JP2008053095A - Current collector of oxygen supply electrode, electrochemical reaction device, and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電解質に酸素を供給する酸素供給極の集電体並びに、この集電体が形成された電気化学反応装置および燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a current collector for an oxygen supply electrode that supplies oxygen to a solid electrolyte, and an electrochemical reaction device and a fuel cell in which the current collector is formed.
燃料電池は、従前より、例えば特許文献1に示すように、缶体内に燃料電池スタックが収容されている。この燃料電池スタックは、発電セルと、この発電セルの両外側に積層された集電体と、集電体の外側に積層されたセパレータとから構成される単セルが、上記積層方向に複数積層されることにより構成されている。 For example, as shown in Patent Document 1, a fuel cell stack is conventionally housed in a can body. This fuel cell stack is composed of a plurality of single cells that are composed of a power generation cell, a current collector stacked on both outer sides of the power generation cell, and a separator stacked on the outer side of the current collector in the stacking direction. Is configured.
また、この発電セルは、板状の固体電解質における一方の面に空気極が形成されるとともに、他方の面に燃料極が形成されている。そして、上記集電体のうち空気極の外側に積層された空気極の集電体は、Ag基合金等の酸素の流路を備えたスポンジ状の多孔質焼結金属板により構成されている。 In addition, this power generation cell has an air electrode formed on one surface of the plate-shaped solid electrolyte and a fuel electrode formed on the other surface. Of the current collectors, the air electrode current collector laminated on the outside of the air electrode is composed of a sponge-like porous sintered metal plate having an oxygen channel such as an Ag-based alloy. .
さらに、上記燃料電池スタックは、各構成部品が電気的接続を保つために密着する必要があり、一般的には、その上部の中央に錘が載せられている。
ところが、近年、技術の進歩により燃料電池の出力量が増大するとともに、上記積層方向に重ねられる単セルの積層数が著しく増加してきている。これにより、特に、最下段に位置する上記空気極集電体は、上記錘や上段の構成部材により荷重が作用して、酸素の流路が押し潰されることにより、充分な酸素の供給が行われなくなる恐れがあった。
Furthermore, the fuel cell stack needs to be in close contact with each other in order to maintain electrical connection. In general, a weight is placed on the center of the upper part of the fuel cell stack.
However, in recent years, the output of fuel cells has increased due to technological advances, and the number of single cells stacked in the stacking direction has increased remarkably. As a result, in particular, the air electrode current collector positioned at the lowermost stage is supplied with sufficient oxygen by a load acting on the weight or the upper structural member and the oxygen flow path being crushed. There was a risk of being lost.
なお、先に出願人は、空気極の集電体に関する技術として、特許文献2を出願している。
Note that the applicant has previously filed
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、単セルの積層数が増加して大きな荷重が作用する場合も、酸素の流路を確保して、酸素の供給を充分に行える酸素供給極の集電体を提供するとともに、この集電体を用いて、所望の発電効率を得ることができる燃料電池等の電気化学反応装置を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and even when a large load is applied due to an increase in the number of stacked single cells, an oxygen supply electrode that can sufficiently supply oxygen by securing an oxygen flow path is provided. It is an object of the present invention to provide an electrochemical reaction device such as a fuel cell that can obtain a desired power generation efficiency using the current collector.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、全体として平板状に形成された多孔質集電体と骨格構造体とが互いに板厚方向に積層され、上記孔部および骨格内が酸素の流路となる酸素供給極の集電体であって、上記骨格構造体は、上記多孔質集電体よりも機械的強度が高く、かつ導電性を有する素材が網目状構造に形成されているとともに、
上記多孔質集電体は、一部が上記積層部分おいて上記骨格構造体内に充填され、かつ少なくとも表面が銀または銀合金によって形成されていることを特徴とする酸素供給極の集電体である。
ここで、上記網目状構造とは、エキスパンドメタル、パンチングメタルまたはメッシュメタル等の穴が形成されている部材を意味する。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is characterized in that a porous current collector formed in a flat plate shape and a skeletal structure are laminated in the plate thickness direction as a whole, Is a current collector for an oxygen supply electrode serving as an oxygen flow path, and the skeleton structure has a higher mechanical strength than the porous current collector, and a conductive material is formed in a network structure. As well as
The porous current collector is a current collector for an oxygen supply electrode, wherein a part of the porous current collector is filled in the skeleton structure in the laminated portion, and at least the surface is formed of silver or a silver alloy. is there.
Here, the mesh structure means a member in which holes such as expanded metal, punching metal, or mesh metal are formed.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の酸素供給極の集電体において、上記骨格構造体は、上記板面方向に向けて、厚さ方向に凹凸を繰り返す波形が形成されていることを特徴とするものである。この板面方向に向けて波形を形成する方法としては、例えば、コルゲート加工を用いることができる。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、板状の固体電解質の両面に電極が形成され、この一方の電極が酸素供給極である電気化学反応装置において、請求項1又は2に記載の酸素供給極の集電体が上記多孔質集電体の表面を酸素供給極の表面に向けて積層されていることを特徴とする電気化学反応装置である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an electrochemical reaction apparatus in which electrodes are formed on both surfaces of a plate-shaped solid electrolyte, and one of the electrodes is an oxygen supply electrode. In the electrochemical reaction device, the current collector is laminated with the surface of the porous current collector facing the surface of the oxygen supply electrode.
ここで、電気化学反応装置とは、電子の授受に伴って化学反応を行う電気化学セルを有する装置を意味し、燃料電池の他に、酸素富化器や、水の電気分解装置等として利用されるものである。 Here, the electrochemical reaction device means a device having an electrochemical cell that performs a chemical reaction with the exchange of electrons, and is used as an oxygen enricher, a water electrolysis device, etc. in addition to a fuel cell. It is what is done.
さらに、請求項4に記載の発明は、請求項3における他方の電極が水素供給極又は炭化水素供給極であることを特徴とする燃料電池である。
The invention according to
請求項1又は2に記載の発明によれば、板状の多孔質集電体の一部が機械的強度の高い骨格構造体に板厚方向に向けて入り込んでいるため、当該部分における多孔質集電体の機械的強度が高くなり、この結果、板厚方向に向けて大きな荷重が作用した場合にも、押し潰されることなく、酸素の流路を確保して、酸素の線速度を一定に保つことができる。
According to the invention described in
また、多孔質集電体の表面を酸素供給極側に配設することにより、集電体と電極との熱歪みを吸収することができるとともに、酸素供給極の集電体と酸素供給極との接触面積が大きくなることにより、接触抵抗を著しく小さくすることができる。 In addition, by disposing the surface of the porous current collector on the oxygen supply electrode side, it is possible to absorb the thermal strain between the current collector and the electrode, and the current collector and oxygen supply electrode of the oxygen supply electrode By increasing the contact area, the contact resistance can be remarkably reduced.
特に、骨格構造体がエキスパンドメタルである場合には、加工過程において、厚さ方向に弾性が付与されるために、骨格内に多孔質集電体が充填されることと相まって、板厚方向に優れた弾力変形能を有する酸素供給極の集電体を提供することができる。 In particular, when the skeletal structure is an expanded metal, elasticity is imparted in the thickness direction in the processing process, which is coupled with the porous current collector being filled in the skeleton in the thickness direction. It is possible to provide a current collector for an oxygen supply electrode having excellent elastic deformability.
さらに、請求項2に記載の発明によれば、上記板面方向に向けて厚さ方向に凹凸を繰り返す波形が形成されているため、酸素供給極の集電体の厚みを確保するとともに、板厚方向に所望の弾性および機械的強度を有する集電体を容易に得ることができる。
この際、上記骨格構造体がエキスパンドメタルである場合には、成形と同時に厚さ方向に凹凸が形成されるとともに、コルゲート加工によっても厚さ方向に凹凸が形成されるため、成形による凹凸とコルゲート加工による凹凸との相乗作用によって、優れた弾性および機械的強度を得ることができる。
Furthermore, according to the invention described in
At this time, when the skeleton structure is an expanded metal, unevenness is formed in the thickness direction at the same time as molding, and unevenness is also formed in the thickness direction by corrugating. Excellent elasticity and mechanical strength can be obtained by a synergistic effect with the unevenness caused by processing.
請求項3に記載の発明によれば、板状の固体電解質の両面に電極を形成するとともに、請求項1又は2に記載の酸素供給極の集電体を、多孔質集電体の表面を酸素供給極の表面に向けて積層したため、この集電体と酸素供給極との接触抵抗を小さくして、固体電解質における反応効率を著しく上昇させることができる。
また、酸素供給極の集電体における多孔質集電体が熱歪みを吸収することにより、電気化学反応装置の構成部材が割れることを防止できる。
According to invention of
In addition, the porous current collector in the current collector of the oxygen supply electrode absorbs thermal strain, thereby preventing the constituent members of the electrochemical reaction device from cracking.
特に、請求項4に記載の発明によれば、他方の電極を水素供給極又は炭化水素供給極として燃料電池を構成したため、上述のように酸素供給極の集電体と酸素供給極との接触抵抗が小さくなることにより、発電効率を上昇させることができる。
In particular, according to the invention described in
また、板厚方向に向けて大きな荷重が作用した場合にも、上述のように集電体が押し潰されず、燃料電池スタックが全体的に収縮することを抑止するため、構成部材の繋ぎ部分が変形することを防止して、未だ反応に寄与していない未反応ガスが放出されることを防止でき、その結果、発電反応の効率を高めることができる。また、放出された未反応の酸素ガスが燃焼することによって、燃料電池が加熱されて、燃料電池の構成部材同士に熱歪みが生じることを防止できる。さらに、酸素供給極の集電体における多孔質集電体が、熱歪みを吸収するため、一般的に、セラミックス等の割れやすい材料から構成されている燃料電池の構成部材が割れることを防止できる。 Even when a large load is applied in the thickness direction, the current collector is not crushed as described above, and the fuel cell stack is prevented from contracting as a whole. It is possible to prevent the deformation and prevent the release of unreacted gas that has not yet contributed to the reaction, and as a result, the efficiency of the power generation reaction can be increased. Moreover, it is possible to prevent the fuel cell from being heated by burning the released unreacted oxygen gas, and causing thermal distortion between the constituent members of the fuel cell. Furthermore, since the porous current collector in the current collector of the oxygen supply electrode absorbs thermal strain, it is possible to prevent the structural members of the fuel cell that are generally made of a fragile material such as ceramics from cracking. .
以下、本発明に係る酸素供給極の集電体の一実施形態とともに、本発明に係る燃料電池の一実施形態について、図1ないし図5を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell according to the present invention as well as an embodiment of a current collector for an oxygen supply electrode according to the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、酸素供給極の集電体3について、図1及び図2を用いて説明する。
本実施形態における酸素供給極の集電体3は、図1に示すように、全体として板状に形成された多孔質集電体2と骨格構造体1とが板面方向に重ねられて、熱圧着および圧延されることにより、多孔質集電体2の一部が骨格構造体1に板厚方向に充填されている。
First, the
As shown in FIG. 1, the
この骨格構造体1は、導電性及び高い機械的強度を有する必要があるため、純銀製のエキスパンドメタル(網目状構造)や、銀メッキが施されたSUS316からなるエキスパンドメタルが好適に用いられている。 Since the skeleton structure 1 needs to have conductivity and high mechanical strength, an expanded metal made of pure silver (network structure) or an expanded metal made of SUS316 plated with silver is preferably used. Yes.
また、上記板面方向に向けて、厚さ(例えば、約0.3mm)の2〜3倍の波高(例えば、約0.9mm)を有し、かつ、この波高と略同一の波長又はそれ以下の波長(例えば、約1mm以下)を有する波形が形成されており、波高の凸部が多孔質集電体2から露出されている。
Further, a wave height (for example, about 0.9 mm) that is 2 to 3 times the thickness (for example, about 0.3 mm) toward the plate surface direction, and a wavelength that is substantially the same as the wave height, or A waveform having the following wavelength (for example, about 1 mm or less) is formed, and a convex portion having a wave height is exposed from the porous
他方、多孔質集電体2は、銀の素地中に酸化物が分散されている発泡金属であり、60%〜97%の気孔率を有するとともに、上記骨格構造体1の波高よりも若干厚み(例えば、0.9mm)をもって構成されている。そして、表面部分(例えば、約0.1mm)が骨格構造体1から露出されている。この酸化物としては、酸化スズ、酸化インジウム、酸化ランタン、酸化銅、酸化クロム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化バナジウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウムなどを用いることができるが、酸化スズが最も好ましい。
On the other hand, the porous
このように酸化物が分散されていることにより、酸素供給極の集電体3において酸素の解離(O2→2O)や酸素イオンの生成(O+2e→O2-)を促進させる作用があるとともに、酸素供給極の集電体3と電極との交換電流密度が上昇して、酸素イオンが速やかに集電体3から電極へ移動する。
また、酸化物は、3〜50質量%の範囲において分散されていることが好ましい。酸化物の含有率が3質量%未満の場合には、燃料電池の集電体3としての機械的強度が不十分になり、50質量%を超える場合には、集電体3としての電気伝導性が低下してしまう。
The dispersion of the oxide as described above has an effect of promoting dissociation of oxygen (O 2 → 2O) and generation of oxygen ions (O + 2e → O 2− ) in the
Moreover, it is preferable that the oxide is disperse | distributed in 3-50 mass%. When the oxide content is less than 3% by mass, the mechanical strength as the
さらに、融点が上昇させるために、銅、亜鉛、カドニウム、ニッケル、スズ、金、白金、パラジウム、イリジウムおよびロジウムのうちの1種又は2種以上を合計で40質量%以下の範囲において含有することが好ましい。なお、含有率を40質量%以下としたのは、この範囲を超えると銀による触媒作用(酸素の解離、酸素イオンの生成)が低下するためである。 Furthermore, in order to raise the melting point, one or more of copper, zinc, cadmium, nickel, tin, gold, platinum, palladium, iridium and rhodium are contained in a total amount of 40% by mass or less. Is preferred. The reason why the content is set to 40% by mass or less is that when the content exceeds this range, the catalytic action (dissociation of oxygen, generation of oxygen ions) by silver decreases.
以上のようにして、上記多孔質集電体2の表面部分(例えば、約0.1mm)が上記骨格構造体1から露出されているとともに、上記骨格構造体1の凸部が上記多孔質集電体2から露出されている酸素供給極の集電体(例えば、約1mm)3が構成される。
この集電体3は、酸素の線速度を最適な範囲に設定するために、0.5mm以上の板厚が必要とされ、さらに好ましくは0.8mm以上であることが望ましい。
As described above, the surface portion (for example, about 0.1 mm) of the porous
The
なお、多孔質集電体2は、燃料電池の作動温度(400℃〜800℃)において、機械的強度に優れている金属又は合金を用いてもよい。この場合には、表面にニッケルメッキ下地層を形成し、その上に銀メッキを形成して、酸素イオンの生成を担保する。
The porous
次いで、本発明に係る上述の酸素供給極の集電体3が用いられた燃料電池の一実施形態について、説明する。
本実施形態の燃料電池は、図3および図4に示すように、缶体21内部に、燃料電池スタック10がそれぞれ電気的絶縁性の架台18に一体的に固定されて、平面内に縦横2列に配設されるとともに、それぞれ高さ方向に4段積み上げられて、燃料電池スタック10が合計16基設置されている。
Next, an embodiment of a fuel cell using the above-described
As shown in FIGS. 3 and 4, the fuel cell according to the present embodiment has the
ここで缶体21は、外周部が断熱部材23によって囲まれており、内部には空洞が形成されて、上記16基の燃料電池スタック10が配設されるとともに、下部側面に各燃料電池スタック10に対向するように予熱バーナ24が設置されている。
Here, the outer periphery of the
この燃料電池スタック10は、図5に示すように、固体電解質層4の一方の面に空気極5が形成されるとともに、他方の面に燃料極6が形成されてなる発電セル7に、上述の酸素供給極の集電体3が多孔質集電体2の表面を空気極5の表面に向けて積層されている。さらに、上記燃料極6の表面に集電体8が積層されるとともに、集電体3、8の外側にセパレータ9が積層されることにより単セルが構成されており、この単セルが上記積層方向に向けて数十個以上積層されることにより概略構成されている。
As shown in FIG. 5, the
ここで、固体電解質層4はイットリアを添加した安定化ジルコニア(YSZ)等で構成され、燃料極6はNi等の金属あるいはNi−YSZ等のサーメットで構成され、空気極5はLaMnO3、LaCoO3等で構成され、燃料極集電体8はNi等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成されている。
Here, the
また、セパレータ9はステンレス等で構成されており、発電セル7間を電気的に接続するとともに、発電セル7に燃料ガス又は空気等の反応用ガスを供給する機能を有している。これにより、運転時には、セパレータ9の中心部から発電セル7に向けて吐出される空気を発電セル7の外周方向に拡散させながら酸素供給極の集電体3を通じて、空気極5の全面に行き渡らせるとともに、燃料ガスを同様にして集電体8を通じて、燃料極6に行き渡らせることにより、発電反応を生じさせるようになっている。
The
さらに、上記燃料電池スタック10は、発電セル7の外周部にガス漏れ防止シールを設けないシールレス構造が採用されており、上記発電反応で消費されなかった残余のガスを発電セル7の外周部から外方に向けて放出するようになっている。
Further, the
さらにまた、縦横2列に配設された燃料電池スタック10の間には、上段の燃料電池スタック10から下段の燃料電池スタック10までの輻射熱を効率良く受熱でき、かつ最も高温となる部位に位置するように、燃料電池スタック10の高さ方向に沿って断面十字形の燃料改質器30が配設されている。
Furthermore, between the fuel cell stacks 10 arranged in two rows in the vertical and horizontal directions, the radiant heat from the upper
さらには、燃料電池スタック10の側部外方には、燃料電池スタック10からの輻射熱を効率良く受熱する側部燃料熱交換器40および側部空気熱交換器50が燃料電池スタック10の高さ方向に沿って配設されるとともに、この燃料電池スタック10に燃料ガスを供給する燃料バッファタンク45と、空気を供給する空気バッファタンク55とがそれぞれ燃料電池スタック10の高さ方向に沿って配設されている。
Furthermore, a side
また、最上段の燃料電池スタック10の上方には、上記側部燃料熱交換器40の下流側に接続された上部熱交換器41が水平方向に向けて配設されるとともに、上記側部空気熱交換器50の下流側に接続された上部空気熱交換器51が水平方向に向けて配設されている。
この上部熱交換器41は、その下流側が上記燃料改質器30の上部に接続されており、この燃料改質器30は、その下端部に設けられた改質ガス排出用の排出管32を介して、下流側に上記燃料バッファタンク45が接続されている。他方、上部空気熱交換器51は、下流側に上記空気バッファタンク55が接続されている。
An
The
そして、この燃料バッファタンク45は、並列的に設けられた複数本の燃料分配管28を介して燃料電池スタック10に接続されており、空気バッファタンク55は、並列的に設けられた複数本の空気分配管29を介して燃料電池スタック10に接続されている。
The
加えて、缶体21の下部には、燃料改質用の高温水蒸気を得るための水蒸気発生器60が配設されている。
この水蒸気発生器60は、バーナ24によって加熱された排ガスの熱量を利用するため、缶体21下部の断熱部材23を貫通している下部排気管19b内に配設されている。そして、上流側には、缶体21外部に供給口を有する水供給管17が接続されるとともに、下流側には、上記側部燃料熱交換器40の上流側に設けられた燃料混合部27が接続されている。
In addition, a
The
他方、燃料混合部27の上流側には、上記水供給管17と並列的に設けられるとともに、缶体21外部に供給口を有する燃料供給管15が接続されている。
一方、上記側部空気熱交換器50の上流側には、上記バーナ24の外周部に設けられるとともに、バーナ24の冷却ジャケットとしても作用する冷却空気配管25を介して、缶体21外部に供給口を有する空気供給管16に接続されている。
尚、図3に示すように、缶体21上部の中央には、各燃料電池スタック10より缶体21内に放出された高温の排ガスを外部に排出するための排気管19aが設けられている。
On the other hand, on the upstream side of the
On the other hand, on the upstream side of the side
As shown in FIG. 3, an
次に、本発明に係る上記酸素供給極の集電体3を用いた上述の燃料電池の作用について、説明する。
Next, the operation of the above fuel cell using the
まず、バーナ24を起動させるとともに、燃料供給管15に都市ガス、空気供給管16に酸素、水供給管17に水をそれぞれ供給する。
すると、水が水蒸気発生器60に供給されて、バーナ24により加熱された缶体21下部のガスによって間接的に加熱されることにより、除々に水蒸気が生成されて、この水蒸気が燃料混合部27に供給される。
First, the
Then, water is supplied to the
一方、都市ガスは、燃料供給管15から燃料混合部27に供給されて、上記水蒸気と混合されつつ、側部燃料熱交換器40に供給される。すると、バーナ24により加熱された缶体21内部のガスによって間接的に加熱されつつ、上昇して、上部熱交換器41に供給される。さらに、上部熱交換器41において、缶体21上部の高温ガスにより間接的に加熱されることにより、改質反応温度近傍まで温度上昇した後、燃料改質器30に供給される。
On the other hand, the city gas is supplied from the
次いで、燃料改質器30において、下方へと流れつつ、さらに燃料電池スタック10からの輻射熱によって加熱されるため、除々に改質され、燃料ガスとなる。この燃料ガスは、排出管32を介して燃料バッファタンク45に供給された後、燃料分配管28を介して各燃料電池スタック10に供給される。
Next, in the
他方、酸素は、冷却空気配管25に供給されて、バーナ24の周辺部を冷却しつつ、加熱されて、側部空気熱交換器50に供給される。すると、缶体21内部のガスにより加熱されつつ、上昇して、上部空気熱交換器51に供給される。さらに、上部空気熱交換器51において加熱された後、空気バッファタンク55に供給されて、空気分配管29を介して各燃料電池スタック10に供給される。
On the other hand, oxygen is supplied to the cooling
すると、酸素は、バーナ24からの輻射熱によって加熱されている燃料電池スタック10において、セパレータ12から酸素供給極の集電体3に供給され、集電体3の周囲へと拡散しつつ、空気極5の近傍に供給される。すると、空気極5の近傍において、酸素原子に分解され、電子を受け取ることにより酸素イオンとなる。この酸素イオンは、空気極5に移動して、固体電解質4に供給される。
Then, in the
他方、上記燃料ガスは、セパレータ12から燃料極の集電体8に供給されて、燃料極6の近傍において、水素原子に分解され、電子を放出することにより、水素イオンとなる。この水素イオンは、燃料極6に移動して、固体電解質4に供給される。
On the other hand, the fuel gas is supplied from the separator 12 to the
すると、上記酸素イオンと水素イオンとが、固体電解質4において反応することにより水蒸気が生成される。この際、上記空気極5と燃料極6との電位差によって、電気が取り出される。
Then, the oxygen ions and hydrogen ions react with each other in the
上述の燃料電池によれば、上述の酸素供給極の集電体3は、多孔質集電体2の一部をエキスパンドメタル1に充填したため、板厚方向の弾力変形能に優れており、その結果、数十の単セルが積層されて、より大きな荷重が作用する場合にも、酸素の流路を確保することができる。また、集電体3の板厚が0.8mm以上あり、酸素の線速度を最適な範囲に設定することができるため、所望の発電効率を得ることができる。
According to the fuel cell described above, the
また、多孔質集電体2の表面部分が空気極5に接触して、集電体3と空気極5との間の熱歪みを吸収することにより、集電体3、空気極5等の構成部材が割れることを防止するとともに、集電体3と酸素極5との接触面積が大きくなることにより、接触抵抗が小さくなって、発電効率を高めることができる。
Further, the surface portion of the porous
他方、エキスパンドメタル1の表面部分の凸部がセパレータ9に接触しているため、機械的強度が高く、所望の酸素の線速度を得ることができるとともに、板厚方向への収縮が抑止されて、構成部材が板厚方向へ変動することを防止できる。
このため、セパレータ9と燃料バッファタンク45とを接続する燃料分配管28に機械的応力が働くことを阻止できるとともに、セパレータと空気バッファタンク55とを接続する空気分配管29に機械的応力が働くことを阻止できる。その結果、燃料分配管28および空気分配管29に傷が入ることを阻止して、未反応の燃料ガスおよび酸素が燃料スタック10の外方へ放出されることを防止することにより、発電効率を維持することができる。
On the other hand, since the convex part of the surface portion of the expanded metal 1 is in contact with the
Therefore, mechanical stress can be prevented from acting on the
次に、酸素供給極の集電体3について、製造方法を説明する。
まず、厚さ0.3mmの純銀製のエキスパンドメタル1に、コルゲート加工して、波高0.9mm、かつ波長1mmの波形を形成した。
Next, a manufacturing method for the
First, corrugation processing was performed on the expanded metal 1 made of pure silver having a thickness of 0.3 mm to form a waveform having a wave height of 0.9 mm and a wavelength of 1 mm.
これと並行して、純銀アトマイズ粉末50.0質量%、n−ヘキサン1.5質量%、HPMC5.0質量%、DBS2.0質量%、グリセリン3.0質量%、蒸留水38.5質量%からなる組成の混合スラリーを作製した後、この混合スラリーをドクターブレード法によって厚さ2mmの成形体にした。次いで、この成形体を湿度90%、温度35℃、保持時間10分にて発泡させた後、空気中温度450℃、保持時間60分にて脱脂させ、その後、空気中温度910℃、保持時間120分の条件にて焼結することにより厚さ1.5mmの寸法をもった多孔質集電体2を作製した。
In parallel with this, 50.0% by mass of pure silver atomized powder, 1.5% by mass of n-hexane, 5.0% by mass of HPMC, 2.0% by mass of DBS, 3.0% by mass of glycerin, 38.5% by mass of distilled water After preparing a mixed slurry having the composition consisting of the following, this mixed slurry was formed into a molded body having a thickness of 2 mm by the doctor blade method. Next, the molded body was foamed at a humidity of 90%, a temperature of 35 ° C., and a holding time of 10 minutes, and then degreased at an air temperature of 450 ° C. and a holding time of 60 minutes. Thereafter, the air temperature was 910 ° C. and the holding time. The porous
次に、波高0.9mmのエキスパンドメタル1と、厚さ1mmの多孔質集電体2とを板厚方向に重ねて、荷重2.5kg、800℃、3時間の条件にて熱圧着した。
すると、多孔質集電体2の一部がエキスパンドメタル1に入り込むことにより、エキスパンドメタル1に充填され、エキスパンドメタル1と多孔質集電体2との積層体の厚さが約1.3mmになった。
Next, an expanded metal 1 having a wave height of 0.9 mm and a porous
Then, a part of the porous
次いで、この積層体を圧延して、さらに多孔質集電体2の一部をエキスパンドメタル1に充填した。すると、エキスパンドメタル1は、波高が小さくなるとともに、多孔質集電体2とともに面方向に限界まで引き延ばされて、直径が約1.04倍になった。その結果、エキスパンドメタル1の波形の凸部が多孔質集電体2から露出され、かつ多孔質集電体2の表面部分(厚さ0.1mm)がエキスパンドメタル1から露出されている厚さ1,0mmの集電体3が得られた。
Next, this laminate was rolled, and a part of the porous
1 エキスパンドメタル(骨格構造体)
2 多孔質集電体
3 酸素供給極の集電体
1 Expanded metal (skeleton structure)
2 Porous
Claims (4)
上記骨格構造体は、上記多孔質集電体よりも機械的強度が高く、かつ導電性を有する素材が網目状構造に形成されているとともに、
上記多孔質集電体は、一部が上記積層部分において上記骨格構造体内に充填され、かつ少なくとも表面が銀または銀合金によって形成されていることを特徴とする酸素供給極の集電体。 A current collector for an oxygen supply electrode in which a porous current collector and a skeleton structure formed in a flat plate shape as a whole are laminated in the thickness direction, and the pores and the skeleton serve as an oxygen flow path. ,
The skeleton structure has a mechanical strength higher than that of the porous current collector, and a conductive material is formed in a network structure.
A current collector for an oxygen supply electrode, wherein the porous current collector is partially filled in the skeleton structure in the laminated portion and at least the surface is formed of silver or a silver alloy.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010238442A (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Mitsubishi Materials Corp | Solid oxide fuel battery |
JP2011150863A (en) * | 2010-01-21 | 2011-08-04 | Sanyo Special Steel Co Ltd | Manufacturing method of sheet-like metal porous body member, and its member |
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KR101900824B1 (en) * | 2016-11-11 | 2018-09-20 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Stack for solid oxide fuel cell |
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2006
- 2006-08-25 JP JP2006229148A patent/JP2008053095A/en active Pending
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