JP2007273424A - Solid oxide fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide fuel cell capable of reducing an installation area and enhancing the freedom of an installation place even when two or more unit cells are used. <P>SOLUTION: The solid oxide fuel cell is equipped with two or more unit cells 1 having a fuel electrode 12 and an air electrode 13 formed on each side of a sheet-shaped electrolyte 11; and a sheet-shaped conductive porous interconnector 3 for connecting two or more unit cells 1 in series, the two or more unit cells are stacked in the thickness direction of the electrolyte, the interconnector is interposed between the unit cells 1, the interconnector 3 makes possible inflow of gas from the periphery, is capable of supplying flowing-in gas to the fuel electrode 12 and the air electrode 13, and the peripheries of the unit cell 1 and the interconnector 3 are expose to the outside. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスにより発電を行う固体酸化物形燃料電池に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell that generates power using a mixed gas of a fuel gas and an oxidant gas.

発電効率が最も高いことで電解質が酸化物でできた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：SOFC）は期待されている燃料電池である。従来のSOFCは、一方の電極に燃料ガス、他方の電極に酸化剤ガスを供給するシステム（二室型）であった。しかし、上記のような従来の二室型方式では、燃料ガス及び酸化剤ガスを発電部に別々に供給する必要があるためにセパレータやガスシ−ル材を必要とし、システム構成が複雑となる等の問題があった。   Solid oxide fuel cells (SOFCs), which have the highest power generation efficiency and the electrolyte is made of oxide, are expected fuel cells. Conventional SOFC is a system (two-chamber type) that supplies fuel gas to one electrode and oxidant gas to the other electrode. However, in the conventional two-chamber system as described above, it is necessary to separately supply the fuel gas and the oxidant gas to the power generation unit, so that a separator and a gas seal material are required, and the system configuration becomes complicated. There was a problem.

この課題を解決するため、燃料ガス及び酸化剤ガスを混合して、供給することでセパレーターやガスシ−ル材を必要とせず、ガス供給ラインの簡略化が出来、簡単なシステム構造になる単室型方式が提案されている。この方式で採用される燃料電池としては、燃料極と空気極の二つの電極が、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスにさらされながらも、ガス選択性を持ち、それらの間に電圧が発生する特徴がある。そして、電池構造としては、例えば特許文献１に示すように、電解質の基板の一方面に燃料極、他方面に空気極を配置した構造がある。
特開２００２−５０３７０号公報 To solve this problem, the fuel gas and oxidant gas are mixed and supplied, so no separator or gas seal material is required, the gas supply line can be simplified, and the single chamber has a simple system structure. A type system has been proposed. As a fuel cell employed in this method, two electrodes, a fuel electrode and an air electrode, have gas selectivity while being exposed to a mixed gas of a fuel gas and an oxidant gas, and there is a voltage between them. There are features that occur. As a battery structure, for example, as shown in Patent Document 1, there is a structure in which a fuel electrode is disposed on one surface of an electrolyte substrate and an air electrode is disposed on the other surface.
JP 2002-50370 A

ところで、従来は、複数の単セルを接続して用いる場合には、単セルを面方向に並べ、それらをインターコネクタで接続する方法が採られていた。しかしながら、このような接続方法では、単位体積あたりの出力が向上しにくいという問題があり、設置場所が限定されるおそれがある。   By the way, conventionally, when a plurality of single cells are connected and used, a method of arranging the single cells in a plane direction and connecting them with an interconnector has been adopted. However, with such a connection method, there is a problem that the output per unit volume is difficult to improve, and the installation location may be limited.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、複数の単セルを用いる場合でも、設置面積を小さくすることができ、設置場所の自由度を高くすることが可能な固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and even when a plurality of single cells are used, a solid oxide capable of reducing the installation area and increasing the degree of freedom of installation location. An object is to provide a fuel cell.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、シート状の電解質の両面に燃料極および空気極がそれぞれ形成された複数の単セルと、導電性を有し、前記複数の単セルを直列に接続するシート状の多孔質のインターコネクタとを備え、前記複数の単セルは前記電解質の厚さ方向に積層され、前記各単セル間に前記インターコネクタが介挿されており、前記インターコネクターは、周縁からのガスの流入が可能で、且つ流入したガスを前記燃料極及び空気極に供給可能であり、前記単セル及びインターコネクタの周縁が外部に露出している。   A solid oxide fuel cell according to the present invention includes a plurality of single cells each having a fuel electrode and an air electrode formed on both sides of a sheet-like electrolyte, and has conductivity, and the plurality of single cells are connected in series. Sheet-like porous interconnector, wherein the plurality of single cells are laminated in the thickness direction of the electrolyte, the interconnector is interposed between the single cells, the interconnector, Inflow of gas from the peripheral edge is possible, and the inflowing gas can be supplied to the fuel electrode and the air electrode, and the peripheral edges of the single cell and the interconnector are exposed to the outside.

この構成によれば、板状の電解質の両面に燃料極（アノード）および空気極（カソード）が形成された単セルを、厚み方向に積層し、各単セル間にインターコネクタを介挿している。そのため、単セルを面方向に並べるのに比べ、設置面積が小さくなり、設置場所の自由度を高くすることができる。なお、インターコネクターは、周縁からのガスの流入が可能で、且つ流入したガスを前記燃料極及び空気極に供給可能であり、各インターコネクタの周縁部は外部に露出している。そのため、各電極の表面がインターコネクタによって覆われていても、電池に供給される燃料ガス及び酸化剤ガスは、この周縁部からセル内に進入していき、各電極に供給される。したがって、単セルを厚さ方向に配置しても、各電極表面へのガスの供給が可能となり、十分に発電を行うことができる。   According to this configuration, the single cells in which the fuel electrode (anode) and the air electrode (cathode) are formed on both surfaces of the plate-like electrolyte are stacked in the thickness direction, and the interconnector is interposed between the single cells. . Therefore, compared with arranging single cells in the surface direction, the installation area is reduced, and the degree of freedom of the installation location can be increased. The interconnector can inflow gas from the periphery, and can supply the inflowed gas to the fuel electrode and the air electrode, and the periphery of each interconnector is exposed to the outside. Therefore, even if the surface of each electrode is covered with the interconnector, the fuel gas and the oxidant gas supplied to the battery enter the cell from the peripheral edge and are supplied to each electrode. Therefore, even if the single cells are arranged in the thickness direction, gas can be supplied to the surface of each electrode, and sufficient power generation can be performed.

なお、本発明でいうシート状の電解質とは、硬質の板状電解質のほか、シート状の薄膜からなる電解質も含むものとする。また、板状のインターコネクタについても同様である。   The sheet-like electrolyte referred to in the present invention includes not only a hard plate-like electrolyte but also an electrolyte composed of a sheet-like thin film. The same applies to the plate-like interconnector.

上記燃料電池は、燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスが供給される方向と、電解質の面方向とが平行になるように配置されることが好ましく、こうすることで、混合ガスが、多孔質材料の周縁からセル内へ進入しやすくなり、その結果、各電極へガスの供給を確実に行うことができる。   The fuel cell is preferably arranged so that the direction in which the mixed gas of the fuel gas and the oxidant gas is supplied and the surface direction of the electrolyte are in parallel, so that the mixed gas is porous. It becomes easy to enter the cell from the periphery of the material, and as a result, gas can be reliably supplied to each electrode.

上記各単セルにおける燃料極および空気極上に集電層を形成することが好ましい。この構成により、各単セルで発電した電気の集電が確実になり、出力を向上することが可能となる。この場合、集電層は、各電極の表面を覆うように、電極とインターコネクタとの間に形成される。例えば、燃料極の表面には、白金からなるメッシュ状の集電層を形成することができ、空気極の表面には、金からなるメッシュ状の集電層を形成することができる。なお、厚さ方向の両端部に配置された単セルの各電極にも集電層を形成することができる。   It is preferable to form a current collecting layer on the fuel electrode and the air electrode in each single cell. With this configuration, it is possible to reliably collect electricity generated by each single cell and to improve output. In this case, the current collecting layer is formed between the electrode and the interconnector so as to cover the surface of each electrode. For example, a mesh-like current collecting layer made of platinum can be formed on the surface of the fuel electrode, and a mesh-like current collecting layer made of gold can be formed on the surface of the air electrode. In addition, a current collection layer can be formed also on each electrode of the single cell arrange | positioned at the both ends of the thickness direction.

また、上記インターコネクターは、電子伝導性を有する多孔質体によって構成されることが好ましい。これにより、供給されるガスを、多孔質材料の空孔を介して各電極に供給することができる。この場合、インターコネクターを金属系材料で構成するとさらに好ましい。   Moreover, it is preferable that the said interconnector is comprised with the porous body which has electronic conductivity. Thereby, the gas to be supplied can be supplied to each electrode through the pores of the porous material. In this case, it is more preferable that the interconnector is made of a metal-based material.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池によれば、複数の単セルを用いる場合でも、設置面積を小さくすることができ、設置場所の自由度を高くすることが可能となる。   According to the solid oxide fuel cell of the present invention, the installation area can be reduced even when a plurality of single cells are used, and the degree of freedom of installation location can be increased.

以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の断面図、図２は図１の分解斜視図である。   Hereinafter, an embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell according to this embodiment, and FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG.

図１に示すように、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池は、電解質１１、燃料極１２、及び空気極１３からなる単セル１を複数個（図１では３個）準備し、これらを直列に接続したものである。各単セル１は、矩形のシート状に形成された電解質１１の両面それぞれに薄膜状の燃料極１２および空気極１３を形成したものであり、燃料極１２および空気極１３の表面、つまり電解質１１とは反対側の面には、集電層２が配置されている。集電層２は、後述する材料でメッシュ状に形成され、各電極１２，１３の表面を覆うように配置されている。   As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell according to the present embodiment prepares a plurality of single cells 1 (three in FIG. 1) composed of an electrolyte 11, a fuel electrode 12, and an air electrode 13. Are connected in series. Each single cell 1 is formed by forming a thin-film fuel electrode 12 and an air electrode 13 on both surfaces of an electrolyte 11 formed in a rectangular sheet shape, and the surfaces of the fuel electrode 12 and the air electrode 13, that is, the electrolyte 11. The current collecting layer 2 is disposed on the opposite side of the surface. The current collecting layer 2 is formed in a mesh shape with a material to be described later, and is disposed so as to cover the surfaces of the electrodes 12 and 13.

３個の単セル１は、電解質１１の厚み方向に直接接続されている。すなわち、隣接する単セル１間で、燃料極１２と空気極１３とが対向するように配置される。このとき、各単セル１の間には、矩形の板状に形成されたインターコネクタ３が介挿されている。すなわち、本実施形態においては、３個の単セル１が用いられているので、その間の２つの位置にインターコネクタ３が配置されている。インターコネクタ３は、導電性を有し、かつ多孔質材料から構成されている。   The three single cells 1 are directly connected in the thickness direction of the electrolyte 11. That is, the fuel electrode 12 and the air electrode 13 are disposed so as to face each other between the adjacent single cells 1. At this time, an interconnector 3 formed in a rectangular plate shape is interposed between the single cells 1. That is, in this embodiment, since the three single cells 1 are used, the interconnector 3 is arrange | positioned in two positions between them. The interconnector 3 has conductivity and is made of a porous material.

また、厚さ方向の両端に配置された単セル１には、それぞれ支持基板４が取り付けられている。各支持基板４は、矩形状の貫通孔４１を有するフレームによって構成されており、この貫通孔４１に単セルが配置される。貫通孔４１において、単セル１が挿入されるのとは反対側の開口周縁には、内向きに延びるフランジ４２が形成されており、このフランジ４２が単セル１の抜け止めになっている。そして、フランジ４２に囲まれた開口から露出する電極の集電層２には、導線５が接続されている。   In addition, a support substrate 4 is attached to each of the single cells 1 arranged at both ends in the thickness direction. Each support substrate 4 is configured by a frame having a rectangular through hole 41, and a single cell is disposed in the through hole 41. In the through hole 41, an inwardly extending flange 42 is formed on the opening periphery opposite to where the single cell 1 is inserted, and this flange 42 prevents the single cell 1 from coming off. A conductive wire 5 is connected to the current collecting layer 2 of the electrode exposed from the opening surrounded by the flange 42.

次に、上記燃料電池を構成する材料について説明する。電解質１１の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えば、サマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。   Next, materials constituting the fuel cell will be described. As the material of the electrolyte 11, those known as electrolytes for solid oxide fuel cells can be used. For example, ceria-based oxides doped with samarium or gadolinium, lanthanum galade-based doped with strontium or magnesium Oxygen ion conductive ceramic materials such as oxides, zirconia-based oxides containing scandium and yttrium can be used.

燃料極１２及び空気極１３は、セラミックス粉末材料により形成することができる。このとき用いられる粉末の平均粒径は、好ましくは１０ｎｍ〜１００μｍであり、さらに好ましくは５０ｎｍ〜５０μｍであり、特に好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍである。なお、平均粒径は、例えば、ＪＩＳＺ８９０１にしたがって計測することができる。   The fuel electrode 12 and the air electrode 13 can be formed of a ceramic powder material. The average particle size of the powder used at this time is preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 50 nm to 50 μm, and particularly preferably 100 nm to 10 μm. In addition, an average particle diameter can be measured according to JISZ8901, for example.

燃料極１２は、例えば、金属触媒と酸化物イオン導電体からなるセラミックス粉末材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属（白金、ルテニウム、パラジウム等）等の還元性雰囲気中で安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極１２を形成することが好ましい。なお、酸化物イオン導電体からなるセラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾またはセラミックス材料へのニッケル修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、１種類を単独で、或いは２種類以上を混合して使用することができる。また、燃料極１２は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。   As the fuel electrode 12, for example, a mixture of a metal catalyst and a ceramic powder material made of an oxide ion conductor can be used. As the metal catalyst used at this time, a material that is stable in a reducing atmosphere, such as nickel, iron, cobalt, or a noble metal (platinum, ruthenium, palladium, etc.) and has hydrogen oxidation activity can be used. In addition, as the oxide ion conductor, one having a fluorite structure or a perovskite structure can be preferably used. Examples of those having a fluorite structure include ceria-based oxides doped with samarium, gadolinium, and the like, and zirconia-based oxides containing scandium and yttrium. In addition, examples of those having a perovskite structure include lanthanum galide oxides doped with strontium and magnesium. Among the materials described above, the fuel electrode 12 is preferably formed of a mixture of an oxide ion conductor and nickel. The mixed form of the ceramic material made of the oxide ion conductor and nickel may be a physical mixed form, or may be a powder modification to nickel or a nickel modification to ceramic material. Good. Moreover, the ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Further, the fuel electrode 12 can also be configured using a metal catalyst alone.

空気極１３を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型構造等を有するＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ又はＭｎ等からなる金属酸化物を用いることができる。具体的には（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）Ｏ３などの酸化物が挙げられ、好ましくは、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ３である。上述したセラミックス材料は、１種を単独で、或いは２種以上を混合して使用することができる。 As the ceramic powder material forming the air electrode 13, for example, a metal oxide made of Co, Fe, Ni, Cr, Mn or the like having a perovskite structure or the like can be used. Specifically, (Sm, Sr) CoO 3 , (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) CoO 3 , (La, Sr) (Fe, Co) O 3 , (La, Sr) (Fe, Co , Ni) O 3 and the like, and (La, Sr) (Fe, Co) O 3 is preferable. The ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

集電層２は、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，ＳＵＳ等の導電性金属、或いは金属系材料，又はＬａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ３，（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ３などのランタン・クロマイト系等の導電性セラミックス材料によって形成することができ、これらのうちの１種を単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。 The current collecting layer 2 is made of a conductive metal such as Pt, Au, Pd, Ag, Ni, Cu, or SUS, or a metal-based material, or La (Cr, Mg) O 3 , (La, Ca) CrO 3 , (La , Sr) CrO 3 and other conductive ceramic materials such as lanthanum and chromite, and one of these may be used alone, or two or more may be used in combination. Also good.

上記燃料極１２、及び空気極１３は、上述した材料を主成分として、さらにバインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。より詳細には、上記主成分とバインダー樹脂との混合において、上記主成分が５０〜９５重量％となるように、バインダー樹脂等を加えることが好ましい。また、集電体用ペーストも上述したように、バインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。
燃料極１２、空気極１３及び集電層２の形成方法としては、例えば印刷法を用いることができ、具体的には、スクリーン印刷法やナイフコ−ト法、ドクターブレード法、スプレーコート等の印刷方法を用いることができる。これ以外にも、燃料極１２、空気極１３及び集電層２を、転写シート上に塗布しておき（いわゆるグリーン体）、これらを転写することによって電極を形成することもできる。また、集電層２は、予めメッシュ状に形成したものを電極上に圧接することもできる。このとき、例えば燃料極１２に取り付けられる集電層２を白金からなるメッシュで構成するとともに、空気極１３に取り付けられる集電層を金からなるメッシュで構成することができる。 The fuel electrode 12 and the air electrode 13 are formed by adding the appropriate amount of a binder resin, an organic solvent, etc. with the above-described materials as main components. More specifically, it is preferable to add a binder resin or the like so that the main component is 50 to 95% by weight in the mixing of the main component and the binder resin. Further, as described above, the current collector paste is also formed by adding an appropriate amount of a binder resin, an organic solvent, or the like.
As a method for forming the fuel electrode 12, the air electrode 13, and the current collecting layer 2, for example, a printing method can be used. Specifically, printing such as a screen printing method, a knife coating method, a doctor blade method, and a spray coating method can be used. The method can be used. In addition, the electrode can be formed by applying the fuel electrode 12, the air electrode 13, and the current collecting layer 2 on a transfer sheet (so-called green body) and transferring them. Moreover, the current collection layer 2 can also be press-contacted on the electrode what was previously formed in mesh shape. At this time, for example, the current collecting layer 2 attached to the fuel electrode 12 can be made of a mesh made of platinum, and the current collecting layer attached to the air electrode 13 can be made of a mesh made of gold.

インターコネクタ３は、電子導電性を有する多孔質体であって、イオン伝導性が無視できる程度に小さいことが好ましい。また、熱力学的に安定な材料で構成されていることが好ましい。導電率については、燃料電池の運転温度において、２Ｓ・ｃｍ−１以上であることが好ましい。多孔質体の気孔率は、ガス透過性及びインターコネクタの強度を考慮すると、１０〜８０％の範囲にあることが好ましい。また、後述するように、インターコネクタ３の周縁の面からガスを流入させる必要があるため、ある程度の厚みが必要となる。この観点から、インターコネクタの厚みＤは、以下の式（１）を満たすことが好ましい。但し、空隙率とはインターコネクタ３の単位体積あたりの空隙が占める割合のことを示し、％で表している。 The interconnector 3 is a porous body having electronic conductivity, and is preferably small to such an extent that ion conductivity can be ignored. Moreover, it is preferable to be comprised with the thermodynamically stable material. The conductivity is preferably 2 S · cm −1 or more at the operating temperature of the fuel cell. The porosity of the porous body is preferably in the range of 10 to 80% in consideration of gas permeability and interconnector strength. Further, as will be described later, it is necessary to allow gas to flow from the peripheral surface of the interconnector 3, so that a certain thickness is required. From this viewpoint, it is preferable that the thickness D of the interconnector satisfies the following formula (1). However, the void ratio indicates the ratio of voids per unit volume of the interconnector 3 and is expressed in%.

（インターコネクタ材料自体の導電率）×（１／厚みＤ）×（１００−空隙率／１００）＞２Ｓ・ｃｍ−１ （１）
以上のような要求を満たすため、インターコネクタ３を構成する材料は、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，ＳＵＳ等の導電性金属、或いは金属系材料，又はＬａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ３，（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ３などのランタン・クロマイト系等の導電性セラミックス材料によって形成することができ、これらのうちの１種を単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。 (Conductivity of interconnector material itself) × (1 / thickness D) × (100−porosity / 100)> 2 S · cm −1 (1)
In order to satisfy the above requirements, the material constituting the interconnector 3 is a conductive metal such as Pt, Au, Ag, Ni, Cu, SUS, or a metal material, or La (Cr, Mg) O 3 , (La, Ca) CrO 3, (La, Sr) can be formed of a conductive ceramic material lanthanum chromite system, etc., such as CrO 3, it may be used one of these alone, Two or more kinds may be mixed and used.

支持基板４の材質としては、石英ガラスやバイコールガラスなど一般的な耐熱性ガラスやアルミナ、シリコン窒化物、シリコン炭化物などのセラミックス板を使用することができる。   As the material of the support substrate 4, a general heat-resistant glass such as quartz glass or Vycor glass, or a ceramic plate such as alumina, silicon nitride, or silicon carbide can be used.

上記のように構成された燃料電池は、次のように発電が行われる。以下、図１〜図３を参照しつつ説明する。図３は、本実施形態に係る燃料電池の平面図である。まず、単セル１の面方向と平行に、水素、又はメタン、エタンなどの炭化水素からなる燃料ガスと空気等の酸化剤ガスとの混合ガスＧを高温の状態（例えば、４００〜１０００℃）で供給する。これにより、燃料ガスが、インターコネクタの周縁の面Ｓからセル内に流入しやすくなる。流入した混合ガスは、インターコネクタ３の周縁の面（側面）Ｓから流入し、集電層２を介して、各電極１２，１３に接触する。また、支持基板４における外部を向く面、つまりフランジ４２に囲まれた貫通孔４１からも混合ガスの単セル内への流入が可能である。こうして、燃料極１２及び空気極１３がそれぞれ混合ガスと接触するため、各単セル１における燃料極１２と空気極１３との間で、電解質１１を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。   The fuel cell configured as described above generates power as follows. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. FIG. 3 is a plan view of the fuel cell according to the present embodiment. First, parallel to the surface direction of the single cell 1, a mixed gas G of hydrogen or a fuel gas composed of a hydrocarbon such as methane or ethane and an oxidant gas such as air is in a high temperature state (for example, 400 to 1000 ° C.). Supply with. As a result, the fuel gas easily flows into the cell from the peripheral surface S of the interconnector. The inflowing mixed gas flows in from the peripheral surface (side surface) S of the interconnector 3 and contacts the electrodes 12 and 13 through the current collecting layer 2. The mixed gas can also flow into the single cell from the surface facing the outside of the support substrate 4, that is, the through hole 41 surrounded by the flange 42. Thus, since the fuel electrode 12 and the air electrode 13 are in contact with the mixed gas, oxygen ion conduction through the electrolyte 11 occurs between the fuel electrode 12 and the air electrode 13 in each unit cell 1 to generate power. .

以上のように、本実施形態によれば、板状の電解質１１の両面に燃料極１２および空気極１３が形成された単セルを、厚み方向に積層し、各単セル１間にインターコネクタ３を介挿している。そのため、単セルを並べて配置するのに比べて設置面積が小さくなり、設置場所の自由度を高くすることができる。なお、各インターコネクタ３の周縁部は外部に露出しているため、電池に供給される燃料ガス及び酸化剤ガスは、この周縁部からセル内に進入していく。このとき、インターコネクタ３は多孔質材料で形成されているため、各電極１２，１３の表面がインターコネクタ３によって覆われていても、供給されるガスは、多孔質材料の空孔を介して、各電極１２，１３に供給される。したがって、単セル１を厚さ方向に配置しても、各電極表面へのガスの供給が可能となり、十分に発電を行うことができる。   As described above, according to this embodiment, the single cells in which the fuel electrode 12 and the air electrode 13 are formed on both surfaces of the plate-like electrolyte 11 are stacked in the thickness direction, and the interconnector 3 is interposed between the single cells 1. Is inserted. Therefore, the installation area can be reduced compared to arranging single cells side by side, and the degree of freedom of installation location can be increased. In addition, since the peripheral part of each interconnector 3 is exposed outside, the fuel gas and the oxidant gas supplied to the battery enter the cell from the peripheral part. At this time, since the interconnector 3 is formed of a porous material, even if the surfaces of the electrodes 12 and 13 are covered with the interconnector 3, the supplied gas is passed through the pores of the porous material. , Supplied to the electrodes 12 and 13. Therefore, even if the single cells 1 are arranged in the thickness direction, gas can be supplied to the surface of each electrode, and sufficient power generation can be performed.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、電解質１１は、硬質の板状のものではなく、薄膜状のものにすることもできる。この場合、単セルを構成する電解質とともに電極が薄膜状に形成されることになるが、インターコネクタ３及び支持基板４によって支持されるため、セル自体の形状は保持される。また、インターコネクタ３は、上述したような板材のみならず、例えば発砲体、メッシュ、ウールなど種々の形態をとることができる。さらに、インターコネクタ３は導電性を有するため、集電層を設けず、直接電極上に配置することもできる。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible unless it deviates from the meaning. For example, the electrolyte 11 can be a thin film instead of a hard plate. In this case, the electrodes are formed in a thin film shape together with the electrolyte constituting the single cell. However, since the electrodes are supported by the interconnector 3 and the support substrate 4, the shape of the cell itself is maintained. Further, the interconnector 3 can take various forms such as a fired body, a mesh, and wool as well as a plate material as described above. Furthermore, since the interconnector 3 has conductivity, it can be disposed directly on the electrode without providing a current collecting layer.

また、インターコネクター３は、多孔質材料以外の構成も可能である。つまり、周縁からのガスの流入が可能で、且つ流入したガスを燃料極１２及び空気極１３に供給可能に構成されていればよい。例えば、インターコネクターを導電性材料で形成するとともに、図４に示すように、電極１２，１３と対向する面それぞれにガスが流通可能な溝３１を形成することができる。このとき、この溝３１をインターコネクター３の周縁部まで延びて開口するように構成すれば、周縁部からのガスの流入が可能になる。   Further, the interconnector 3 may have a configuration other than the porous material. That is, it is only necessary that the gas can be introduced from the peripheral edge and the gas that has entered can be supplied to the fuel electrode 12 and the air electrode 13. For example, the interconnector is formed of a conductive material, and as shown in FIG. 4, a groove 31 through which a gas can flow can be formed on each surface facing the electrodes 12 and 13. At this time, if the groove 31 is configured to extend to the peripheral edge of the interconnector 3 and open, the gas can flow in from the peripheral edge.

本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の断面図である。1 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. 図１の燃料電池の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the fuel cell of FIG. 図１の燃料電池の平面図である。It is a top view of the fuel cell of FIG. 図１の燃料電池の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the fuel cell of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 単セル
１１ 電解質
１２ 燃料極
１３ 空気極
２ 集電層
３ インターコネクタ
1 single cell 11 electrolyte 12 fuel electrode 13 air electrode 2 current collecting layer 3 interconnector

Claims (5)

シート状の電解質の両面に燃料極および空気極がそれぞれ形成された複数の単セルと、
導電性を有し、前記複数の単セルを直列に接続するシート状に形成されたインターコネクタとを備え、
前記複数の単セルは前記電解質の厚さ方向に積層され、前記各単セル間に前記インターコネクタが介挿されており、
前記インターコネクターは、周縁からのガスの流入が可能で、且つ流入したガスを前記燃料極及び空気極に供給可能であり、
前記単セル及びインターコネクタの周縁が外部に露出している、固体酸化物形燃料電池。 A plurality of single cells each having a fuel electrode and an air electrode formed on both sides of a sheet-like electrolyte;
It has electrical conductivity, and includes an interconnector formed in a sheet shape that connects the plurality of single cells in series,
The plurality of single cells are stacked in the thickness direction of the electrolyte, and the interconnector is interposed between the single cells.
The interconnector is capable of inflow of gas from the periphery, and can supply the inflowed gas to the fuel electrode and air electrode,
A solid oxide fuel cell in which peripheral edges of the single cell and the interconnector are exposed to the outside. 燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスの供給方向と、前記電解質の面方向とが平行になるように配置される、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。   2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a supply direction of a mixed gas of a fuel gas and an oxidant gas and a surface direction of the electrolyte are arranged in parallel. 前記各単セルにおける燃料極および空気極上には集電層が形成されている、請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池。   The solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2, wherein a current collecting layer is formed on the fuel electrode and the air electrode in each unit cell. 前記インターコネクターが電子伝導性を有する多孔質体からなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。   4. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the interconnector is made of a porous body having electronic conductivity. 前記インターコネクターが金属系材料からなることを特徴とする請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池。   5. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the interconnector is made of a metal material.
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