JP2005150053A - Solid electrolyte fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
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に関するものである。 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.
従来の固体電解質型燃料電池としては、例えば、多孔質体から成るセル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この電池要素をセル基板上に積層して成るセルを備えたものがあり、この固体電解質型燃料電池では、電池要素の電解質層とセルを支持するセル支持体とを接合するようにしている。 As a conventional solid oxide fuel cell, for example, a cell substrate made of a porous body and a battery element formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrode layers are laminated on the cell substrate. Some of them are equipped with cells. In this solid oxide fuel cell, the electrolyte layer of the battery element and the cell support that supports the cells are joined together.
ところが、従来の固体電解質型燃料電池においては、セル基板が多孔質体から成っているため、電池要素が形成されていない部分に封孔処理を施す必要があるうえ、電池要素の電解質層とセル支持体との接合部分、すなわち、セラミックス層と金属との接合部分に生じる熱ストレスにより、接合部分が劣化して破損し、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。 However, in the conventional solid oxide fuel cell, since the cell substrate is made of a porous body, it is necessary to seal the portion where the battery element is not formed, and the electrolyte layer and cell of the battery element The thermal stress generated at the joint with the support, that is, the joint between the ceramic layer and the metal, may cause the joint to deteriorate and break, resulting in gas cross-leakage. There has been a problem that there is no problem, and it has been a conventional problem to solve this problem.
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あり、ガスシールが容易になり、ガスのクロスリークが生じる可能性がほとんどない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。 The present invention has been made by paying attention to the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a solid oxide fuel cell that facilitates gas sealing and has almost no possibility of causing gas cross-leakage. .
本発明は、ガス透過孔を有する金属製セル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、上記金属製セル基板のガス透過孔上に位置させた電池要素の一対の電極層のうちのいずれか一方の電極層を電解質層で覆って成るセルを備えた固体電解質型燃料電池において、上記金属製セル基板のガス不透過部分と接合してセルを支持する電気導伝性を有するセル支持用金属薄板を設け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。 The present invention comprises a metal cell substrate having a gas permeable hole and a battery element formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrode layers, and a pair of battery elements positioned on the gas permeable hole of the metal cell substrate. In a solid oxide fuel cell having a cell formed by covering any one of the electrode layers with an electrolyte layer, the conductive layer is bonded to a gas-impermeable portion of the metal cell substrate to support the cell. The present invention is characterized in that a metal thin plate for supporting a cell having conductivity is provided, and the configuration of the solid oxide fuel cell is used as a means for solving the above-described conventional problems.
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、ガスシールが容易なものとなり、加えて、セルとセル支持用金属薄板との接合を金属同士の接合とすることでガスのクロスリークが生じる懸念を払拭することが可能であり、さらに、セルと接合するセル支持用金属薄板を集電体として機能させることができるという非常に優れた効果がもたらされる。 According to the solid oxide fuel cell of the present invention, since it has the above-described configuration, gas sealing becomes easy, and in addition, the gas is obtained by joining the cell and the cell supporting metal thin plate to each other. It is possible to eliminate the fear of the occurrence of the cross leak, and further, it is possible to provide a very excellent effect that the cell supporting metal thin plate joined to the cell can function as a current collector.
図1に示すように、本発明の固体電解質型燃料電池1は、ガス透過孔2aを有する金属製セル基板2及び一対の電極層(燃料極層3及び空気極層4)間に電解質層5を挟み込んで形成した電池要素6を具備して、金属製セル基板2のガス透過孔2a上に位置させた電池要素6の一対の電極層3,4のうちのいずれか一方の電極層(図示例では燃料極層3)を電解質層5で覆って成るセル7を備えており、金属製セル基板2のガス不透過部分2bには、セル7を支持する電気導伝性を有するセル支持用金属薄板8が接合してある。この際、金属製セル基板2からのガスリークがないため、金属製セル基板2とセル支持用金属薄板8との接合レイアウトの自由度が高く、金属製セル基板2の図示上面でセル支持用金属薄板8と接合することが可能であるほか、図2にも示すように、金属製セル基板2の図示下面でセル支持用金属薄板8と接合することが可能である。
As shown in FIG. 1, a solid
セル支持用金属薄板8の材料としては、Fe,Ni,Cr,Mo,Cu,Alのうちの少なくともいずれか一方の元素を含む金属又は合金が用いられる。合金としては、例えば、インコネルやハステロイ、ステンレスやインバーなどがある。
As a material of the cell supporting metal
また、本発明の固体電解質型燃料電池1において、セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8aの厚みを金属製セル基板2よりも薄くすることが望ましい。このとき、図3に示すように、セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8aの厚みをセル支持用金属薄板8の全体の厚みと同じにしたり、図4に示すように、セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8aの厚みをセル支持用金属薄板8の全体の厚みよりも薄くしたりすることが可能である。
Further, in the solid
このように、金属製セル基板2よりも肉厚の薄いセル支持用金属薄板8を用いることにより、金属製セル基板2とセル支持用金属薄板8との接合時にセル支持用金属薄板8が変形することで、接合プロセスによるセル7の破損や、金属製セル基板2の変形を防止することができる。加えて、スタック運転時の熱サイクルによる熱応力に対しても、セル支持用金属薄板8が変形することで、セル7の破損を阻止し得る。
In this way, by using the cell supporting metal
ただし、セル支持用金属薄板8の接合部分8aの厚みが30μm以下であると、セル7又はスタックマニホールドとの接合に際して、セル支持用金属薄板8が大きく変形することで接合されない個所が生じて、ガスリークや接合部分8aの破損の発生が懸念される。
However, when the thickness of the joining
また、セル支持用金属薄板8の全体の厚みが30μm以下であると、各プロセス中のセル支持用金属薄板8の取り扱いが困難となり、ガスシールの形成やマニホールドとの接合において不具合が生じることが懸念される。一方、セル支持用金属薄板8の全体の厚みが0.5mmよりも厚いと、セル支持用金属薄板8の強度が、セル本体と同等ないしそれ以上となるため、接合時にセル支持用金属薄板8が変形する力でセル7が破損したり、又は、残留応力が開放される力などで接合部分8aが破損したりする危険がある。
Further, if the total thickness of the cell supporting metal
さらに、本発明の固体電解質型燃料電池において、セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8a又はその周辺に応力緩和部を設けることが望ましい。
Furthermore, in the solid oxide fuel cell of the present invention, it is desirable to provide a stress relaxation portion at or near the
つまり、金属製セル基板2とセル支持用金属薄板8との接合時に生じる応力によって、上記応力緩和部を優先的に変形させることで、金属製セル基板2の破損及びセル支持用金属薄板8の反りなどの不具合を抑制することができ、また、スタック構造体を形成する際のセル支持用金属薄板8の積層時には、応力吸収又は応力開放の起点となって、金属製セル基板2の破損やセル支持用金属薄板8の変形を抑制し、さらに、スタック運転時の熱サイクルによる熱応力に対しても、応力吸収又は応力開放の起点となり、金属製セル基板2の破損,セル支持用金属薄板8の変形及びこれに伴うスタック構造体の破損を防止することができる。
That is, the stress relaxation portion is preferentially deformed by the stress generated when the
この場合、セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8aの厚みをそれ以外の部分よりも薄くして応力緩和部としたり、セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8aの周辺を局所的に薄くして応力緩和部としたり、セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8aの周辺をうねらせて応力緩和部としたりすることができるほか、セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8aの周辺に段差を設けて応力緩和部とすることができる。
In this case, the thickness of the joining
ここで、セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8aの厚みをそれ以外の部分よりも薄くして応力緩和部とする場合、図4に示すように、それ以外の部分よりも一様に薄くしてもよいし、図5に示すように、接合部分8aの端部に向けて漸次薄くなるようにしてもよい。
Here, when the thickness of the
また、「セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8aの周辺を局所的に薄くする」とは、図6に示すように、接合部分8aの周辺に局所的に接合部分8aよりもさらに薄い薄肉部(応力緩和部)10を設けるということであり、この薄肉部10は、図7及び図8に示すように、複数箇所に配置することが可能である。
Further, “to locally thin the periphery of the
さらに、「セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8aの周辺をうねらせる」とは、図9に示すように、接合部分8aの周辺に断面U字状の波状部(応力緩和部)10を設けるということであり、この波状部10は、図10に示すように、複数箇所に配置することが可能である。
Further, “undulate the periphery of the
さらにまた、「セル支持用金属薄板8の金属製セル基板2との接合部分8aの周辺に段差を設ける」とは、図11及び図12に部分的に示すように、接合部分8aの周辺に凹凸部(応力緩和部)10を形成するということである。
Furthermore, “a step is provided around the
さらにまた、ヤング率の小さいものほど、より小さい力で変形する(伸びる)、すなわち、応力に対して容易に変形させることができるので、本発明の固体電解質型燃料電池1において、セル支持用金属薄板8のヤング率を金属製セル基板2のヤング率よりも小さく設定することが望ましい。これに加えて、上記したように、セル支持用金属薄板8の肉厚を薄くしたり、接合部分8aの周辺に薄肉部や波状部などの応力緩和部10を形成すれば、セル支持用金属薄板8が変形し易くなって、セル7の破損をより一層確実に防ぐことが可能になる。
Furthermore, since the smaller the Young's modulus, the smaller the deformation (elongation), that is, the easier it is to deform with respect to the stress, in the solid
さらにまた、本発明の固体電解質型燃料電池1において、セル支持用金属薄板8と金属製セル基板2とを拡散接合により接合することが可能である。ここで、『拡散接合』とは、ろう材を用いたろう付けも含むが、ろう材の使用の有無に関わらず、接合部分8aを高温にさらし、接合する部材同士の間に、基材同士又はろう材と基材の合金層(拡散層)を形成して一体化(接合)したものを指す。一般的に、ろう付けを含む拡散接合は、高温プロセスであり、接合する部材を高温にさらして接合を行う。
Furthermore, in the solid
このとき、各部材の伸び率、熱膨張係数、熱容量、拡散の深さ(金属製セル基板2及びセル支持用金属薄板8のどちら側に拡散層を形成し易いか)によって、金属製セル基板2及びセル支持用金属薄板8のいずれかに引張り応力又は圧縮応力が生じる。加えて、金属製セル基板2及びセル支持用金属薄板8に内在する応力が開放されることによる捩れ応力も生じる。そして、セル支持用金属薄板8に応力吸収(又は開放)する起点がなければ、、すなわち、応力緩和部10がなければ、金属製セル基板2の破損又はセル支持用金属薄板8の反りが生じて、上述のようなセル7の破損やガスリークの発生が懸念される。
At this time, the metal cell substrate depends on the elongation rate, thermal expansion coefficient, heat capacity, and diffusion depth of each member (which side of the
さらにまた、本発明の固体電解質型燃料電池1において、セル支持用金属薄板8と金属製セル基板2とを超音波接合により接合することが可能である。この超音波接合は、上記した拡散接合に比較して、低温での接合が可能である。これは、金属/金属の接合において可能なプロセスであり、従来技術のようなセラミクス/金属の接合には適さない。また、従来技術に示される電解質層と金属薄板の接合に本工法を用いると、電解質層を破損し、破損箇所からのガスリーク及び破損箇所からの接合界面の剥離が生じる危険性がある。
Furthermore, in the solid
したがって、本発明の固体電解質型燃料電池1では、セル支持用金属薄板8と金属製セル基板2とがいずれも金属部材で構成されているため、セル支持用金属薄板8及び金属製セル基板2を過度の高温にさらすことなく、スタック形成プロセスに移行でき、セル支持用金属薄板8の積層部のガスシール構築が容易になる。
Therefore, in the solid
さらにまた、本発明の固体電解質型燃料電池1において、セル支持用金属薄板8と金属製セル基板2とがいずれも金属製であるため、溶接技術を用いてセル支持用金属薄板8と金属製セル基板2とを電気的導通を保ったまま溶接により接合することができる。ここで、溶接とは、レーザビーム溶接、プレシジョン溶接、TIG溶接、アーク溶接、肉盛溶接を含むほか、ガスデポジションやスパークデポジションといった溶接に似た接合方法を用いることも可能である。この場合も、低温での接合が可能であるため、セル支持用金属薄板8及び金属製セル基板2を過度の高温にさらすことなく、スタック形成プロセスに移行でき、セル支持用金属薄板8の積層部のガスシール構築が容易になる。
Furthermore, in the solid
ここで、大きな金属製セル基板2をセル支持用金属薄板8に接合した場合、ガスシールが必要な箇所が長く(広く)なる。また、ガスシール部とセル7の中央部の距離も長くなるため、運転時の熱サイクルなどのガスシール部への応力が大きくなり、ガスシール部の破損などが懸念される。さらに、一つの金属製セル基板2の接合部が長くなると、ガスシール部の歩留まりなどへの影響が懸念される。
Here, when the large
一方、小さな金属製セル基板2を複数枚分散して配置するように成せば、トータルのガスシール部の長さは長くなるものの、上記のような懸念を払拭することができるため、ガスシール部の信頼性が向上する。そして、移動用電源としての固体電解質型燃料電池のスタック構造体を考えた場合、例えば、携帯用発電機としてのスタック構造体と自動車用の主動力電源とでは、スタック構造体に必要な出力も要求サイズも異なるが、それぞれに適したサイズの金属製セル基板2を作製し、積層するよりも同じ金属製セル基板2をスタックの要求値に合わせてセル支持用金属薄板8に配置して積層するほうが、セル7の低コスト化及びスタックの設計変更の容易化を実現することができるといった製造面及び生産面のメリットがあることから、本発明の固体電解質型燃料電池において、セル支持用金属薄板8上に複数のセル7を配置することが望ましい。
On the other hand, if a plurality of small
例えば、図13に示すように、セル支持用金属薄板8に1つ以上の開口8b(開口の大きさは問わない)を形成し、これらの開口8bにセル7をそれぞれ配置して、開口8bの周縁部(接合部分)8aとセル7の金属製セル基板2のガス不透過部分2bとを接合することができ、この際、1つの開口8bに1つのセル7を配置する構成を採用することができるほか、複数の開口8bに対して1つのセル7を配置する構成を採用することができる。
For example, as shown in FIG. 13, one or
そして、本発明において、セル7における金属製セル基板2の電池要素6側の面にセル支持用金属薄板8を接合して成る図1に示す固体電解質型燃料電池1(図13(d))と、セル7における金属製セル基板2の電池要素6とは反対側の面にセル支持用金属薄板8を接合して成る図2に示す固体電解質型燃料電池1(図13(c))とを交互に積層することで、図13(a)に示すように、固体電解質型燃料電池1のスタック構造体15を形成することができる。
And in this invention, the solid
このように、金属製セル基板2の電池要素6側の面にセル支持用金属薄板8を接合して成る固体電解質型燃料電池1と、金属製セル基板2の電池要素6とは反対側の面にセル支持用金属薄板8を接合して成る固体電解質型燃料電池1とを上下交互に積層することで、接合時の応力を相殺することができ、より一層セル支持用金属薄板8の変形を抑制することができ、スタック構造体15の形成の際に極めて効果的である。
Thus, the solid
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example.
[実施例1]
図1に示すように、金属製セル基板2としてφ30mm、厚さ100μmのフェライト系SUSを使用した。
[Example 1]
As shown in FIG. 1, a ferrite cell SUS having a diameter of 30 mm and a thickness of 100 μm was used as the
そして、このフェライト系SUSから成る金属製セル基板2上に、エアロゾルデポジッション法を用いて、中心からφ26mmの範囲に8YSZ電解質層5を形成する。このエアロゾルデポジッション法では、平均粒径が0.2μmのYSZ原料粉末を用い、ゾル化室を150rpmで振動させながら、Heガスを8L/minで吹き込んで、成膜チャンバー内のノズルへ搬送する。
Then, the
次に、YSZ膜を成膜した金属製セル基板2の表裏にエッチングマスク用の光硬化樹脂層を形成し、YSZ成膜裏面には、中心よりφ20mmの範囲に対してφ500μm径300個のパターンを形成したマスク層を形成した。塩化鉄系の公知のエッチャントを用いて、金属製セル基板2をエッチングし、発電可能な多孔部(セル部分)を形成した。
Next, a photo-curing resin layer for an etching mask is formed on the front and back of the
次いで、電解質層5の上面に、エアロゾルデポジッション法を用いてランタン−ガリウム−コバルト酸化物((La0.8 Sr0.2)CoO3 )を空気極層4として成膜した。原料粉平均粒径は0.5μm、ゾル化室の振動159rpm、Heガスの吹き込み量8L/min、チャンバー内真空度は1.5Torrとし、膜厚6μmで成膜した。続いて、金属製セル基板2の裏面の多孔部に公知のスパッタ法を用いて、Ni−YSZサーメット層を燃料極層3として1μm形成して、セル7を得た。
Next, a lanthanum-gallium-cobalt oxide ((La0.8 Sr0.2) CoO 3 ) was formed as an
このようにして得たセル7と、外径φ60mm、内径φ25、厚み100μmのドーナツ形状をしたフェライト系SUS製のセル支持用金属薄板8とを接合して、本実施例の固体電解質型燃料電池1を得た。
The
この際、フェライト系SUS製のセル支持用金属薄板8の内側周囲に、Ag−Cu系ロウ材ペーストを幅2mm,厚さ30μmで印刷塗布し、このAg−Cu系ロウ材ペースト上に外径φ30mmの上記セル7を乗せて、Arキャリアガス0.8torr中において750℃−2時間の熱処理を施すことにより、セル7とセル支持用金属薄板8とを接合した。
At this time, an Ag—Cu brazing paste is printed and applied in a width of 2 mm and a thickness of 30 μm around the inner periphery of the ferrous SUS cell supporting metal
[実施例2]
図2に示すように、金属製セル基板2としてφ30mm、厚さ100μmのインコネル625を使用した。
[Example 2]
As shown in FIG. 2, Inconel 625 having a diameter of 30 mm and a thickness of 100 μm was used as the
そして、上記インコネル625製の金属製セル基板2上に、高温スパッタ(基板加熱300℃)により、NiO−YSZ層を燃料極層3として形成した。
Then, a NiO—YSZ layer was formed as the fuel electrode layer 3 on the
次に、上記NiO−YSZ層を完全に覆うように、NiO−YSZ層上に、基板加熱及びバイアス印加スパッタ(基板加熱700℃、印加バイアス25V)によりYSZ膜5を形成する。
Next, a
次いで、電解質層5としてのYSZ層上に、高温スパッタ(基板加熱300℃)により、サマリウム−ストロンチウム−コバルト酸化物((Sm0.5,Sr0.5)CoO3 )を空気極層4として形成した。
Next, samarium-strontium-cobalt oxide ((Sm0.5, Sr0.5) CoO 3 ) was formed as the
上記電池要素6を金属製セル基板2に形成した後、YSZ成膜裏面に、中心よりφ20mmの範囲に対してφ500μm径300個のパターンを形成したマスク層を形成し、化学的微細孔エッチング手法を用いて、低部に複数の微細孔が形成されたφ500μmの凹部(ガス透過孔)2aを多数形成する。
After the
上記、微細孔エッチングで用いる化学的エッチング処理は、例えば、プリント基板の製造プロセスにおいて、配線と樹脂との密着力を向上させるために配線の表面を粗化する目的で用いられる表面粗化剤(例えば、メックニッケルラフナー1870)を用いることができる。 The above-mentioned chemical etching process used for microhole etching is, for example, a surface roughening agent (used for roughening the surface of the wiring in order to improve the adhesion between the wiring and the resin in the printed circuit board manufacturing process ( For example, a Meck nickel roughener 1870) can be used.
このようにして得たセル7と、外径φ60mm、内径φ25、厚み100μmのドーナツ形状をしたインコネル625製のセル支持用金属薄板8とを接合して、本実施例の固体電解質型燃料電池1を得た。
The
この際、インコネル625製のセル支持用金属薄板8の内側周囲に、Ag−Cu系ロウ材ペーストを幅2mm,厚さ30μmで印刷塗布し、このAg−Cu系ロウ材ペースト上に外径φ30mmの上記セル7を載せて、Arキャリアガス0.8torr中において750℃−2時間の熱処理を施すことにより、セル7とセル支持用金属薄板8とを接合した。
At this time, an Ag—Cu-based brazing paste is printed on the inner periphery of the cell supporting metal
[実施例3]
実施例2で得たセル7と、外径φ60mm、内径φ25、厚み80μmのドーナツ形状をしたフェライト系SUS製のセル支持用金属薄板8とを接合して、本実施例の固体電解質型燃料電池1を得た。
[Example 3]
The
ここで、接合温度近傍での金属製セル基板2とセル支持用金属薄板8のヤング率(0.2% Yield Strengths)は、フェライト系SUS:約150[MPa/m2 ]、インコネル625:約350[MPa/m2 ]であり、セル支持用金属薄板8の方が、金属製セル基板2よりも変形しやすい。
Here, the Young's modulus (0.2% Yield Strengths) of the
この際、フェライト系SUS製のセル支持用金属薄板8の内側周囲に、Ag−Cu系ロウ材ペーストを幅2mm,厚さ30μmで印刷塗布し、このAg−Cu系ロウ材ペースト上に外径φ30mmの上記セル7を載せて、Arキャリアガス0.8torr中において750℃−2時間の熱処理を施すことにより、セル7とセル支持用金属薄板8とを接合した。
At this time, an Ag—Cu brazing paste is printed and applied in a width of 2 mm and a thickness of 30 μm around the inner periphery of the ferrous SUS cell supporting metal
[実施例4]
図3に示すように、実施例2で得たセル7と、外径φ60mm、内径φ25、厚み100μmのドーナツ形状をしたフェライト系SUS製のセル支持用金属薄板8とを接合して、本実施例の固体電解質型燃料電池を得た。
[Example 4]
As shown in FIG. 3, the
この際、フェライト系SUS製のセル支持用金属薄板8の内側周囲上に外径φ30mmの上記セル7を載せ、セル支持用金属薄板8とセル7とが重なり合う領域(およそ2.5mm幅)に、およそ20kHzの超音波振動を印加して、超音波シーム接合を施した。
At this time, the
[実施例5]
図4に示すように、φ30mm、厚さ200μmのインコネル625製の金属製セル基板2の内側φ20mmの範囲に、化学的エッチングを用いてφ500μmの貫通穴を500個形成し、金属製セル基板2として用いた。
[Example 5]
As shown in FIG. 4, 500 through-holes having a diameter of 500 μm are formed by chemical etching in the inner diameter of 20 mm in the
次いで、上記インコネル625製の金属製セル基板2上のφ25mmの範囲に、Ni+SDCペーストをスクリーン印刷により塗布し、10%水素(Arベース)雰囲気中1100℃で焼成した。このとき、燃料極層3としてのNi+SDC層は、金属製セル基板2の貫通穴が形成されていない箇所で、およそ100μmであった。
Next, Ni + SDC paste was applied by screen printing in the range of φ25 mm on the
次に、インコネル625製の金属製セル基板2のNi+SDC層の上に薄膜電池要素6中の電解質層5として、膜厚8μmのYSZ層を金属製セル基板2の加熱(700℃)及びバイアス印加のスパッタ(印加バイアス25V)により得た。
Next, as the
そして、YSZ膜の上に薄膜電池要素6中の空気極層4として、気孔率30%、膜厚40μmのSSC層を金属製セル基板2の加熱スパッタ(基板温度300℃)により形成し、セル7を得た。
Then, an SSC layer having a porosity of 30% and a film thickness of 40 μm is formed on the YSZ film as the
このようにして得たセル7と、外径φ60mm、内径φ25mm、内側部幅5mmの範囲の厚み80μm、その他の部分の厚み200μmの段差つきドーナツ形状をしたフェライト系SUS製のセル支持用金属薄板8とを接合して、本実施例の固体電解質型燃料電池1を得た。
A cell support metal thin plate made of ferritic SUS having a stepped donut shape with the
この際、金属製セル基板2とセル支持用金属薄板8との接合をYAGレーザ溶接により実施した。このYAGレーザ溶接の条件は、パルスエネルギー:2[J]、パルス幅:0.1[ms]のYAGレーザをセル支持用金属薄板8側から直角に照射して、溶接を行った。
At this time, the
[実施例6]
図13に示すように、外径φ125mm、内径φ40mm、厚さ100μmのフェライト系SUS製のドーナツ状薄板に、φ26mmの貫通穴(開口)8bを化学的エッチングにより、8箇所形成し、次いで、φ26mmの貫通穴8bの周囲幅5mmの範囲にプレス加工による段差8cを形成して、セル支持用金属薄板8を得た。
[Example 6]
As shown in FIG. 13, eight through-holes (openings) 8b of φ26 mm are formed by chemical etching on a ferrite-type SUS donut-shaped thin plate having an outer diameter of φ125 mm, an inner diameter of φ40 mm, and a thickness of 100 μm, and then φ26
なお、ドーナツ状薄板のφ26mmの貫通穴8bの周囲に形成した段差8cは、全てセル支持用金属薄板8の同じ側に形成するのではなく、隣り合う貫通穴8bに形成される段差8cが互い違いの方向に成るようにして形成してある。また、段差8cの部分は、図4に示すセル支持用金属薄板8と同様にして厚みを100μmから80μmまで薄くしてあり、応力緩和部として機能するようにしてある。
The
上記、セル支持用金属薄板8と図4に示したセル7とを実施例5と同様にYAGレーザを用いて溶接する。なお、表面側に凸となるように段差8cが形成されている箇所では、図13(d)に示すように、セル支持用金属薄板8の裏面側とセル7の表面側が接合され、裏面側に凸と成るように段差8cが形成されている箇所では、図13(c)に示すように、セル支持用金属薄板8の表面側とセル7の裏面側が接合される。
The cell supporting metal
本発明では、上述したように、セルとセル支持用金属薄板との接合が金属同士の接合になるため、熱サイクルに強くなるだけでなく、接合方法の選択肢が増えることとなって、接合自体も容易になる。 In the present invention, as described above, since the bonding between the cell and the metal thin plate for supporting a cell is a bonding between metals, not only the heat cycle is strengthened, but the number of options for the bonding method is increased, and the bonding itself Will also be easier.
1 固体電解質型燃料電池
2 金属製セル基板
2a ガス透過孔
2b ガス不透過部分
3 燃料極層(電極層)
4 空気極層(電極層)
5 電解質層
6 電池要素
7 セル
8 セル支持用金属薄板
8a 接合部分
8b 開口
8c 段差
10 応力緩和部
15 固体電解質型燃料電池のスタック構造体
DESCRIPTION OF
4 Air electrode layer (electrode layer)
DESCRIPTION OF
Claims (14)
上記金属製セル基板のガス不透過部分と接合してセルを支持する電気導伝性を有するセル支持用金属薄板を設けたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 A battery cell element formed by sandwiching an electrolyte layer between a metal cell substrate having a gas permeable hole and a pair of electrode layers, and a pair of electrode layers of the battery element positioned on the gas permeable hole of the metal cell substrate; In a solid oxide fuel cell comprising a cell formed by covering one of the electrode layers with an electrolyte layer,
A solid oxide fuel cell comprising a thin metal plate for supporting a cell having electrical conductivity which is bonded to a gas-impermeable portion of the metal cell substrate and supports the cell.
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