JP2006351253A - Solid oxide fuel cell stack, solid oxide fuel cell module using this, and manufacturing method of solid oxide fuel cell stack - Google Patents

Solid oxide fuel cell stack, solid oxide fuel cell module using this, and manufacturing method of solid oxide fuel cell stack Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide fuel cell stack, a solid oxide fuel cell module using it, and a manufacturing method of the solid oxide fuel cell stack. <P>SOLUTION: The fuel cell stack is provided with a laminate having a first unit cell 11, a second unit cell 12, and a ceramic interconnector 2, has a fuel gas passage between a first fuel electrode 112 and an opposed face of the interconnector 2, has a combustion supporting gas passage between a second air electrode 123 and the opposed face of the interconnector 2, and the first fuel electrode 112 and the second air electrode 123 are connected through a via-conductor 21 penetrating the interconnector 2. The module has a plurality of stacks integrated. The manufacturing method of the stack comprises a forming process of lamination sheet for unbaked unit cell, a forming process of lamination sheet for unbaked interconnector, a forming process of compound sheet for unbaked unit cell, a forming process of compound unit, a forming process of crimped unit, a forming process of unbaked stack to cut the crimped unit, and a forming process of stack to bake the unbaked unit. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体電解質形燃料電池スタック及びこれを用いた固体電解質形燃料電池モジュール並びに固体電解質形燃料電池スタックの製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、単セルがセラミック製インターコネクタにより積層された構造を備え、隣り合う単セルのうちの一方の燃料極と他方の空気極とがセラミック製インターコネクタに形成されたビア導体を介して接続されている固体電解質形燃料電池スタック及び複数のスタックを集積してなる固体電解質形燃料電池モジュール並びに固体電解質形燃料電池スタックの製造方法に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell stack, a solid oxide fuel cell module using the same, and a method for manufacturing a solid oxide fuel cell stack. More specifically, the present invention has a structure in which single cells are stacked by ceramic interconnectors, and one fuel electrode and the other air electrode of adjacent single cells are formed in the ceramic interconnector. The present invention relates to a solid oxide fuel cell stack connected via a conductor, a solid electrolyte fuel cell module in which a plurality of stacks are integrated, and a method of manufacturing the solid oxide fuel cell stack.

固体電解質形燃料電池(以下、「SOFC」ということもある。)は、単セルの出力電圧が1V未満である。従って、例えば、パワーコンディショナーの好ましい入力電圧(通常、120V以上)にするためには、多数の単セルを直列に接続して用いる必要がある。そのため、実用的なSOFCとしては、単セルを縦方向に電気的に直列に積み重ねた、所謂、スタック構造が提案されている。このようなスタック構造では、単セル間を直列に接続するインターコネクタが用いられ、このインターコネクタと燃料極及び空気極との間にニッケルフェルト等の金属フェルト及び金属板を介装させて、電気的な導通が確保されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。   A solid oxide fuel cell (hereinafter sometimes referred to as “SOFC”) has an output voltage of a single cell of less than 1V. Therefore, for example, in order to obtain a preferable input voltage of the power conditioner (usually 120 V or more), it is necessary to use a large number of single cells connected in series. Therefore, as a practical SOFC, a so-called stack structure in which single cells are stacked in series in the vertical direction is proposed. In such a stack structure, an interconnector for connecting single cells in series is used, and a metal felt such as nickel felt and a metal plate are interposed between the interconnector and a fuel electrode and an air electrode to Continuity is ensured (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

特開2004−146129号公報JP 2004-146129 A 特開2004−319187号公報JP 2004-319187 A

しかし、上記のような構造では、SOFCの起動と停止とを繰り返した場合の熱サイクルにより経時とともに導通が不安定になり、SOFCの機能が大きく低下することがある。更に、従来のスタック構造では、多数の単セルを積み重ね、これを構造体として保持するためには、単セルの面積を大きくせざるを得ない。その結果、所定の出力電圧は得られるものの、その電力は、家庭用コージェネレーションシステム及び車載用SOFC等の通常の所要電力である数kWより著しく過剰になってしまうという問題がある。一方、電力を数kWにしようとすると、単セルの積み重ね数が少なくなり、パワーコンディショナー等の好ましい入力電圧に達しないため、電圧変換の機構が複雑になり、システムが高価になるとともに、変圧による電力損失が大きくなるという問題もある。   However, in the structure as described above, the conduction becomes unstable with time due to the thermal cycle when the SOFC is repeatedly started and stopped, and the function of the SOFC may be greatly deteriorated. Further, in the conventional stack structure, in order to stack a large number of single cells and hold them as a structure, the area of the single cells must be increased. As a result, although a predetermined output voltage can be obtained, there is a problem that the electric power is remarkably excessive from several kW, which is a normal required electric power for home cogeneration systems and in-vehicle SOFC. On the other hand, if the power is set to several kW, the number of stacked single cells is reduced, and a preferable input voltage such as a power conditioner is not reached. Therefore, the voltage conversion mechanism becomes complicated, the system becomes expensive, and There is also a problem that power loss increases.

本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、隣り合う単セルのうちの一方の単セルの燃料極と他方の単セルの空気極とがセラミック製インターコネクタに形成されたビア導体を介して接続されており、これらの単セル及びセラミック製インターコネクタが互いに強固に接合され、一体化されているため、SOFCの起動と停止とを繰り返したときの熱サイクルを経た後も安定した導通が確保され、所定の性能が維持される固体電解質形燃料電池スタック(以下、「SOFCスタック」ということもある。)及びその製造方法を提供することを目的とする。また、このSOFCスタックが所定間隔で並設され、且つ各々のSOFCスタックに供給される燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するための隔離部材とを備える固体電解質形燃料電池モジュール(以下、「SOFCモジュール」ということもある。)を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and a via conductor in which a fuel electrode of one unit cell and an air electrode of the other unit cell among adjacent unit cells are formed in a ceramic interconnector. Because these single cells and ceramic interconnectors are firmly joined and integrated with each other, stable conduction even after undergoing a thermal cycle when SOFC is repeatedly started and stopped Is provided, and a solid oxide fuel cell stack (hereinafter, also referred to as “SOFC stack”) in which predetermined performance is maintained and a manufacturing method thereof are provided. The SOFC stacks are arranged in parallel at a predetermined interval, and a solid oxide fuel cell module (hereinafter referred to as “hereinafter referred to as“ fuel cell ”) including an isolation member for isolating the fuel gas supplied to each SOFC stack and the combustion-supporting gas. It is an object to provide “SOFC module”.

本発明は以下の通りである。
1.第1固体電解質体111、該第1固体電解質体111の一面に設けられた第1燃料極112、及び該第1固体電解質体111の他面に設けられた第1空気極113を有する第1単セル11と、第2固体電解質体121、該第2固体電解質体121の一面に設けられた第2燃料極122、及び第2該固体電解質体121の他面に設けられた第2空気極123を有する第2単セル12と、一面側が該第1固体電解質体111の該一面の該第1燃料極112の両側部に接合され、且つ他面側が該第2固体電解質体121の該他面の該第2空気極123の両側部に接合されているセラミック製インターコネクタ2と、を有する積層体を備え、該第1燃料極112と該セラミック製インターコネクタ2との対向面の間に燃料ガス流路fを有し、該第2空気極123と該セラミック製インターコネクタ2との対向面の間に支燃性ガス流路sを有し、且つ該第1燃料極112と該第2空気極123とが、該セラミック製インターコネクタ2に形成されたビア導体21を介して接続されていることを特徴とする固体電解質形燃料電池スタック。
2.上記第1単セル11と上記第2単セル12とが上記セラミック製インターコネクタ2により接続されている方向を長さ方向とし、且つ該長さ方向と直交する方向の断面が正方形又は長方形である上記1.に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
3.上記断面が正方形であるときの一辺の寸法が5〜20mm、且つ上記長さ方向の寸法が20〜100mmである、又は該断面が長方形であるときの短辺が5〜20mm、長辺が5〜100mm、且つ上記長さ方向の寸法が20〜100mmである上記2.に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
4.上記第1燃料極112及び上記第2空気極123の各々と、上記セラミック製インターコネクタ2との、それぞれの対向面の間の距離が0.2〜2mmである上記1.乃至3.のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
5.上記セラミック製インターコネクタ2はアルミナを主成分とする上記1.乃至4.のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
6.上記第1固体電解質体111及び上記第2固体電解質体121は、各々アルミナを含有するジルコニアからなり、且つ該アルミナと該ジルコニアとの合計を100質量%とした場合に、該アルミナはそれぞれ0.1〜20質量%である上記5.に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
7.上記第1固体電解質体111及び上記第2固体電解質体121は、各々ジルコニアからなり、又はアルミナとジルコニアとの合計を100質量%とした場合に0.1〜20質量%のアルミナを含有するジルコニアからなり、且つ該固体電解質体111及び該固体電解質体121のそれぞれと、上記セラミック製インターコネクタ2とが、各々アルミナとジルコニアとを含有する中間セラミック層を介して接合されている上記5.に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
8.上記2.乃至7.のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池スタックが集積されてなる固体電解質形燃料電池モジュールであって、各々の該固体電解質形燃料電池スタックの、燃料ガス流路が開口している側面同士及び/又は支燃性ガス流路が開口している側面同士、が所定の間隔を隔てて対向するように並行に配置された複数の該固体電解質形燃料電池スタックと、それぞれの該固体電解質形燃料電池スタックに供給される燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するため、各々の該固体電解質形燃料電池スタックの間隙に配設された隔離部材と、を備えることを特徴とする固体電解質形燃料電池モジュール。
9.燃料ガスの流通方向と支燃性ガスの流通方向とが交差している上記8.に記載の固体電解質形燃料電池モジュール。
10.上記1.乃至7.のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法であって、未焼成第1固体電解質シート111’の一面及び他面の各々に、複数の未焼成第1燃料極用帯状シート112’と、複数の未焼成第1空気極用帯状シート113’とを、それぞれの方向が交差するように形成して未焼成第1単セル用積層シート11’を作製し、未焼成第2固体電解質シート121’の一面及び他面の各々に、複数の未焼成第2燃料極用帯状シート122’と、複数の未焼成第2空気極用帯状シート123’とを、それぞれの方向が交差するように形成して未焼成第2単セル用積層シート12’を作製する未焼成単セル用積層シート作製工程と、未焼成セラミックシート22’の一面と未焼成第1セラミック開口シート231’及び該未焼成セラミックシート22’の他面と未焼成第2セラミック開口シート232’を、該未焼成第1セラミック開口シート231’と該未焼成第2セラミック開口シート232’の各々が有する帯状の開口部の方向が交差するように積層し、且つ該未焼成セラミックシート22’、該未焼成第1セラミック開口シート231’及び該未焼成第2セラミック開口シート232’が積層されている部分にインターコネクタ側ビアホールを設け、該インターコネクタ側ビアホールに導電材料を充填し、未焼成ビア導体21’を形成して未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート2’を作製する未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート作製工程と、上記未焼成第1単セル用積層シート11’及び上記未焼成第2単セル用積層シート12’を含む複数の未焼成単セル用積層シートと、上記未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート2’を含む該未焼成単セル用積層シートより1個少ない未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとが、未焼成第1セラミック開口シートが有する開口部に未焼成空気極が嵌め込まれ、未焼成第2セラミック開口シートが有する開口部に未焼成燃料極が嵌め込まれるように交互に積層され、且つ積層方向の両端面に、端面用シート31’と該端面用シート31’の一面に積層された帯状の開口部を有する端面用開口シート32’とからなる未焼成セラミック端面シート3’が、該開口部に、それぞれの端面に形成されている未焼成空気極又は未焼成燃料極が嵌め込まれるように積層され、該未焼成セラミック端面シート3’が、上記固体電解質形燃料電池スタックの最下面又は最上面でない場合は、該未焼成セラミック端面シート3’に、インターコネクタ側ビアホールと連通する端面シート側ビアホールが設けられ、該端面シート側ビアホールに導電材料が充填されて未焼成端面シート側ビア導体33’が形成されてなる未焼成ユニットセル用複合シートaを作製する未焼成ユニットセル用複合シート作製工程と、複数の上記未焼成ユニットセル用複合シートを、積層された未焼成ユニットセル用複合シートのうちの一方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成空気極と、他方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成燃料極とが対向するように、且つ該未焼成空気極の方向と該未焼成燃料極の方向とが交差するように積層して複合体とする複合体形成工程と、該複合体を積層方向に圧着して圧着体bとする圧着体形成工程と、上記圧着体を、上記未焼成第1セラミック開口シートが有する上記開口部間、及び上記未焼成第2開口セラミックシートが有する上記開口部間において、圧着方向に切断して未焼成固体電解質形燃料電池スタックを作製する未焼成固体電解質形燃料電池スタック作製工程と、複数の上記未焼成固体電解質形燃料電池スタックを焼成して固体電解質形燃料電池スタックを作製する固体電解質形燃料電池スタック作製工程と、を備えることを特徴とする固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。
11.上記切断がワイヤーソーによりなされる上記10.に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。
12.上記未焼成単セル用積層シート作製工程において、未焼成固体電解質シートの一面に、未焼成燃料極用帯状シートと、該一面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられたインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように燃料極側未焼成導電パターン41’を形成し、且つ該未焼成固体電解質シートの他面に、未焼成空気極用帯状シートと、該他面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられるインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように空気極側未焼成導電パターン42’を形成する上記10.又は11.に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。
The present invention is as follows.
1. A first solid electrolyte body 111, a first fuel electrode 112 provided on one surface of the first solid electrolyte body 111, and a first air electrode 113 provided on the other surface of the first solid electrolyte body 111. Single cell 11, second solid electrolyte body 121, second fuel electrode 122 provided on one surface of second solid electrolyte body 121, and second air electrode provided on the other surface of second solid electrolyte body 121 The second unit cell 12 having the first solid electrolyte body 111, one surface side being joined to both sides of the first fuel electrode 112 on the one surface of the first solid electrolyte body 111, and the other surface side being the other of the second solid electrolyte body 121. And a ceramic interconnector 2 joined to both sides of the second air electrode 123 on the surface, between the opposing surfaces of the first fuel electrode 112 and the ceramic interconnector 2. A fuel gas flow path f, A combustion-supporting gas flow path s is provided between the opposing surfaces of the electrode 123 and the ceramic interconnector 2, and the first fuel electrode 112 and the second air electrode 123 are connected to the ceramic interconnector 2. A solid oxide fuel cell stack, which is connected via a via conductor 21 formed on the substrate.
2. A direction in which the first single cell 11 and the second single cell 12 are connected by the ceramic interconnector 2 is a length direction, and a cross section in a direction perpendicular to the length direction is a square or a rectangle. Above 1. A solid oxide fuel cell stack according to 1.
3. When the cross section is square, the dimension of one side is 5 to 20 mm, and the dimension in the length direction is 20 to 100 mm, or when the section is rectangular, the short side is 5 to 20 mm and the long side is 5 mm. 2 to 100 mm, and the dimension in the length direction is 20 to 100 mm. A solid oxide fuel cell stack according to 1.
4). The distance between the opposing surfaces of each of the first fuel electrode 112 and the second air electrode 123 and the ceramic interconnector 2 is 0.2 to 2 mm. To 3. The solid oxide fuel cell stack according to any one of the above.
5. The ceramic interconnector 2 is mainly composed of alumina. To 4. The solid oxide fuel cell stack according to any one of the above.
6). The first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121 are each made of zirconia containing alumina, and when the total of the alumina and the zirconia is 100% by mass, the alumina is 0. The above 5. which is 1 to 20% by mass. A solid oxide fuel cell stack according to 1.
7). The first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121 are each composed of zirconia, or zirconia containing 0.1 to 20% by mass of alumina when the total of alumina and zirconia is 100% by mass. The solid electrolyte body 111 and the solid electrolyte body 121 are joined to the ceramic interconnector 2 via intermediate ceramic layers each containing alumina and zirconia. A solid oxide fuel cell stack according to 1.
8). 2. To 7. A solid oxide fuel cell module in which the solid oxide fuel cell stack according to any one of the above is integrated, wherein a fuel gas flow path of each solid oxide fuel cell stack is opened. A plurality of the solid oxide fuel cell stacks arranged in parallel so that the side surfaces and / or the side surfaces where the combustion-supporting gas flow paths are open are opposed to each other with a predetermined interval therebetween, In order to isolate the fuel gas and the combustion-supporting gas supplied to the solid oxide fuel cell stack, an isolation member disposed in a gap between the solid oxide fuel cell stacks is provided. Solid electrolyte fuel cell module.
9. 7. The fuel gas flow direction intersects with the combustion-supporting gas flow direction. 2. A solid oxide fuel cell module according to 1.
10. Above 1. To 7. A method for manufacturing a solid electrolyte fuel cell stack according to any one of the above, wherein a plurality of unfired first fuel electrodes are respectively provided on one side and the other side of the unfired first solid electrolyte sheet 111 ′. A belt-shaped sheet 112 ′ and a plurality of unfired first air electrode belt-shaped sheets 113 ′ are formed so that their directions intersect to produce a fired first single-cell laminated sheet 11 ′. A plurality of unfired second fuel electrode strips 122 ′ and a plurality of unfired second air electrode strips 123 ′ are respectively disposed on one side and the other side of the second solid electrolyte sheet 121 ′. Are formed so as to intersect with each other, and a non-fired single cell laminated sheet preparation step for producing a non-fired second single cell laminated sheet 12 ′, one surface of the non-fired ceramic sheet 22 ′, and the non-fired first ceramic apertured sheet 231 'And the unfired ceramic sheet The direction of the strip-shaped opening of each of the other surface 22 ′ and the unfired second ceramic opening sheet 232 ′ of the unfired first ceramic opening sheet 231 ′ and the unfired second ceramic opening sheet 232 ′ The interconnector side via hole is provided in a portion where the unfired ceramic sheet 22 ′, the unfired first ceramic opening sheet 231 ′, and the unfired second ceramic opening sheet 232 ′ are stacked. A laminate sheet manufacturing process for an unfired ceramic interconnector in which the interconnector side via hole is filled with a conductive material to form an unfired via conductor 21 ′ to produce an unfired ceramic interconnector laminate sheet 2 ′; A plurality of unfired single cell laminate sheets including the fired first single cell laminate sheet 11 ′ and the unfired second single cell laminate sheet 12 ′. And an unfired first ceramic opening sheet having an unfired ceramic interconnector laminated sheet that is one less than the unfired single cell laminated sheet including the unfired ceramic interconnector laminated sheet 2 ′. The non-sintered air electrode is fitted into the non-sintered second ceramic apertured sheet so that the unsintered fuel electrode is fitted in the opening, and the end surface sheet 31 ′ and the end surface sheet 31 ′ An unsintered ceramic end face sheet 3 ′ composed of an end face opening sheet 32 ′ having a strip-like opening laminated on one surface of the end face sheet 31 ′ is formed on each end face in the opening. The air electrode or the unfired fuel electrode is stacked so that the unfired ceramic end face sheet 3 ′ is the bottom or top surface of the solid oxide fuel cell stack. Otherwise, the unfired ceramic end face sheet 3 ′ is provided with an end face sheet side via hole that communicates with the interconnector side via hole, and the end face sheet side via hole is filled with a conductive material to form the unfired end face sheet side via conductor 33 ′. An unfired unit cell composite sheet preparation step for producing an unfired unit cell composite sheet a formed by forming a plurality of the unfired unit cell composite sheets, The unfired air electrode formed on the end face side of one of the unfired unit cell composite sheets is opposed to the unfired fuel electrode formed on the end face side of the other unfired unit cell composite sheet. And forming a composite by laminating so that the direction of the unfired air electrode and the direction of the unfired fuel electrode intersect, and the composite Pressure bonding body forming step of pressure bonding in the laminating direction to form a pressure bonding body b, and the pressure bonding body between the openings included in the unfired first ceramic opening sheet and the above described structure of the unfired second opening ceramic sheet. An unsintered solid electrolyte fuel cell stack manufacturing step for cutting an unsintered solid electrolyte fuel cell stack by cutting in the pressure-bonding direction between the openings, and firing a plurality of the unsintered solid electrolyte fuel cell stacks to form a solid And a solid electrolyte fuel cell stack manufacturing step of manufacturing an electrolyte fuel cell stack.
11. The above-mentioned 10. The cutting is performed by a wire saw. A method for producing a solid oxide fuel cell stack according to 1.
12 In the unfired single cell laminated sheet manufacturing step, the unfired solid electrolyte sheet is provided on the unfired fuel electrode strip and the unfired ceramic interconnector laminated sheet to be laminated on the one surface. The conductive material filled in the interconnector-side via hole is connected to the fuel electrode-side unfired conductive pattern 41 ′, and on the other surface of the unfired solid electrolyte sheet, a band for the unfired air electrode is formed. The air electrode side unfired conductive pattern 42 is connected so that the sheet and the conductive material filled in the interconnector side via hole provided in the unfired ceramic interconnector laminated sheet to be laminated on the other surface are connected. 10. Forming ' Or 11. A method for producing a solid oxide fuel cell stack according to 1.

本発明の固体電解質形燃料電池スタックでは、各々の単セルとセラミック製インターコネクタとが互いに強固に接合されて一体化されており、起動と停止とを繰り返したときの熱サイクルを経た後も安定した導通が確保され、所定の発電性能が維持される。
また、第1単セル11と第2単セル12とがセラミック製インターコネクタ2により接続されている方向を長さ方向とし、且つ長さ方向と直交する方向の断面が正方形又は長方形である場合は、小型で取り扱い易いSOFCスタックとすることができる。
更に、断面が正方形であるときの一辺の寸法が5〜20mm、且つ長さ方向の寸法が20〜100mmである、又は断面が長方形であるときの短辺が5〜20mm、長辺が5〜100mm、且つ長さ方向の寸法が20〜100mmである場合は、より小型で、且つ十分な発電性能を有するSOFCスタックとすることができる。
また、第1燃料極112及び第2空気極123の各々と、セラミック製インターコネクタ2との、それぞれの対向面の間の距離が0.2〜2mmである場合は、特に長さ方向の寸法を小さくすることができ、より小型で無用な空間が少ないSOFCスタックとすることができる。
更に、セラミック製インターコネクタ2がアルミナを主成分とする場合は、十分な強度を有するSOFCスタックすることができる。
また、第1固体電解質体111及び第2固体電解質体121は、各々アルミナを含有するジルコニアからなり、且つアルミナとジルコニアとの合計を100質量%とした場合に、アルミナはそれぞれ0.1〜20質量%である場合は、アルミナからなるセラミック製インターコネクタ2と、第1固体電解質体111及び第2固体電解質体121とを、より強固に接合させることができる。
更に、第1固体電解質体111及び第2固体電解質体121は、各々ジルコニアからり、又はアルミナとジルコニアとの合計を100質量%とした場合に0.1〜20質量%のアルミナを含有するジルコニアからなり、且つ固体電解質体111及び固体電解質体121のそれぞれと、セラミック製インターコネクタ2とが、各々アルミナとジルコニアとを含有する中間セラミック層を介して接合されている場合も、アルミナからなるセラミック製インターコネクタ2と、第1固体電解質体111及び第2固体電解質体121とを、より強固に接合させることができる。
本発明の固体電解質形燃料電池モジュールは、小型化が容易であり、無用な空間が少なく、且つ十分な発電性能を有する。
また、燃料ガスの流通方向と支燃性ガスの流通方向とが交差している場合は、燃料ガス及び支燃性ガスのそれぞれを供給し、排出するためのマニホールド等の構造を簡易なものとすることができる。
本発明の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法によれば、各々の単セルとセラミック製インターコネクタとが互いに強固に接合されて一体化されたSOFCスタックを容易に製造することができる。
更に、切断がワイヤーソーによりなされる場合は、寸法精度の高いSOFCスタックとすることができる。
また、未焼成単セル用積層シート作製工程において、未焼成固体電解質シートの一面に、未焼成燃料極用帯状シートと、この一面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられたインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように燃料極側未焼成導電パターン41’を形成し、且つ未焼成固体電解質シートの他面に、未焼成空気極用帯状シートと、この他面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられるインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように空気極側未焼成導電パターン42’を形成する場合は、一方の単セルが有する燃料極と、他方の単セルが有する空気極とを容易に導通させることができる。
In the solid oxide fuel cell stack of the present invention, each single cell and the ceramic interconnector are firmly joined and integrated with each other, and stable even after a thermal cycle when starting and stopping are repeated. The continuity is ensured and the predetermined power generation performance is maintained.
Further, when the first unit cell 11 and the second unit cell 12 are connected in the length direction with the ceramic interconnector 2 and the cross section in the direction orthogonal to the length direction is square or rectangular, The SOFC stack is small and easy to handle.
Furthermore, when the cross section is square, the dimension of one side is 5 to 20 mm, and the dimension in the length direction is 20 to 100 mm, or when the section is rectangular, the short side is 5 to 20 mm, and the long side is 5 to 5 mm. When the length is 100 mm and the length is 20 to 100 mm, the SOFC stack can be made smaller and have sufficient power generation performance.
Moreover, when the distance between each opposing surface of each of the 1st fuel electrode 112 and the 2nd air electrode 123 and each ceramic interconnector 2 is 0.2-2 mm, it is the dimension of a length direction especially. Can be made smaller, and the SOFC stack can be made smaller and useless.
Furthermore, when the ceramic interconnector 2 is mainly composed of alumina, an SOFC stack having sufficient strength can be obtained.
The first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121 are each composed of zirconia containing alumina, and when the total of alumina and zirconia is 100 mass%, the alumina is 0.1-20. In the case of the mass%, the ceramic interconnector 2 made of alumina, the first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121 can be bonded more firmly.
Furthermore, the first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121 are each made of zirconia, or zirconia containing 0.1 to 20% by mass of alumina when the total of alumina and zirconia is 100% by mass. Even when each of the solid electrolyte body 111 and the solid electrolyte body 121 and the ceramic interconnector 2 are joined via an intermediate ceramic layer containing alumina and zirconia, the ceramic made of alumina. The made interconnector 2, the first solid electrolyte body 111, and the second solid electrolyte body 121 can be joined more firmly.
The solid oxide fuel cell module of the present invention can be easily miniaturized, has little unnecessary space, and has sufficient power generation performance.
In addition, when the flow direction of the fuel gas and the flow direction of the combustion-supporting gas intersect, the structure of a manifold or the like for supplying and discharging each of the fuel gas and the combustion-supporting gas is simplified. can do.
According to the method for manufacturing a solid oxide fuel cell stack of the present invention, it is possible to easily manufacture an SOFC stack in which each single cell and a ceramic interconnector are firmly joined to each other and integrated.
Furthermore, when cutting is performed with a wire saw, a SOFC stack with high dimensional accuracy can be obtained.
Also, in the process for producing a laminated sheet for unfired single cells, it is provided on the unfired solid electrolyte sheet on the unburned fuel electrode strip and the unfired ceramic interconnector laminated sheet to be laminated on this face. The conductive material filled in the interconnector-side via hole is formed, and a fuel electrode-side unfired conductive pattern 41 'is formed, and on the other surface of the unfired solid electrolyte sheet, a band shape for the unfired air electrode The air electrode side unfired conductive pattern 42 is connected so that the sheet and the conductive material filled in the interconnector side via hole provided in the unfired ceramic interconnector laminated sheet to be laminated on the other surface are connected. In the case of forming ', the fuel electrode of one unit cell and the air electrode of the other unit cell can be easily conducted.

以下、例えば、図1〜15を用いて本発明を詳細に説明する。
[1]固体電解質形燃料電池スタック
上記「固体電解質形燃料電池スタック」は、第1固体電解質体111、その一面に設けられた第1燃料極112及び他面に設けられた第1空気極113を有する上記「第1単セル11」と、第2固体電解質体121、その一面に設けられた第2燃料極122及び他面に設けられた第2空気極123を有する上記「第2単セル12」と、一面側が第1固体電解質体111の一面の第1燃料極112の両側部に接合され、且つ他面側が第2固体電解質体121の他面の第2空気極123の両側部に接合されているセラミック製インターコネクタ2と、を有する積層体を備える(図1、2参照)。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[1] Solid electrolyte fuel cell stack The “solid electrolyte fuel cell stack” includes a first solid electrolyte body 111, a first fuel electrode 112 provided on one surface thereof, and a first air electrode 113 provided on the other surface thereof. The “second unit cell” having the “first unit cell 11”, the second solid electrolyte body 121, the second fuel electrode 122 provided on one surface thereof, and the second air electrode 123 provided on the other surface thereof. 12 ”, one side is joined to both sides of the first fuel electrode 112 on one side of the first solid electrolyte body 111, and the other side is joined to both sides of the second air electrode 123 on the other side of the second solid electrolyte body 121. The laminated body which has the ceramic interconnector 2 joined is provided (refer FIG. 1, 2).

上記「第1固体電解質体111」及び上記「第2固体電解質体121」は、電池の作動時に燃料極に導入される燃料ガス又は空気極に導入される支燃性ガスのうちの一方の一部をイオンとして移動させることができるイオン伝導性を有する。どのようなイオンを伝導することができるかは特に限定されないが、イオンとしては、例えば、酸素イオン及び水素イオン等が挙げられる。また、上記「第1燃料極112」及び上記「第2燃料極122」は、還元剤となる燃料ガスと接触し、セルにおける負電極として機能する。更に、上記「第1空気極113」及び上記「第2空気極123」は、酸化剤となる支燃性ガスと接触し、セルにおける正電極として機能する。   The “first solid electrolyte body 111” and the “second solid electrolyte body 121” are one of the fuel gas introduced into the fuel electrode or the combustion-supporting gas introduced into the air electrode during battery operation. It has ionic conductivity that can move the part as ions. Although what kind of ion can be conducted is not particularly limited, examples of the ion include oxygen ion and hydrogen ion. Further, the “first fuel electrode 112” and the “second fuel electrode 122” are in contact with the fuel gas serving as a reducing agent and function as a negative electrode in the cell. Furthermore, the “first air electrode 113” and the “second air electrode 123” are in contact with a combustion-supporting gas serving as an oxidant and function as positive electrodes in the cell.

第1固体電解質層111及び第2固体電解質体121の形成に用いる材料は燃料電池の使用条件等により適宜選択することができる。この材料としては、例えば、ZrO系セラミック、LaGaO系セラミック、BaCeO系セラミック、SrCeO系セラミック、SrZrO系セラミック及びCaZrO系セラミック等が挙げられる。これらの材料のうちでは、ZrO系セラミックが好ましく、Sc、Y等の希土類元素のうちの少なくとも1種により安定化されたZrO系セラミックが好ましく、Scにより安定化されたZrO系セラミックが特に好ましい。 The material used for forming the first solid electrolyte layer 111 and the second solid electrolyte body 121 can be appropriately selected depending on the use conditions of the fuel cell. Examples of this material include ZrO 2 ceramics, LaGaO 3 ceramics, BaCeO 3 ceramics, SrCeO 3 ceramics, SrZrO 3 ceramics, and CaZrO 3 ceramics. Among these materials, preferably ZrO 2 based ceramic, Sc, at least ZrO 2 based ceramic is preferably stabilized by one of rare earth elements such as Y, the ZrO 2 based ceramic stabilized with Sc Particularly preferred.

セラミック製インターコネクタ2がアルミナを主成分とする場合は、第1固体電解質体111及び第2固体電解質体121は、各々アルミナを含有するジルコニアからなり、且つアルミナとジルコニアとの合計を100質量%とした場合に、アルミナはそれぞれ0.1〜20質量%、特に0.5〜10質量%、更に1〜6質量%であることが好ましい。このジルコニアとしては、Sc、Y等の希土類元素のうちの少なくとも1種により安定化されたジルコニアが好ましく、Scにより安定化されたジルコニアが特に好ましい。このようにジルコニアにアルミナを含有させることで、第1固体電解質体111及び第2固体電解質体121と、セラミック製インターコネクタ2とをより強固に接合させることができる。   When the ceramic interconnector 2 is mainly composed of alumina, the first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121 are each made of zirconia containing alumina, and the total of alumina and zirconia is 100 mass%. In this case, the alumina content is preferably 0.1 to 20% by mass, particularly 0.5 to 10% by mass, and more preferably 1 to 6% by mass. As the zirconia, zirconia stabilized by at least one of rare earth elements such as Sc and Y is preferable, and zirconia stabilized by Sc is particularly preferable. Thus, by making zirconia contain alumina, the 1st solid electrolyte body 111 and the 2nd solid electrolyte body 121, and the ceramic interconnector 2 can be joined more firmly.

更に、セラミック製インターコネクタ2がアルミナを主成分とする場合、第1固体電解質体111及び第2固体電解質体121は、各々ジルコニアからなり、又はアルミナとジルコニアとの合計を100質量%とした場合に0.1〜20質量%、特に0.5〜10質量%、更に1〜6質量%のアルミナを含有するジルコニアからなり、且つ固体電解質体111及び固体電解質体121のそれぞれと、セラミック製インターコネクタ2とが、各々アルミナとジルコニアとを含有する中間セラミック層を介して接合されていることが好ましい。
尚、上記「アルミナを主成分とする」とは、セラミック製インターコネクタ2を構成するセラミックの全量を100質量%とした場合に、アルミナが70質量%以上、
特に80質量%以上、更に90質量%(100質量%であってもよい。)であることを意味する。
Furthermore, when the ceramic interconnector 2 is mainly composed of alumina, the first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121 are each composed of zirconia, or the total of alumina and zirconia is 100% by mass. 0.1 to 20% by mass, particularly 0.5 to 10% by mass, and further 1 to 6% by mass of zirconia containing 1 to 6% by mass of alumina, and each of the solid electrolyte body 111 and the solid electrolyte body 121, and ceramic inter The connector 2 is preferably bonded via an intermediate ceramic layer containing alumina and zirconia, respectively.
The above “mainly composed of alumina” means that 70% by mass or more of alumina when the total amount of ceramic constituting the ceramic interconnector 2 is 100% by mass.
In particular, it means 80% by mass or more, and further 90% by mass (may be 100% by mass).

上記の中間セラミック層におけるアルミナの含有量は特に限定されず、第1固体電解質体111及び第2固体電解質体121のそれぞれにおけるアルミナの含有量によって設定することができ、例えば、30〜60質量%、特に40〜50質量%とすることができる。このように中間セラミック層を用いることで、第1固体電解質体111及び第2固体電解質体121と、セラミック製インターコネクタ2とをより強固に接合させることができる。この場合のジルコニアとしても上記と同様の安定化ジルコニアが好ましい。
この第1固体電解質体111及び第2固体電解質体121の各々の厚さは特に限定されないが、電気抵抗と強度とを勘案し、100〜3000μm、特に150〜2000μmとすることができる。
The content of alumina in the intermediate ceramic layer is not particularly limited, and can be set according to the content of alumina in each of the first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121, for example, 30 to 60% by mass. In particular, it can be 40 to 50% by mass. By using the intermediate ceramic layer in this manner, the first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121 and the ceramic interconnector 2 can be bonded more firmly. As the zirconia in this case, the same stabilized zirconia as described above is preferable.
Although the thickness of each of the first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121 is not particularly limited, it can be set to 100 to 3000 μm, particularly 150 to 2000 μm in consideration of electric resistance and strength.

上記「第1燃料極112」及び上記「第2燃料極122」の形成に用いる材料も燃料電池の使用条件等により適宜選択することができる。この材料としては、例えば、Ni及びFe等の金属と、Sc、Y等の希土類元素のうちの少なくとも1種により安定化されたジルコニア等のZrO系セラミック、CeO系セラミック及び酸化マンガン等のセラミックのうちの少なくとも1種との混合物などが挙げられる。また、Pt、Au、Ag、Pd、Ir、Ru、Rh、Ni及びFe等の金属が挙げられる。これらの金属は1種のみでもよいし、2種以上の金属の合金でもよい。更に、これらの金属及び/又は合金と、上記セラミックの各々の少なくとも1種との混合物(サーメットを含む。)が挙げられる。また、Ni及びFe等の金属の酸化物と、上記セラミックの各々の少なくとも1種との混合物などが挙げられる。これらの材料のうちでは、Ni及びFe等の金属と、上記セラミックの各々の少なくとも1種との混合物が好ましく、NiとScにより安定化されたZrO系セラミックとの混合物が特に好ましい。
この第1燃料極112及び第2燃料極122の各々の厚さは特に限定されないが、10〜50μm、特に20〜40μmとすることができる。
The material used for forming the “first fuel electrode 112” and the “second fuel electrode 122” can also be appropriately selected depending on the use conditions of the fuel cell. Examples of this material include metals such as Ni and Fe and ZrO 2 ceramics such as zirconia stabilized by at least one of rare earth elements such as Sc and Y, CeO 2 ceramics, manganese oxides, and the like. The mixture with at least 1 sort (s) of ceramics etc. are mentioned. Moreover, metals, such as Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, Rh, Ni, and Fe, are mentioned. These metals may be used alone or in an alloy of two or more metals. Furthermore, a mixture (including cermet) of these metals and / or alloys and at least one of each of the above ceramics may be mentioned. Moreover, the mixture of metal oxides, such as Ni and Fe, and at least 1 type of each of the said ceramic etc. are mentioned. Among these materials, a mixture of a metal such as Ni and Fe and at least one of each of the ceramics is preferable, and a mixture of Ni and Sc stabilized with a ZrO 2 ceramic is particularly preferable.
The thickness of each of the first fuel electrode 112 and the second fuel electrode 122 is not particularly limited, but may be 10 to 50 μm, particularly 20 to 40 μm.

上記「第1空気極113」及び上記「第2空気極123」の形成に用いる材料も燃料電池の使用条件等により適宜選択することができる。この材料としては、例えば、各種の金属、金属の酸化物、金属の複酸化物等を用いることができる。金属としては、Pt、Au、Ag、Pd、Ir、Ru及びRh等の金属又は2種以上の金属を含有する合金が挙げられる。更に、金属の酸化物としては、La、Sr、Ce、Co、Mn及びFe等の酸化物(La、SrO、Ce、Co、MnO及びFeO等)が挙げられる。また、複酸化物としては、少なくともLa、Pr、Sm、Sr、Ba、Co、Fe及びMn等を含有する複酸化物(La1−xSrCoO系複酸化物、La1−xSrFeO系複酸化物、La1−xSrCo1−yFe系複酸化物、La1−xSrMnO系複酸化物、Pr1−xBaCoO系複酸化物及びSm1−xSrCoO系複酸化物等)が挙げられる。 Materials used for forming the “first air electrode 113” and the “second air electrode 123” can also be appropriately selected depending on the use conditions of the fuel cell. As this material, for example, various metals, metal oxides, metal double oxides, and the like can be used. Examples of the metal include metals such as Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, and Rh, or alloys containing two or more metals. Further, examples of the metal oxide include oxides such as La, Sr, Ce, Co, Mn and Fe (La 2 O 3 , SrO, Ce 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO 2 and FeO). It is done. As the double oxide, a double oxide containing at least La, Pr, Sm, Sr, Ba, Co, Fe, Mn, etc. (La 1-x Sr x CoO 3 -based double oxide, La 1-x Sr x FeO 3 -based double oxide, La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 -based double oxide, La 1-x Sr x MnO 3 -based double oxide, Pr 1-x Ba x CoO 3 -based double oxide Oxides and Sm 1-x Sr x CoO 3 -based double oxides).

これらのうちでは複酸化物が好ましく、Ln1−xCoO系複酸化物、Ln1−xFeO系複酸化物及びLn1−xCo1−yFe系複酸化物(Lnは希土類元素であり、MはSr又はBaである。)がより好ましい。これらのCo及び/又はFeを含有する複酸化物、特にCo及びFeを含有する複酸化物からなる第1空気極113及び第2空気極123は、SOFCを500〜850℃、更に500〜750℃の温度範囲で低温作動させた場合でも、電極として優れた性能を有する。これらの複酸化物は、Ln元素及びM元素の他に、更にその他の置換元素を有していてもよい。これらのLn1−xCoO系複酸化物、Ln1−xFeO系複酸化物及びLn1−xCo1−yFe系複酸化物のうちでも、Ln1−xCoO3±δ、Ln1−xFeO3±δ及びLn1−xCo1−yFe3±δで表され、0.2≦x≦0.8、0.5≦y≦0.9、且つ0≦δ<1(δは酸素過剰量又は酸素欠損量である。)である複酸化物が特に好ましく、LnはLa、Pr及びSmのうちの少なくとも1種であることが更に好ましい。 Preferably mixed oxide Of these, Ln 1-x M x CoO 3 -based mixed oxide, Ln 1-x M x FeO 3 -based mixed oxide and Ln 1-x M x Co 1 -y Fe y O 3 More preferred are system double oxides (Ln is a rare earth element and M is Sr or Ba). The first air electrode 113 and the second air electrode 123 made of a double oxide containing Co and / or Fe, particularly a double oxide containing Co and Fe, have a SOFC of 500 to 850 ° C., more preferably 500 to 750. Even when operated at a low temperature in the temperature range of ° C., it has excellent performance as an electrode. These double oxides may further contain other substitution elements in addition to the Ln element and the M element. These Ln 1-x M x CoO 3-based mixed oxide, among Ln 1-x M x FeO 3-based mixed oxide and Ln 1-x M x Co 1 -y Fe y O 3 based mixed oxide, Ln 1-x M x CoO 3 ± δ , Ln 1-x M x FeO 3 ± δ and Ln 1-x M x Co 1-y Fe y O 3 ± δ , 0.2 ≦ x ≦ 0. 8, 0.5 ≦ y ≦ 0.9 and 0 ≦ δ <1 (δ is oxygen excess or oxygen deficiency) is particularly preferable, and Ln is selected from La, Pr and Sm. More preferably, it is at least one of the above.

上記のようなLn1−xCoO系複酸化物としては、例えば、La0.6Sr0.4CoO3±δ、Pr0.5Ba0.5CoO3±δ及びSm0.5Sr0.5CoO3±δ等が挙げられる。更に、Ln1−xFeO系複酸化物としては、例えば、La0.6Sr0.4FeO3±δ、Pr0.5Ba0.5FeO3±δ及びSm0.5Sr0.5FeO3±δ等が挙げられる。また、Ln1−xCo1−yFe系複酸化物としては、例えば、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.83±δ、Pr0.5Ba0.5Co0.2Fe0.83±δ及びSm0.5Sr0.5Co0.2Fe0.83±δ等が挙げられる。
この第1空気極113及び第2空気極123の各々の厚さは特に限定されないが、10〜100μm、特に20〜50μmとすることができる。
Examples of the above-described Ln 1-x M x CoO 3 -based double oxide include La 0.6 Sr 0.4 CoO 3 ± δ , Pr 0.5 Ba 0.5 CoO 3 ± δ, and Sm 0. 5 Sr 0.5 CoO 3 ± δ and the like. Further, as the Ln 1-x M x FeO 3 -based double oxide, for example, La 0.6 Sr 0.4 FeO 3 ± δ , Pr 0.5 Ba 0.5 FeO 3 ± δ and Sm 0.5 Sr 0.5 FeO 3 ± δ and the like. As the Ln 1-x M x Co 1 -y Fe y O 3 based mixed oxide, for example, La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 ± δ, Pr 0.5 Ba 0.5 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 ± δ, Sm 0.5 Sr 0.5 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 ± δ and the like.
The thickness of each of the first air electrode 113 and the second air electrode 123 is not particularly limited, but may be 10 to 100 μm, particularly 20 to 50 μm.

上記「セラミック製インターコネクタ2」(以下、インターコネクタ2ということもある。)は、一面側が第1固体電解質体111の一面に設けられた第1燃料極112の両側部に接合され、且つ他面側が第2固体電解質体121の他面に設けられた第2空気極123の両側部に接合されている(図1、2参照)。このインターコネクタ2の一面側は第1燃料極112の両側部の全長さに渡って接合されており、この両側部を除く部分に第1燃料極112が設けられている。この第1燃料極112は、インターコネクタ2が接合されている両側部を除く部分の全面に設けられていてもよく、一部分に設けられていてもよいが、第1単セル11の発電効率の観点からは全面に設けられていることが好ましい。更に、インターコネクタ2の他面側は第2空気極123の両側部の全長さに渡って接合されており、この両側部を除く部分に第2空気極123が設けられている。この第2空気極123も、インターコネクタ2が接合されている両側部を除く部分の全面に設けられていてもよく、一部分に設けられていてもよいが、第2単セル12の発電効率の観点からは全面に設けられていることが好ましい。   The above-mentioned “ceramic interconnector 2” (hereinafter sometimes referred to as interconnector 2) has one surface joined to both sides of the first fuel electrode 112 provided on one surface of the first solid electrolyte body 111, and the other. The surface side is joined to both sides of the second air electrode 123 provided on the other surface of the second solid electrolyte body 121 (see FIGS. 1 and 2). One side of the interconnector 2 is joined over the entire length of both side portions of the first fuel electrode 112, and the first fuel electrode 112 is provided in a portion excluding the both side portions. The first fuel electrode 112 may be provided on the entire surface of the portion excluding the both side portions to which the interconnector 2 is joined, or may be provided on a part of the first fuel cell 112. From the viewpoint, it is preferably provided on the entire surface. Furthermore, the other surface side of the interconnector 2 is joined over the entire length of both side portions of the second air electrode 123, and the second air electrode 123 is provided in a portion excluding the both side portions. The second air electrode 123 may also be provided on the entire surface of the portion excluding the both side portions to which the interconnector 2 is joined, or may be provided on a part thereof, but the power generation efficiency of the second single cell 12 may be increased. From the viewpoint, it is preferably provided on the entire surface.

第1燃料極112の外面と、インターコネクタ2の内面との間のうちの、少なくともこれらの対向面の間には空間が形成され、これが上記「燃料ガス流路f」となる(図2参照)。一方、第2空気極123の外面と、インターコネクタ2の内面との間のうちの、少なくともこれらの対向面の間には空間が形成され、これが上記「支燃性ガス流路s」となる(図2参照)。これらの燃料ガス流路及び支燃性ガス流路は、その断面積が大きいほどガスを低抵抗で流通させることができる。一方、対向面の間の距離が大きくなると、積層方向の寸法が大きくなり、SOFCスタックが大型になってしまうため好ましくない。そのため、第1燃料極112及び第2空気極123の各々と、インターコネクタ2の内面との、それぞれの対向面の間の距離は0.2〜2mm、特に0.4〜1mm、更に0.5〜0.8mmであることが好ましい。この距離が0.2〜2mmであれば、燃料ガス及び支燃性ガスを低抵抗で流通させることができ。且つSOFCスタックを小型化することができる。   A space is formed between at least the opposing surfaces of the outer surface of the first fuel electrode 112 and the inner surface of the interconnector 2, and this is the “fuel gas flow path f” (see FIG. 2). ). On the other hand, a space is formed between at least the facing surfaces of the outer surface of the second air electrode 123 and the inner surface of the interconnector 2, and this is the “flammable gas passage s”. (See FIG. 2). These fuel gas passages and combustion-supporting gas passages allow gas to flow with lower resistance as the cross-sectional area is larger. On the other hand, when the distance between the opposing surfaces is increased, the dimension in the stacking direction is increased and the SOFC stack becomes large, which is not preferable. Therefore, the distance between each opposing surface of each of the first fuel electrode 112 and the second air electrode 123 and the inner surface of the interconnector 2 is 0.2 to 2 mm, particularly 0.4 to 1 mm, and more preferably 0. It is preferable that it is 5-0.8 mm. If this distance is 0.2 to 2 mm, the fuel gas and the combustion-supporting gas can be circulated with low resistance. In addition, the SOFC stack can be reduced in size.

また、第1燃料極112と第2空気極123とは、インターコネクタ2を貫通して形成された上記「ビア導体21」を介して接続されており、これにより第1単セルと第2単セルとが直列に接続されている(図1参照)。このビア導体21は、インターコネクタ2の所要箇所に設けられたインターコネクタ側ビアホールに導電材料を充填し、焼成することにより形成することができる。ビア導体21は少なくとも1個形成されておればよいが、第1燃料極112と第2空気極123との電気的な導通の観点からは、多数個形成されていることが好ましく、例えば、2〜8個形成されていることが好ましい。ビア導体21は金属及び導電性セラミック等により形成される。この金属としては、銀、銅、パラジウム、白金、ニッケル、金及びタングステン等が挙げられる。この金属は、単体であってもよいし、2種以上の金属が含有される合金であってもよい。更に、導電性セラミックとしては、La1−xCrO(MはCa、Sr等のアルカリ土類金属である。)などが挙げられ、単体でもよく、上記金属との複合体でもよい。また、ビア導体21を導電性セラミックにより形成し、且つ第1燃料極112及び第2空気極123との接触面に白金等からなる金属層を設けることで、接触抵抗を低減させた態様とすることもできる。 The first fuel electrode 112 and the second air electrode 123 are connected via the “via conductor 21” formed through the interconnector 2, whereby the first unit cell and the second unit cell are connected. The cells are connected in series (see FIG. 1). The via conductor 21 can be formed by filling an interconnector-side via hole provided in a required portion of the interconnector 2 with a conductive material and firing it. At least one via conductor 21 may be formed, but from the viewpoint of electrical conduction between the first fuel electrode 112 and the second air electrode 123, a plurality of via conductors 21 are preferably formed. It is preferable that ~ 8 are formed. The via conductor 21 is made of metal, conductive ceramic, or the like. Examples of the metal include silver, copper, palladium, platinum, nickel, gold, and tungsten. This metal may be a simple substance or an alloy containing two or more kinds of metals. Furthermore, examples of the conductive ceramic include La 1-x M x CrO 3 (M is an alkaline earth metal such as Ca and Sr), and the like may be used alone or in combination with the above metal. Further, the contact resistance is reduced by forming the via conductor 21 from a conductive ceramic and providing a metal layer made of platinum or the like on the contact surface between the first fuel electrode 112 and the second air electrode 123. You can also.

インターコネクタ2はセラミック製である。セラミックは特に限定されず、各種のセラミックを用いることができる。このセラミックとしては、酸化物系セラミック、窒化物系セラミック、炭化物系セラミック等の各種のセラミックを用いることができる。酸化物系セラミックとしては、アルミナ、ムライト、ジルコニア、スピネル等が挙げられる。また、窒化物系セラミックとしては、窒化ケイ素、サイアロン、窒化チタン、窒化アルミニウム等が挙げられる。更に、炭化物系セラミックとしては、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化アルミニウム等が挙げられる。   The interconnector 2 is made of ceramic. The ceramic is not particularly limited, and various ceramics can be used. As this ceramic, various ceramics such as oxide ceramics, nitride ceramics, and carbide ceramics can be used. Examples of the oxide ceramic include alumina, mullite, zirconia, and spinel. Examples of the nitride ceramic include silicon nitride, sialon, titanium nitride, and aluminum nitride. Further, examples of the carbide-based ceramic include silicon carbide, titanium carbide, and aluminum carbide.

セラミックとしては、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア、スピネル等が好ましく、アルミナが特に好ましい。アルミナは強度が大きく、電気絶縁性にも優れ、このアルミナからなるインターコネクタ2とすることで、優れた耐久性を有するSOFCスタックとすることができる。尚、アルミナを含有するインターコネクタ2の場合、このインターコネクタ2に含有されるセラミックの全量を100質量%とした場合に、アルミナの含有量は70質量%以上、特に80質量%以上、更に90質量%以上であることが好ましく、100質量%であることがより好ましい。このインターコネクタ2は緻密化されていることが好ましく、例えば、アルミナの場合、その相対密度が90%以上、特に93%以上、更に95%以上であることが好ましい。このように緻密度が高く、強度の大きいインターコネクタ2であれば、より耐久性の高いSOFCスタックとすることができる。   As the ceramic, alumina, silicon nitride, zirconia, spinel and the like are preferable, and alumina is particularly preferable. Alumina has high strength and excellent electrical insulation. By using the interconnector 2 made of alumina, an SOFC stack having excellent durability can be obtained. In the case of the interconnector 2 containing alumina, when the total amount of ceramic contained in the interconnector 2 is 100% by mass, the alumina content is 70% by mass or more, particularly 80% by mass or more, and further 90%. The content is preferably at least mass%, more preferably 100 mass%. The interconnector 2 is preferably densified. For example, in the case of alumina, the relative density is preferably 90% or more, particularly 93% or more, and more preferably 95% or more. Thus, if the interconnector 2 has high density and high strength, a more durable SOFC stack can be obtained.

このSOFCスタックの外形は断面が正方形又は長方形であることが好ましい。即ち、上記「積層体」の平面形状は正方形又は長方形であることが好ましい。このような平面形状を有する積層体の一面側及び/又は他面側に更に単セル及びインターコネクタが積層されてなる柱状のSOFCスタックであれば、複数のSOFCスタックを並行に配置することで、無用な空間が少なく、且つ優れた発電性能を有するSOFCモジュールとすることができる。   The outer shape of the SOFC stack is preferably square or rectangular in cross section. That is, the planar shape of the “laminate” is preferably a square or a rectangle. If it is a columnar SOFC stack in which single cells and interconnectors are further laminated on one side and / or the other side of the laminate having such a planar shape, by arranging a plurality of SOFC stacks in parallel, It is possible to provide an SOFC module that has less unnecessary space and has excellent power generation performance.

このSOFCスタックの寸法は特に限定されず、断面が正方形であるときは、その一辺の寸法が5〜20mm、特に7〜15mm、更に8〜12mmであり、且つ長さ方向の寸法が20〜100mm、特に30〜80mm、更に40〜60mmのSOFCスタックとすることができる。また、断面が長方形であるときは、短辺が5〜20mm、特に7〜15mm、更に8〜12mm、長辺が5〜100mm、特に30〜80mm、更に40〜60mmであり、且つ長さ方向の寸法が20〜100mm、特に30〜80mm、更に40〜60mmであるSOFCスタックとすることができる。このような寸法のSOFCスタックであれば、このSOFCスタックを用いたSOFCモジュールの小型化が容易である。   The dimensions of this SOFC stack are not particularly limited. When the cross section is square, the dimension of one side is 5 to 20 mm, particularly 7 to 15 mm, more preferably 8 to 12 mm, and the dimension in the length direction is 20 to 100 mm. In particular, an SOFC stack of 30 to 80 mm, further 40 to 60 mm can be obtained. Further, when the cross section is rectangular, the short side is 5 to 20 mm, particularly 7 to 15 mm, further 8 to 12 mm, the long side is 5 to 100 mm, particularly 30 to 80 mm, further 40 to 60 mm, and the length direction. The SOFC stack has a size of 20 to 100 mm, particularly 30 to 80 mm, and more preferably 40 to 60 mm. If the SOFC stack has such dimensions, the SOFC module using the SOFC stack can be easily downsized.

[2]固体電解質形燃料電池スタックの製造方法
SOFCスタックを製造する方法は特に限定されないが、例えば、本発明のSOFCスタックの製造方法により製造することができる。
本発明のSOFCスタックの製造方法は、未焼成単セル用積層シート作製工程、未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート作製工程、未焼成ユニットセル用複合シート作製工程、複合体形成工程、圧着体形成工程、未焼成SOFCスタック作製工程、及びSOFCスタック作製工程、を備える。
[2] Method for Manufacturing Solid Electrolyte Fuel Cell Stack The method for manufacturing the SOFC stack is not particularly limited, and for example, it can be manufactured by the method for manufacturing the SOFC stack of the present invention.
The manufacturing method of the SOFC stack of the present invention includes a non-fired single cell laminated sheet production step, an unfired ceramic interconnector laminated sheet production step, an unfired unit cell composite sheet production step, a composite formation step, and a crimped body formation step. , An unfired SOFC stack manufacturing process, and an SOFC stack manufacturing process.

(A)未焼成単セル用積層シート作製工程
未焼成第1固体電解質シート111’及び未焼成第2固体電解質シート121’の形成方法は特に限定されない。例えば、固体電解質である前記のセラミック粉末等を含有するスラリーを、樹脂シート、ゴムシート及びガラス等の支持材の表面に塗布し、その後、乾燥し、更に必要に応じて加熱し、スラリーに含有される有機バインダ等を除去することで形成することができる。塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。
(A) Laminated sheet manufacturing process for unsintered single cells The formation method of unsintered 1st solid electrolyte sheet 111 'and unsintered 2nd solid electrolyte sheet 121' is not specifically limited. For example, a slurry containing the above-mentioned ceramic powder that is a solid electrolyte is applied to the surface of a support material such as a resin sheet, a rubber sheet, and glass, then dried, further heated as necessary, and contained in the slurry It can be formed by removing the organic binder and the like. The coating method is not particularly limited, and various methods such as a screen printing method, a doctor blade method, a squeegee method, and a spin coating method can be used.

未焼成第1燃料極用帯状シート112’及び未焼成第2燃料極用帯状シート122’の形成方法も特に限定されない。例えば、前記のNi及びFe等の金属の酸化物粉末とジルコニア系セラミック等のセラミック粉末との混合粉末、各種の金属粉末、及び金属粉末とセラミック粉末との混合粉末などを含有するスラリーを、未焼成固体電解質シート111’、121’の各々の一面に塗布し、その後、乾燥し、更に必要に応じて加熱し、スラリーに含有される有機バインダ等を除去することで形成することができる。塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。この未焼成燃料極用帯状シートは、上記のスラリーを用いて予めシートを形成し、このシートを未焼成固体電解質シートの一面に積層して形成することもできる。   The formation method of the unfired first fuel electrode strip sheet 112 ′ and the unfired second fuel electrode strip sheet 122 ′ is not particularly limited. For example, a slurry containing a mixed powder of a metal oxide powder such as Ni and Fe and a ceramic powder such as a zirconia ceramic, various metal powders, and a mixed powder of a metal powder and a ceramic powder is not used. It can form by apply | coating to each one surface of baking solid electrolyte sheet 111 ', 121', drying after that, and also heating as needed, and removing the organic binder etc. which are contained in a slurry. The coating method is not particularly limited, and various methods such as a screen printing method, a doctor blade method, a squeegee method, and a spin coating method can be used. This unburned fuel electrode belt-like sheet may be formed by previously forming a sheet using the slurry and laminating the sheet on one surface of the unfired solid electrolyte sheet.

未焼成第1空気極用帯状シート113’及び未焼成第2空気極用帯状シート123’の形成方法も特に限定されない。例えば、前記の各種の金属粉末、金属酸化物粉末、金属複酸化物粉末等を含有するスラリーを、未焼成固体電解質シート111’、121’の各々の他面に塗布し、その後、乾燥し、更に必要に応じて加熱し、スラリーに含有される有機バインダ等を除去することで形成することができる。塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。この未焼成空気極用帯状シートは、上記のスラリーを用いて予めシートを形成し、このシートを未焼成固体電解質シートの一面に積層して形成することもできる。
このようにして、未焼成第1単セル用積層シート11’及び未焼成第2単セル用積層シート12’を作製することができる(図4参照)。
尚、未焼成ユニットセル用複合シート作製工程において更に積層される他の未焼成単セル用積層シート13’等も同様にして作製することができる(図7乃至図10参照)。
The method for forming the unfired first air electrode strip sheet 113 ′ and the unfired second air electrode strip sheet 123 ′ is also not particularly limited. For example, a slurry containing the various metal powders, metal oxide powders, metal double oxide powders and the like is applied to the other surface of each of the unfired solid electrolyte sheets 111 ′ and 121 ′, and then dried. Furthermore, it can form by heating as needed and removing the organic binder etc. which are contained in a slurry. The coating method is not particularly limited, and various methods such as a screen printing method, a doctor blade method, a squeegee method, and a spin coating method can be used. This unfired air electrode belt-like sheet can be formed by previously forming a sheet using the slurry and laminating the sheet on one surface of the unfired solid electrolyte sheet.
In this way, the unfired first single cell laminated sheet 11 ′ and the unfired second single cell laminated sheet 12 ′ can be produced (see FIG. 4).
In addition, other unfired single cell laminated sheets 13 ′ and the like that are further laminated in the unfired unit cell composite sheet producing step can be produced in the same manner (see FIGS. 7 to 10).

(B)未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート作製工程
未焼成セラミックシート22’、未焼成第1セラミック開口シート231’及び未焼成第2セラミック開口シート232’のそれぞれの形成方法は特に限定されない。例えば、各々の未焼成シートは、前記の各種のセラミック粉末、焼結助剤、有機バインダ、溶媒及び可塑剤等を含有するスラリーを調製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等により形成することができる。その後、未焼成セラミックシートの一面及び他面のそれぞれに、未焼成第1セラミック開口シート231’と未焼成第2セラミック開口シート232’とを、各々が有する帯状の開口部の方向が交差するように積層し、必要に応じて加熱しながら加圧することで、一体に積層された積層シートとすることができる。
(B) Laminated sheet manufacturing process for unfired ceramic interconnectors The respective formation methods of unfired ceramic sheet 22 ′, unfired first ceramic opening sheet 231 ′, and unfired second ceramic opening sheet 232 ′ are not particularly limited. For example, each green sheet is prepared by preparing a slurry containing the above-mentioned various ceramic powders, sintering aids, organic binders, solvents, plasticizers, etc., and using this slurry by a doctor blade method or the like. Can do. Thereafter, the direction of the band-shaped opening portion of each of the unfired first ceramic opening sheet 231 ′ and the unfired second ceramic opening sheet 232 ′ intersects with one side and the other side of the unfired ceramic sheet. It can be set as the laminated sheet integrally laminated | stacked by pressurizing, heating as needed and heating.

次いで、上記のようにして形成された積層シートの、それぞれの未焼成シートが積層されて重なっている部分に、インターコネクタ側ビアホールが設けられる。このビアホールの形成方法は特に限定されず、例えば、レーザー照射による方法、ドリルを用いる方法、パンチング(打ち抜き)による方法、エッチングによる方法、及びこれらの方法を組合せた方法等が挙げられる。これらの方法のうちでは、所定位置に所要径のビアホールをより正確に形成することができるレーザー照射法が好ましい。また、このレーザー照射法によれば、小径のビアホールを容易に形成することができる。ビアホールの径及び形状等も特に限定されないが、通常、基材表面における開口径が100〜1000μm、特に250〜750μmであり、形状は略円柱である。   Next, an interconnector-side via hole is provided in a portion of the laminated sheet formed as described above where the respective unfired sheets are laminated and overlapped. The via hole forming method is not particularly limited, and examples thereof include a laser irradiation method, a drill method, a punching method, an etching method, and a combination of these methods. Among these methods, a laser irradiation method that can more accurately form a via hole having a required diameter at a predetermined position is preferable. Moreover, according to this laser irradiation method, a small-diameter via hole can be easily formed. The diameter and shape of the via hole are not particularly limited, but usually the opening diameter on the surface of the substrate is 100 to 1000 μm, particularly 250 to 750 μm, and the shape is substantially a cylinder.

このインターコネクタ側ビアホールには導電材料が充填され、未焼成ビア導体21’が形成される。充填される導電材料としては、銀、銅、パラジウム、白金、ニッケル、金及びタングステンのうちの少なくとも1種の金属の粉末が挙げられる。この金属粉末は、通常、樹脂、溶剤等と配合されて調製されたビア導体用ペーストを用いてビアホールに充填される。樹脂としては、セルロース系樹脂、アクリルエステル系樹脂等を用いることができる。溶剤としては、アルコール系、ケトン系等の各種のものを用いることができる。このペーストのビアホールへの填入方法は特に限定されず、スクリーン印刷等により填入させることができる。その後、乾燥して溶剤を除去し、次いで、所要温度で加熱して樹脂を除去することにより、未焼成ビア導体21’を形成することができる。
このようにして未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート2’を作製することができる(図5、6参照)。
尚、未焼成ユニットセル用複合シート作製工程において更に積層される他の未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート24’等も同様にして作製することができる(図7乃至図10参照)。
The interconnector side via hole is filled with a conductive material, and an unfired via conductor 21 'is formed. Examples of the conductive material to be filled include powder of at least one metal selected from silver, copper, palladium, platinum, nickel, gold, and tungsten. This metal powder is usually filled into a via hole using a via conductor paste prepared by blending with a resin, a solvent or the like. As the resin, a cellulose resin, an acrylic ester resin, or the like can be used. Various solvents such as alcohols and ketones can be used as the solvent. The method of filling the paste into the via hole is not particularly limited, and can be filled by screen printing or the like. Thereafter, the solvent is removed by drying, and then the unfired via conductor 21 ′ can be formed by removing the resin by heating at a required temperature.
In this way, a laminated sheet 2 ′ for an unfired ceramic interconnector can be produced (see FIGS. 5 and 6).
In addition, other unfired ceramic interconnector laminated sheets 24 ′ and the like that are further laminated in the unfired unit cell composite sheet producing step can be similarly produced (see FIGS. 7 to 10).

更に、前記のように固体電解質体と、セラミック製インターコネクタとを、各々アルミナとジルコニアとを含有する中間セラミック層を介してより強固に接合させる場合は、アルミナ粉末及びジルコニア粉末を含有する中間層用スラリーを用いて、未焼成中間セラミック層5’となる未焼成シートを形成し、このシートを、未焼成固体電解質シートと未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとの積層界面に介装させることが好ましい(図10参照)。   Further, in the case where the solid electrolyte body and the ceramic interconnector are bonded more firmly through the intermediate ceramic layers each containing alumina and zirconia as described above, the intermediate layer containing alumina powder and zirconia powder is used. The slurry is used to form an unfired sheet that becomes the unfired intermediate ceramic layer 5 ′, and this sheet is interposed at the laminated interface between the unfired solid electrolyte sheet and the unfired ceramic interconnector laminated sheet. Preferred (see FIG. 10).

(C)未焼成ユニットセル用複合シート作製工程
複数の未焼成単セル用積層シートと、この未焼成単セル用積層シートより1個少ない未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとが、交互に積層され、且つ積層方向の両端面に、未焼成セラミック端面シート3’が積層されて、未焼成ユニットセル用複合シートが作製される。未焼成セラミック端面シート3’は、未焼成端面用シート31’と、その一面に積層された未焼成端面用開口シート32’とからなり、これらの未焼成シートは上記の未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートの場合と同様のスラリーを用いて、同様の方法で形成することができ、これらを積層し、必要に応じて加熱しながら加圧することで、一体に積層された複合シートとすることができる。この複合シートは、未焼成セラミック端面シート3’が、SOFCスタックの最下面又は最上面である場合は、このまま未焼成ユニットセル用複合シートaとして用いることができる。
(C) Composite sheet manufacturing process for unfired unit cells A plurality of unfired single cell laminated sheets and an unfired ceramic interconnector laminated sheet that is one less than the unfired single cell laminated sheet are alternately laminated. And unfired ceramic end surface sheet | seat 3 'is laminated | stacked on the both end surfaces of the lamination direction, and the composite sheet for unfired unit cells is produced. The unsintered ceramic end face sheet 3 ′ is composed of an unsintered end face sheet 31 ′ and an unsintered end face opening sheet 32 ′ laminated on one surface, and these unsintered sheets are used for the unsintered ceramic interconnector described above. Using the same slurry as in the case of the laminated sheet, it can be formed by the same method, and by laminating these and applying pressure while heating, a composite sheet laminated integrally can be obtained. it can. When the unfired ceramic end face sheet 3 ′ is the lowermost surface or the uppermost surface of the SOFC stack, this composite sheet can be used as it is as the unfired unit cell composite sheet a.

一方、未焼成セラミック端面シート3’が、SOFCスタックの最下面又は最上面でなく、少なくとも一方の端面に更に未焼成単セル用積層シートが積層される場合は、未焼成セラミック端面シート3’には、インターコネクタ側ビアホールと連通する端面シート側ビアホールが設けられ、この端面シート側ビアホールに導電材料が充填されて未焼成ビア導体33’が形成される。この端面シート側ビアホールは、インターコネクタ側ビアホールと同様にして形成することができ、ビアホールの径及び形状等もインターコネクタ側ビアホールと同様とすることができる。また、未焼成ビア導体33’も、未焼成ビア導体21’のときと同様のペーストを用いて、同様にして形成することができる。
このようにして未焼成ユニットセル用複合シートaを作製することができる(図7乃至図10参照)。
On the other hand, when the unfired ceramic end face sheet 3 ′ is not the lowermost surface or the uppermost face of the SOFC stack but the unfired single cell laminated sheet is further laminated on at least one end face, the unfired ceramic end face sheet 3 ′ Is provided with an end face sheet side via hole communicating with the interconnector side via hole, and the end face sheet side via hole is filled with a conductive material to form an unfired via conductor 33 ′. The end face sheet side via hole can be formed in the same manner as the interconnector side via hole, and the diameter and shape of the via hole can be the same as the interconnector side via hole. Further, the unfired via conductor 33 ′ can be formed in the same manner using the same paste as that of the unfired via conductor 21 ′.
In this way, the unfired unit cell composite sheet a can be produced (see FIGS. 7 to 10).

未焼成ビア導体21’と未焼成ビア導体33’とは、必ずしも同一材料からなるものでなくてもよいが、接合面での抵抗を低くし、良好な導通を確保するためには、同一材料からなることが好ましい。更に、未焼成ビア導体21’及び未焼成ビア導体33’の各々の端面は、良好な導通を確保するためには、より多くの部分で重なっていることが好ましく、少なくとも一方が他方の全面と重なっていることが特に好ましい。   The unfired via conductor 21 ′ and the unfired via conductor 33 ′ do not necessarily have to be made of the same material. However, in order to reduce the resistance at the joint surface and ensure good conduction, the same material is used. Preferably it consists of. Furthermore, the end faces of the unfired via conductor 21 ′ and the unfired via conductor 33 ′ are preferably overlapped in more parts in order to ensure good conduction, and at least one of the end faces is in contact with the other entire surface. It is particularly preferred that they overlap.

この未焼成ユニットセル用複合シートaを構成する未焼成単セル用積層シート及び未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートの各々の積層数は特に限定されない。多く積層されているほどSOFCスタックの出力電圧を高くすることができるが、積層数が多いほど、未焼成SOFCスタックを作製する際の圧着及び切断等における作業性が低下する。また、未焼成ビア導体と未焼成ビア導体のそれぞれの端面の、より多くの部分が重なるようにして、良好な導通を確保することも容易ではない。そのため、未焼成単セル用積層シートは、2〜10層、特に3〜5層とすることが好ましい。尚、未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートは、未焼成単セル用積層シートより1層少なくなる。   The number of laminated layers of the unfired single cell laminated sheet and the unfired ceramic interconnector laminated sheet constituting the unfired unit cell composite sheet a is not particularly limited. As the number of stacked layers increases, the output voltage of the SOFC stack can be increased. However, the greater the number of stacked layers, the lower the workability in crimping and cutting when producing the unfired SOFC stack. Moreover, it is not easy to ensure good conduction by making more portions of the end faces of the unfired via conductor and the unfired via conductor overlap. Therefore, the laminated sheet for unfired single cells is preferably 2 to 10 layers, particularly 3 to 5 layers. In addition, the lamination sheet for unfired ceramic interconnectors is one layer less than the lamination sheet for unfired single cells.

(D)複合体形成工程
複数の未焼成ユニットセル用複合シートaを、一方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成空気極用帯状シートと、他方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成燃料極用帯状シートとが対向するように、且つ未焼成空気極用帯状シートの方向と未焼成燃料極用帯状シートの方向とが交差するように積層して複合体とする。更に、この工程では、未焼成ユニットセル用複合シートが、未焼成SOFCスタックの最下面又は最上面でない場合は、積層される各々の未焼成セラミック端面シート3’の表面の未焼成ビア導体33’が、それぞれ対向した位置にあることを確認しておくことが好ましい。
(D) Composite Forming Step A plurality of unfired unit cell composite sheets a are formed on the end face side of one unfired unit cell composite sheet, and the other unfired unit. The direction of the unburned air electrode strip and the direction of the unburned fuel electrode strip cross so that the unburned fuel electrode strip formed on the end surface side of the cell composite sheet faces each other. In this way, a composite is formed. Further, in this step, when the unfired unit cell composite sheet is not the lowermost surface or the uppermost surface of the unfired SOFC stack, the unfired via conductor 33 ′ on the surface of each unfired ceramic end face sheet 3 ′ to be laminated is used. However, it is preferable to confirm that they are at positions facing each other.

(E)圧着体形成工程
複合体を積層方向に圧着して圧着体bとする(図11参照)。この圧着の方法は特に限定されないが、寸法精度が高く、所定の形状を有するSOFCスタックとするためには、シリコンゴム等からなる弾性を有する型枠内に複合体を配置し、圧着時に積層方向の加圧力が均等に分配されるようにして圧着することが好ましい。圧着時の圧力も特に限定されないが、20〜1000MPa、特に50〜300MPa、更に80〜120MPaとすることができる。圧力が20〜1000MPaであれば、過度な荷重による変形等を生じることがなく、且つ各々の複合体を十分に密着させることができる。
(E) Press-bonding body formation process A composite is crimped | bonded to the lamination direction, and it is set as the crimping | compression-bonding body b (refer FIG. 11). Although the method of this crimping is not particularly limited, in order to obtain a SOFC stack having high dimensional accuracy and a predetermined shape, the composite is placed in an elastic mold made of silicon rubber or the like, and the stacking direction is It is preferable to perform the pressure bonding so that the applied pressure is evenly distributed. Although the pressure at the time of pressure bonding is not particularly limited, it can be 20 to 1000 MPa, particularly 50 to 300 MPa, and further 80 to 120 MPa. When the pressure is 20 to 1000 MPa, deformation due to an excessive load or the like is not caused, and each composite can be sufficiently adhered.

(F)未焼成固体電解質形燃料電池スタック作製工程
圧着体bを、未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートを構成する未焼成第1セラミック開口シートが有する開口部間、及び未焼成第2開口セラミックシートが有する開口部間において、圧着方向に切断して未焼成SOFCスタックを作製する(図12参照)。この切断の方法は特に限定されず、ワイヤーソーを用いる方法、回転砥石を用いる方法、ウォータージェットを用いる方法、ホットワイヤーを用いる方法、及び超音波を用いる方法等の種々の方法が挙げられる。これらのうちでは、長尺の未焼成セラミック積層体である圧着体bを、その長さ方向に、高い寸法精度で、且つ迅速に効率よく切断することができるワイヤーソーを用いる方法が好ましい。
(F) Unsintered solid electrolyte fuel cell stack manufacturing process Between the openings of the unfired first ceramic opening sheet constituting the laminated body for the unfired ceramic interconnector and the unfired second opened ceramic sheet A non-fired SOFC stack is manufactured by cutting in the pressure-bonding direction between the openings included in (see FIG. 12). The cutting method is not particularly limited, and various methods such as a method using a wire saw, a method using a rotating grindstone, a method using a water jet, a method using a hot wire, and a method using ultrasonic waves can be used. Among these, a method using a wire saw capable of cutting the crimped body b, which is a long unfired ceramic laminate, in the length direction with high dimensional accuracy and quickly and efficiently is preferable.

ワイヤーソーは、圧着体bとワイヤーとを当接させて、研削液を供給しながらワイヤーを所定の切断方向に走行させ又は往復動させて圧着体bを切断することができる装置である。このワイヤーソーでは、切断時の応力が積層方向にかかるため、外周刃等を有する切断装置を用いるときに比べて、残留応力が抑制され、切断に起因する変形及び歪み等が抑えられる。また、このワイヤーソーは、複数のワイヤーを備えていてもよく、この場合、圧着体を効率よく所定本数の未焼成SOFCスタックとすることができる。用いられるワイヤーの線径も特に限定されないが、200μm以下であることが好ましい。線径が200μm以下であれば、残留応力を十分に抑えることができる。更に、ワイヤーの走行速度も特に限定されないが、平均速度が100m/分以上、特に250m/分以上、更に360m/分以上であることが好ましい。また、走行速度は大きく変動しないことがより好ましい。   A wire saw is an apparatus which can cut | disconnect the crimping | compression-bonding body b by abutting the crimping | compression-bonding body b and a wire, making a wire run in a predetermined cutting direction, or reciprocating, supplying grinding fluid. In this wire saw, since the stress at the time of cutting is applied in the stacking direction, the residual stress is suppressed and deformation and distortion caused by cutting are suppressed as compared with the case of using a cutting device having an outer peripheral blade or the like. The wire saw may include a plurality of wires. In this case, the crimped body can be efficiently made into a predetermined number of unfired SOFC stacks. Although the wire diameter of the wire used is not particularly limited, it is preferably 200 μm or less. If the wire diameter is 200 μm or less, the residual stress can be sufficiently suppressed. Further, the traveling speed of the wire is not particularly limited, but the average speed is preferably 100 m / min or more, particularly 250 m / min or more, and more preferably 360 m / min or more. Further, it is more preferable that the traveling speed does not vary greatly.

研削液の種類は特に限定されないが、通常、砥粒入りの液体が用いられる。砥粒の種類も限定されないが、SiC及びダイヤモンド等からなる砥粒が用いられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。更に、砥粒の粒径も特に限定されず、圧着体bの材質及び寸法等により適宜のものを用いることができるが、例えば、平均粒径50μm以下の砥粒が好ましい。特に、ワイヤーの線径が200μm以下であり、且つ砥粒の平均粒径が50μm以下である場合は、残留応力を十分に抑えることができる。また、分散媒の種類も特に限定されず、水でもよく、有機溶媒でもよく、これらの混合溶媒でもよい。更に、研削液には、砥粒及び分散媒の他、他の成分が含有されていてもよい。この他の成分としては、分散剤、防錆剤及び洗浄剤等が挙げられる。尚、砥粒は、研削液1リットルに0.01〜5.0kg、特に0.5〜2.0kg含有されていることが好ましい。   The type of the grinding liquid is not particularly limited, but usually a liquid containing abrasive grains is used. Although the kind of abrasive grain is not limited, the abrasive grain which consists of SiC, diamond, etc. is used. These may use only 1 type and may use 2 or more types together. Furthermore, the particle diameter of the abrasive grains is not particularly limited, and any appropriate one can be used depending on the material and dimensions of the pressure-bonded body b. In particular, when the wire diameter is 200 μm or less and the average grain size of the abrasive grains is 50 μm or less, the residual stress can be sufficiently suppressed. Also, the type of the dispersion medium is not particularly limited, and may be water, an organic solvent, or a mixed solvent thereof. Furthermore, the grinding fluid may contain other components in addition to the abrasive grains and the dispersion medium. Examples of other components include a dispersant, a rust inhibitor, and a cleaning agent. The abrasive grains are preferably contained in 0.01 to 5.0 kg, particularly 0.5 to 2.0 kg in 1 liter of the grinding fluid.

研削液は、ワイヤーソーが往復動等をしている間、供給し続けてもよく、操作前に予め供給しておき、切断時には供給を停止してもよい。また、必要に応じて断続的に供給してもよい。更に、研削液の供給箇所も限定されず、例えば、圧着体に対して供給してもよく、ワイヤーに対して供給してもよい。また、研削液の供給量も限定されず、切断する圧着体の材質及び寸法、並びにワイヤーの線径、線速、砥粒の種類及び研削液における砥粒の含有量等により適宜の供給量とすることができる。   The grinding fluid may be continuously supplied while the wire saw is reciprocating or the like, may be supplied in advance before the operation, and may be stopped at the time of cutting. Moreover, you may supply intermittently as needed. Furthermore, the supply location of the grinding fluid is not limited, and for example, it may be supplied to the crimped body or may be supplied to the wire. Further, the supply amount of the grinding liquid is not limited, and the appropriate supply amount depends on the material and dimensions of the crimped body to be cut, the wire diameter, the wire speed, the type of abrasive grains, the abrasive grain content in the grinding liquid, and the like. can do.

(G)固体電解質形燃料電池スタック作製工程
上記のようにして圧着体bを切断してなる複数の未焼成SOFCスタックを焼成することでSOFCスタックを作製することができる。未焼成SOFCスタックは、所定温度で加熱して有機バインダ等を除去し(一般に脱脂工程といわれる。)、その後、より高温で加熱して焼成することができる。更に、この脱脂工程は設けず、焼成温度まで連続的に昇温させて焼成することもできる。焼成条件は特に限定されないが、未焼成SOFCスタックは、未焼成固体電解質体、未焼成燃料極、未焼成空気極、及び未焼成セラミックインターコネクタ等の、材質及び寸法が異なる種々の部材を有しているため、それらを劣化させることなく、且つ所定の緻密度となるように焼結させることができる条件で焼成することが好ましい。
(G) Solid-electrolyte fuel cell stack production process A SOFC stack can be produced by firing a plurality of unfired SOFC stacks obtained by cutting the pressure-bonded body b as described above. The unfired SOFC stack can be heated at a predetermined temperature to remove an organic binder or the like (generally referred to as a degreasing process), and then heated at a higher temperature to be fired. Further, this degreasing step is not provided, and the firing can be performed by continuously raising the temperature to the firing temperature. The firing conditions are not particularly limited, but the unfired SOFC stack has various members of different materials and dimensions, such as unfired solid electrolyte bodies, unfired fuel electrodes, unfired air electrodes, and unfired ceramic interconnectors. Therefore, it is preferable to perform firing under conditions that allow them to be sintered to a predetermined density without degrading them.

焼成温度は各部材に適した温度とすることができ、例えば、1300〜1600℃、特に1400〜1550℃とすることができる。また、焼成時間も各部材の材質及び焼成温度等によって適宜設定することができ、例えば、1〜5時間、特に2〜3時間とすることができる。更に、焼成雰囲気は、各部材の酸化され易さ等を考慮して、空気雰囲気等の酸化雰囲気、窒素ガス雰囲気及びアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気等の不活性雰囲気及び少量の水素ガスを含有する還元雰囲気等とすることができる。   The firing temperature can be a temperature suitable for each member, for example, 1300 to 1600 ° C, particularly 1400 to 1550 ° C. The firing time can also be appropriately set depending on the material of each member, the firing temperature, and the like, and can be set to 1 to 5 hours, particularly 2 to 3 hours, for example. Furthermore, the firing atmosphere contains an oxidizing atmosphere such as an air atmosphere, an inert atmosphere such as an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas atmosphere and an argon gas, and a small amount of hydrogen gas in consideration of the ease of oxidation of each member. Reducing atmosphere or the like.

第1単セル11におけるビア導体21と第1燃料極112、及び第2単セル12におけるビア導体21と第2空気極123、の各々の接続は、それぞれ燃料極側導電パターン41及び空気極側導電パターン42によりなされる(図1参照)。この燃料極側導電パターン41及び空気極側導電パターン42は、未焼成単セル用積層シート作製工程において、一方の未焼成固体電解質シートの一面に燃料極側未焼成導電パターン41’を形成し、且つ他方の未焼成固体電解質シートの他面に空気極側未焼成導電パターン42’を形成し(図4参照)、これらの未焼成導電パターンを上記の焼成の際に同時に焼結させて形成することができる。それぞれの未焼成導電パターンは、未焼成固体電解質シートの所定位置に、白金等の導電粉末を含有するスラリーを塗布し、乾燥させることで形成することができる。   The connection between the via conductor 21 and the first fuel electrode 112 in the first unit cell 11 and the via conductor 21 and the second air electrode 123 in the second unit cell 12 is the fuel electrode side conductive pattern 41 and the air electrode side, respectively. The conductive pattern 42 is used (see FIG. 1). The fuel electrode side conductive pattern 41 and the air electrode side conductive pattern 42 form a fuel electrode side unfired conductive pattern 41 ′ on one surface of one unfired solid electrolyte sheet in the unfired single cell laminated sheet manufacturing step, In addition, the air electrode side unfired conductive pattern 42 'is formed on the other surface of the other unfired solid electrolyte sheet (see FIG. 4), and these unfired conductive patterns are formed by sintering at the same time as the firing. be able to. Each unfired conductive pattern can be formed by applying a slurry containing a conductive powder such as platinum to a predetermined position of the unfired solid electrolyte sheet and drying it.

[3]固体電解質形燃料電池モジュール
本発明のSOFCスタックは、断面が正方形又は長方形である場合、これを並行に配置し、集積することで、無用な空間が少なく、且つ優れた発電性能を有するSOFCモジュールとすることができる。
このSOFCモジュールは、各々のSOFCスタックの、燃料ガス流路が開口している側面同士及び/又は支燃性ガス流路が開口している側面同士、が所定の間隔を隔てて対向するように並行に配置された複数のSOFCスタックと、それぞれのSOFCスタックに供給される燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するため、各々のSOFCスタックの間隙に配設された隔離部材6と、を備える(図14参照)。
この図14のように、隔離部材6は、燃料ガス及び支燃性ガスの流通が妨げられることなく、且つこれらのガスが混合することのないように、それぞれのSOFCスタックの角部に配設される。
隔離部材6の材質は特に限定されず、この隔離部材6としては、各種セラミックを用いた成形体、ステンレス鋼等からなる金属成形体の表面にスピネル等のセラミックを溶射コートした部材、及びガラス繊維及びセラミックウール等の耐熱材を用いた成形体などを使用することができる。このセラミックとしては、インターコネクタの形成に用いられる前記の各種のセラミックが挙げられ、十分な強度を有するアルミナ、スピネル等が好ましい。また、隔離部材6は、セラミック製インターコネクタ2と同じ材質とすることが好ましく、このようにすれば隔離部材6を効率よく形成することができる。
[3] Solid Oxide Fuel Cell Module The SOFC stack of the present invention has a square or rectangular cross section, and these are arranged in parallel and integrated to reduce unnecessary space and have excellent power generation performance. It can be an SOFC module.
In this SOFC module, the side surfaces of each SOFC stack where the fuel gas passages are opened and / or the side surfaces where the combustion-supporting gas passages are opened are opposed to each other with a predetermined interval. A plurality of SOFC stacks arranged in parallel, and a separation member 6 disposed in a gap between the SOFC stacks to isolate the fuel gas and the combustion-supporting gas supplied to each SOFC stack. (See FIG. 14).
As shown in FIG. 14, the separating member 6 is disposed at the corner of each SOFC stack so that the flow of the fuel gas and the combustion-supporting gas is not hindered and the gases are not mixed. Is done.
The material of the isolation member 6 is not particularly limited. Examples of the isolation member 6 include a molded body using various ceramics, a metal molded body made of stainless steel or the like, a surface of which a ceramic such as spinel is spray-coated, and a glass fiber. In addition, a molded body using a heat-resistant material such as ceramic wool can be used. Examples of the ceramic include the above-described various ceramics used for forming an interconnector, and alumina, spinel, and the like having sufficient strength are preferable. Moreover, it is preferable that the isolation member 6 is made of the same material as that of the ceramic interconnector 2, and in this way, the isolation member 6 can be efficiently formed.

このSOFCモジュールでは、SOFCスタックが、縦方向又は横方向の1列のみで構成される場合は、各々のSOFCスタックの、燃料ガス流路又は支燃性ガス流路が開口している側面同士が、所定の間隔を隔てて対向するように並行に配置される。一方、SOFCスタックが、横方向及び縦方向の少なくとも一方向に2列以上並行に配置される場合は、各々のSOFCスタックの、燃料ガス流路及び支燃性ガス流路が開口している側面同士が、それぞれ所定の間隔を隔てて対向するように並行に配置される。   In this SOFC module, when the SOFC stack is composed of only one row in the vertical direction or the horizontal direction, the side surfaces of the fuel gas flow paths or the combustion-supporting gas flow paths of each SOFC stack are open to each other. Are arranged in parallel so as to face each other at a predetermined interval. On the other hand, when two or more SOFC stacks are arranged in parallel in at least one of the horizontal direction and the vertical direction, the side surfaces of each SOFC stack where the fuel gas flow paths and the combustion-supporting gas flow paths are open They are arranged in parallel so as to face each other at a predetermined interval.

このSOFCモジュールでは、各々のSOFCスタックは直列に接続してもよいし、並列に接続してもよい。より多くのSOFCスタックを直列に接続すれば、SOFCモジュールの出力電圧はより高くなり、より多くのSOFCスタックを並列に接続すれば、SOFCモジュールから得られる電力は増加する。そのため、SOFCモジュールの所要電圧及び所要電力によって、用いるSOFCスタックの個数及びそれらを直列に接続するか、並列に接続するかを決定すればよい。このように、出力電圧及び電力の設定が容易であるため、用途及び目的等によって最適のSOFCモジュールとすることができる。   In this SOFC module, each SOFC stack may be connected in series or in parallel. If more SOFC stacks are connected in series, the output voltage of the SOFC module will be higher, and if more SOFC stacks are connected in parallel, the power obtained from the SOFC modules will increase. Therefore, the number of SOFC stacks to be used and whether to connect them in series or in parallel may be determined according to the required voltage and required power of the SOFC module. As described above, since the setting of the output voltage and power is easy, an optimum SOFC module can be obtained depending on the purpose and purpose.

具体的には、例えば、図13乃至図15の構造では、横方向に5個、縦方向に5個、合計25個のSOFCスタックが集積されているが、図13及び図14の場合は、横方向の5個は直列に接続されており、横方向に配置された5個はそれぞれ縦方向に並列に接続されている。一方、図15の場合は、同様に25個のSOFCスタックが集積されているが、横方向の5個が直列に接続されており、且つ縦方向の各々の列の5個も直列に接続されている。即ち、25個のSOFCスタックのすべてが直列に接続されている。従って、図13及び図14の構造では、より多くの電力が得られ、図15の構造では、図13及び図14の構造に比べて、得られる電力は少なくなるが、出力電圧は高くなる。   Specifically, for example, in the structure of FIGS. 13 to 15, a total of 25 SOFC stacks are integrated in the horizontal direction and the vertical direction, but in the case of FIGS. 13 and 14, Five in the horizontal direction are connected in series, and five arranged in the horizontal direction are connected in parallel in the vertical direction. On the other hand, in the case of FIG. 15, 25 SOFC stacks are similarly integrated, but 5 in the horizontal direction are connected in series, and 5 in each column in the vertical direction are also connected in series. ing. That is, all 25 SOFC stacks are connected in series. Therefore, more power can be obtained with the structures of FIGS. 13 and 14, and the power of the structure of FIG. 15 is lower than that of the structures of FIGS. 13 and 14, but the output voltage is higher.

また、このSOFCモジュールでは、集積されているSOFCスタックのうちのいずれかが故障した場合、そのSOFCスタックのみをSOFCモジュールから引き抜いて、そこに正常なSOFCスタックを差し込むのみで、それまでと同様に機能させることができる。そのため、使用時の保守も極めて容易である。   Also, in this SOFC module, if any one of the integrated SOFC stacks fails, just remove the SOFC stack from the SOFC module and insert the normal SOFC stack there. Can function. Therefore, maintenance during use is extremely easy.

更に、このSOFCモジュールでは、断面が正方形又は長方形の柱状のSOFCスタックを並行に配置し、集積することで、外形を直方体(立方体の場合もある。)とすることができる。また、燃料ガス流路が開口している側面同士及び/又は支燃性ガス流路が開口している側面同士、が対向するように並行に配置されているため、一方向を燃料ガス流路とし、これと交差する方向を支燃性ガス流路とすることができる。即ち、燃料ガスの流通方向と支燃性ガスの流通方向とを交差させることができる。例えば、直方体の一面に燃料ガスを供給するためのマニホールド、この一面に対向する面に燃料ガスを排出するためのマニホールド、この一面と直交する方向の他の一面に支燃性ガスを供給するためのマニホールド、及びこの他の一面に対向する面に支燃性ガスを排出するためのマニホールド、をそれぞれ配設し、これらの4個のマニホールドにより、すべての単セルに燃料ガスと支燃性ガスとを供給することができ、且つ排出することができる。そのため、極めて簡易な構造のSOFCモジュールとすることができる。   Further, in this SOFC module, a columnar SOFC stack having a square or rectangular cross section is arranged in parallel and accumulated, whereby the outer shape can be a rectangular parallelepiped (in some cases, a cube). Further, since the side surfaces where the fuel gas passages are opened and / or the side surfaces where the combustion-supporting gas passages are opened are arranged in parallel, the fuel gas passages are arranged in one direction. And the direction intersecting with this can be used as a combustion-supporting gas flow path. That is, the flow direction of the fuel gas and the flow direction of the combustion-supporting gas can be crossed. For example, a manifold for supplying fuel gas to one surface of a rectangular parallelepiped, a manifold for discharging fuel gas to a surface opposite to the one surface, and supplying combustion-supporting gas to another surface in a direction orthogonal to the one surface And a manifold for discharging combustion-supporting gas on the surface opposite to the other surface, and these four manifolds provide fuel gas and combustion-supporting gas to all single cells. And can be discharged. Therefore, the SOFC module having an extremely simple structure can be obtained.

[4]SOFCモジュールからの電力の取り出し
SOFCスタックは、所定の作動温度に昇温させ、燃料ガス流路に水素等の燃料ガスを導入して燃料極と接触させ、支燃性ガス流路に空気等の支燃性ガスを導入して空気極と接触させることにより、燃料極と空気極との間に起電力が生じ、この電力を外部に取り出すことにより電池として機能させることができる。このSOFCスタックが集積されてなるSOFCモジュール102では、各々のSOFCスタックを直列又は並列に接続することで、出力電圧及び電力を調整することができ、この接続方法等によって適宜の電力取り出し構造とすることができる。更に、それぞれのSOFCスタックでは、例えば、その最上面及び最下面のセラミック端面シート3にも端面シート側ビア導体を形成し、この端面シート側ビア導体から電力を取り出す構造とすることもできる。また、最上面又は最下面のセラミック端面シート3と、燃料極との間にニッケルフェルト等の導電材を介装させ、又は空気極との間にインコネル繊維メッシュ等の導電材を介装させ、このニッケルフェルト等及びインコネル繊維メッシュ等から電力を取り出すこともできる。
[4] Extraction of electric power from the SOFC module The SOFC stack is heated to a predetermined operating temperature, and a fuel gas such as hydrogen is introduced into the fuel gas channel and brought into contact with the fuel electrode, By introducing a combustion-supporting gas such as air and bringing it into contact with the air electrode, an electromotive force is generated between the fuel electrode and the air electrode, and this power can be taken out to function as a battery. In the SOFC module 102 in which the SOFC stacks are integrated, the output voltage and the power can be adjusted by connecting the SOFC stacks in series or in parallel. be able to. Further, in each SOFC stack, for example, an end face sheet side via conductor may be formed on the uppermost and lowermost ceramic end face sheets 3 and power may be taken out from the end face sheet side via conductor. Further, a conductive material such as nickel felt is interposed between the ceramic end face sheet 3 on the uppermost surface or the lowermost surface and the fuel electrode, or a conductive material such as Inconel fiber mesh is interposed between the air electrode, Electric power can be taken out from the nickel felt or the like and the Inconel fiber mesh or the like.

このSOFCモジュールは、上記のように、その外形を直方体(立方体の場合もある。)とすることができる。その寸法は特に限定されないが、例えば、一辺が20〜250mm、特に80〜120mmの立方体とすることができる。更に、その出力電圧及び電力は、個々の単セルの能力及びそれらの接続方法等により変化するが、例えば、各々の単セルが有する固体電解質体の発電能力が0.3W/cm程度であるとした場合、出力電圧は12〜500V、特に24〜240Vとすることができ、電力は0.2〜10kW、特に0.5〜3kWとすることができる。上記の一辺が80〜120mm、特に100mm程度の立方体であるとき、例えば、SOFCスタックを後記の実施例のように接続した場合、出力電圧300V、電力1kWのSOFCモジュールとすることができる。 As described above, the SOFC module can have a rectangular parallelepiped shape (in some cases, a cube). Although the dimension is not specifically limited, For example, it can be set as the cube whose one side is 20-250 mm, especially 80-120 mm. Furthermore, the output voltage and power vary depending on the capacity of each single cell and the connection method thereof. For example, the power generation capacity of the solid electrolyte body of each single cell is about 0.3 W / cm 2. In this case, the output voltage can be 12 to 500 V, particularly 24 to 240 V, and the power can be 0.2 to 10 kW, particularly 0.5 to 3 kW. When the above-mentioned one side is a cube of 80 to 120 mm, particularly about 100 mm, for example, when the SOFC stack is connected as in the examples described later, an SOFC module with an output voltage of 300 V and a power of 1 kW can be obtained.

[5]燃料ガス及び支燃性ガス
SOFCモジュールを用いて発電させる場合、燃料極側には燃料ガスを導入し、空気極側には支燃性ガスを導入する。燃料ガスとしては、水素、還元剤となる炭化水素、水素と炭化水素との混合ガス、及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス、これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。更に、メタン、エタン、プロパン、ブタン及びペンタン等の炭素数が1〜10、好ましくは1〜7、より好ましくは1〜4の飽和炭化水素、並びにエチレン及びプロピレン等の不飽和炭化水素を主成分とするものが好ましく、飽和炭化水素を主成分とするものが更に好ましい。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用することもできる。また、50体積%以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。
[5] Fuel gas and combustion-supporting gas When power is generated using the SOFC module, fuel gas is introduced to the fuel electrode side, and combustion-supporting gas is introduced to the air electrode side. As fuel gas, hydrogen, hydrocarbon as a reducing agent, mixed gas of hydrogen and hydrocarbon, fuel gas obtained by passing these gases through water at a predetermined temperature and humidified, and fuel obtained by mixing these gases with water vapor Gas etc. are mentioned. The hydrocarbon is not particularly limited, and examples thereof include natural gas, naphtha, and coal gasification gas. Further, the main components are saturated hydrocarbons having 1 to 10, preferably 1 to 7, more preferably 1 to 4 carbon atoms such as methane, ethane, propane, butane and pentane, and unsaturated hydrocarbons such as ethylene and propylene. Those having a saturated hydrocarbon as a main component are more preferable. The fuel gas is preferably hydrogen. These fuel gas may use only 1 type and can also use 2 or more types together. Moreover, you may contain inert gas, such as nitrogen and argon of 50 volume% or less.

支燃性ガスとしては、酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に、この混合ガスには80体積%以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの支燃性ガスのうちでは安全であって、且つ安価であるため空気(約80体積%の窒素が含まれている。)が好ましい。   Examples of the combustion-supporting gas include a mixed gas of oxygen and another gas. Further, the mixed gas may contain 80% by volume or less of an inert gas such as nitrogen and argon. Among these combustion-supporting gases, air (containing about 80% by volume of nitrogen) is preferable because it is safe and inexpensive.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
(A)未焼成単セル用積層シートの作製
(a)未焼成固体電解質シートの形成
固体電解質として8YSZ(8モル%のYにより安定化されたZrO)粉末100質量部(以下、「部」という。)、アルミナ粉末1部、有機バインダとしてポリビニルアルコール、及び有機溶媒としてブチルカルビトールを混合し、未焼成固体電解質シート用スラリーを調製した。その後、このスラリーを用いてドクターブレード法によりポリエステルフィルムの表面に各々96mm×96mm×150μm(厚さ)の寸法の未焼成第1固体電解質シート111’及び未焼成第2固体電解質シート121’を形成した。
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
(A) Production of unfired single cell laminated sheet (a) Formation of unfired solid electrolyte sheet 100 parts by mass of 8YSZ (ZrO 2 stabilized with 8 mol% Y 2 O 3 ) powder as a solid electrolyte "Parts"), 1 part of alumina powder, polyvinyl alcohol as an organic binder, and butyl carbitol as an organic solvent were mixed to prepare a slurry for an unfired solid electrolyte sheet. Thereafter, the slurry is used to form the unfired first solid electrolyte sheet 111 ′ and the unfired second solid electrolyte sheet 121 ′ each having a size of 96 mm × 96 mm × 150 μm (thickness) on the surface of the polyester film by a doctor blade method. did.

(b)未焼成燃料極用帯状シートの形成
酸化ニッケル(NiO)粉末80部、上記8YSZ粉末20部、分散剤としてジエチルアミン、及び有機溶媒としてトルエンとメチルエチルケトン、を混合し、その後、可塑剤としてジブチルフタレート、有機バインダとしてポリビニルアルコールを更に配合し、混合して未焼成燃料極用スラリーを調製した。次いで、このスラリーを、上記(a)において形成した未焼成第1固体電解質シート111’及び未焼成第2固体電解質シート121’のそれぞれの一面にスクリーン印刷し、12mm×90mm×10μm(厚さ)の寸法の未焼成第1燃料極用帯状シート112’及び未焼成第2燃料極用帯状シート122’を各々5本並行に形成した。尚、それぞれの帯状の未焼成シートの間隔は6mmとした。
(B) Formation of unburned fuel electrode strip sheet 80 parts of nickel oxide (NiO) powder, 20 parts of the above 8YSZ powder, diethylamine as a dispersant, and toluene and methyl ethyl ketone as an organic solvent, and then dibutyl as a plasticizer Polyvinyl alcohol as a phthalate and an organic binder was further blended and mixed to prepare a slurry for an unfired fuel electrode. Next, this slurry is screen-printed on one surface of each of the unfired first solid electrolyte sheet 111 ′ and the unfired second solid electrolyte sheet 121 ′ formed in (a) above, and is 12 mm × 90 mm × 10 μm (thickness). The unfired first fuel electrode belt-like sheet 112 ′ and the unfired second fuel electrode belt-like sheet 122 ′ having the dimensions of 5 were respectively formed in parallel. In addition, the space | interval of each strip | belt-shaped unbaking sheet | seat was 6 mm.

(c)未焼成空気極用帯状シートの形成
平均粒径2μmの市販のLa0.6Sr0.4(Co0.2Fe0.8)O(以下、「LSCF」と表記する。)粉末100部に、バインダとしてポリビニルアルコール13部及び有機溶媒としてブチルカルビトール35部を混合して未焼成空気極用スラリーを調製した。その後、このスラリーを、上記(a)において形成した未焼成第1固体電解質シート111’及び未焼成第2固体電解質体121’のそれぞれの他面にスクリーン印刷し、12mm×90mm×10μm(厚さ)の寸法の未焼成第1空気極用帯状シート113’及び未焼成第2空気極用帯状シート123’を各々5本並行に形成した。尚、これらの未焼成空気極用帯状シートは、それぞれ上記(b)において形成した未焼成燃料極用帯状シートと直交する方向に配列させた。また、各々の帯状の未焼成空気極用シートの間隔は6mmとした。
このようにして、未焼成第1単セル用積層シート11’及び未焼成第2単セル用積層シート12’を作製した。
更に、同様にして未焼成ユニットセル用複合シート作製時に更に積層される他の未焼成単セル用積層シート13’も同様にして作製した。
(C) Formation of unsintered strip for air electrode Commercially available La 0.6 Sr 0.4 (Co 0.2 Fe 0.8 ) O 3 having an average particle diameter of 2 μm (hereinafter referred to as “LSCF”) 100 parts of powder was mixed with 13 parts of polyvinyl alcohol as a binder and 35 parts of butyl carbitol as an organic solvent to prepare a slurry for an unfired air electrode. Thereafter, this slurry is screen-printed on the other surface of each of the unfired first solid electrolyte sheet 111 ′ and the unfired second solid electrolyte body 121 ′ formed in (a) above, and is 12 mm × 90 mm × 10 μm (thickness). The unsintered first air electrode belt-like sheet 113 ′ and the unfired second air electrode belt-like sheet 123 ′ having the dimensions of 5) were formed in parallel. These unfired air electrode strips were arranged in a direction orthogonal to the unburned fuel electrode strips formed in (b) above. Further, the interval between the respective strip-shaped unfired air electrode sheets was set to 6 mm.
Thus, unfired 1st single cell laminated sheet 11 ′ and unfired 2nd single cell laminated sheet 12 ′ were produced.
Further, another unfired single cell laminated sheet 13 ′ to be further laminated at the time of producing the unfired unit cell composite sheet was similarly produced.

(B)未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートの作製
(a)未焼成積層シートの形成
アルミナ粉末100部、上記8YSZ粉末20部、マグネシア粉末2部及びシリカ粉末2部を混合し、ボールミルにより10時間湿式粉砕し、その後、脱水し、乾燥した。次いで、この混合粉末と、有機バインダとしてメタクリル酸イソブチルエステル及びニトロセルロース、並びに可塑剤としてジオクチルフタレート、更に有機溶媒としてトリクロールエチレン及びn−ブタノールを配合し、ボールミルにより混合して未焼成インターコネクタ用スラリーを調製した。このスラリーを減圧脱泡させ、その後、流延させてシートとし、次いで、有機溶媒を揮発させ、96mm×96mm×100μm(厚さ)の寸法の未焼成セラミックシート22’を形成した。
(B) Preparation of laminated sheet for unfired ceramic interconnector (a) Formation of unfired laminated sheet 100 parts of alumina powder, 20 parts of the above 8YSZ powder, 2 parts of magnesia powder and 2 parts of silica powder are mixed, and 10 hours by a ball mill. Wet milled, then dehydrated and dried. Next, this mixed powder is blended with isobutyl methacrylate and nitrocellulose as organic binders, dioctyl phthalate as plasticizer, trichlorethylene and n-butanol as organic solvents, and mixed by a ball mill for unfired interconnectors. A slurry was prepared. This slurry was degassed under reduced pressure, and then cast into a sheet, and then the organic solvent was volatilized to form an unfired ceramic sheet 22 ′ having dimensions of 96 mm × 96 mm × 100 μm (thickness).

一方、同様にして同寸法(但し、厚さは150μmである。)の未焼成セラミックシートを2枚形成し、この2枚の未焼成セラミックシートの各々に、パンチング(打ち抜き)によって、上記(A)、(c)で形成した未焼成第1燃料極用帯状シート112’及び未焼成第2空気極用帯状シート123’と同寸法の12mm×90mmの開口部を等間隔に5本並設し、未焼成第1セラミック開口シート231’及び未焼成第2セラミック開口シート232’を形成した。その後、未焼成セラミックシート22’の一面及び他面のそれぞれに、未焼成第1セラミック開口シート231’と未焼成第2セラミック開口シート232’とを、各々が有する帯状の開口部の方向が直交するように積層した。   On the other hand, two unfired ceramic sheets having the same dimensions (however, the thickness is 150 μm) are formed in the same manner, and each of the two unfired ceramic sheets is punched (punched) to perform the above (A ), 5 openings of 12 mm × 90 mm having the same dimensions as those of the unfired first fuel electrode belt-like sheet 112 ′ and the unfired second air electrode belt-like sheet 123 ′ formed in (c). The unfired first ceramic opening sheet 231 ′ and the unfired second ceramic opening sheet 232 ′ were formed. Then, the direction of the strip-shaped opening part which each has unfired 1st ceramic opening sheet 231 'and unbaking 2nd ceramic opening sheet 232' orthogonal to each of one side and other side of unfired ceramic sheet 22 ' Laminated so that.

(b)ビア導体の形成
上記のようにして形成された未焼成積層シートの、それぞれの未焼成シート、即ち、未焼成セラミックシート22’と未焼成第1及び第2セラミック開口シート231’、232’がそれぞれ積層されて重なっている部分の所定箇所に、パンチング(打ち抜き)により表面における開口径が500μmのビアホールを穿設した。その後、導電粉末として80質量%の白金粉末を含有するビア導体用ペーストを、穴埋め印刷によりビアホール内に充填した。次いで、120℃で30分間乾燥してペーストに含有される有機溶媒を除去することで、未焼成ビア導体21’を形成した。
このようにして未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート2’を作製した。
尚、未焼成ユニットセル用複合シート作製時に更に積層される他の未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート24’も同様にして作製した。
(B) Formation of Via Conductor Each of the unfired laminated sheets formed as described above, that is, the unfired ceramic sheet 22 ′ and the unfired first and second ceramic apertured sheets 231 ′ and 232 Via holes having an opening diameter of 500 μm on the surface were formed by punching (punching) at predetermined portions of the portions where “′” was stacked and overlapped. Thereafter, a via conductor paste containing 80% by mass of platinum powder as a conductive powder was filled in the via hole by hole-filling printing. Next, the organic solvent contained in the paste was removed by drying at 120 ° C. for 30 minutes, thereby forming an unfired via conductor 21 ′.
In this manner, a laminated sheet 2 ′ for an unfired ceramic interconnector was produced.
In addition, the other laminated sheet 24 ′ for the unfired ceramic interconnector, which is further laminated at the time of producing the unfired unit cell composite sheet, was produced in the same manner.

(C)未焼成ユニットセル用複合シートの作製
(a)未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートと未焼成単セル用積層シートとの積層
上記(B)で作製した未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート2’の未焼成第1セラミック開口シート231’の側に、上記(A)で作製した未焼成第2単セル用積層シート12’の未焼成第2空気極用帯状シート123’が嵌め込まれるように積層した。また、この未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート2’の未焼成第2セラミック開口シート232’の側に、上記(A)で作製した未焼成第1単セル用積層シート11’の未焼成第1燃料極用帯状シート112’が嵌め込まれるように積層した。更に、未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート24’の一面側の開口部に、未焼成第2単セル用積層シート12’の未焼成第2燃料極用帯状シート122’が嵌め込まれるように積層し、この未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート24’の他面側の開口部に、未焼成単セル用積層シート13’の未焼成空気極用帯状シートが嵌め込まれるように積層した。
(C) Production of composite sheet for unfired unit cell (a) Lamination of laminate sheet for unfired ceramic interconnector and laminate sheet for unfired single cell Laminated sheet 2 for unfired ceramic interconnector produced in (B) above The unfired second air electrode belt-like sheet 123 ′ of the unfired second single cell laminate sheet 12 ′ produced in (A) is fitted on the unfired first ceramic opening sheet 231 ′. Laminated. In addition, on the side of the unfired second ceramic opening sheet 232 ′ of the unfired ceramic interconnector laminated sheet 2 ′, the unfired first single cell laminated sheet 11 ′ produced in (A) above is unfired. The fuel electrode strips 112 ′ were laminated so as to be fitted. Further, the unfired second single electrode laminate sheet 12 ′ of the unfired second single cell laminate sheet 12 ′ is laminated so as to be fitted into the opening on one side of the unfired ceramic interconnector laminate sheet 24 ′. The laminated sheet 24 ′ for the unfired ceramic interconnector was laminated so that the non-fired single cell laminated sheet 13 ′ was fitted into the opening on the other surface side of the unfired ceramic interconnector laminated sheet 24 ′.

(b)未焼成セラミック端面シート3’の形成
上記(B)、(a)と同様にして、同寸法(厚さも同じで100μmである。)の未焼成端面用シート31’を形成した。また、同様にして、同寸法(但し、厚さは150μmである。)の未焼成シートを形成し、この未焼成シートに、上記(B)、(a)と同様にして同寸法の開口部を等間隔に5本併設し、未焼成端面用開口シート32’を形成した。その後、未焼成端面用シート31’の一面に、未焼成端面用開口シート32’を積層した。次いで、未焼成セラミック端面シート3’に、上記(B)、(b)と同様にして、未焼成ビア導体21’に対応する位置に端面シート側ビアホールを穿設し、この端面シート側ビアホールに、同様にして導電材料を充填して未焼成ビア導体33’を形成した。
(B) Formation of unsintered ceramic end face sheet 3 ′ In the same manner as in (B) and (a) above, unsintered end face sheet 31 ′ having the same dimensions (the same thickness is 100 μm) was formed. Similarly, an unfired sheet having the same dimensions (however, the thickness is 150 μm) is formed, and openings having the same dimensions are formed in the unfired sheet in the same manner as in the above (B) and (a). Are provided at equal intervals to form an unfired end face opening sheet 32 ′. Thereafter, an unfired end face opening sheet 32 ′ was laminated on one face of the unfired end face sheet 31 ′. Next, in the same manner as in (B) and (b), an end sheet side via hole is formed in the unfired ceramic end sheet 3 ′ at a position corresponding to the unfired via conductor 21 ′. In the same manner, a conductive material was filled to form an unfired via conductor 33 ′.

(c)未焼成単セル用積層シートと未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとの積層体の両端面への未焼成セラミック端面シートの積層
未焼成単セル用積層シートと未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとの積層体と、一方の未焼成セラミック端面シート3’とを、積層体の一方の端面の、未焼成第1単セル用積層シートが有する未焼成第1空気極用帯状シートが、未焼成セラミック端面シート3’の開口部に嵌め込まれるように積層した。また、積層体の他方の端面の、未焼成単セル用積層シート13’が有する未焼成燃料極用帯状シートが、他方の未焼成セラミック端面シート3’の開口部に嵌め込まれるように積層した。
このようにして、3個の未焼成単セル用積層シートと、2個の未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとが交互に積層された積層体の、一方の端面及び他方の端面の各々に未焼成セラミック端面シート3’が積層されてなる未焼成ユニットセル用複合シートaを作製した。
(C) Lamination of unfired ceramic end face sheet on both end surfaces of a laminate of unfired single cell laminate sheet and unfired ceramic interconnector laminate sheet Unfired single cell laminate sheet and unfired ceramic interconnector laminate The laminated body with the sheet and the one unfired ceramic end face sheet 3 ′ are formed on the unfired first air electrode belt-like sheet of the unfired first single cell laminated sheet on the one end face of the laminated body. It laminated | stacked so that it might fit in the opening part of baking ceramic end surface sheet 3 '. Moreover, it laminated | stacked so that the strip | belt-shaped sheet | seat for unbaked fuel electrodes which unstacked single cell laminated sheet 13 'of the other end surface of a laminated body might be fitted in the opening part of the other unfired ceramic end surface sheet 3'.
In this way, the three laminated sheets for unfired single cells and the two laminated sheets for the unfired ceramic interconnector are alternately laminated on one end face and the other end face. An unfired unit cell composite sheet a in which the fired ceramic end face sheet 3 ′ was laminated was produced.

(D)複合体の形成
上記(C)で作製した30個の未焼成ユニットセル用複合シートaを、隣り合って積層される一方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成空気極用帯状シートと、他方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成燃料極用帯状シートとが対向するように、且つ未焼成空気極用帯状シートの方向と未焼成燃料極用帯状シートの方向とが交差するように積層し、仮圧着して複合体とした。各々の未焼成ユニットセル用複合シートaは、それぞれ3層の未焼成単セル用積層シートを有するため、この複合体は、合計90層の未焼成単セル用積層シートを備えることになる。
(D) Formation of composite 30 composite sheets a for unfired unit cells produced in (C) above are formed on the end face side of one unfired unit cell composite sheet laminated adjacently. The direction of the belt-like sheet for the unfired air electrode so that the belt-like sheet for the unfired air electrode and the belt-like sheet for the unfired fuel electrode formed on the end face side of the other unfired unit cell composite sheet face each other. Were laminated so that the direction of the unburned fuel electrode belt-like sheet intersected, and temporarily bonded to form a composite. Since each unfired unit cell composite sheet a has three layers of unfired single cell laminate sheets, the composite includes a total of 90 unfired single cell laminate sheets.

(E)圧着体形成工程
上記(D)で形成した複合体を、シリコンゴム製の型枠内に配置し、その後、85℃に昇温させ、減圧下、積層方向に98MPaの圧力で圧着し、圧着体bを形成した。
(E) Press-bonded body forming step The composite formed in (D) above is placed in a mold made of silicon rubber, then heated to 85 ° C., and pressed under reduced pressure at a pressure of 98 MPa in the stacking direction. A crimped body b was formed.

(F)未焼成固体電解質形燃料電池スタックの作製
上記(E)で形成した圧着体bを、未焼成第1セラミック開口シートが有する開口部間、及び未焼成第2開口セラミックシートが有する開口部間において、圧着方向に切断して未焼成SOFCスタックを作製した。圧着体bは、この圧着体bを、ワイヤーソー切断装置のステージに固定し、その後、ステージを上昇させて圧着体bの上端面に切断用ワイヤーを当接させ、研削液を液供給装置より供給しながら、ワイヤーを平均速度400m/分で走行させて一方向に切断し、その後、ステージを下降させて90度回転させ、次いで、上記一方向の場合と同様にして、この一方向と直交する方向に切断し、断面が18×18mm、長さが50mmの柱状の未焼成SOFCスタックを25本作製した。
(F) Production of unfired solid electrolyte fuel cell stack Between the openings of the unfired first ceramic opening sheet and the opening of the unfired 2nd opening ceramic sheet with the crimped body b formed in (E) above In the meantime, it cut | disconnected in the crimping | compression-bonding direction, and produced the unbaking SOFC stack. The crimping body b fixes the crimping body b to the stage of the wire saw cutting device, and then raises the stage to bring the cutting wire into contact with the upper end surface of the crimping body b. While feeding, the wire is run at an average speed of 400 m / min and cut in one direction, and then the stage is lowered and rotated 90 degrees, and then orthogonal to this one direction as in the case of the one direction. 25 columnar unfired SOFC stacks having a cross section of 18 × 18 mm and a length of 50 mm were produced.

(G)固体電解質形燃料電池スタックの作製
上記(F)で作製した25本の未焼成SOFCスタックを、焼成炉に収容し、大気雰囲気下、260℃で5時間保持して有機バインダを除去し、引き続いて、炉内の温度を1430℃まで昇温させ、この温度で2時間保持して焼成を行い、25本のSOFCスタックを作製した。
(G) Production of solid electrolyte fuel cell stack The 25 unfired SOFC stacks produced in (F) above are housed in a firing furnace and held at 260 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to remove the organic binder. Subsequently, the temperature in the furnace was raised to 1430 ° C., and the temperature was maintained at this temperature for 2 hours to perform firing, thereby producing 25 SOFC stacks.

(H)固体電解質形燃料電池モジュールの作製
上記(G)で作製した25本のSOFCスタックを横方向に5本、縦方向に5本等間隔で並行に配置し、SOFCモジュールを作製した。横方向の5本は直列に接続し、縦方向は、この横方向の各々の5本がそれぞれ並列に接続されるようにした。
各々のSOFCスタックは、それぞれが上記のように接続されるような配線パターンが設けられた下端側基板に、銀ローを用いてロー付けすることにより、各々のSOFCスタックの間隔が5mmとなるように立設させた。その後、上端側から、それぞれのSOFCスタックに供給される燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するため、各々のSOFCスタックの間隙にアルミナ製の隔離部材6を挿通させた。次いで、上端側に、同様に所定の配線パターンが設けられた上端側基板を配設した。
(H) Production of Solid Electrolyte Fuel Cell Module The 25 SOFC stacks produced in (G) above were arranged in parallel in the horizontal direction and 5 in the vertical direction at equal intervals to produce an SOFC module. Five in the horizontal direction are connected in series, and in the vertical direction, each of the five in the horizontal direction is connected in parallel.
Each SOFC stack is brazed to the lower end side substrate provided with the wiring pattern to be connected as described above by using silver solder so that the interval between the SOFC stacks becomes 5 mm. To stand. Thereafter, in order to isolate the fuel gas and the combustion-supporting gas supplied to each SOFC stack from the upper end side, an alumina separating member 6 was inserted into the gap between each SOFC stack. Next, an upper end side substrate similarly provided with a predetermined wiring pattern was disposed on the upper end side.

その後、横方向に並行に配置された5個のSOFCスタックのうちの1列目の側に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用マニホールドを配設し、5列目の側に燃料ガスを排出させるための燃料ガス排出用マニホールドを配設した。また、縦方向に並行に配置された5個のSOFCスタックのうちの一方側に支燃性ガスを供給するための支燃性ガス供給用マニホールドを配設し、他方側に支燃性ガスを排出させるための支燃性ガス排出用マニホールドを配設した(いずれのマニホールドも図示せず)。
このようにして80mm×80mm×55mm(長さ)のSOFCモジュールを作製した。
Thereafter, a fuel gas supply manifold for supplying fuel gas is disposed on the first row side of the five SOFC stacks arranged in parallel in the horizontal direction, and the fuel gas is disposed on the fifth row side. A fuel gas discharge manifold for discharge was provided. Further, a combustion-supporting gas supply manifold for supplying combustion-supporting gas is provided on one side of five SOFC stacks arranged in parallel in the vertical direction, and the combustion-supporting gas is supplied on the other side. A combustion-supporting gas discharge manifold for discharging was provided (none of these manifolds are shown).
In this way, an 80 mm × 80 mm × 55 mm (length) SOFC module was produced.

尚、本発明では上記の実施例に限られず、目的、用途等によって本発明の範囲内において種々変更した実施例とすることができる。例えば、横方向と縦方向の各々のSOFCスタックの配置数を変更し、SOFCモジュールを直方体とすることができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention depending on the purpose, application, and the like. For example, the number of SOFC stacks arranged in the horizontal direction and the vertical direction can be changed to make the SOFC module a rectangular parallelepiped.

本発明の固体電解質形燃料電池スタックを構成する積層体の一例を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows an example of the laminated body which comprises the solid electrolyte form fuel cell stack of this invention. 図1の積層体の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the laminated body of FIG. 未焼成単セル用積層シートの一例を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows an example of the lamination sheet for unbaked single cells. 図3の未焼成単セル用積層シートを分解して示す模式的な平面図である。It is a typical top view which decomposes | disassembles and shows the lamination sheet for unbaked single cells of FIG. 未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートの一例を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows an example of the laminated sheet for unbaking ceramic interconnectors. 図5の未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートを分解して示す模式的な平面図である。It is a typical top view which decomposes | disassembles and shows the lamination sheet for unbaking ceramic interconnectors of FIG. 未焼成ユニットセル用複合シートの一例を分解して示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which decomposes | disassembles and shows an example of the composite sheet for unfired unit cells. 図7の未焼成ユニットセル用複合シートの断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the composite sheet for unfired unit cells of FIG. 分解して示してある図8の未焼成ユニットセル用複合シートの各々の構成部材が積層された状態を表す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing showing the state by which each structural member of the composite sheet for unbaking unit cells of FIG. 8 shown decomposed | disassembled was laminated | stacked. 未焼成固体電解質シートと、未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとの接合面に未焼成中間セラミック層が介装された未焼成ユニットセル用複合シートの模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a composite sheet for an unfired unit cell in which an unfired intermediate ceramic layer is interposed on a joint surface between an unfired solid electrolyte sheet and an unfired ceramic interconnector laminated sheet. 複数の未焼成ユニットセル用複合シートが積層されてなる複合体が圧着された圧着体の模式的な斜視図である。It is a typical perspective view of the crimping | compression-bonding body by which the composite_body | complex in which the some composite sheet for unbaking unit cells was laminated | stacked was crimped | bonded. 図11の圧着体を、上面の破線の位置において、圧着方向に切断した様子を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically a mode that the crimping | compression-bonding body of FIG. 11 was cut | disconnected in the crimping direction in the position of the broken line of an upper surface. 固体電解質形燃料電池スタックを横方向に直列に、且つ縦方向に並列に各々5個接続させた様子を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically a mode that the solid electrolyte fuel cell stack was connected in series in the horizontal direction and 5 each in parallel in the vertical direction. 図13の各々の固体電解質形燃料電池スタックの対向する角部等に、燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するための隔離部材が配設されている固体電解質形燃料電池モジュールを模式的に示す斜視図である。13 schematically shows a solid oxide fuel cell module in which an isolation member for isolating the fuel gas and the combustion-supporting gas is disposed at opposing corners of each solid oxide fuel cell stack in FIG. It is a perspective view shown. 固体電解質形燃料電池スタックを横方向及び縦方向の各々に直列に5個接続させた様子を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically a mode that five solid electrolyte fuel cell stacks were connected in series with each of the horizontal direction and the vertical direction.

符号の説明Explanation of symbols

101、;固体電解質形燃料電池スタック、101’;未焼成固体電解質形燃料電池スタック、102;固体電解質形燃料電池モジュール、11;第1単セル、111;第1固体電解質体、112;第1燃料極、113;第1空気極、12;第2単セル、121;第2固体電解質体、122;第2燃料極、123;第2空気極、2;セラミック製インターコネクタ、21;ビア導体、3;セラミック端面シート、41;燃料極側導電パターン、42;空気極側導電パターン、f;燃料ガス流路、s;支燃性ガス流路、11’;未焼成第1単セル用積層シート、111’;未焼成第1固体電解質シート、112’;未焼成第1燃料極用帯状シート、113’;未焼成第1空気極用帯状シート、12’;未焼成第2単セル用積層シート、121’;未焼成第2固体電解質シート、122’;未焼成第2燃料極用帯状シート、123’;未焼成第2空気極用帯状シート、2’;未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート、21’;未焼成ビア導体、22’;未焼成セラミックシート、231’;未焼成第1セラミック開口シート、232’;未焼成第2セラミック開口シート、3;セラミック端面シート、3’;未焼成セラミック端面シート、31’;未焼成端面用シート、32’;未焼成端面用開口シート、33’;未焼成端面シート側ビア導体、41;燃料極側導電パターン、42;空気極側導電パターン、41’;未焼成燃料極側導電パターン、42’;空気極側未焼成導電パターン、5’;未焼成中間セラミック層、a;未焼成ユニットセル用複合シート、b;圧着体、c;切断線、6;隔離部材。   101; solid electrolyte fuel cell stack, 101 ′; unfired solid electrolyte fuel cell stack, 102; solid electrolyte fuel cell module, 11; first single cell, 111; first solid electrolyte body, 112; Fuel electrode 113; First air electrode 12; Second single cell 121; Second solid electrolyte body 122; Second fuel electrode 123 123 Second air electrode 2; Ceramic interconnector 21; Via conductor 3; Ceramic end face sheet, 41; Fuel electrode side conductive pattern, 42; Air electrode side conductive pattern, f; Fuel gas flow path, s; Combustion gas flow path, 11 '; Lamination for unfired first single cell Sheet 111 ′; unfired first solid electrolyte sheet 112 ′; unfired first fuel electrode strip sheet 113 ′; unfired first air electrode strip sheet 12 ′; unfired second single cell laminate Sheet, 121 ' Unsintered second solid electrolyte sheet, 122 ′; Unsintered second fuel electrode strip, 123 ′; Unsintered second air electrode strip, 2 ′; Unsintered ceramic interconnector laminated sheet, 21 ′; Sintered via conductor, 22 ′; unsintered ceramic sheet, 231 ′; unsintered first ceramic opening sheet, 232 ′; unsintered second ceramic opening sheet, 3; ceramic end face sheet, 3 ′; unsintered ceramic end face sheet, 31 ': Unsintered end face sheet, 32'; Unsintered end face opening sheet, 33 '; Unsintered end face sheet side via conductor, 41; Fuel electrode side conductive pattern, 42; Air electrode side conductive pattern, 41'; Fuel electrode side conductive pattern, 42 '; Air electrode side unfired conductive pattern, 5': Unfired intermediate ceramic layer, a: Composite sheet for unfired unit cell, b: Press-bonded body, c Cutting line, 6; isolating member.

Claims (12)

第1固体電解質体111、該第1固体電解質体111の一面に設けられた第1燃料極112、及び該第1固体電解質体111の他面に設けられた第1空気極113を有する第1単セル11と、第2固体電解質体121、該第2固体電解質体121の一面に設けられた第2燃料極122、及び第2該固体電解質体121の他面に設けられた第2空気極123を有する第2単セル12と、一面側が該第1固体電解質体111の該一面の該第1燃料極112の両側部に接合され、且つ他面側が該第2固体電解質体121の該他面の該第2空気極123の両側部に接合されているセラミック製インターコネクタ2と、を有する積層体を備え、
該第1燃料極112と該セラミック製インターコネクタ2との対向面の間に燃料ガス流路fを有し、該第2空気極123と該セラミック製インターコネクタ2との対向面の間に支燃性ガス流路sを有し、且つ該第1燃料極112と該第2空気極123とが、該セラミック製インターコネクタ2に形成されたビア導体21を介して接続されていることを特徴とする固体電解質形燃料電池スタック。
A first solid electrolyte body 111, a first fuel electrode 112 provided on one surface of the first solid electrolyte body 111, and a first air electrode 113 provided on the other surface of the first solid electrolyte body 111. Single cell 11, second solid electrolyte body 121, second fuel electrode 122 provided on one surface of second solid electrolyte body 121, and second air electrode provided on the other surface of second solid electrolyte body 121 The second unit cell 12 having the first solid electrolyte body 111, one surface side being joined to both sides of the first fuel electrode 112 on the one surface of the first solid electrolyte body 111, and the other surface side being the other of the second solid electrolyte body 121. A laminated body having a ceramic interconnector 2 joined to both sides of the second air electrode 123 on the surface,
A fuel gas flow path f is provided between the opposing surfaces of the first fuel electrode 112 and the ceramic interconnector 2, and is supported between the opposing surfaces of the second air electrode 123 and the ceramic interconnector 2. It has a flammable gas flow path s, and the first fuel electrode 112 and the second air electrode 123 are connected via a via conductor 21 formed in the ceramic interconnector 2. Solid oxide fuel cell stack.
上記第1単セル11と上記第2単セル12とが上記セラミック製インターコネクタ2により接続されている方向を長さ方向とし、且つ該長さ方向と直交する方向の断面が正方形又は長方形である請求項1に記載の固体電解質形燃料電池スタック。   A direction in which the first single cell 11 and the second single cell 12 are connected by the ceramic interconnector 2 is a length direction, and a cross section in a direction perpendicular to the length direction is a square or a rectangle. The solid oxide fuel cell stack according to claim 1. 上記断面が正方形であるときの一辺の寸法が5〜20mm、且つ上記長さ方向の寸法が20〜100mmである、又は該断面が長方形であるときの短辺が5〜20mm、長辺が5〜100mm、且つ上記長さ方向の寸法が20〜100mmである請求項2に記載の固体電解質形燃料電池スタック。   When the cross section is square, the dimension of one side is 5 to 20 mm, and the dimension in the length direction is 20 to 100 mm, or when the section is rectangular, the short side is 5 to 20 mm and the long side is 5 mm. The solid oxide fuel cell stack according to claim 2, wherein the length direction dimension is 20 to 100 mm. 上記第1燃料極112及び上記第2空気極123の各々と、上記セラミック製インターコネクタ2との、それぞれの対向面の間の距離が0.2〜2mmである請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池スタック。   The distance between each facing surface of each of the first fuel electrode 112 and the second air electrode 123 and the ceramic interconnector 2 is 0.2 to 2 mm. The solid oxide fuel cell stack according to any one of the above. 上記セラミック製インターコネクタ2はアルミナを主成分とする請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池スタック。   The solid electrolyte fuel cell stack according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic interconnector 2 contains alumina as a main component. 上記第1固体電解質体111及び上記第2固体電解質体121は、各々アルミナを含有するジルコニアからなり、且つ該アルミナと該ジルコニアとの合計を100質量%とした場合に、該アルミナはそれぞれ0.1〜20質量%である請求項5に記載の固体電解質形燃料電池スタック。   The first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121 are each made of zirconia containing alumina, and when the total of the alumina and the zirconia is 100% by mass, the alumina is 0. The solid oxide fuel cell stack according to claim 5, which is 1 to 20% by mass. 上記第1固体電解質体111及び上記第2固体電解質体121は、各々ジルコニアからなり、又はアルミナとジルコニアとの合計を100質量%とした場合に0.1〜20質量%のアルミナを含有するジルコニアからなり、且つ該固体電解質体111及び該固体電解質体121のそれぞれと、上記セラミック製インターコネクタ2とが、各々アルミナとジルコニアとを含有する中間セラミック層を介して接合されている請求項5に記載の固体電解質形燃料電池スタック。   The first solid electrolyte body 111 and the second solid electrolyte body 121 are each composed of zirconia, or zirconia containing 0.1 to 20% by mass of alumina when the total of alumina and zirconia is 100% by mass. The solid electrolyte body 111 and each of the solid electrolyte body 121 and the ceramic interconnector 2 are joined to each other through an intermediate ceramic layer containing alumina and zirconia. The solid oxide fuel cell stack described. 請求項2乃至7のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池スタックが集積されてなる固体電解質形燃料電池モジュールであって、
各々の該固体電解質形燃料電池スタックの、燃料ガス流路が開口している側面同士及び/又は支燃性ガス流路が開口している側面同士、が所定の間隔を隔てて対向するように並行に配置された複数の該固体電解質形燃料電池スタックと、それぞれの該固体電解質形燃料電池スタックに供給される燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するため、各々の該固体電解質形燃料電池スタックの間隙に配設された隔離部材6と、を備えることを特徴とする固体電解質形燃料電池モジュール。
A solid oxide fuel cell module in which the solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 2 to 7 is integrated,
In each of the solid oxide fuel cell stacks, the side surfaces where the fuel gas passages are opened and / or the side surfaces where the combustion-supporting gas passages are opened face each other with a predetermined interval therebetween. In order to isolate the plurality of solid electrolyte fuel cell stacks arranged in parallel and the fuel gas and the combustion-supporting gas supplied to each solid electrolyte fuel cell stack, each of the solid oxide fuel cells A solid oxide fuel cell module, comprising: a separating member 6 disposed in a gap of the stack.
燃料ガスの流通方向と支燃性ガスの流通方向とが交差している請求項8に記載の固体電解質形燃料電池モジュール。   The solid oxide fuel cell module according to claim 8, wherein a flow direction of the fuel gas and a flow direction of the combustion-supporting gas intersect each other. 請求項1乃至7のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法であって、
未焼成第1固体電解質シート111’の一面及び他面の各々に、複数の未焼成第1燃料極用帯状シート112’と、複数の未焼成第1空気極用帯状シート113’とを、それぞれの方向が交差するように形成して未焼成第1単セル用積層シート11’を作製し、未焼成第2固体電解質シート121’の一面及び他面の各々に、複数の未焼成第2燃料極用帯状シート122’と、複数の未焼成第2空気極用帯状シート123’とを、それぞれの方向が交差するように形成して未焼成第2単セル用積層シート12’を作製する未焼成単セル用積層シート作製工程と、
未焼成セラミックシート22’の一面と未焼成第1セラミック開口シート231’及び該未焼成セラミックシート22’の他面と未焼成第2セラミック開口シート232’を、該未焼成第1セラミック開口シート231’と該未焼成第2セラミック開口シート232’の各々が有する帯状の開口部の方向が交差するように積層し、且つ該未焼成セラミックシート22’、該未焼成第1セラミック開口シート231’及び該未焼成第2セラミック開口シート232’が積層されている部分にインターコネクタ側ビアホールを設け、該インターコネクタ側ビアホールに導電材料を充填し、未焼成ビア導体21’を形成して未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート2’を作製する未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート作製工程と、
上記未焼成第1単セル用積層シート11’及び上記未焼成第2単セル用積層シート12’を含む複数の未焼成単セル用積層シートと、上記未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート2’を含む該未焼成単セル用積層シートより1個少ない未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとが、未焼成第1セラミック開口シートが有する開口部に未焼成空気極が嵌め込まれ、未焼成第2セラミック開口シートが有する開口部に未焼成燃料極が嵌め込まれるように交互に積層され、且つ積層方向の両端面に、未焼成端面用シート31’と該未焼成端面用シート31’の一面に積層された帯状の開口部を有する未焼成端面用開口シート32’とからなる未焼成セラミック端面シート3’が、該開口部に、それぞれの端面に形成されている未焼成空気極又は未焼成燃料極が嵌め込まれるように積層され、該未焼成セラミック端面シート3’が、上記固体電解質形燃料電池スタックの最下面又は最上面でない場合は、該未焼成セラミック端面シート3’に、インターコネクタ側ビアホールと連通する端面シート側ビアホールが設けられ、該端面シート側ビアホールに導電材料が充填されて未焼成端面シート側ビア導体33’が形成されてなる未焼成ユニットセル用複合シートaを作製する未焼成ユニットセル用複合シート作製工程と、
複数の上記未焼成ユニットセル用複合シートaを、積層された未焼成ユニットセル用複合シートのうちの一方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成空気極と、他方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成燃料極とが対向するように、且つ該未焼成空気極の方向と該未焼成燃料極の方向とが交差するように積層して複合体とする複合体形成工程と、
該複合体を積層方向に圧着して圧着体bとする圧着体形成工程と、
上記圧着体bを、上記未焼成第1セラミック開口シートが有する上記開口部間、及び上記未焼成第2開口セラミックシートが有する上記開口部間において、圧着方向に切断して未焼成固体電解質形燃料電池スタックを作製する未焼成固体電解質形燃料電池スタック作製工程と、
複数の上記未焼成固体電解質形燃料電池スタックを焼成して固体電解質形燃料電池スタックを作製する固体電解質形燃料電池スタック作製工程と、を備えることを特徴とする固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。
A method for producing a solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 1 to 7,
A plurality of unfired first fuel electrode strips 112 ′ and a plurality of unfired first air electrode strips 113 ′ are respectively formed on one side and the other side of the unfired first solid electrolyte sheet 111 ′. Are formed so as to intersect with each other, to produce a non-fired first single-cell laminated sheet 11 ′, and a plurality of unfired second fuels are formed on each of one side and the other side of the non-fired second solid electrolyte sheet 121 ′. An electrode strip 122 ′ and a plurality of unfired second air electrode strips 123 ′ are formed so that their directions intersect with each other to produce an unfired second single cell laminated sheet 12 ′. Laminated sheet manufacturing process for firing single cell;
One side of the unfired ceramic sheet 22 ′ and the unfired first ceramic apertured sheet 231 ′ and the other side of the unfired ceramic sheet 22 ′ and the unfired second ceramic apertured sheet 232 ′ are combined with the unfired first ceramic apertured sheet 231. ′ And the unfired second ceramic apertured sheet 232 ′ are laminated so that the directions of the strip-shaped openings included in each of the unfired second ceramic apertured sheet 232 ′ and the unfired ceramic sheet 22 ′, the unfired first ceramic apertured sheet 231 ′, and An interconnector-side via hole is provided in a portion where the unfired second ceramic opening sheet 232 ′ is laminated, the interconnector-side via hole is filled with a conductive material, and an unfired via conductor 21 ′ is formed to form an unfired ceramic interface. A laminated sheet producing process for an unfired ceramic interconnector for producing a laminated sheet 2 ′ for a connector;
A plurality of unfired single cell laminate sheets including the unfired first single cell laminate sheet 11 ′ and the unfired second single cell laminate sheet 12 ′, and the unfired ceramic interconnector laminate sheet 2 ′. An unfired air electrode is fitted into an opening of the unfired first ceramic opening sheet, and the unfired ceramic interconnector laminated sheet is one less than the unfired single cell laminated sheet. Stacked alternately so that the unfired fuel electrodes are fitted into the openings of the sheet, and stacked on one surface of the unfired end surface sheet 31 ′ and the unfired end surface sheet 31 ′ on both end surfaces in the stacking direction. An unfired ceramic end face sheet 3 ′ composed of an unfired end face opening sheet 32 ′ having a strip-like opening is formed in the unfired air electrode or each formed on each end face. Are laminated so that the unfired fuel electrode is fitted, and when the unfired ceramic end face sheet 3 ′ is not the lowermost surface or the uppermost face of the solid oxide fuel cell stack, the unfired ceramic end face sheet 3 ′ An end sheet side via hole communicating with the interconnector side via hole is provided, and the end sheet side via hole is filled with a conductive material to form an unfired end sheet side via conductor 33 '. A composite sheet manufacturing process for a green unit cell to be manufactured;
A plurality of the unfired unit cell composite sheets a, the unfired air electrode formed on the end face side of one unfired unit cell composite sheet among the stacked unfired unit cell composite sheets, and the other Laminated so that the unfired fuel electrode formed on the end face side of the unfired unit cell composite sheet faces and the direction of the unfired air electrode and the direction of the unburned fuel electrode intersect And forming a complex to form a complex,
A crimping body forming step of crimping the composite in the stacking direction to form a crimped body b;
An unfired solid electrolyte fuel obtained by cutting the crimped body b in the crimping direction between the openings of the unfired first ceramic opening sheet and between the openings of the unfired second opening ceramic sheet. An unfired solid electrolyte fuel cell stack manufacturing process for manufacturing a battery stack;
A solid electrolyte fuel cell stack manufacturing step comprising: baking a plurality of the unfired solid electrolyte fuel cell stacks to produce a solid electrolyte fuel cell stack; .
上記切断がワイヤーソーによりなされる請求項10に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。   The method for manufacturing a solid oxide fuel cell stack according to claim 10, wherein the cutting is performed by a wire saw. 上記未焼成単セル用積層シート作製工程において、未焼成固体電解質シートの一面に、未焼成燃料極用帯状シートと、該一面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられたインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように燃料極側未焼成導電パターン41’を形成し、且つ該未焼成固体電解質シートの他面に、未焼成空気極用帯状シートと、該他面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられるインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように空気極側未焼成導電パターン42’を形成する請求項10又は11に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。   In the unfired single cell laminated sheet manufacturing step, the unfired solid electrolyte sheet is provided on the unfired fuel electrode strip and the unfired ceramic interconnector laminated sheet to be laminated on the one surface. The conductive material filled in the interconnector-side via hole is connected to the fuel electrode-side unfired conductive pattern 41 ′, and on the other surface of the unfired solid electrolyte sheet, a band for the unfired air electrode is formed. The air electrode side unfired conductive pattern 42 is connected so that the sheet and the conductive material filled in the interconnector side via hole provided in the unfired ceramic interconnector laminated sheet to be laminated on the other surface are connected. The method for producing a solid oxide fuel cell stack according to claim 10 or 11, wherein 'is formed.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009205907A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Ngk Spark Plug Co Ltd Solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same
JP2010086705A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Dainippon Printing Co Ltd Electrolyte for solid oxide fuel cell, and solid oxide fuel cell using the same
JP2010272248A (en) * 2009-05-19 2010-12-02 Univ Of Yamanashi High potential stable carrier for polymer electrolyte fuel cell, and electrode catalyst
JP2011034688A (en) * 2009-07-29 2011-02-17 Tdk Corp Solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same
WO2011149174A1 (en) * 2010-05-26 2011-12-01 주식회사 코미코 Laminated structure for solid oxide fuel cell
JP2012084401A (en) * 2010-10-12 2012-04-26 Korea Inst Of Ceramic Engineering & Technology Solid electrolyte fuel cell, and manufacturing method thereof
CN106684402A (en) * 2017-01-18 2017-05-17 沈阳理工大学 Microminiature activating device for thermal batteries
CN113745618A (en) * 2021-08-28 2021-12-03 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 SOFC (solid oxide Fuel cell) and preparation method thereof
CN114503318A (en) * 2019-10-16 2022-05-13 株式会社村田制作所 Electrolyte sheet for solid oxide fuel cell, method for producing electrolyte sheet for solid oxide fuel cell, and single cell for solid oxide fuel cell

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009205907A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Ngk Spark Plug Co Ltd Solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same
JP2010086705A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Dainippon Printing Co Ltd Electrolyte for solid oxide fuel cell, and solid oxide fuel cell using the same
JP2010272248A (en) * 2009-05-19 2010-12-02 Univ Of Yamanashi High potential stable carrier for polymer electrolyte fuel cell, and electrode catalyst
US8771898B2 (en) 2009-07-29 2014-07-08 Tdk Corporation Arrangement of components in a solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof
JP2011034688A (en) * 2009-07-29 2011-02-17 Tdk Corp Solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same
WO2011149174A1 (en) * 2010-05-26 2011-12-01 주식회사 코미코 Laminated structure for solid oxide fuel cell
KR101769830B1 (en) 2010-05-26 2017-08-31 주식회사 미코 Solid oxide fuel-cell stacking structure
JP2012084401A (en) * 2010-10-12 2012-04-26 Korea Inst Of Ceramic Engineering & Technology Solid electrolyte fuel cell, and manufacturing method thereof
CN106684402A (en) * 2017-01-18 2017-05-17 沈阳理工大学 Microminiature activating device for thermal batteries
CN106684402B (en) * 2017-01-18 2023-06-06 沈阳理工大学 Micro thermal battery activating device
CN114503318A (en) * 2019-10-16 2022-05-13 株式会社村田制作所 Electrolyte sheet for solid oxide fuel cell, method for producing electrolyte sheet for solid oxide fuel cell, and single cell for solid oxide fuel cell
CN114503318B (en) * 2019-10-16 2024-04-26 株式会社村田制作所 Electrolyte sheet for solid oxide fuel cell, method for producing electrolyte sheet for solid oxide fuel cell, and single cell for solid oxide fuel cell
CN113745618A (en) * 2021-08-28 2021-12-03 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 SOFC (solid oxide Fuel cell) and preparation method thereof

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