好適に使用される。
【0018】
一方、セル支持体を絶縁性材料からなるものとすると、電池要素を積層するに際して、セル支持体で電気的な絶縁をとり得ることから、上記と同様に設計の自由度が広がることとなって、コンパクト化が実現可能である。
【0019】
この場合、セル支持体を構成する絶縁性材料としては、Al,TiO等のセラミックスや、SiO等のガラスをはじめとする 絶縁体(<10−7S・cm−1 )部材が好適に使用される。また、セル支持体は、枠状を成していてもよいし、複数の開口を持つ形状を成していてもよい。
【0020】
セル支持体を絶縁性材料で構成することで、シール材には絶縁性材料及び導電性材料のいずれの材料も用いることができ、その分だけ、設計の自由度が広がることとなり、例えば、シール材として導電体である銀や銀合金を用いれば、隣接する単セルを電気的に並列接続することができ、一方、シール材として絶縁性材料を用いれば、単セルを電気的に分割し得ることとなる。
【0021】
本発明の固体電解質型燃料電池において、上記燃料電池用単セルを互いに積層する場合、すなわち、複数の燃料電池用単セルをスタック化したり、複数の燃料電池用単セルを同一平面上に設置して成るセル板をスタック化したりする場合、接合部分の構造が簡略化されるので、部品の軽量化が図られ、薄型でしかも軽量な固体電解質型燃料電池を製造し得ることとなる。
【0022】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【0023】
[実施例1]
図1は本発明の一実施例を示している。
【0024】
図1に示すように、この燃料電池用単セル1は、貫通孔2aを有する電気伝導性金属基板2及び一対の電極層3a,3b間に電解質層3cを挟み込んで形成した電池要素3を備えていて、この電池要素3を電気伝導性金属基板2の貫通孔2a上に積層して成っており、電気伝導性金属基板2と、この電気伝導性金属基板2に貫通孔2aを覆うべく接触する電池要素3の電極層(燃料極)3aの端部との間には、シール材4が含浸させてある。
【0025】
この実施例において、電気伝導性金属基板2をフォトエッチングにより製造された板厚0.1mmのSUS430から成るエッチングボードとし、電池要素3を構成する燃料極層3aをスクリーン印刷により製造された層厚0.12mmのNiO+SDC(Sm添加セリア)、電解質層3cをスクリーン印刷により製造された層厚10umの10ScSZ(Sc添加安定化ジルコニア)、空気極層3bをスクリーン印刷により製造された層厚20umのSSC(Sm,Sr添加コバルト酸化物)とし、シール材4を低融点ガラスから成るガラスシールとしている。
【0026】
具体的に説明すると、電池要素3の燃料極層3aは、ペーストを塗布した後に、H還元雰囲気中において1100℃で焼成して成り、電解質層3cは、ペーストを塗布した後に、H還元雰囲気中において1200℃で焼成して成り、空気極層3bは、ペーストを塗布した後に、H還元雰囲気中において850℃で焼成して成っている。また、シール材4は、電気伝導性金属基板2の多孔質部分に塗布した後、800℃に保ちつつ溶融させて含浸させてある。
【0027】
この燃料電池用単セル1では、電池要素3の燃料極層3aの周囲を気密性を確保するべくシール材4で覆っているので、燃料極層3aの端部の強度が増してガスのクロスリークを阻止し得ることとなり、この際、燃料電池用単セル1の周縁部が電気伝導性金属基板2であることから、燃料極層3aの端部のシールは少なくとも電池要素3を積層している片面(図示上面)だけでよく、このように、片面だけシールすればよいので、部材を拘束することなく応力の開放がなされて破損等の不具合が減ることとなり、その結果、耐久性が向上することとなる。
【0028】
[実施例2]
図2は本発明の他の実施例を示している。
【0029】
図2に示すように、この実施例における固体電解質型燃料電池では、実施例1の燃料電池用単セル1に、電気伝導性金属基板2とシール材4を介して接合する枠状を成すセル支持体5を設けており、このセル支持体5は、板厚50umのインコネルから成る導電性基板としてある。燃料電池用単セル1自体の構成は実施例1と同じである。
【0030】
この実施例における固体電解質型燃料電池では、電池要素3の燃料極層3aの周囲を覆うシール材4を介してセル支持体5を貼り付けているので、燃料電池用単セル1自体の加工を必要とせずにセル支持体5のみの加工でスタック化が可能であり、その結果、燃料電池用単セル1の周辺部材の簡略化が図られることとなる。また、この実施例における固体電解質型燃料電池では、セル支持体5を導電性基板からなるものとし、低融点ガラスから成るガラスシールをシール材4としているので、電池要素3を積層するに際して、シール材4で電気的な絶縁をとり得ることから、設計の自由度が広がることとなって、コンパクト化が実現可能である。
【0031】
[実施例3]
図3は本発明のさらに他の実施例を示している。
【0032】
図3に示すように、この実施例における固体電解質型燃料電池では、実施例1の燃料電池用単セル1の他に、板厚100umのSUS430から成るセル支持体15を設けている。
【0033】
この場合、セル支持体15は複数の開口15aを具備した円板状を成すものであって、これらの開口15aのそれぞれに実施例1の燃料電池用単セル1を配置して、開口15aの周縁部と燃料電池用単セル1の電気伝導性金属基板2とをシール材4を介して接合してある。
【0034】
この実施例における固体電解質型燃料電池では、複数の開口15aを有するセル支持体15を用いることによって、複数の燃料電池用単セル1を同一平面上に設置したいわゆるセル板1Aを得ることとなり、このように、複数の燃料電池用単セル1を同一平面上に設置すれば、ヒートサイクルによって生じる熱応力を緩和し得ることとなって、耐久性の向上が実現可能である。
【0035】
[実施例4]
図4は本発明のさらに他の実施例を示している。
【0036】
図4に示すように、この実施例における固体電解質型燃料電池では、実施例1の燃料電池用単セル1に、板厚100umのAlから成る絶縁性を有するセル支持体25を設けている。
【0037】
このセル支持体25は複数の開口25aを具備した枠状を成すものであって、これらの開口25aのそれぞれに実施例1の燃料電池用単セル1を配置して、開口25aの周縁部と燃料電池用単セル1の電気伝導性金属基板2とをシール材4を介して接合してある。
【0038】
この場合、図4(b)に示すように、セル支持体25の中心を通過する縦枠25b及び横枠25cを電気伝導性金属基板2に接合するシール材4Aは、銀合金から成る導電性シールとしてある。
【0039】
この実施例における固体電解質型燃料電池においても、複数の燃料電池用単セル1を同一平面上に設置したセル板を得ることから、ヒートサイクルによって生じる熱応力を緩和し得ることとなって、耐久性の向上が実現可能である。
【0040】
また、この実施例では、セル支持体25がAlから成っているので、電池要素3を積層するに際して、このセル支持体25で電気的な絶縁をとり得ることから、設計の自由度が広がることとなって、コンパクト化が実現可能である。
【0041】
このように、セル支持体25を絶縁性材料であるAlで構成することで、絶縁性シール材4及び導電性シール材4Aのいずれをも用いることができ、その分だけ、設計の自由度が広がることとなり、この実施例のように、銀合金から成る導電シール材4Aを用いることで、隣接する燃料電池用単セル1同士を電気的に並列接続することができる。なお、セル支持体25の中心を通過する縦枠25b及び横枠25cの接合部分にも絶縁性シール材4を用いれば、燃料電池用単セル1同士を電気的に分割し得ることとなる。
【0042】
[実施例5]
図5は本発明のさらに他の実施例を示している。
【0043】
図5に示すように、この実施例における固体電解質型燃料電池は、複数の実施例3におけるセル板1Aと、厚さ150umのインコネルからなる導電性基板に流路を形成した複数のセパレータ6とを交互に積層して成っており、この固体電解質型燃料電池では、接合部分の構造が簡略化されるので、部品の軽量化が図られ、薄型でしかも軽量な固体電解質型燃料電池を製造し得ることとなる。
【0044】
なお、図5における符号7は多孔性導電体を示し、符号8は燃料流、符号9は空気流をそれぞれ示している。
【0045】
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断面説明図である。
【図2】本発明の固体電解質型燃料電池の他の実施例を示す平面説明図(a)及び断面説明図(b)である。
【図3】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平面説明図(a)及び断面説明図(b)である。
【図4】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平面説明図(a)及び断面説明図(b)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断面説明図である。
【符号の説明】
1 燃料電池用単セル
2 電気伝導性金属基板
2a 貫通孔
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 絶縁性のシール材
4A 導電性のシール材
5,15,25 セル支持体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid electrolyte 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]
Conventional solid oxide fuel cells include a cell, a cell support, and a separator, and a cell enclosure that covers the cell is formed by joining the outer periphery of each of the cell support and the separator. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-45454
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described solid oxide fuel cell, the outer periphery of each of the cell support and the separator forming the cell enclosure is joined in a state where airtightness is ensured, but the cell and the cell support Since there is no gas seal between them, there is a risk that the gas may cross-leak, and as a result, there is a problem that the performance may be deteriorated, and it is a conventional problem to solve this problem It was.
[0005]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made by paying attention to the above-described conventional problems, and provides a single cell for a fuel cell free from gas leakage, which is formed by laminating battery elements on an electrically conductive metal substrate, and a fuel cell free from this gas leakage. It is an object of the present invention to provide a lightweight and thin solid oxide fuel cell that does not cause a decrease in performance by stacking single cells for use.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The solid electrolyte fuel cell according to the present invention includes an electrically conductive metal substrate having a through hole and a battery element formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrode layers, and the above-described electrode is formed on the through hole of the electrically conductive metal substrate. In a solid oxide fuel cell having a single cell for a fuel cell formed by stacking battery elements, the electrically conductive metal substrate of the single cell for a fuel cell is in contact with the electrically conductive metal substrate so as to cover a through hole. It is characterized by having a structure in which a sealing material is impregnated between the end portions of the electrode layer of the battery element, and the structure of this solid oxide fuel cell is a means for solving the above-described conventional problems. .
[0007]
In the solid oxide fuel cell of the present invention, since the sealing material is impregnated between the electrically conductive metal substrate of the single cell for fuel cells and the end of the electrode layer of the battery element, the electrically conductive metal substrate and Gas leakage from between the battery elements is prevented, and by stacking the single cells for fuel cells without such gas leakage, the light weight and thickness can be reduced without degrading the performance.
[0008]
【The invention's effect】
According to the present invention, since it has the above-described configuration, it is possible to provide a very excellent effect that it is possible to provide a solid oxide fuel cell that is lightweight and thin, and hardly causes gas leakage.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the solid oxide fuel cell according to the present invention, a single cell for a fuel cell in which a thin-film battery element is laminated on an electrically conductive metal substrate having a through-hole has a peripheral portion made of a gastight electrically conductive metal substrate. For the convenience of disposing a porous electrode layer on the through-hole of the electrically conductive metal substrate, it is necessary to perform a gas seal around this electrode layer. Also, when an electrolyte layer thinner than 100 μm is formed immediately above the electrode layer covering the through-hole, cracks are likely to occur from the stepped portion due to the heat cycle, and a cross leak occurs and the performance deteriorates.
[0010]
Therefore, if the periphery of the electrode layer is covered with a sealing material so as to ensure airtightness, the strength of the end of the electrode layer is increased and gas cross-leakage can be prevented. At this time, since the peripheral portion of the unit cell for the fuel cell is an electrically conductive metal substrate, the end of the electrode layer may be sealed only on one side on which the battery elements are laminated, and thus only one side is sealed. Therefore, the stress is released without restraining the member, and problems such as breakage are reduced, and durability is improved.
[0011]
As a sealing material covering the periphery of the electrode layer, for example, a gas having a melting point equal to or higher than the operating temperature of glass, Ag, an Ag alloy, etc. is softened above the melting point and impregnated into the porous electrode layer. A material that shuts off is used.
[0012]
In the solid oxide fuel cell of the present invention, it is desirable to provide a cell support that is bonded to the electrically conductive metal substrate via a sealing material. By sticking the cell support through the sealing material covering the periphery of the electrode layer in this way, the outer peripheral portion of the single cell for the fuel cell is reinforced, and the cell support is performed without processing the single cell for the fuel cell. If only the body is processed, stacking is possible, and as a result, the peripheral members of the fuel cell single cell can be simplified.
[0013]
In addition, since the cell support is attached to only one side of the fuel cell unit cell, there is no need to press the outer periphery of the fuel cell unit cell from above and below for gas sealing. It can be stacked without any effort. That is, the fuel cell single cell can be processed without damaging it, and the processing itself can be simplified. In addition, it is desirable to use a 10-500 micrometers thin plate for a cell support body, and it is desirable that the distance of a cell support body and an electroconductive metal substrate shall be 0-5 mm.
[0014]
In the solid oxide fuel cell according to the present invention, the cell support has a plurality of openings, each of the openings is provided with a single cell for a fuel cell, and the periphery of the opening and the electric power of the single cell for the fuel cell are arranged. It is desirable to bond the conductive metal substrate to each other through a sealing material, so that a plurality of fuel cell single cells can be installed on the cell support, that is, the plurality of fuel cell single cells are the same. A so-called cell plate installed on a flat surface is obtained.
[0015]
Thus, if a plurality of single cells for a fuel cell are installed on the same plane, the thermal stress caused by the heat cycle can be relaxed. In addition, since the difference in heat generation temperature occurs in the cell surface due to the difference in fuel concentration generated between the gas upstream and gas downstream during power generation, the difference in heat generation temperature may occur when the area of a single cell for a fuel cell is large. However, as described above, the temperature difference is reduced by reducing the area of each single unit cell for fuel cells, reducing the thermal stress. Accordingly, it is possible to improve durability by providing the cell support.
[0016]
In the solid oxide fuel cell of the present invention, when the cell support is made of a conductive material and the insulating material is a sealing material, the sealing material can be electrically insulated when the battery elements are stacked. For this reason, the degree of freedom in design is expanded, and a compact design can be realized.
[0017]
In this case, as the conductive material constituting the cell support, a heat resistant alloy containing Ni, Ag, Pt, Cu such as SUS or Inconel can be adopted, and it is desirable to use a metal foil of 10 to 500 μm. . On the other hand, as the sealing material having an insulating property, an electrically insulating material such as glass or ceramic that softens at a melting point or higher and exhibits a gas sealing property is suitably used.
[0018]
On the other hand, if the cell support is made of an insulating material, the cell support can be electrically insulated when the battery elements are stacked, so that the degree of freedom in design is expanded as described above. Compacting is possible.
[0019]
In this case, as an insulating material constituting the cell support, an insulator (<10 −7 S · cm −1 ) member such as ceramics such as Al 2 O 3 and TiO 2 and glass such as SiO 2 is used. Are preferably used. In addition, the cell support may have a frame shape or a shape having a plurality of openings.
[0020]
By configuring the cell support with an insulating material, both the insulating material and the conductive material can be used as the sealing material, and the degree of freedom of design is expanded accordingly. If silver or a silver alloy, which is a conductor, is used as a material, adjacent single cells can be electrically connected in parallel. On the other hand, if an insulating material is used as a sealing material, single cells can be electrically divided. It will be.
[0021]
In the solid oxide fuel cell of the present invention, when the fuel cell single cells are stacked on each other, that is, a plurality of fuel cell single cells are stacked, or a plurality of fuel cell single cells are installed on the same plane. When the cell plates are stacked, the structure of the joining portion is simplified, so that the weight of the parts can be reduced, and a thin and lightweight solid oxide fuel cell can be manufactured.
[0022]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
[Example 1]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
[0024]
As shown in FIG. 1, this single cell 1 for fuel cells includes an electrically conductive metal substrate 2 having a through hole 2a and a battery element 3 formed by sandwiching an electrolyte layer 3c between a pair of electrode layers 3a and 3b. The battery element 3 is laminated on the through hole 2a of the electrically conductive metal substrate 2, and the electrically conductive metal substrate 2 is in contact with the electrically conductive metal substrate 2 so as to cover the through hole 2a. A sealing material 4 is impregnated between the ends of the electrode layer (fuel electrode) 3a of the battery element 3 to be operated.
[0025]
In this embodiment, the electrically conductive metal substrate 2 is an etching board made of SUS430 having a thickness of 0.1 mm manufactured by photoetching, and the fuel electrode layer 3a constituting the battery element 3 is manufactured by screen printing. 0.12 mm NiO + SDC (Sm-added ceria), electrolyte layer 3c 10ScSZ (Sc-added stabilized zirconia) produced by screen printing, and cathode layer 3b produced by screen printing SSC having a layer thickness of 20um (Sm, Sr-added cobalt oxide), and the sealing material 4 is a glass seal made of low-melting glass.
[0026]
Specifically, the fuel electrode layer 3a of the battery element 3 is formed by baking at 1100 ° C. in an H 2 reducing atmosphere after applying the paste, and the electrolyte layer 3c is formed by reducing the H 2 reduction after applying the paste. The air electrode layer 3b is formed by baking at 850 ° C. in an H 2 reducing atmosphere after applying the paste. Further, the sealing material 4 is applied to the porous portion of the electrically conductive metal substrate 2 and then melted and impregnated while being kept at 800 ° C.
[0027]
In this single cell 1 for a fuel cell, since the periphery of the fuel electrode layer 3a of the battery element 3 is covered with a sealing material 4 so as to ensure airtightness, the strength of the end of the fuel electrode layer 3a is increased and gas cross In this case, since the peripheral portion of the unit cell 1 for the fuel cell is the electrically conductive metal substrate 2, the seal at the end of the fuel electrode layer 3a has at least the battery element 3 laminated. Since only one side (the upper surface in the figure) needs to be sealed, it is sufficient to seal only one side, so that stress is released without restraining the members, and problems such as breakage are reduced, resulting in improved durability. Will be.
[0028]
[Example 2]
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention.
[0029]
As shown in FIG. 2, in the solid oxide fuel cell of this embodiment, a frame-shaped cell joined to the fuel cell single cell 1 of Embodiment 1 via an electrically conductive metal substrate 2 and a sealing material 4. A support 5 is provided, and the cell support 5 is a conductive substrate made of Inconel having a thickness of 50 μm. The configuration of the fuel cell single cell 1 itself is the same as that of the first embodiment.
[0030]
In the solid oxide fuel cell in this embodiment, the cell support 5 is attached via the sealing material 4 that covers the periphery of the fuel electrode layer 3a of the battery element 3, so that the single cell 1 for fuel cell 1 itself is processed. Stacking is possible by processing only the cell support 5 without the need, and as a result, the peripheral members of the unit cell 1 for fuel cells can be simplified. Further, in the solid oxide fuel cell according to this embodiment, the cell support 5 is made of a conductive substrate, and the glass seal made of low-melting glass is used as the sealing material 4. Since the material 4 can be electrically insulated, the degree of freedom in design is increased and a compact design can be realized.
[0031]
[Example 3]
FIG. 3 shows still another embodiment of the present invention.
[0032]
As shown in FIG. 3, in the solid oxide fuel cell in this example, in addition to the single cell 1 for the fuel cell of Example 1, a cell support 15 made of SUS430 having a plate thickness of 100 μm is provided.
[0033]
In this case, the cell support 15 has a disk shape having a plurality of openings 15a. The single cell 1 for the fuel cell of Example 1 is disposed in each of the openings 15a, and the openings 15a The peripheral edge portion and the electrically conductive metal substrate 2 of the unit cell 1 for a fuel cell are joined via a sealing material 4.
[0034]
In the solid oxide fuel cell in this embodiment, by using the cell support 15 having a plurality of openings 15a, a so-called cell plate 1A in which a plurality of fuel cell single cells 1 are installed on the same plane is obtained. As described above, if a plurality of single cells 1 for a fuel cell are installed on the same plane, thermal stress generated by the heat cycle can be alleviated, and improvement in durability can be realized.
[0035]
[Example 4]
FIG. 4 shows still another embodiment of the present invention.
[0036]
As shown in FIG. 4, in the solid oxide fuel cell according to this example, the single cell 1 for the fuel cell of Example 1 is provided with an insulating cell support 25 made of Al 2 O 3 having a thickness of 100 μm. ing.
[0037]
The cell support 25 has a frame shape having a plurality of openings 25a. The single cell 1 for the fuel cell of Example 1 is disposed in each of the openings 25a, and the periphery of the opening 25a The electrically conductive metal substrate 2 of the unit cell 1 for a fuel cell is joined via a sealing material 4.
[0038]
In this case, as shown in FIG. 4B, the sealing material 4A for joining the vertical frame 25b and the horizontal frame 25c passing through the center of the cell support 25 to the electrically conductive metal substrate 2 is a conductive material made of a silver alloy. As a seal.
[0039]
Also in the solid oxide fuel cell in this embodiment, since a cell plate in which a plurality of single cells 1 for fuel cells are installed on the same plane is obtained, the thermal stress caused by the heat cycle can be alleviated, and durability is improved. An improvement in performance can be realized.
[0040]
In this embodiment, since the cell support 25 is made of Al 2 O 3 , the cell support 25 can be electrically insulated when the battery elements 3 are stacked. Therefore, it is possible to achieve a compact size.
[0041]
Thus, by constituting the cell support 25 with Al 2 O 3 which is an insulating material, both the insulating sealing material 4 and the conductive sealing material 4A can be used. The degree of freedom is widened, and by using the conductive sealing material 4A made of a silver alloy as in this embodiment, adjacent fuel cell single cells 1 can be electrically connected in parallel. In addition, if the insulating sealing material 4 is used also for the joint part of the vertical frame 25b and the horizontal frame 25c which pass through the center of the cell support body 25, the single cells 1 for fuel cells can be electrically divided.
[0042]
[Example 5]
FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention.
[0043]
As shown in FIG. 5, the solid oxide fuel cell in this example includes a cell plate 1A in a plurality of examples 3 and a plurality of separators 6 each having a flow path formed on a conductive substrate made of Inconel having a thickness of 150 μm. In this solid oxide fuel cell, the structure of the joint is simplified, so the weight of the parts is reduced, and a thin and lightweight solid oxide fuel cell is manufactured. Will get.
[0044]
In addition, the code | symbol 7 in FIG. 5 shows a porous conductor, the code | symbol 8 has shown the fuel flow, and the code | symbol 9 has shown the air flow, respectively.
[0045]
The detailed configurations of the solid oxide fuel cell and the single cell for fuel cell of the present invention are not limited to the above-described embodiments.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing one embodiment of a solid oxide fuel cell of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory plan view (a) and a sectional explanatory view (b) showing another embodiment of the solid oxide fuel cell of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory plan view (a) and a sectional explanatory view (b) showing still another embodiment of the solid oxide fuel cell of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory plan view (a) and an explanatory sectional view (b) showing still another embodiment of the solid oxide fuel cell of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view showing still another embodiment of the solid oxide fuel cell of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Unit cell for fuel cells 2 Electrically conductive metal substrate 2a Through-hole 3 Battery element 3a Fuel electrode layer (electrode layer)
3b Air electrode layer (electrode layer)
3c Electrolyte layer 4 Insulating sealing material 4A Conductive sealing material 5, 15, 25 Cell support

Claims (7)

貫通孔を有する電気伝導性金属基板及び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具備して上記電気伝導性金属基板の貫通孔上に上記電池要素を積層して成る燃料電池用単セルを備えた固体電解質型燃料電池において、上記燃料電池用単セルの電気伝導性金属基板と、この電気伝導性金属基板に貫通孔を覆うべく接触する電池要素の電極層の端部との間に、シール材を含浸させたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。A fuel cell comprising a conductive metal substrate having a through hole and a battery element formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrode layers, and the battery element is laminated on the through hole of the conductive metal substrate. In a solid oxide fuel cell including a single cell, an electric conductive metal substrate of the single cell for the fuel cell, and an end portion of an electrode layer of a battery element in contact with the electric conductive metal substrate so as to cover a through hole A solid oxide fuel cell, wherein a sealing material is impregnated in between. 上記電気伝導性金属基板とシール材を介して接合するセル支持体を備えている請求項1に記載の固体電解質型燃料電池。The solid oxide fuel cell according to claim 1, further comprising a cell support that is joined to the electrically conductive metal substrate via a sealing material. 上記セル支持体は複数の開口を具備し、これらの開口のそれぞれに燃料電池用単セルを配置して、開口の周縁部と燃料電池用単セルの電気伝導性金属基板とをシール材を介して接合してある請求項2に記載の固体電解質型燃料電池。The cell support includes a plurality of openings, each of which is provided with a single cell for a fuel cell, and the periphery of the opening and the electrically conductive metal substrate of the single cell for a fuel cell are interposed via a sealing material. The solid oxide fuel cell according to claim 2, which is bonded to each other. 上記セル支持体は導電性材料からなり、シール材が絶縁性を有している請求項2又は3に記載の固体電解質型燃料電池。The solid oxide fuel cell according to claim 2 or 3, wherein the cell support is made of a conductive material, and the sealing material has an insulating property. 上記セル支持体は絶縁性材料からなっている請求項2又は3に記載の固体電解質型燃料電池。4. The solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein the cell support is made of an insulating material. 複数の燃料電池用単セルを互いに積層して成る請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の固体電解質型燃料電池。The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein a plurality of single cells for a fuel cell are stacked on each other. 貫通孔を有する電気伝導性金属基板及び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具備して上記電気伝導性金属基板の貫通孔上に上記電池要素を積層して成る燃料電池用単セルにおいて、上記電気伝導性金属基板と、この電気伝導性金属基板に貫通孔を覆うべく接触する電池要素の電極層の端部との間に、シール材を含浸させたことを特徴とする燃料電池用単セル。A fuel cell comprising a conductive metal substrate having a through hole and a battery element formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrode layers, and the battery element is laminated on the through hole of the conductive metal substrate. In a single cell, a sealing material is impregnated between the electrically conductive metal substrate and an end portion of an electrode layer of a battery element that contacts the electrically conductive metal substrate so as to cover a through hole. Single cell for fuel cell.
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