JP2012160367A - 燃料電池スタックおよび燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池スタック1は、固体電解質層21と、固体電解質層21の一方面に設けられた燃料極層22と、固体電解質層21の他方面に設けられた空気極層23とを備えた単セル2を、金属セパレータ3を介して複数積層してなる。空気極層23は、固体電解質層21に接して配置される多孔質層231と、多孔質層231における金属セパレータ3側の面に接して配置される緻密質層232とを有する。空気極層23は、多孔質層231と緻密質層232との境界に、酸化剤ガスを流すガス流路233を有する。上記の燃料電池スタック1を複数積層配置し、燃料電池を構成する。
【選択図】図1
Description
以上のように本発明によれば、金属セパレータの酸化による劣化を抑制することができ、電圧降下を小さくすることができる。
この場合には、多孔質層の面方向に流れる酸化剤ガスを制御しやすくなる。そのため、スタックの性能向上に寄与することができる。上記ガス流路は、上記境界を挟んで多孔質層側に形成されていてもよいし、上記境界を挟んで緻密質層側に形成されていてもよい。上記境界を挟んで多孔質層と緻密質層とにまたがって形成することもできる。好ましくは、上記ガス流路は、上記境界を挟んで多孔質層側に形成されているとよい。ガス流路のみならず、ガス流路が形成されていない多孔質部位をも利用して酸化剤ガスを供給することができ、酸化剤ガスの拡散性に優れるからである。
この場合には、多孔質層と酸化剤ガスとが接触する面積が大きくなる。そのため、多孔質層中へ酸化剤ガスが拡散しやすくなる。また、ガス拡散に関与しない緻密質層の厚みを薄くし、その分、多孔質層の厚みを増すことができる。そのため、同じ厚みの空気極層を有する場合に比べ、酸化剤ガスの拡散性が向上し有利である。
この場合には、多孔質層の平面だけでなく、多孔質の側面においても緻密質層によって酸化剤ガスがガスシールされる。そのため、酸化剤ガスと金属セパレータとの接触を抑制しやすく、金属セパレータの酸化による劣化の抑制を図りやすくなる。それ故、スタックの高信頼性化を図りやすくなる。
そのため、金属セパレータの酸化による劣化に起因する出力低下を抑制しつつ、高電圧化を図ることができる。なお、燃料電池スタックは積層して配置することができる。
本発明の実施例に係る燃料電池スタック、燃料電池について、図1、図2を用いて説明する。
本例の燃料電池スタック1は、平板型のスタックであり、図1に示すように、4つの単セル2が、セル間に配置された金属セパレータ3を介して積層されている。単セル2は、固体電解質層21と、固体電解質層21の一方面に設けられた燃料極層22と、固体電解質層21の他方面に設けられた空気極層23とを備えている。固体電解質層21には、イットリア安定化ジルコニア(厚み10μm)を用いた。燃料極層22には、酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとのサーメット(厚み500μm)を用いた。
本例は、図3に示すように、実施例1の燃料電池スタック1における単セル2の空気極層23の構造を変更した例である。
本例の燃料電池スタック1は、図3に示すように、緻密質層232が、多孔質層231の側面を覆っている。具体的には、緻密質層232は、平面縁部に対向する一対の延設部232aを有している。一対の延設部232aは、積層方向から見て四角形状に形成された多孔質層231の4辺における側面のうち、酸化剤ガスである空気の流路と交差しない2つの対向する側面を被覆する。本例において、多孔質層231は、延設部232aの約厚み分だけ固体電解質層21より小さく形成されている。つまり、延設部232aは、固体電解質層21よりも内側に配置されている。その他は、実施例1と同様である。
本例は、図4に示すように、実施例1の燃料電池スタック1における単セル2の空気極層23の構造を変更した例である。
本例の燃料電池スタック1において、空気極層23は、図4に示すように、多孔質層231と緻密質層232との境界Bに酸化剤ガスとしての空気を流すガス流路234を有している。但し、ガス流路234は、境界Bを挟んで緻密質層232側に形成されている。その他は、実施例1と同様である。
本例は、図5に示すように、実施例1の燃料電池スタック1における単セル2の空気極層23の構造を変更した例である。
本例の燃料電池スタック1において、空気極層23は、図5に示すように、多孔質層231と緻密質層232との境界Bに酸化剤ガスとしての空気を流すガス流路235を有している。但し、ガス流路235は、境界Bを挟んで多孔質層231と緻密質層232とにまたがって形成されている。その他は、実施例1と同様である。
2 単セル
21 固体電解質層
22 燃料極層
23 空気極層
231 多孔質層
232 緻密質層
232a 延設部
B 境界
233 ガス流路
233a 溝部
233b 空間
234 ガス流路
235 ガス流路
3 (セル間)金属セパレータ
31 ガス流路
11 (セル外)金属セパレータ
12 集電体
13 シール部材
14 絶縁体
15 固定部材
16 ガス供給マニフォルド
161 燃料ガス供給路
162 酸化剤ガス供給路
17 ガス排気マニフォルド
171 燃料ガス排気路
172 酸化剤ガス排気路
Claims (6)
- 固体電解質層と、該固体電解質層の一方面に設けられた燃料極層と、上記固体電解質層の他方面に設けられた空気極層とを備えた単セルを、金属セパレータを介して複数積層してなる燃料電池スタックであって、
上記空気極層は、上記固体電解質層に接して配置される多孔質層と、該多孔質層における上記金属セパレータ側の面に接して配置される緻密質層とを有することを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1に記載の燃料電池スタックにおいて、上記空気極層は、上記多孔質層と上記緻密質層との境界に、酸化剤ガスを流すガス流路を有することを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項2に記載の燃料電池スタックにおいて、上記ガス流路は、上記多孔質層に形成された複数の溝部と、上記緻密質層の表面とによって囲まれる空間より構成されていることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、上記緻密質層は、さらに、上記多孔質層の側面を覆っていることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、上記金属セパレータは、Crを含有しない金属材料から構成されていることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池スタックを有することを特徴とする燃料電池。
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