JP2008084551A - Stacking fixture and stack structure for single-cell solid oxide fuel cell using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stacking fixture that easily connects a plurality of fuel cells, and to provide a stack structure using the same. <P>SOLUTION: The stacking fixture 1 is used for stacking a plurality of single-cell solid oxide fuel cells 5 respectively having a fuel electrode 52, an air electrode 54, and an electrolyte 53. The stacking fixture 1 is provided with a support member 2, which is shaped cylindrically and formed with a mounting part 21 mounted with the fuel cell 5 so as to make it face the internal space of the support member, an upper mesh member 3, which is mounted on the support member 2 so as to be in contact with the air electrode 54 of the fuel cell 5 while being extended to the outer peripheral face of the support member 2, and a lower mesh member 4 that is mounted on the support member 2 so as to be in contact with the fuel electrode 52 of the fuel cell while being extended to the outer peripheral face of the support member 2. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料極、空気極及び電解質を有する複数の単室型固体酸化物形燃料電池をスタック化するためのスタック用治具及びこれを用いた単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造に関する。   The present invention relates to a stack jig for stacking a plurality of single-chamber solid oxide fuel cells having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte, and a stack of single-chamber solid oxide fuel cells using the same. Concerning structure.

燃料電池とは外部からの燃料供給と燃焼生成物の排気とを連続的に行いながら、燃料が酸化する際に発生する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる電池である。このような燃料電池は、複数の燃料電池をスタック化することで、その出力の向上を図っている。例えば、特許文献1には、ガスケット、セパレータを介して複数の燃料電池を積層し、その両端にエンドプレートを配置して、ボルトでそのエンドプレートを締め付ける構成のスタック構造が開示されている。
特開2006−86018号公報
A fuel cell is a cell that can directly convert chemical energy generated when fuel is oxidized into electric energy while continuously supplying fuel from the outside and exhausting combustion products. Such a fuel cell is intended to improve its output by stacking a plurality of fuel cells. For example, Patent Document 1 discloses a stack structure in which a plurality of fuel cells are stacked through gaskets and separators, end plates are arranged at both ends, and the end plates are tightened with bolts.
JP 2006-86018 A

しかし、上記二室型のスタック構造では、各燃料電池に対してガスケットやセパレータを位置合わせしてそれぞれを積層し、ガスリークしないようにシールし、この作業を繰り返して燃料電池をスタック化するため、燃料電池スタック全体として位置合わせに精度を要し、燃料電池のスタック化に時間や手間が掛かる。このため、複数の燃料電池を簡単に接続できるようなスタック構造が要望されていた。   However, in the above two-chamber stack structure, the gaskets and separators are aligned with each fuel cell and stacked, and sealed to prevent gas leakage, and this operation is repeated to stack the fuel cells. The fuel cell stack as a whole requires high accuracy for alignment, and it takes time and effort to stack the fuel cells. For this reason, a stack structure that can easily connect a plurality of fuel cells has been desired.

そこで、本発明は、複数の燃料電池を簡単に接続することが可能なスタック用治具及びそのスタック用治具を用いたスタック構造を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a stack jig that can easily connect a plurality of fuel cells, and a stack structure using the stack jig.

本発明に係るスタック用治具は、燃料極、空気極及び電解質を有する複数の単室型固体酸化物形燃料電池をスタック化するためのスタック用治具であって、上記課題を解決するためになされたものであり、筒状に形成され、その内部空間を臨むように燃料電池が取り付けられる装着部が形成された支持部材と、前記支持部材に取り付けられ、燃料電池の空気極と接触するとともに、前記支持部材の外周面に延びる第1の導電性部材と、前記支持部材に取り付けられ、燃料電池の燃料極と接触するとともに、前記支持部材の外周面に延びる第2の導電性部材と、を備えている。   A stacking jig according to the present invention is a stacking jig for stacking a plurality of single-chamber solid oxide fuel cells having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte. The support member is formed in a cylindrical shape and has a mounting portion on which a fuel cell is mounted so as to face the internal space thereof, and is attached to the support member and contacts the air electrode of the fuel cell. And a first conductive member extending on the outer peripheral surface of the support member; a second conductive member attached to the support member and in contact with the fuel electrode of the fuel cell; and extending on the outer peripheral surface of the support member; It is equipped with.

この構成によれば、筒状の支持部材に、その外周面に延びるとともに燃料電池の各電極と接触する第1及び第2間導電性部材が設けられているため、このようなスタック用治具を複数準備し、各治具に燃料電池を装着しておけば、支持部材の外周面同士を接触させるだけで、複数の燃料電池を電気的に接続してスタック化することができる。このため、複数の燃料電池を容易にスタック化することを可能とする。なお、本発明に係る筒状の支持部材の「筒状」とは、断面が矩形状の角筒や円状の円筒などの中空状の筒の形状のことをいう。   According to this configuration, since the cylindrical support member is provided with the first and second conductive members extending on the outer peripheral surface thereof and in contact with the respective electrodes of the fuel cell, such a stacking jig is provided. If a plurality of fuel cells are prepared and a fuel cell is attached to each jig, a plurality of fuel cells can be electrically connected and stacked by simply bringing the outer peripheral surfaces of the support members into contact with each other. For this reason, it is possible to easily stack a plurality of fuel cells. The “tubular shape” of the cylindrical support member according to the present invention refers to the shape of a hollow cylinder such as a rectangular cylinder or a circular cylinder having a rectangular cross section.

上記スタック用治具は種々の構成をとることができるが、例えば、上記第1及び第2の導電性部材が、少なくとも燃料電池の電極との接触部分においてクッション性を有していてもよい。このように、導電性部材がクッション性を有していることで、電気的接触のために燃料電池と導電性部材との接触圧を大きくしても、導電性部材が燃料電池へ掛かる荷重を吸収し、且つ、燃料電池を固定することが可能となる。よって、燃料電池が、その荷重によって損傷が発生することを防止することができる。   The stack jig can have various configurations. For example, the first and second conductive members may have a cushioning property at least in contact with the electrode of the fuel cell. As described above, since the conductive member has cushioning properties, even if the contact pressure between the fuel cell and the conductive member is increased for electrical contact, the load applied to the fuel cell by the conductive member is reduced. It is possible to absorb and fix the fuel cell. Therefore, the fuel cell can be prevented from being damaged by the load.

上記スタック用治具において、装着部は種々の構成をとることができるが、例えば、支持部材の軸方向端部から軸方向に切り欠かれた一対の凹部によって構成され、第1及び第2の導電性部材は、凹部から支持部材の外周面を巻回するように構成されていることができる。   In the stacking jig, the mounting portion can have various configurations. For example, the mounting portion includes a pair of concave portions cut out in the axial direction from the axial end portion of the support member. The conductive member can be configured to wind the outer peripheral surface of the support member from the recess.

また、本発明に係る単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の上記スタック用治具と、燃料極、空気極及びその間に配置された電解質を有し、前記各スタック用治具に装着される単室型固体酸化物形燃料電池と、を備え、前記複数のスタック用治具は、前記支持部材の外周面同士を当接させることで、前記各導電性部材が電気的に接続され、前記燃料電池においては、前記燃料極、電解質、及び空気極のいずれかが他を支持する支持基板として構成されている。このように、スタック用治具を隣接するスタック用治具と電気的に接続して複数の燃料電池をスタック化することで燃料電池の出力の向上を図ることができる。   The stack structure of the single-chamber solid oxide fuel cell according to the present invention is made in order to solve the above problems, and includes a plurality of stack jigs, a fuel electrode, an air electrode, and a gap therebetween. A single-chamber solid oxide fuel cell that is disposed on each of the stack jigs, and the plurality of stack jigs touch the outer peripheral surfaces of the support members. By making contact, the conductive members are electrically connected, and in the fuel cell, any one of the fuel electrode, the electrolyte, and the air electrode is configured as a support substrate that supports the other. Thus, the output of the fuel cell can be improved by electrically connecting the stacking jig to the adjacent stacking jig to stack a plurality of fuel cells.

また、上記スタック構造において、燃料電池は、他の構成を取ることもでき、例えば、導電性の多孔質支持基板をさらに備え、前記導電性多孔質基板の少なくとも一方の面に、上記単セルが配置されるように構成することもできる。   In the stack structure, the fuel cell may have other configurations, for example, further including a conductive porous support substrate, and the single cell is provided on at least one surface of the conductive porous substrate. It can also be configured to be arranged.

本発明によれば、複数の燃料電池を簡単に接続することが可能なスタック用治具及びそのスタック用治具を用いたスタック構造を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a stack jig capable of easily connecting a plurality of fuel cells and a stack structure using the stack jig.

以下、本発明に係るスタック用治具及びこれを用いた単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造の実施形態を添付図面に従って説明する。図1は、本実施形態に係るスタック用治具及び単室型固体酸化物形燃料電池の斜視図、図2は本実施形態に係る燃料電池を挿入した状態のスタック用治具の斜視図である。   Embodiments of a stack jig according to the present invention and a stack structure of a single-chamber solid oxide fuel cell using the same will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of a stack jig and a single-chamber solid oxide fuel cell according to the present embodiment, and FIG. 2 is a perspective view of the stack jig with the fuel cell according to the present embodiment inserted. is there.

図1は、本実施形態に係る単室型固体酸化物形燃料電池5と、これを支持するスタック用治具1とを示している。まず、燃料電池5について説明する。燃料電池5は、導電性の多孔質支持基板51と、その支持基板51の上面511に平面視矩形状に形成された第1の単セルC1と、支持基板51の下面512に平面視矩形状に形成された第2の単セルC2とを備えている。第1の単セルC1は、燃料極52、電解質53及び空気極54で構成されており、支持基板51の上面511側から燃料極52,電解質53、空気極54の順で形成されている。また第2の単セルC2は、空気極54、電解質53及び燃料極52から構成されており、支持基板51の下面512側から空気極54,電解質53、燃料極52の順で形成されている。各単セルC1,C2の左右方向の幅は、支持部材2の左右方向の幅とほぼ同じかそれよりも大きくなるように形成されている。このように構成された燃料電池5では、支持基板51を挟んで第1及び第2の単セルC1,C2が直列に接続されたことになる。   FIG. 1 shows a single-chamber solid oxide fuel cell 5 according to the present embodiment and a stacking jig 1 that supports the single-chamber solid oxide fuel cell 5. First, the fuel cell 5 will be described. The fuel cell 5 includes a conductive porous support substrate 51, a first single cell C1 formed in a rectangular shape on a top surface 511 of the support substrate 51, and a rectangular shape in a plan view on a lower surface 512 of the support substrate 51. And a second single cell C2 formed in the above. The first single cell C1 includes a fuel electrode 52, an electrolyte 53, and an air electrode 54, and is formed in the order of the fuel electrode 52, the electrolyte 53, and the air electrode 54 from the upper surface 511 side of the support substrate 51. The second single cell C <b> 2 includes an air electrode 54, an electrolyte 53, and a fuel electrode 52, and is formed in the order of the air electrode 54, the electrolyte 53, and the fuel electrode 52 from the lower surface 512 side of the support substrate 51. . The width in the left-right direction of each single cell C1, C2 is formed to be substantially the same as or larger than the width in the left-right direction of the support member 2. In the fuel cell 5 configured as described above, the first and second single cells C1 and C2 are connected in series with the support substrate 51 interposed therebetween.

次に、スタック用治具1について説明する。図1及び図2に示すように、スタック用治具1は、紙面手前側の面及び奥側の面が開口した断面矩形状の筒状の支持部材2と、この支持部材2の軸方向の端部に取り付けられた上側メッシュ部材3(第1の導電性部材)及び下側メッシュ部材4(第2の導電性部材)とを備えている。支持部材2の内部空間には、発電用の燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスが供給される。また、支持部材2における軸方向の一端部には、軸方向に切り欠けられた一対の凹部によって構成される装着部21が形成されており、この一対の装着部21は対向する左右の壁面に軸方向に延びている。そして、この一対の装着部21を挟んで、支持部材における上側の壁面が上側突出部22を構成し、下側の壁面が下側突出部23を構成している。   Next, the stacking jig 1 will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the stacking jig 1 includes a cylindrical support member 2 having a rectangular cross-section with an opening on the front side and the back side, and an axial direction of the support member 2. An upper mesh member 3 (first conductive member) and a lower mesh member 4 (second conductive member) attached to the ends are provided. A mixed gas of power generation fuel gas and oxidant gas is supplied to the internal space of the support member 2. Moreover, the mounting part 21 comprised by a pair of recessed part notched in the axial direction is formed in the one end part of the axial direction in the supporting member 2, and this pair of mounting part 21 is on the right and left wall surface which opposes. It extends in the axial direction. The upper wall surface of the support member constitutes the upper protruding portion 22 and the lower wall surface constitutes the lower protruding portion 23 across the pair of mounting portions 21.

この上側突出部22には、その全体を覆うようにシート状の上側メッシュ部材3が巻かれている。すなわち、上側メッシュ部材3は、一対の装着部21間を直線状に結ぶとともに、支持部材2の上側外周面に沿って巻回されている。同様に、下側突出部23には、一対の装着部21間を直線状に結ぶとともに、支持部材2の下側外周面に沿うように、シート状の下側メッシュ部材4が巻かれている。いずれのメッシュ部材3,4も後述するように導電性の材料で形成されている。そして、各メッシュ部材3,4は、メッシュ状であるために、クッション性を有している。このメッシュ部材3,4を突出部22,23に巻いた後の装着部21の幅wは、上述した燃料電池5の厚さよりも小さくなっている。そのため、メッシュ部材3,4が巻回された両突出部22,23の間に上記燃料電池5を挿入すると、メッシュ部材3,4は、そのクッション性のために、そのメッシュ部材3,4それぞれが巻かれている突出部22,23側に押し縮められる。このため、メッシュ部材3,4を巻いた後の装着部21の幅wが燃料電池5の厚さよりも小さくても、燃料電池5を装着部21に挿入することができ、またその押し縮められた反力によって、燃料電池5との電気的接続を確実にし、また燃料電池5を支持部材2に強固に固定することもできる。こうして、装着された燃料電池5は、その上下の面がメッシュ部材3,4に押圧されるとともに、面方向の両端部が装着部21によって支持された状態となる。   A sheet-like upper mesh member 3 is wound around the upper protrusion 22 so as to cover the entire upper protrusion 22. That is, the upper mesh member 3 is linearly connected between the pair of mounting portions 21 and is wound along the upper outer peripheral surface of the support member 2. Similarly, a sheet-like lower mesh member 4 is wound around the lower protruding portion 23 so as to linearly connect the pair of mounting portions 21 along the lower outer peripheral surface of the support member 2. . Each of the mesh members 3 and 4 is formed of a conductive material as will be described later. And since each mesh member 3 and 4 is mesh shape, it has cushioning properties. The width w of the mounting portion 21 after the mesh members 3 and 4 are wound around the protruding portions 22 and 23 is smaller than the thickness of the fuel cell 5 described above. Therefore, when the fuel cell 5 is inserted between the projecting portions 22 and 23 around which the mesh members 3 and 4 are wound, the mesh members 3 and 4 have their mesh members 3 and 4 respectively because of their cushioning properties. Is pushed and shrunk toward the protruding portions 22 and 23 around which the wire is wound. For this reason, even if the width w of the mounting portion 21 after the mesh members 3 and 4 are wound is smaller than the thickness of the fuel cell 5, the fuel cell 5 can be inserted into the mounting portion 21 and is compressed. Due to the reaction force, electrical connection with the fuel cell 5 can be ensured, and the fuel cell 5 can be firmly fixed to the support member 2. Thus, the mounted fuel cell 5 is in a state where the upper and lower surfaces thereof are pressed by the mesh members 3 and 4 and both end portions in the surface direction are supported by the mounting portion 21.

次に上記のように構成されたスタック用治具1を用いた単室型固体酸化物形燃料電池5のスタック構造について図面を参照しつつ説明する。図3は、本実施形態に係る単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造の正面図であり、図4は、その側面図である。   Next, a stack structure of the single-chamber solid oxide fuel cell 5 using the stack jig 1 configured as described above will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a front view of a stack structure of a single-chamber solid oxide fuel cell according to the present embodiment, and FIG. 4 is a side view thereof.

図3及び図4に示すように、本実施形態に係る単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造10は、複数の上記単室型固体酸化物形燃料電池5と、各燃料電池5を支持する複数の上記スタック用治具1とを備えている。スタック用治具1は、図3に示すように上下方向に3つ積層されており、ここでは、上から第1のスタック用治具1a、第2のスタック用治具1b、第3のスタック用治具1cと称することとする。第2のスタック用治具1bにおける上側メッシュ部材3は、第1のスタック用治具1aの下側メッシュ部材4と接触している。また、第2のスタック用治具1bにおける下側メッシュ部材4は、第3のスタック用治具1cにおける上側メッシュ部材3と接触している。これにより、3つのスタック用治具に取り付けられた3つの燃料電池が直列に接続される。そして、このように積層された3つのスタック用治具1からなる積層体が所定間隔をおいて左右方向に3列配置されている。また、この3列に配置されたスタック用治具1の積層体の上下に一対の集電体6が配置され、この集電体6が3列の積層体を上下から挟んでいる。上側の集電体6aには、第1のスタック用治具の上側メッシュ部材が接触し、下側の集電体6bには第3のスタック用治具の下側メッシュ部材が接触しているため、これら集電体6a、6bによって、直列に接続された燃料電池群を並列に接続し、各燃料電池群から電気を取り出している。   As shown in FIGS. 3 and 4, the stack structure 10 of the single-chamber solid oxide fuel cell according to this embodiment includes a plurality of the single-chamber solid oxide fuel cells 5 and each fuel cell 5. A plurality of stacking jigs 1 to be supported are provided. As shown in FIG. 3, three stacking jigs 1 are stacked in the vertical direction. Here, the first stacking jig 1a, the second stacking jig 1b, and the third stack are stacked from above. It shall be called the jig 1c for use. The upper mesh member 3 in the second stacking jig 1b is in contact with the lower mesh member 4 in the first stacking jig 1a. Further, the lower mesh member 4 in the second stacking jig 1b is in contact with the upper mesh member 3 in the third stacking jig 1c. As a result, the three fuel cells attached to the three stacking jigs are connected in series. And the laminated body which consists of the three jig | tool 1 for stacking laminated | stacked in this way is arrange | positioned 3 rows in the left-right direction at predetermined intervals. In addition, a pair of current collectors 6 are arranged above and below the stack of stacking jigs 1 arranged in three rows, and the current collector 6 sandwiches the three rows of stacks from above and below. The upper current collector 6a is in contact with the upper mesh member of the first stacking jig, and the lower current collector 6b is in contact with the lower mesh member of the third stacking jig. Therefore, the fuel cell groups connected in series are connected in parallel by these current collectors 6a and 6b, and electricity is taken out from each fuel cell group.

続いて、上記燃料電池のスタック構造を構成する材料について説明する。   Subsequently, materials constituting the stack structure of the fuel cell will be described.

まず、支持部材2は、例えば耐熱性の観点から、アルミナ、ジルコニア等の絶縁性材料からなる。また、メッシュ部材3,4の材料としては、例えばPt、Au、Ag、Ni等の導電性金属材料を用いることができる。   First, the support member 2 is made of an insulating material such as alumina or zirconia from the viewpoint of heat resistance, for example. Moreover, as a material of the mesh members 3 and 4, conductive metal materials such as Pt, Au, Ag, and Ni can be used, for example.

次に燃料電池5を構成する各部材の材料について説明する。基板51は、例えば、耐熱性の観点から、ステンレス鋼やインコネルなどのニッケル系耐熱合金等の導電性金属材料からなる。   Next, the material of each member constituting the fuel cell 5 will be described. The board | substrate 51 consists of electroconductive metal materials, such as nickel-type heat-resistant alloys, such as stainless steel and Inconel, from a heat resistant viewpoint, for example.

電解質53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。   As the material of the electrolyte 53, those known as electrolytes for solid oxide fuel cells can be used. Oxygen ion conductive ceramic materials such as oxides, zirconia-based oxides containing scandium and yttrium can be used.

燃料極52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52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52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 52, 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 52 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 a form of powder modification to nickel. Moreover, the ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. The fuel electrode 52 can also be configured using a metal catalyst alone.

空気極54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)CoO,(La,Sr)MnO,(La,Sr)CoO,(La,Sr)(Fe,Co)O,(La,Sr)(Fe,Co,Ni)Oなどの酸化物が挙げられ、好ましくは、(La,Sr)MnO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 54, 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) MnO 3 is preferable. The ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

燃料極52、電解質53及び空気極54を、セラミックス粉末材料から形成する場合、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。   When the fuel electrode 52, the electrolyte 53, and the air electrode 54 are formed from a ceramic powder material, the average particle size of the powder used is preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 50 nm to 50 μm, and particularly preferably 100 nm. 10 μm. In addition, an average particle diameter can be measured according to JISZ8901, for example.

上記燃料極52、及び空気極54、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、電解質53も、上記燃料極52及び空気極54と同様に、上述した材料を主成分として、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成型されるが、上記主成分とバインダーとの混合において、上記主成分の割合が80重量%以上となるように混合されることが好ましい。   The fuel electrode 52, the air electrode 54, and the above-described materials are used as main components, and a binder resin, an organic solvent, and the like are further added in an appropriate amount. 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. Similarly to the fuel electrode 52 and the air electrode 54, the electrolyte 53 is molded by adding an appropriate amount of a binder resin, an organic solvent, or the like with the above-described material as a main component. In the mixing, it is preferable to mix so that the ratio of the main component is 80% by weight or more.

以上のように、本実施形態によれば、筒状の支持部材2に、その外周面に延びるとともに燃料電池5の各電極と接触する上側メッシュ部材3及び下側メッシュ部材4が設けられているため、このようなスタック用治具1を複数準備し、各治具1に燃料電池5を装着しておけば、支持部材2の外周面同士を接触させるだけで、複数の燃料電池5を電気的に接続してスタック化することができる。このため、複数の燃料電池5を容易にスタック化することを可能とする。   As described above, according to the present embodiment, the cylindrical support member 2 is provided with the upper mesh member 3 and the lower mesh member 4 that extend on the outer peripheral surface thereof and come into contact with the respective electrodes of the fuel cell 5. Therefore, if a plurality of such stacking jigs 1 are prepared and the fuel cells 5 are attached to the respective jigs 1, the plurality of fuel cells 5 can be electrically connected only by bringing the outer peripheral surfaces of the support member 2 into contact with each other. Can be connected and stacked. For this reason, a plurality of fuel cells 5 can be easily stacked.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明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、上記実施形態では、支持部材2側にのみメッシュ部材3,4を設けているが、これを燃料電池5側にも設けることができる。なお、この場合は、短絡防止のため、各単セルの燃料極と空気極とに一つのメッシュ部材が同時に接触しないようにメッシュ部材を設ける必要がある。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention. For example, in the above embodiment, the mesh members 3 and 4 are provided only on the support member 2 side, but this can also be provided on the fuel cell 5 side. In this case, in order to prevent a short circuit, it is necessary to provide a mesh member so that one mesh member does not simultaneously contact the fuel electrode and the air electrode of each single cell.

また、上記実施形態では、支持部材2を角筒状に形成しているが、図5に示すように、支持部材2を円筒状に形成することもできる。   Moreover, in the said embodiment, although the supporting member 2 is formed in the square cylinder shape, as shown in FIG. 5, the supporting member 2 can also be formed in a cylindrical shape.

また、上記実施形態では、単室型固体酸化物形燃料電池5は、基板51の両面に単セルC1,C2が形成されたものとしていたが、図6に示すように、支持基板51を別途設けずに、電解質53を支持基板として、その電解質53の上面に空気極54、下面に燃料極52を形成することもできる。また、空気極54と燃料極52との位置を入れ替えることもできる。この他にも、燃料極52や空気極54を支持基板とすることもできる。さらには、図7に示すように、基板51の一方面にのみ単セルC1を形成したものとすることもできる。この場合は、基板51と下側メッシュ部材4とが接触することで電気的接続を確保している。   In the above embodiment, the single-chamber solid oxide fuel cell 5 has the single cells C1 and C2 formed on both surfaces of the substrate 51. However, as shown in FIG. Without providing, the electrolyte 53 can be used as a supporting substrate, and the air electrode 54 can be formed on the upper surface of the electrolyte 53 and the fuel electrode 52 can be formed on the lower surface. Further, the positions of the air electrode 54 and the fuel electrode 52 can be switched. In addition, the fuel electrode 52 and the air electrode 54 can be used as a support substrate. Furthermore, as shown in FIG. 7, the single cell C <b> 1 may be formed only on one surface of the substrate 51. In this case, the electrical connection is ensured by the contact between the substrate 51 and the lower mesh member 4.

また、上記実施形態では、導電性部材をメッシュ部材3,4によって構成しているが、導電性を有しているものであれば特に限定されるものではなく、例えば、シート状の薄膜金属板等を使用することもできる。また、メッシュ部材3,4は、上記実施形態のように各突出部に巻かれている必要はなく、各電極に接触しつつそこから支持部材2の外周面に延びていればよい。   Moreover, in the said embodiment, although the electroconductive member is comprised by the mesh members 3 and 4, if it has electroconductivity, it will not specifically limit, For example, a sheet-like thin film metal plate Etc. can also be used. Moreover, the mesh members 3 and 4 do not need to be wound around each protrusion part like the said embodiment, and should just extend to the outer peripheral surface of the support member 2 from there, contacting each electrode.

また、上記実施形態では、支持部材2に切欠部を形成することで、装着部21を構成しているが、装着部は、燃料電池5を支持部材2の内部空間を臨むように取り付けられるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、図8に示すように、支持部材の対向する内壁面に溝を形成し、この溝を到着部21とすることもできる。   Moreover, in the said embodiment, although the mounting part 21 is comprised by forming a notch part in the support member 2, a mounting part attaches the fuel cell 5 so that the internal space of the support member 2 may be faced. If it is, it will not specifically limit, For example, as shown in FIG. 8, a groove | channel can be formed in the inner wall surface which a support member opposes, and this groove | channel can also be made into the arrival part 21. FIG.

本発明に係るスタック用治具の一実施形態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an embodiment of a stacking jig according to the present invention. 本実施形態に係る燃料電池が挿入されたスタック用治具を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the jig | tool for stack | stuck | insert with which the fuel cell which concerns on this embodiment was inserted. 本発明に係る単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造の一実施形態を示す正面図である。It is a front view which shows one Embodiment of the stack structure of the single chamber type solid oxide fuel cell which concerns on this invention. 本発明に係る単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造の一実施形態を示す側面図である。1 is a side view showing an embodiment of a stack structure of a single-chamber solid oxide fuel cell according to the present invention. 本発明に係る単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造の他の実施形態を示す正面図である。It is a front view which shows other embodiment of the stack structure of the single chamber type solid oxide fuel cell which concerns on this invention. 本実施形態に係る燃料電池の他の実施形態を示す正面図である。It is a front view which shows other embodiment of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池の他の実施形態を示す正面図である。It is a front view which shows other embodiment of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本発明に係るスタック用治具の他の実施形態を示す正面図である。It is a front view which shows other embodiment of the jig | tool for stacking concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 スタック用治具
2 支持部材
21 装着部
3 上側メッシュ部材(第1の導電性部材)
4 下側メッシュ部材(第2の導電性部材)
5 単室型固体酸化物形燃料電池
10 単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Jig for stack 2 Support member 21 Mounting part 3 Upper mesh member (1st electroconductive member)
4 Lower mesh member (second conductive member)
5 Single-chamber solid oxide fuel cell 10 Stack structure of single-chamber solid oxide fuel cell

Claims (5)

燃料極、空気極及び電解質を有する複数の単室型固体酸化物形燃料電池をスタック化するためのスタック用治具であって、
筒状に形成され、その内部空間を臨むように燃料電池が取り付けられる装着部が形成された支持部材と、
前記支持部材に取り付けられ、燃料電池の空気極と接触するとともに、前記支持部材の外周面に延びる第1の導電性部材と、
前記支持部材に取り付けられ、燃料電池の燃料極と接触するとともに、前記支持部材の外周面に延びる第2の導電性部材と、
を備えている、単室型固体酸化物形燃料電池のスタック用治具。
A stacking jig for stacking a plurality of single-chamber solid oxide fuel cells having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte,
A support member formed in a cylindrical shape and having a mounting portion to which the fuel cell is attached so as to face the internal space;
A first conductive member attached to the support member and in contact with the air electrode of the fuel cell and extending to the outer peripheral surface of the support member;
A second conductive member attached to the support member and in contact with the fuel electrode of the fuel cell and extending to the outer peripheral surface of the support member;
A stacking jig for a single-chamber solid oxide fuel cell.
前記第1及び第2の導電性部材は、少なくとも燃料電池の電極との接触部分においてクッション性を有する、請求項1に記載の単室型固体酸化物形燃料電池のスタック用治具。   2. The single-chamber solid oxide fuel cell stack jig according to claim 1, wherein the first and second conductive members have cushioning properties at least in contact with the electrode of the fuel cell. 前記装着部は、前記支持部材の端部に軸方向に切り欠かれた一対の凹部によって構成され、前記第1及び第2の導電性部材は、前記一対の凹部から前記支持部材の外周面に延びるように構成されている、請求項1または2に記載の単室型固体酸化物形燃料電池のスタック用治具。   The mounting portion is constituted by a pair of recesses cut out in an axial direction at an end portion of the support member, and the first and second conductive members are formed on the outer peripheral surface of the support member from the pair of recesses. The jig for stacking a single-chamber solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the jig is configured to extend. 複数の請求項1から3のいずれかに記載のスタック用治具と、
燃料極、空気極及びその間に配置された電解質を有し、前記各スタック用治具に装着される単室型固体酸化物形燃料電池と、を備え、
前記複数のスタック用治具は、前記支持部材の外周面同士を当接させることで、前記各導電性部材が電気的に接続され、
前記燃料電池においては、前記燃料極、電解質、及び空気極のいずれかが他を支持する支持基板として構成されている、単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造。
A plurality of stacking jigs according to any one of claims 1 to 3,
A single-chamber solid oxide fuel cell having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte disposed therebetween, and mounted on each of the stack jigs,
The plurality of stacking jigs are electrically connected to each other by bringing the outer peripheral surfaces of the support members into contact with each other.
In the fuel cell, a stack structure of a single-chamber solid oxide fuel cell in which any one of the fuel electrode, the electrolyte, and the air electrode is configured as a support substrate that supports the other.
複数の請求項1から3のいずれかに記載のスタック用治具と、
少なくとも一組の燃料極、空気極及びその間に配置される電解質からなる単セルを有し、前記各スタック用治具に挿入される単室型固体酸化物形燃料電池と、を備え、
前記複数のスタック用治具は、前記支持部材の外周面同士を当接させることで、前記各導電性部材が電気的に接続され、
前記燃料電池は、導電性の多孔質支持基板をさらに備えており、前記導電性多孔質基板の少なくとも一方の面に、前記単セルが配置されている、単室型固体酸化物形燃料電池のスタック構造。
A plurality of stacking jigs according to any one of claims 1 to 3,
A single-chamber solid oxide fuel cell having at least one set of fuel electrode, air electrode, and a single cell made of an electrolyte disposed therebetween, and inserted into each stack jig,
The plurality of stacking jigs are electrically connected to each other by bringing the outer peripheral surfaces of the support members into contact with each other.
The fuel cell further includes a conductive porous support substrate, and the single cell is disposed on at least one surface of the conductive porous substrate. Stack structure.
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