JP2006310005A - 固体酸化物形燃料電池スタックの電気的接合構造及び接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工容易な集電部材によりコスト低減を図るとともに、ＳＯＦＣスタックと集電部材との熱膨張率の違いによる問題を解決し、基板やセルに対する割れのないＳＯＦＣスタック間の電気的接合構造及び電気的接合方法を得る。
【解決手段】内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有する絶縁基板を有し、その外面に固体酸化物形燃料電池を配置した固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造であって、隣接する固体酸化物形燃料電池スタック間に絶縁基板と同組成またはそれに近い熱膨張率を持つ小片をスペーサとして挟み、該スペーサの外面に金属または合金を配してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造及び電気的接合方法。
【選択図】図８

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池スタックの電気的接合構造及び接合方法に関し、より具体的には内部に燃料流路を有するとともに、外面に固体酸化物形燃料電池セルを配置した絶縁基板を有する固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造及び電気的接合方法に関する。

固体酸化物形燃料電池（以下適宜“ＳＯＦＣ”と略称する）は、一般的には、作動温度が８５０〜１０００℃程度と高いが、最近ではそれ以下、６５０〜８５０℃程度の作動温度のものも開発されつつある。ＳＯＦＣは、電解質材料を挟んで燃料極と空気極（酸化剤として酸素が用いられる場合は酸素極）が配置され、燃料極／電解質／空気極の三層ユニットで単電池が構成される。

ＳＯＦＣの運転時には、単電池（本明細書中適宜セルとも言う）の燃料極側に燃料を通し、空気極側に酸化剤として空気を通して、両電極を外部負荷に接続することで電力が得られる。ところが、セル一つでは高々０．８Ｖ程度の電圧しか得られないので、実用的な電力を得るためには複数のセルを電気的に直列に接続する必要がある。ＳＯＦＣセルを複数個電気的に接続し、ＳＯＦＣスタックを構成するために、燃料流路を設けた接続部材により、ＳＯＦＣセルを接続する。セルと接続部材との接続には、ガスのシール性を高めるためにガラス系やセラミックス系耐熱接着剤により結合されている。

図１は特開２００４−３９４２８号公報（以下“４２８号公報”と言う）に記載れたＳＯＦＣスタックの例を示す図である。３１はＳＯＦＣセルで、その複数を併置することでＳＯＦＣスタック３３が構成される。３２はＳＯＦＣセル３１のガス通過孔すなわち燃料流通用の孔である。セル３１のセル支持板３５が燃料ガスタンク３４に接合されている。セル支持板３５には複数のセル挿入孔３６が形成されている。これらセル挿入孔３６は、セル３１が立設する側に向けて先細形状に形成されており、その内壁面は凹曲面とされている。各セル３１は各セル挿入孔３６に挿入され、ガラス３７により接合される。

ところで、図１のようなＳＯＦＣスタックでは、隣接する各セル３１間に金属板、合金板、導電性セラミックス板などの導電性の板で構成された集電部材４３が配置される。図２〜４は集電部材４３の形状、その配置態様を示す図で、図２（ａ）のように矩形状板の一端部に複数のスリットが略平行に形成され、該スリット間の集電片４３ａを集電部材４３の両側に交互に突出させ、基部４３ｂの一端部に複数の集電片４３ａが形成された櫛歯形状に構成される。

こうして構成された集電部材４３は、図２（ｂ）に示すようにセル支持板３５に支持された隣接する各セル３１間に配置される。図３はその配置の仕方を示す図で、集電部材４３を各セル３１間に挟み、図３中左右矢印（→←）で示すように押圧しながら、各セル３１の下部を、対応するセル支持板３５の各開口Ｓに嵌挿して配置する。その際、図４に示すように集電部材４３とセル３１の間にＡｇペースト等の導電性材料４４を介在させることで電気的接合がとられる。図４（ｂ）は、図４（ａ）の接合部分を拡大して示した図である。なお、図３中、３８は燃料ガスタンク３４への燃料供給管である。

特開２００４−３９４２８号公報

そのような集電部材４３によりスタック間の電気的接合を有効に行うことができる。しかし、この接合には未だ幾つかの問題点があり、さらに改善の余地があることが分かった。すなわち、（１）集電部材４３として用いられる金属板や合金板を図２（ａ）のように加工する必要があり、手間がかかってコスト高となる。（２）セル３１と集電部材４３との熱膨張率の違いによって、その界面の導電性材料４４とセル３１の電気的接合に対して歩留まりが低く安定した信頼性のあるＳＯＦＣスタックを得ることが難しい。（３）熱膨張率の大きい金属板または合金板が高温時に膨張し過ぎることで、セル３１の基板に対して応力が発生し、基板割れやセル割れの原因となってしまう。

そこで、本発明においては、前述４２８号公報のような集電部材４３による電気的接合構造を改善し、加工容易な集電部材によりコスト低減を図るとともに、ＳＯＦＣスタックと集電部材との熱膨張率の違いによる問題を解決し、基板やセルに対する割れのないＳＯＦＣスタック間の電気的接合構造及び電気的接合方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有する絶縁基板を有し、その外面に固体酸化物形燃料電池を配置した固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造である。そして、隣接する固体酸化物形燃料電池スタック間に絶縁基板と同組成またはそれに近い熱膨張率を持つ小片をスペーサとして挟み、該スペーサの外面に金属または合金を配してなることを特徴とする。

また、本発明は、内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有する絶縁基板を有し、その外面に固体酸化物形燃料電池を配置した固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合方法である。そして、隣接する固体酸化物形燃料電池スタック間に絶縁基板と同組成またはそれに近い熱膨張率を持つ小片をスペーサとして挟み、該スペーサの外面に金属または合金を配することを特徴とする。

本発明によれば、ＳＯＦＣスタック間における、前述４２８号公報のような集電部材４３による電気的接合構造を改善し、加工容易な集電部材によりコスト低減を図ることができる。また、ＳＯＦＣスタックと集電部材との熱膨張率の違いによる基板割れやセル割れ等の問題を解決し、歩留まりのよい電気的接合構造を得ることができる。

ＳＯＦＣの構成形式として多孔質の絶縁体基板すなわち多孔質の電気絶縁性の支持基体の上に電池を配置した方式、すなわち燃料極支持型燃料電池も考えられている。図５はその構成を示す図で、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は側面図である。支持基体１の上に順次、燃料極２、電解質３及び空気極４からなるＳＯＦＣセルが形成される。ＳＯＦＣの運転時には、支持基板１側に燃料を通し、空気極側に酸化剤を通して、両電極を外部負荷に接続することで電力が得られる。

そのうち絶縁体基板は、多孔質でＳＯＦＣにおいて燃料を供給する役割をもつことから、中空部を有する支持基体としても適用することができる。絶縁基板に複数個のセルを横縞状に配置する場合には、隣接するセル間は電気的に接合される。その中空部が燃料流路となるが、中空部は一個とは限らず必要に応じて複数個設けられる。図６はその態様例を示す図である。

図６（ａ）は、５として示すように断面円形状の中空部を３個備えた絶縁基板、図６（ｂ）は、６として示すように断面四角形状の中空部を３個備えた絶縁基板である。図６（ｃ）は、図６（ａ）〜（ｂ）の絶縁基板の平面図で、内部に備える中空部を点線で示している。中空部の数は三個とは限らず、一個のほか、二個、四個以上の複数個を備えることができる。中空部の断面形状は、そのような円形状、四角形状とは限らず、楕円形状、三角形状、矩形状、五角形状その他適宜の形状とすることができる。

本発明で対象とするＳＯＦＣスタック用絶縁基板の構成材料の例としては、下記（１）〜（６）の材料が挙げられるが、これら例示の材料に限定されない。このうち（５）〜（６）の材料は、本発明者らによる研究、開発（特願２００５−９５５７号）に係るもので、ＳＯＦＣの電解質材料との熱膨張率が整合されており、本発明で対象とするＳＯＦＣスタック用絶縁基板の構成材料として好適に用いられる。

（１）Ｎｉ若しくはＮｉ酸化物（ＮｉＯ）と希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ₂とからなる材料。希土類元素酸化物を構成する希土類元素としては、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒなどを例示することができるが、好ましいものはＹの酸化物である。Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、特にＹ₂Ｏ₃が好ましい。
（２）スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄及びＮｉＡｌ₂Ｏ₄）。（３）フォルステライト。（４）ジルコン酸カルシウム。
（５）ＮｉＡｌ₂Ｏ₄をＡモル％、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄をＢモル％、ＭｇＯを（１００−Ａ−Ｂ）モル％としたとき、２≦Ａ≦３５、且つ、８≦（Ａ＋Ｂ）≦４５を満たす組成比の混合物を焼成してなる材料。
（６）ＮｉＯをＸモル％、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄をＹモル％、ＭｇＯを（１００−Ｘ−Ｙ）モル％としたとき、２≦Ｘ≦３５、且つ、８≦Ｙ≦４５を満たす組成比の混合物を焼成してなる材料。

このうち（５）〜（６）の材料は、その焼成により、線熱膨張率が５０℃から８００℃の温度範囲において９．０×１０^-6／Ｋ以上、１１．８×１０^-6／Ｋ以下の範囲に制御され、また８００℃における電気抵抗率を１０００Ωｃｍ以上に制御される。また、（５）〜（６）の材料において、（ａ）ＭｇＣＯ₃をＭｇＯの一部と置換する形で加えるか、（ｂ）Ｍｇ₂ＳｉＯ₄をスピネル材料の一部と置換する形で加えるか、あるいは（ｃ）ＭｇＣＯ₃をＭｇＯの一部と置換する形で加えるとともに、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄をスピネル材料の一部と置換する形で加えることにより、焼成時の収縮率を制御し、電解質の緻密化を適切に行い、良好な発電特性を有する絶縁基板を歩留まりよく得られる。

特願２００５−９５５７号

セルを構成する固体電解質の構成材料の例としては下記（１）〜（４）の材料が挙げられるが、本発明における固体電解質は、イオン導電性を有する固体電解質であればよく、これら例示の材料に限定されない。
（１）イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ₂Ｏ₃）_X（ＺｒＯ₂）_1-X（式中ｘ＝０．０５〜０．１５〕。
（２）スカンジア安定化ジルコニア〔（Ｓｃ₂Ｏ₃）_X（ＺｒＯ₂）_1-X（式中ｘ＝０．０５〜０．１５）〕。
（３）イットリアドープセリア〔（Ｙ₂Ｏ₃）_X（ＣｅＯ₂）_1-X（式中ｘ＝０．０２〜０．４）〕。
（４）ガドリアドープセリア〔（Ｇｄ₂Ｏ₃）_X（ＣｅＯ₂）_1-X（式中ｘ＝０．０２〜０．４）〕。

セルを構成する燃料極の構成材料としては、Ｎｉを主成分とする材料、ＮｉとＹＳＺ〔（Ｙ₂Ｏ₃）_X（ＺｒＯ₂）_1-X（式中ｘ＝０．０５〜０．１５）〕との混合物、好ましくは当該混合物中、Ｎｉを４０ｖｏｌ％以上分散させた材料などが挙げられるが、本発明における燃料極の構成材料は、これらの材料に限定されない。空気極の構成材料としては、例えばＳｒドープＬａＭｎＯ₃が用いられる。

〈本発明で対象とするＳＯＦＣスタック〉
本発明で対象とするＳＯＦＣスタックは、前述のように、内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有する絶縁基板を用いて構成される。絶縁基板上にセルを配置したＳＯＦＣとしては、絶縁基板上に複数個のセルを配置して隣接するセルを電気的に直列に接続する、いわゆる横縞方式のＳＯＦＣも考えられている。図７はその形式のＳＯＦＣスタックを斜視図として示す図である。中空扁平状の絶縁基板１１の上に複数個のセル１２が横縞状に配置される。隣接するセル間はインターコネクタで電気的に直列に接続されるが、図示は省略している。燃料は、図７中矢印（→）で示すとおり、絶縁基板１１内の断面矩形状の空間すなわち燃料流通部１３をセル１２の配列方向と平行に流通する。

〈ＳＯＦＣスタックの構成態様〉
本発明は、以上のように、内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有する絶縁基板を用い、その外部面にＳＯＦＣセルを配置したＳＯＦＣスタックの複数個を併置してなるＳＯＦＣスタック間の電気的接合構造及び電気的接合方法である。図８〜１１はその電気的接合構造及び電気的接合方法を説明する図である。

図８〜９において、２１はＳＯＦＣスタックの絶縁基板１１への燃料供給用マニホールドであり、その構成材料としては耐熱材料、例えばステンレス鋼等の耐熱合金が用いられる。２２はマニホールド２１と絶縁基板１１とを接合する材料で、ガラス系接合材やセラミックス系接合材が用いられる。２３は本発明においてＳＯＦＣスタック間に介在させる小片であり、隣接するスタック間のスペーサとしての役割を果たす部材である。

図８（ａ）及び図８（ａ）の下部に、その小片２３を取出して斜視図として示している。図８（ａ）の接合構造での小片２３は断面矩形状、図８（ｂ）の接合構造での小片２３は断面４角形状である。小片２３は、スペーサとしてスタックへの当接面に対応する面を有していればよく、他の点では適宜の断面状とすることができる。また、その長さはスタックの幅に対応する長さであればよい。なお、図９は、図８に比べて、小片２３の下部に空間Ｓを設けている点で異なるが、他の点については図８と同様である。

本発明においては、この小片２３の構成材料として、ＳＯＦＣスタックの絶縁基板１１と同組成の材料またはそれに近い熱膨張率を持つ材料を用いることが重要である。その具体例としては、前述絶縁基板の材料として例示した材料（１）〜（６）を挙げることができる。絶縁基板１１の構成材料としてそれら例示の材料以外の構成材料を用いる場合には、小片２３の構成材料としても、絶縁基板１１の構成材料と熱膨張率が同じか、または近似した材料を用いる。

まず、図８（ａ）、図９（ａ）の態様では、小片２３が、一方のスタックの絶縁基板１１と他方のスタックの絶縁基板１１の間に、両絶縁基板１１に当接して配置される。そして、小片すなわちスペーサ２３の上面に金属または合金からなる導電材料２４が配置され、これにより隣接する両ＳＯＦＣスタック間が電気的に接合される。このため導電材料２４は、一方の側のスタックのセルの空気極と、他方のスタックのセルインターコネクタとの間に配置される。図１０はこれらの点を説明する図である。

図１０（ａ）は一方の側のスタックの平面図、図１０（ｂ）〜（ｃ）はその左右両側の側面図、図１０（ｄ）は他方のスタックの平面図、図１０（ｅ）は図１０（ｄ）中Ａ−Ａ線断面図、図１０（ｆ）は図１０（ｄ）中Ｂ−Ｂ線断面図である。図１０（ｅ）〜（ｆ）のとおり、絶縁基板１１上に順次、燃料極１４、電解質１５、空気極１６が配置されてＳＯＦＣセル１２（図７に示すセル１２に相当）が形成され、隣接するセル間はインターコネクタ１７、１８で電気的に接合されている。

そして、導電材料２４は、一方の側のスタックである図１０（ａ）のスタックの最左端のセル１２の空気極と、他方の側のスタックである図１０（ｄ）のスタックの最左端のインターコネクタ１７、１８と、の間に配置される。導電材料２４の配置は、その間に導電材料２４を塗布するなど適宜の方法で行うことができる。その際、導電材料２４は、小片２３の一方のスタックの当接面から他方のスタックの当接面に亘って配置するのが好ましい。また、導電材料２４の厚さは、その配置目的を達成し得る範囲であればよいが、好ましくは２〜４μｍの範囲とすることができる。

導電材料としては好ましくは金属または合金が用いられる。その例としては、Ａｇ、Ａｇとガラスの混合物、Ａｇろう（Ｐｄ−Ａｇ合金、Ｃｕ−Ａｇ合金などのＡｇ合金を含む）などが挙げられる。Ａｇろうは、少なくともＡｇを含む金属ろう材であり、例えば以下のような金属ろう材が挙げられる。

（１） Ａｇ−Ｃｕ系合金（例えばＡｇ＝７１．０〜７３．０％、残部＝Ｃｕ：７８０〜９００℃）（％はｗｔ％、温度℃はろう付け温度、以下同じ）
（２） Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金（例えばＡｇ＝４４．０〜４６．０％、Ｃｕ＝２９．０〜３１．０％、Ｚｎ＝２３．０〜２７．０％：７４５〜８４５℃）
（３） Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｃｄ系合金（例えばＡｇ＝３４．０〜３６．０％、Ｃｕ＝２５．０〜２７．０％、Ｚｎ＝１９．０〜２３．０％、Ｃｄ＝１７．０〜１９．０％：７００〜８４５℃）
（４） Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金（例えばＡｇ＝３３．０〜３５．０％、Ｃｕ＝３５．０〜３７．０％、Ｚｎ＝２５．０〜２９．０％、Ｓｎ＝２．５〜３．５％：７３０〜８２０℃）
（５）Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ系合金（例えばＡｇ＝３９．０〜４１．０％、Ｃｕ＝２９．０〜３１．０％、Ｚｎ＝２６．０〜３０．０％、Ｎｉ＝１．５〜２．５％：７８０〜９００℃）

Ａｇろうの使用形態については、特に制限はなく、粉体、スラリー、ゾル、ペースト、シート、あるいはワイヤー等の形で使用することができる。スラリーやゾルやペーストは、例えばＡｇろうの粉をＰＶＡ等のバインダーとともに水や有機溶媒等の溶媒に分散させることで作製される。シートやワイヤーは、例えばＡｇろうの塊を圧延することなどで作製される。Ａｇろうをスラリー、ゾルまたはペーストの形の場合には、塗布することで施工できるのでその作業上も有利である。

以上のようにして配置した導電材料２４の上に保護層２５を配置する。保護層２５は、導電材料２４を保護し且つガスシール性を高めるためのもので、その構成材料としてはガラス系接合材やセラミックス系接合材が用いられる。

次に、図８（ｂ）、図９（ｂ）の態様では、図８（ａ）、図９（ａ）の態様に比べて、小片すなわちスペーサ２３と両絶縁基板１１との間にも導電材料２４を配置する点で異なる。すなわち、導電材料２４は、小片２３が接する一方のスタックとの当接面から他方のスタックとの当接面に亘って配置される。その他の点については、前述図８（ａ）、図９（ａ）の態様の場合と同様である。

本発明のＳＯＦＣスタック間の電気的接合構造に使用する部材は、図８（ａ）〜（ｂ）に示すような小片２３と導電材料２４だけであり、特に小片２３は前述図２に示すような集電部材４３に比べて加工が容易である。また、小片２３はスタック間に配置するだけでよいので、燃料供給用マニホールドに対して容易に嵌挿することができる。図１１はその態様を説明する図である。図１１に示すように、燃料供給用マニホールド２１の開口Ｓに対して容易に嵌挿することができる。なお、図１１中、２６は燃料供給用マニホールド２１への燃料供給管である。

図１２は、図８（ａ）に示すようなＳＯＦＣスタック間の電気的接合構造を適用して、複数個のＳＯＦＣスタックを燃料供給用マニホールド２１に対して配置した態様を示す図である。図１２（ａ）は図１２（ｄ）のＣ−Ｃ線断面図である。図１２（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ図１１（ａ）の左右側面図、すなわち図１２（ａ）の全体を側面から見た図である。図１２（ｄ）は平面図、すなわち図１２（ａ）の全体を上から見た図である。図１２中、２５は燃料供給用マニホールド２１への燃料供給管である。本発明によれば、図１１（ａ）中、２３、２４として示すように、簡単な構造によりスタック間の電気的接合を行うことができ、しかもスタックと集電部材との熱膨張率の違いによる絶縁板割れやセル割れ等の問題を解決することができる。

以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明するが、本発明が実施例に限定されないことはもちろんである。

図１０に示すように構成したＳＯＦＣスタックの４個を併置し、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように接合した試験用ＳＯＦＣをそれぞれ作製した。ＳＯＦＣスタックの絶縁基板１１及び小片２３の構成材料として、共にＮｉＯ：ＭｇＡｌ₂Ｏ₄：ＭｇＯ＝１５：２５：６０（モル比）からなるセラミックス材料（線熱膨張率≒１０．１×１０^-6／Ｋ）を用いた。小片２３は図８（ａ）の下部に示す形状である。また、マニホールド２１の構成材料としてフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０、線熱膨張率≒１０．５×１０^-6／Ｋ）を用い、マニホールド２１と絶縁基板１１とを接合する材料２２としてジルコニア（ＺｒＯ₂）ベースの耐熱性セラミックスを用いた。

図９（ａ）に示すように、スタック間に小片２３を図９（ａ）に示すように配置し、その上面にＡｇペーストを厚さ３μｍ程度塗布し、その上にガラス接合材を施工した。また、図９（ｂ）に示すように、Ａｇペースト２４を、小片２３が接する一方のスタックとの当接面から他方のスタックとの当接面に亘って塗工し、その他は上記と同様にして試験用ＳＯＦＣを作製した。

両試験用ＳＯＦＣを作製する工程のうち、ジルコニア（ＺｒＯ₂）ベースの耐熱性セラミックス接合材２２を介して、マニホールド２１に対して絶縁基板１１（スタック）及び小片２３の嵌挿し、接合、固定する工程を模式的に示すと図１１のとおりである。セラミックス接合材２２を介在させて、マニホールド２１の開口Ｓに絶縁基板１１（スタック）及びその間に小片２３を挟みながら嵌挿するだけでセットされる。なお、図１１（ｄ）中、２７は、絶縁基板１１、セラミックス接合材２２及び小片２３間のシールをより確実にするために塗布したガラス接合材である。

以上のとおり作製した試験用ＳＯＦＣを用いて性能試験を実施した。試験は、各試験用ＳＯＦＣを断熱容器に収容し、常温から７５０℃まで昇温した時点で、燃料供給管２６を介してマニホールド２１から水素を供給するとともに、各ＳＯＦＣスタックの外周に空気を供給し、この状態を３時間保った後、常温まで降温した。このサイクルを１０回繰り返した。この時点で、各試験用ＳＯＦＣの絶縁基板及びセルを観察したところ、絶縁基板及びセル共に、割れは全くなかった。

このように、本発明によれば、集電部材の加工自体容易である上、ＳＯＦＣスタック間への施工が容易であり、またＳＯＦＣスタックと集電部材との熱膨張率の違いによる基板割れやセル割れ等の問題を解決することができる。

４２８号公報に記載れたＳＯＦＣスタックを示す図 ４２８号公報に記載れた集電部材４３を示す図 複数の集電片４３ａを相対するセル１０７の外面に当接配置する態様を示す図 集電部材４３とスタック間にＡｇペースト４４を介在させる態様を示す図 多孔質の絶縁体基板上に電池を配置する構成を示す図 絶縁体基板の態様例を示す図 絶縁基板上に複数個のセルを横縞状に配置する態様を示す図 本発明のＳＯＦＣスタック間の電気的接合構造及び電気的接合方法を説明する図 本発明のＳＯＦＣスタック間の電気的接合構造及び電気的接合方法を説明する図 本発明の電気的接合構造における電気的接合を説明する図 本発明の電気的接合構造の加工容易性、燃料供給用マニホールドに対するセット容易性等を説明する図 図８（ａ）に示すような電気的接合構造を適用して、複数個のＳＯＦＣスタックを燃料供給用マニホールドに対して配置した態様を示す図

符号の説明

１ 支持基体（絶縁基板）
２ 燃料極
３ 電解質
４ 空気極
５、６ 中空部
１１ 絶縁基板（支持基体）
１２ セル
１３ 中空部
１４ 燃料極
１５ 電解質
１６ 空気極
１７、１８ インターコネクタ
２１ 絶縁基板１１への燃料供給用マニホールド
２２ マニホールドと絶縁基板１１とを接合する材料
２３ ＳＯＦＣスタック間に介在させる小片（スペーサ）
２４ 導電材料（金属または合金）
２５ 保護層
２６ 燃料供給管
２７ ガラス接合材
３１ ＳＯＦＣセル
３２ ガス通過孔
３３ ＳＯＦＣスタック
３４ 燃料ガスタンク
３５ セル支持板
３６ セル挿入孔
３７ ガラス
４３ 集電部材
４３ａ 集電片
４３ｂ 基部
４５ Ａｇペースト

Claims (12)

1. 内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有する絶縁基板を有し、その外面に固体酸化物形燃料電池を配置した固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造であって、隣接する固体酸化物形燃料電池スタック間に絶縁基板と同組成またはそれに近い熱膨張率を持つ小片をスペーサとして挟み、該スペーサの外面に金属または合金を配してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造。
2. 請求項１の固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造において、前記金属または合金が、前記小片の一方のスタックの当接面から他方のスタックの当接面に亘って配されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造。
3. 請求項１の固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造において、前記金属または合金が、前記小片が接する一方のスタックとの当接面から他方のスタックとの当接面に亘って配されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造。
4. 前記スタックの基材である絶縁基板の構成材料が、（１）Ｎｉ若しくはＮｉ酸化物（ＮｉＯ）と希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ₂とからなる材料、（２）スピネル、（３）フォルステライト、（４）ジルコン酸カルシウム、（５）ＮｉＡｌ₂Ｏ₄をＡモル％、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄をＢモル％、ＭｇＯを（１００−Ａ−Ｂ）モル％としたとき、２≦Ａ≦３５、且つ、８≦（Ａ＋Ｂ）≦４５を満たす組成比の混合物を焼成してなる材料、または（６）ＮｉＯをＸモル％、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄をＹモル％、ＭｇＯを（１００−Ｘ−Ｙ）モル％としたとき、２≦Ｘ≦３５、且つ、８≦Ｙ≦４５を満たす組成比の混合物を焼成してなる材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造。
5. 前記絶縁基板と同組成またはそれに近い熱膨張率を持つ小片の構成材料が、（１）Ｎｉ若しくはＮｉ酸化物（ＮｉＯ）と希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ₂とからなる材料、（２）スピネル、（３）フォルステライト、（４）ジルコン酸カルシウム、（５）ＮｉＡｌ₂Ｏ₄をＡモル％、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄をＢモル％、ＭｇＯを（１００−Ａ−Ｂ）モル％としたとき、２≦Ａ≦３５、且つ、８≦（Ａ＋Ｂ）≦４５を満たす組成比の混合物を焼成してなる材料、または（６）ＮｉＯをＸモル％、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄をＹモル％、ＭｇＯを（１００−Ｘ−Ｙ）モル％としたとき、２≦Ｘ≦３５、且つ、８≦Ｙ≦４５を満たす組成比の混合物を焼成してなる材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項の固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造。
6. 前記金属または合金が銀または銀合金であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項の固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合構造。
7. 内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有する絶縁基板を有し、その外面に固体酸化物形燃料電池を配置した固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合方法であって、隣接する固体酸化物形燃料電池スタック間に絶縁基板と同組成またはそれに近い熱膨張率を持つ小片をスペーサとして挟み、該スペーサの外面に金属または合金を配することを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合方法。
8. 請求項７の固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合方法において、前記金属または合金を、前記小片の一方のスタックの当接面から他方のスタックの当接面に亘って塗布することを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合方法。
9. 請求項７の固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合方法において、前記金属または合金を、前記小片が接する一方のスタックとの当接面から他方のスタックとの当接面に亘って塗布することを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合方法。
10. 前記スタックの基材である絶縁基板の構成材料が、（１）Ｎｉ若しくはＮｉ酸化物（ＮｉＯ）と希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ₂とからなる材料、（２）スピネル、（３）フォルステライト、（４）ジルコン酸カルシウム、（５）ＮｉＡｌ₂Ｏ₄をＡモル％、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄をＢモル％、ＭｇＯを（１００−Ａ−Ｂ）モル％としたとき、２≦Ａ≦３５、且つ、８≦（Ａ＋Ｂ）≦４５を満たす組成比の混合物を焼成してなる材料、または（６）ＮｉＯをＸモル％、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄をＹモル％、ＭｇＯを（１００−Ｘ−Ｙ）モル％としたとき、２≦Ｘ≦３５、且つ、８≦Ｙ≦４５を満たす組成比の混合物を焼成してなる材料であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項の固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合方法。
11. 前記絶縁基板と同組成またはそれに近い熱膨張率を持つ小片の構成材料が、（１）Ｎｉ若しくはＮｉ酸化物（ＮｉＯ）と希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ₂とからなる材料、（２）スピネル、（３）フォルステライト、（４）ジルコン酸カルシウム、（５）ＮｉＡｌ₂Ｏ₄をＡモル％、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄をＢモル％、ＭｇＯを（１００−Ａ−Ｂ）モル％としたとき、２≦Ａ≦３５、且つ、８≦（Ａ＋Ｂ）≦４５を満たす組成比の混合物を焼成してなる材料、または（６）ＮｉＯをＸモル％、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄をＹモル％、ＭｇＯを（１００−Ｘ−Ｙ）モル％としたとき、２≦Ｘ≦３５、且つ、８≦Ｙ≦４５を満たす組成比の混合物を焼成してなる材料であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項の固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合方法。
12. 前記金属または合金が銀または銀合金であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項の固体酸化物形燃料電池スタック間の電気的接合方法。
    

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