JP2013235710A - Solid oxide fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電解質を有する燃料電池に関し、特に固体酸化物形燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell having a solid electrolyte, and more particularly to a solid oxide fuel cell.
燃料電池は、電解質を挟んでアノード(燃料極)及びカソード(空気極)を備え、アノード側には燃料ガスを、カソード側には酸化剤ガスを供給し、電解質を介して燃料と酸化剤を電気化学的に反応させることにより発電する発電装置である。燃料電池の種類の一つである固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、発電効率が高く、600〜1000℃の高温で作動する燃料電池であるため、電池の内部で燃料の改質反応ができるという特徴がある。このため、内部改質により燃料の多様化が図れ、他の燃料電池に比べコスト低減のポテンシャルを持つ。 A fuel cell includes an anode (fuel electrode) and a cathode (air electrode) with an electrolyte sandwiched between them. Fuel gas is supplied to the anode side, oxidant gas is supplied to the cathode side, and fuel and oxidant are supplied via the electrolyte. It is a power generator that generates electricity by electrochemical reaction. A solid oxide fuel cell (SOFC), which is one of the types of fuel cells, is a fuel cell that has high power generation efficiency and operates at a high temperature of 600 to 1000 ° C. There is a feature that can be done. For this reason, fuel can be diversified by internal reforming, and has the potential to reduce costs compared to other fuel cells.
高温作動型燃料電池において、燃料にメタンを用いて電池(セル)の内部で行う燃料の改質反応は、式(1)で示すように反応速度が速い吸熱反応であり、アノード電極における電気化学反応は、式(2)で示す発熱反応である。 In a high-temperature operation type fuel cell, the fuel reforming reaction performed inside the cell (cell) using methane as the fuel is an endothermic reaction with a fast reaction rate as shown in the equation (1), and the electrochemical reaction at the anode electrode The reaction is an exothermic reaction represented by formula (2).
CH4+2H2O→4H2+2CO2+165kJ/mol (1)
H2+1/2O2→H2O‐242kJ/mol (2)
このため、セル内部で局所的に温度勾配が発生し、熱応力による障害が起こる危惧がある。また、水蒸気改質反応によるメタンからの水素生成プロセスにおいては、式(3)に示す脱水素重結合により炭素が生成されて析出する場合がある。炭素の析出は、アノード電極での触媒活性の低下や燃料ガスの輸送経路の閉塞の原因となり、セルの性能低下を招く。
CH 4 + 2H 2 O → 4H 2 + 2CO 2 +165 kJ / mol (1)
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O-242 kJ / mol (2)
For this reason, a temperature gradient is locally generated inside the cell, and there is a risk of failure due to thermal stress. Further, in the hydrogen production process from methane by the steam reforming reaction, carbon may be produced and precipitated by the dehydrogenation heavy bond shown in the formula (3). The deposition of carbon causes a decrease in catalytic activity at the anode electrode and a blockage of the fuel gas transport path, leading to a decrease in cell performance.
CH4+CH4→4H2+2C (3)
高温作動型燃料電池における内部改質の従来技術として、特許文献1と特許文献2には、アノード電極上に改質反応を担当する専用の多孔質改質触媒層を設ける燃料電池が開示されている。また、特許文献3と特許文献4には、燃料ガスをアノード電極層に供給する案内管の内部に改質反応を行う触媒層を設け、案内管の内部で改質反応を行わせる燃料電池が開示されている。
CH 4 + CH 4 → 4H 2 + 2C (3)
As conventional techniques for internal reforming in a high-temperature operating fuel cell,
案内管の内部で改質反応を行わせる燃料電池は、円筒セルの内部に、燃料ガスをアノード電極層に供給する案内管を設置するため、円筒セルの径が大きくなる。この結果、電流パスの増長によりオーミック損失が拡大するので、発電性能に課題がある。さらに、円筒セルの体積が増加するので、体積出力密度を向上させるのが困難である。 In a fuel cell that performs a reforming reaction inside the guide tube, a guide tube that supplies fuel gas to the anode electrode layer is installed inside the cylindrical cell, so that the diameter of the cylindrical cell increases. As a result, the ohmic loss increases due to the increase in the current path, and there is a problem in the power generation performance. Furthermore, since the volume of the cylindrical cell increases, it is difficult to improve the volume output density.
一方、アノード電極上に改質反応を担当する専用の多孔質改質触媒層を設ける燃料電池は、円筒セルが、燃料ガス流路、多孔質改質触媒層、アノード電極、電解質、カソード電極の順に構成され、コンパクトに作成することが可能であり、電流パスの増長によるオーミック損失の拡大の防止や体積出力密度の向上も可能である。しかし、アノード電極と多孔質改質触媒層が隣接しているため、アノード電極近傍での改質反応に伴う大きな吸熱作用により局所的な温度勾配が生じ、アノード電極と電解質は熱応力による機械的ダメージを受ける。また、改質反応に伴う局所的な吸熱作用により、アノード電極では、温度が降下して電極反応の過電圧が上昇するので、電極反応に必要なエネルギーが増えて性能低下の要因となる。さらに、アノード電極と隣接している多孔質改質触媒層では改質反応に伴い炭素が析出し、析出した炭素は、電極近傍への燃料ガスの輸送経路の閉塞及び電極反応の活性の低下を誘発するので、セルの発電性能が低下する恐れがある。 On the other hand, in a fuel cell in which a dedicated porous reforming catalyst layer in charge of a reforming reaction is provided on an anode electrode, a cylindrical cell is composed of a fuel gas channel, a porous reforming catalyst layer, an anode electrode, an electrolyte, and a cathode electrode. It can be constructed in order and can be made compact, and it is possible to prevent the expansion of ohmic loss due to the increase of the current path and to improve the volume output density. However, since the anode electrode and the porous reforming catalyst layer are adjacent to each other, a local temperature gradient is generated due to a large endothermic effect accompanying the reforming reaction in the vicinity of the anode electrode, and the anode electrode and the electrolyte are mechanically affected by thermal stress. receive damage. In addition, the local endothermic effect associated with the reforming reaction causes the temperature to decrease and the overvoltage of the electrode reaction to increase at the anode electrode, which increases the energy required for the electrode reaction and causes performance degradation. Furthermore, in the porous reforming catalyst layer adjacent to the anode electrode, carbon is deposited along with the reforming reaction, and the deposited carbon blocks the fuel gas transport path to the vicinity of the electrode and reduces the activity of the electrode reaction. Since it induces, the power generation performance of the cell may be reduced.
以上説明したように、燃料ガスを内部改質する従来の高温作動型の燃料電池は、熱応力による耐久性の低下、及び発電性能の低下という課題を持つ。 As described above, the conventional high-temperature operation type fuel cell that internally reforms the fuel gas has the problems of lowering durability due to thermal stress and lowering power generation performance.
本発明の目的は、燃料ガスを内部改質する高温作動型の固体酸化物形燃料電池において、熱応力による耐久性の低下を防ぐと共に、発電性能の低下を軽減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である。 An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell that internally reforms a fuel gas and that can prevent a decrease in durability due to thermal stress and reduce a decrease in power generation performance in a solid oxide fuel cell A fuel cell is provided.
本発明による固体酸化物形燃料電池は、カソード電極と、アノード電極と、前記カソード電極と前記アノード電極との間に配置された固体電解質と、燃料ガスが流れる燃料ガス流路とを備える固体酸化物形燃料電池において、多孔体で構成された多孔質層が前記アノード電極に隣接して設けられ、前記燃料ガスを改質する改質反応層が前記多孔質層に隣接して設けられ、前記燃料ガス流路は、前記改質反応層に隣接して設けられることを特徴とする。 A solid oxide fuel cell according to the present invention comprises a cathode electrode, an anode electrode, a solid electrolyte disposed between the cathode electrode and the anode electrode, and a fuel gas passage through which fuel gas flows. In the physical fuel cell, a porous layer composed of a porous body is provided adjacent to the anode electrode, a reforming reaction layer for reforming the fuel gas is provided adjacent to the porous layer, The fuel gas flow path is provided adjacent to the reforming reaction layer.
本発明によると、燃料ガスを内部改質する高温作動型の固体酸化物形燃料電池において、熱応力による耐久性の低下を防ぐと共に、発電性能の低下を軽減することが可能である。 According to the present invention, in a high temperature operation type solid oxide fuel cell in which fuel gas is internally reformed, it is possible to prevent a decrease in durability due to thermal stress and reduce a decrease in power generation performance.
本発明による固体酸化物形燃料電池は、燃料ガスを内部改質する高温作動型の燃料電池であり、内部改質反応に伴う吸熱作用によって生じる熱応力による、電極剥離や固体電解質の亀裂などの機械的ダメージを低減することができる。さらに、吸熱作用によって生じる局所的な電極の温度低下を防ぐことができるので、この温度低下によって生じる電極反応過電圧の上昇を防ぎ、燃料電池の性能低下を抑制することができる。さらに、内部改質反応に伴う炭素の析出による、電極触媒の活性の低下や電極への燃料ガスの輸送経路の閉塞による発電性能の低下を抑制することができる。従って、本発明による固体酸化物形燃料電池は、熱応力による耐久性の低下を防ぐと共に、発電性能の低下を軽減することが可能である。 The solid oxide fuel cell according to the present invention is a high-temperature operation type fuel cell that internally reforms fuel gas, such as electrode peeling and cracks in the solid electrolyte due to thermal stress caused by the endothermic action accompanying the internal reforming reaction. Mechanical damage can be reduced. Furthermore, since a local electrode temperature drop caused by the endothermic effect can be prevented, an increase in electrode reaction overvoltage caused by this temperature drop can be prevented, and a drop in fuel cell performance can be suppressed. Furthermore, it is possible to suppress a decrease in power generation performance due to a decrease in the activity of the electrode catalyst due to carbon deposition accompanying an internal reforming reaction or a blockage of a fuel gas transport path to the electrode. Therefore, the solid oxide fuel cell according to the present invention can prevent a decrease in durability due to thermal stress and reduce a decrease in power generation performance.
本発明による固体酸化物形燃料電池では、電極(アノード)に隣接させて多孔質層を設け、多孔質層に隣接させて改質反応層を設ける。このため、セルが円筒状の場合には、セルの内部に改質反応層を設けた案内管を導入する必要がなく、セルの径が大きくならないので、コンパクトなセルを作成することができる。 In the solid oxide fuel cell according to the present invention, a porous layer is provided adjacent to the electrode (anode), and a reforming reaction layer is provided adjacent to the porous layer. For this reason, when the cell is cylindrical, it is not necessary to introduce a guide tube provided with a reforming reaction layer inside the cell, and the cell diameter does not increase, so that a compact cell can be produced.
また、アノード電極と改質反応層との間に多孔質層を設けるので、発熱反応を起こすアノード電極と吸熱反応を起こす改質反応層とを隔離し、両者の間に距離を設けることができる。このため、発熱作用と吸熱作用による局所的な温度勾配を緩和することができ、熱応力による機械的ダメージが生じても、多孔質層が緩衝層となってこのダメージを吸収するので、熱応力による電極剥離及び固体電解質の亀裂を抑止することができる。 In addition, since a porous layer is provided between the anode electrode and the reforming reaction layer, the anode electrode causing the exothermic reaction and the reforming reaction layer causing the endothermic reaction can be isolated and a distance can be provided between them. . For this reason, local temperature gradients due to exothermic and endothermic effects can be relaxed, and even if mechanical damage due to thermal stress occurs, the porous layer acts as a buffer layer and absorbs this damage. It is possible to suppress electrode peeling and cracking of the solid electrolyte.
また、改質反応により生成される炭素は、多孔質層がフィルターの役目を果たすので、アノード電極層への析出を抑制することができる。このため、内部改質反応に伴う炭素の析出によって、アノード電極層での触媒活性の低下や燃料ガスの輸送経路の閉塞を防止することができる。 In addition, since the porous layer serves as a filter for carbon produced by the reforming reaction, it is possible to suppress deposition on the anode electrode layer. For this reason, it is possible to prevent a decrease in catalytic activity in the anode electrode layer and a blockage of the fuel gas transport path due to the deposition of carbon accompanying the internal reforming reaction.
以下、本発明の実施例による固体酸化物形燃料電池を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, solid oxide fuel cells according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例による固体酸化物形燃料電池の部分断面図である。本実施例による固体酸化物形燃料電池は、カソード電極102、固体電解質103、アノード電極104、多孔質層105、改質反応層106、及び燃料ガス流路107を備える。図1に示すように、燃料ガス流路107の上に改質反応層106が配置され、改質反応層106の上に多孔質層105が配置され、多孔質層105の上にアノード電極104が配置され、アノード電極104の上に固体電解質103が配置され、固体電解質103の上にカソード電極102が配置される。固体電解質103は、カソード電極102とアノード電極104に挟まれる。本実施例による固体酸化物形燃料電池は、アノード電極104と改質反応層106との間に、多孔質層105が配置されているのが特徴である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. The solid oxide fuel cell according to this embodiment includes a
燃料ガス流路107は、多孔質層であってもよい。材料としては、窒化ケイ素(Si3N4)、炭化ケイ素(SiC)、ジルコニア(ZrO2)、アルミナ(Al2O3)、ムライト(3Al2O3・SiO2)、コーディエライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)などの耐熱衝撃性に優れたファインセラミックスで、気孔率が30%以上のものが望ましい。支持体としての強度を持つためには、気孔率は30%〜95%が望ましい。
The
改質反応層106は、水蒸気改質触媒を含む多孔体で構成され、式(1)に示した改質反応に従って燃料ガスを改質する。多孔体には、燃料ガス流路107と同様のファインセラミックス製の多孔質材、多孔質サーメット材、または多孔質フィルムを用いることができる。水蒸気改質触媒には、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、バナジウム、ニッケル、またはこれらの合金を用いることができる。改質反応層106は、気孔率が30%以上であり、厚さが50μm以上であるのが好ましい。強度を考慮すると、気孔率は30%〜95%が望ましい。
The reforming
多孔質層105は、水蒸気改質触媒を含まない多孔体で構成される。多孔体には、燃料ガス流路107と同様に、窒化ケイ素(Si3N4)、炭化ケイ素(SiC)、ジルコニア(ZrO2)、アルミナ(Al2O3)、ムライト(3Al2O3・SiO2)、コーディエライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)などの耐熱衝撃性に優れたファインセラミックスを用いることができる。また、多孔質サーメット材も用いることができる。多孔体には、熱伝導性の小さいジルコニア(ZrO2)や窒化ケイ素(Si3N4)を主体としたものが望ましい。
The
多孔質層105の気孔率は、燃料ガスの拡散性、強度、及び電気抵抗を考慮すると、30%以上が望ましい。特に支持体としての強度を持つためには、30%〜95%が望ましい。
The porosity of the
多孔質層105の厚さは、アノード電極104の厚さの10倍以上とすると、アノード電極104と改質反応層106とを隔離する効果(緩衝層及びフィルターとしての効果)が得られる。電気抵抗を小さくするためにアノード電極104の厚さを10μm程度まで薄くすることがあるので、多孔質層105の厚さは、100μm以上が望ましい。多孔質層105の厚さの上限値は、燃料電池の仕様に応じて定めることができる。
When the thickness of the
このように、多孔質層105に100μm以上の厚さを持たせることで、改質反応層106とアノード電極104とを隔離し、両者の間に距離を設けることができる。これにより、改質反応層106での吸熱作用の影響がアノード電極104に直接及ぶのを防ぎ、局所的な温度勾配による熱応力で発生するアノード電極104の剥離及び固体電解質103の亀裂を抑止することができる。また、アノード電極104と改質反応層106の間に多孔質層105を設けたので、改質反応層106における炭素の析出により生じる悪影響、すなわち、アノード電極104での触媒活性の低下や燃料ガスの輸送経路の閉塞などを防止することができる。
Thus, by giving the porous layer 105 a thickness of 100 μm or more, the reforming
図2は、本発明の実施例による固体酸化物形燃料電池の模式図であり、円筒形セルの横断面を示す図である。本実施例では、一例として、円筒形セルの燃料電池を示している。本実施例による固体酸化物形燃料電池は、任意の形状を取ることができ、例えば、平板形状、円筒形状、扁平円筒形状(楕円形状も含む)、直方体形状、または立方体形状であってもよい。本実施例による固体酸化物形燃料電池は、アノード電極と改質反応層との間に多孔質層が配置されているのが特徴であり、セルの形状には依らずに効果を発揮する。 FIG. 2 is a schematic view of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, showing a cross section of a cylindrical cell. In this embodiment, a fuel cell having a cylindrical cell is shown as an example. The solid oxide fuel cell according to the present embodiment can take any shape, and may be, for example, a flat plate shape, a cylindrical shape, a flat cylindrical shape (including an elliptical shape), a rectangular parallelepiped shape, or a cubic shape. . The solid oxide fuel cell according to this example is characterized in that a porous layer is disposed between the anode electrode and the reforming reaction layer, and is effective regardless of the shape of the cell.
また、セルが円筒形状や扁平円筒形状の場合には、円筒形や扁平円筒形の固体電解質の内面と外面に電極が配置されているものとする。アノードは、固体電解質の内面と外面のうちいずれか一方に配置し、カソードは他方に配置する。アノードを固体電解質の内面と外面のどちらに配置するかは、任意に選択することができる。本実施例では、図2に示すように、固体電解質の内面にアノードを備え、外面にカソードを備える固体酸化物形燃料電池(燃料電池セル)について説明する。 When the cell has a cylindrical shape or a flat cylindrical shape, electrodes are arranged on the inner surface and the outer surface of the cylindrical or flat cylindrical solid electrolyte. The anode is disposed on one of the inner surface and the outer surface of the solid electrolyte, and the cathode is disposed on the other. Whether the anode is disposed on the inner surface or the outer surface of the solid electrolyte can be arbitrarily selected. In this embodiment, as shown in FIG. 2, a solid oxide fuel cell (fuel cell) having an anode on the inner surface of the solid electrolyte and a cathode on the outer surface will be described.
図2において、燃料電池セル200は、円筒形の固体電解質203を有し、固体電解質203の外面にカソード電極202を備え、固体電解質203の内面にアノード電極204を備える。アノード電極204の内側には、アノード電極204に隣接して多孔質層205が配置される。多孔質層205の内側には、多孔質層205に隣接して改質反応層206が配置される。改質反応層206の内側には、改質反応層206に隣接して燃料ガス流路207が配置される。燃料ガス流路207は、円筒形で、燃料電池セル200の径方向の中央部に存在する。また、燃料電池セル200には、アノード電極204の電流を外部に取り出すためのインターコネクタ201が設けられている。インターコネクタ201は、アノード電極204と電気的に接続する。燃料ガスは、燃料ガス流路207を流れ、酸化剤ガスは、カソード電極202に沿って燃料電池セル200の外周を流れる。
In FIG. 2, the
燃料ガスには、例えば天然ガスを用いることができる。天然ガスは、主成分としてメタンと水蒸気を含む混合ガスである。改質反応層206では、式(1)に示した水蒸気改質反応により、燃料ガス流路207を流れる燃料ガスから水素と二酸化炭素が生成される。生成された水素は、多孔質層205を経由してアノード電極204に供給される。アノード電極204では、式(2)に示した電気化学反応により、電気エネルギーが生成される。
For example, natural gas can be used as the fuel gas. Natural gas is a mixed gas containing methane and water vapor as main components. In the reforming
本実施例による固体酸化物形燃料電池は、アノード電極204と改質反応層206との間に、多孔質層205が配置されていることが特徴である。多孔質層205は、式(1)に示した水蒸気改質反応の吸熱作用がアノード電極204と固体電解質203に伝わるのを抑制する。従って、多孔質層205は、アノード電極204及び固体電解質203が熱応力によって機械的ダメージを受けるのを防止することができる。また、多孔質層205は、フィルターの役目を果たし、改質反応により生成された炭素がアノード電極204へ析出するのを抑制することができる。従って、多孔質層205は、改質反応に伴う炭素の析出によって、電極触媒の活性が低下することや電極への燃料ガスの輸送経路が閉塞することで発電性能が低下するのを抑制することができる。
The solid oxide fuel cell according to this embodiment is characterized in that a
本実施例では、円筒形の燃料電池セル200の概寸は、直径16mm、長さ800mmとし、発電面積を252cm2とした。
In this example, the approximate dimensions of the
燃料ガス流路207には、支持基板としての強度を持たせるため、窒化ケイ素セラミックス多孔体を用いた。燃料ガス流路207としての窒化ケイ素セラミックス多孔体は、次のようにして作製した。窒化ケイ素セラミックス粉末に焼結助剤を添加して混合し、この混合物に焼却可能な短繊維の気孔形成材の粉体を加えて水系泥しょう鋳込みにより成型体を作製し、この成型体を不活性ガス下で加熱することで分散した短繊維を焼却し除去して、窒化ケイ素セラミックス多孔体を得た。作製した窒化ケイ素セラミックス多孔体は、繊維状の貫通気孔を有し、気孔率が85%で直径が4mmである。
In order to give the
改質反応層206は、燃料ガス流路207の周囲に、気孔率が60%で厚さが0.5mmのNi−YSZサーメットの多孔質層を形成することで作製した。
The reforming
多孔質層205は、改質反応層206の周囲に、気孔率が85%で厚さが4.5mmの窒化ケイ素セラミックス多孔体を形成することで作製した。多孔質層205としての窒化ケイ素セラミックス多孔体は、次のようにして作製した。窒化ケイ素セラミックス粉末に焼結助剤を添加して混合し、この混合物に焼却可能な短繊維の気孔形成材のスラリーを塗布し、不活性ガス下で加熱することで分散した短繊維を焼却し除去して、窒化ケイ素セラミックス多孔体を得た。
The
アノード電極204には、ニッケルとYSZからなる厚さ495μmの多孔質サーメットを用いた。
For the
固体電解質203は、アノード電極204の周囲に、厚さ10μmの層を形成して作製した。固体電解質203の材質は、例えば、イットリウム安定化ジルコニア(YSZ)を用いることができる。
The
カソード電極202には、厚さ495μmのランタンマンガネイトを用いた。
As the
インターコネクタ201には、ランタンクロマイドを用いた。
Lanthanum chromide was used for the
図3は、本発明の別の実施例による固体酸化物形燃料電池の模式図であり、円筒形セルの横断面を示す図である。本実施例による燃料電池セル300は、図2に示した燃料電池セル200と同様に、燃料ガス流路307、改質反応層306、多孔質層205、アノード電極204、固体電解質203、カソード電極202、及びインターコネクタ201を備える。燃料電池セル300の多孔質層205、アノード電極204、固体電解質203、カソード電極202、及びインターコネクタ201は、図2に示した燃料電池セル200のものと同一のまたは対応するものなので、説明を省略する。以下では、燃料ガス流路307、及び改質反応層306について説明する。
FIG. 3 is a schematic view of a solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention, showing a cross section of a cylindrical cell. The
本実施例による燃料電池セル300では、燃料ガス流路307は、長さ方向に垂直な断面が星型の形状を持つ。すなわち、燃料ガス流路307の長さ方向に垂直な断面の形状(流路形状)は、放射状に突出した突起部を持つ多角形(星型)である。改質反応層306も、燃料ガス流路307の流路形状に合わせて、長さ方向に垂直な断面の内周と外周が星型の形状である。燃料ガス流路307と改質反応層306をこのような形状にすることにより、改質反応層306の反応面積を大きくすることができる。
In the
式(1)に示した水蒸気改質反応の反応速度(単位はMol/sec)は、改質反応層306の反応面積、及び燃料ガス流路307を流れる燃料ガスの流速に依存する。燃料ガス流路307を流れる燃料ガスの流速は、燃料ガス流路307の長さ方向に垂直な断面積(流路断面積)に依存する。そこで、燃料ガス流路307の流路形状と改質反応層306の内周の形状を変えることにより、改質反応層306の反応面積、及び燃料ガス流路307の流路断面積を調整し、水蒸気改質反応の反応速度を制御することができる。
The reaction rate (unit: Mol / sec) of the steam reforming reaction shown in the equation (1) depends on the reaction area of the reforming
以下、燃料ガス流路と改質反応層の形状を変えることにより、式(1)に示した水蒸気改質反応の反応速度を制御する例を説明する。 Hereinafter, an example will be described in which the reaction rate of the steam reforming reaction shown in Formula (1) is controlled by changing the shapes of the fuel gas flow path and the reforming reaction layer.
図10Aは、燃料電池セル300の燃料ガス流路307の流路形状の一例を示す図である。図10Aの上図に示した流路形状1008は、図3に示した燃料ガス流路307の流路形状と同じ形状である。この流路形状1008の凹部を突起部(図中の点線で示している)にして、燃料ガス流路307の流路形状を図10Aの下図に示した流路形状1009に変えることで、改質反応層306の反応面積を変えることなく、燃料ガス流路307の流路断面積を大きくすることができる。
FIG. 10A is a diagram illustrating an example of the flow path shape of the fuel
図10Bは、燃料ガス流路1007の流路形状が図10Aに示した流路形状1009である円筒形の燃料電池セル1000の横断面図である。図10Bにおいて、図3と同一の符号は、図3と同一のまたは対応する要素を示し、説明を省略する。燃料電池セル1000の改質反応層1006の内周と外周の形状は、燃料ガス流路1007の流路形状1009に合わせた星型の形状である。
FIG. 10B is a cross-sectional view of a
燃料電池セル1000において、改質反応層1006の反応面積は変わらない。燃料ガス流路1007の流路断面積は、図3に示した燃料電池セル300の燃料ガス流路307に比べて大きいので、燃料ガスの流速が遅くなり、燃料ガスが改質反応層1006と接触する時間が長くなる、従って、燃料ガス流路1007に流路形状1009を用いると、図3の燃料電池セル300に比べて、改質反応層1006で水蒸気改質反応が多く行われ、反応速度を速くすることができる。
In the
図11Aは、燃料電池セル300の燃料ガス流路307の流路形状の別の一例を示す図である。図11Aの上図に示した流路形状1008は、図3に示した燃料ガス流路307の流路形状と同じ形状である。この流路形状1008の突起部を長くし(図中の点線で示している)、燃料ガス流路307の流路形状を図11Aの下図に示した流路形状1010に変えることで、改質反応層306の反応面積を増やすことができる。
FIG. 11A is a diagram showing another example of the flow path shape of the fuel
図11Bは、燃料ガス流路1107の流路形状が図11Aに示した流路形状1010である円筒形の燃料電池セル1100の横断面図である。図11Bにおいて、図3と同一の符号は、図3と同一のまたは対応する要素を示し、説明を省略する。燃料電池セル1100の改質反応層1106の内周と外周の形状は、燃料ガス流路1107の流路形状1010に合わせた星型の形状である。
FIG. 11B is a cross-sectional view of a
燃料電池セル1100において、改質反応層1106の反応面積は、図3に示した燃料電池セル300の改質反応層306に比べて大きいので、改質反応層1106と接触する燃料ガスのガス容量が多くなる。従って、燃料ガス流路1107に流路形状1010を用いると、図3の燃料電池セル300に比べて、改質反応層1006で水蒸気改質反応が多く行われ、反応速度を速くすることができる。
In the
このように、本実施例による燃料電池では、燃料ガス流路と改質反応層の形状を変えることで、燃料ガスの流速や改質反応層の反応面積を調整することができ、式(1)に示した水蒸気改質反応の反応速度を制御することができる。 As described above, in the fuel cell according to the present embodiment, the flow rate of the fuel gas and the reaction area of the reforming reaction layer can be adjusted by changing the shapes of the fuel gas flow path and the reforming reaction layer. It is possible to control the reaction rate of the steam reforming reaction shown in FIG.
また、燃料ガスの流速は、燃料ガス流路の流路形状を変えなくても、燃料ガス流路の流路断面積を変えることで調整することができる。例えば、図2に示した燃料電池セル200の燃料ガス流路207の径を大きくすると、燃料ガスの流速が遅くなり、燃料ガスが改質反応層206と接触する時間が長くなる、従って、燃料ガス流路207の径を大きくして流路断面積を増やすと、改質反応層206で水蒸気改質反応が多く行われ、反応速度を速くすることができる。
Further, the flow rate of the fuel gas can be adjusted by changing the cross-sectional area of the fuel gas flow channel without changing the flow channel shape of the fuel gas flow channel. For example, when the diameter of the fuel
図4は、本発明のさらに別の実施例による固体酸化物形燃料電池の模式図であり、円筒形セルの横断面を示す図である。図4において、図2と同一の符号は、図2と同一のまたは対応する要素を示し、説明を省略する。本実施例による燃料電池セル400は、燃料ガス流路407を複数備え、それぞれの燃料ガス流路407は改質反応層406で囲まれる。改質反応層406で囲まれた複数の燃料ガス流路407は、多孔質層205の内部で分散させて配置する。従って、複数の燃料ガス流路407は、燃料電池セル400の内部に散在する。
FIG. 4 is a schematic view of a solid oxide fuel cell according to still another embodiment of the present invention, and shows a cross section of a cylindrical cell. 4, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding elements as those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted. The
このように、改質反応層406で囲まれた複数の燃料ガス流路407を燃料電池セル400の内部に散在させることで、燃料ガスの流れの不均一や電極反応の不均一を抑制することができる。改質反応層406で囲まれた燃料ガス流路407の個数と配置は、燃料電池セル400の仕様に応じて任意に定めることができる。ただし、燃料ガスの流れや電極反応の不均一を抑制するという観点からは、燃料ガス流路407を、燃料電池セル400の中心軸に対して対称的に配置するのが好ましい。
As described above, by dispersing the plurality of fuel
また、複数の燃料ガス流路407を燃料電池セル400の内部に散在させる場合でも、燃料ガス流路407と改質反応層406の形状を、図3、図10B、及び図11Bに示したように、円筒形以外の形状にすることもできる。それぞれの燃料ガス流路407と改質反応層406の形状は、全てが同一でも互いに異なっていてもよい。また、それぞれの燃料ガス流路407の径も、全てが同一でも互いに異なっていてもよい。
Even when the plurality of fuel
燃料ガス流路と改質反応層の形状、燃料ガス流路の流路断面積、及び燃料ガス流路の個数と配置は、燃料電池セルの長さ方向で一定でなくてもよい。すなわち、燃料電池セルの長さ方向の位置に応じて、燃料ガス流路と改質反応層の形状、燃料ガス流路の流路断面積、及び燃料ガス流路の個数と配置のうち、少なくとも1つを変化させてもよい。 The shape of the fuel gas channel and the reforming reaction layer, the channel cross-sectional area of the fuel gas channel, and the number and arrangement of the fuel gas channels may not be constant in the length direction of the fuel cell. That is, according to the position in the length direction of the fuel cell, at least one of the shape of the fuel gas flow path and the reforming reaction layer, the cross-sectional area of the fuel gas flow path, and the number and arrangement of the fuel gas flow paths One may be changed.
例えば、燃料電池セルの長さ方向の中央部の燃料ガス流路と改質反応層の形状を、図3の燃料ガス流路307と改質反応層306の形状(星型)とし、燃料電池セルの長さ方向の端部(例えば燃料ガスの流入口付近)の燃料ガス流路と改質反応層の形状を、図2の燃料ガス流路207と改質反応層206の形状(円形)とすることで、長さ方向の中央部での改質反応の速度を長さ方向の端部よりも速くすることができる。
For example, the shape of the fuel gas channel and the reforming reaction layer in the center of the length direction of the fuel cell is the shape of the
また、例えば、燃料電池セルの長さ方向の中央部の燃料ガス流路と改質反応層の形状を、図10Bの燃料ガス流路1007と改質反応層1006の形状とし、燃料電池セルの長さ方向の端部(例えば燃料ガスの流入口付近)の燃料ガス流路と改質反応層の形状を、図3の燃料ガス流路307と改質反応層306の形状とする。すなわち、燃料ガス流路の流路形状は星型であるが、長さ方向の中央部と端部で星型の形状を変える(突起部の数を変える)。このようにすることで、長さ方向の中央部での改質反応の速度を長さ方向の端部よりも速くすることができる。星型の形状は、長さ方向の中央部と端部で、突起部の数を変えるだけでなく、突起部の長さを変えてもよい(図11Bを参照)。
Further, for example, the shape of the fuel gas flow path and the reforming reaction layer in the center of the length direction of the fuel cell is the shape of the fuel
また、例えば、燃料電池セルの長さ方向の中央部の流路断面積を、燃料電池セルの長さ方向の端部の流路断面積よりも大きくすることで、長さ方向の中央部での改質反応の速度を長さ方向の端部よりも速くすることができる。また、例えば、燃料電池セルの長さ方向の端部では燃料ガス流路の数が1つであり、燃料電池セルの長さ方向の中央部に向かって燃料ガス流路が枝分かれして数が増えていくようにすることで、長さ方向の中央部での改質反応の速度を長さ方向の端部より速くすることもできる。 Further, for example, by making the flow path cross-sectional area of the center portion in the length direction of the fuel cell larger than the flow path cross-sectional area of the end portion in the length direction of the fuel cell, the center portion in the length direction The speed of the reforming reaction can be made faster than the lengthwise ends. In addition, for example, the number of fuel gas channels is one at the end of the fuel cell in the length direction, and the number of fuel gas channels branches off toward the center in the length direction of the fuel cell. By making it increase, the speed | rate of the reforming reaction in the center part of a length direction can also be made faster than the edge part of a length direction.
燃料ガス流路と改質反応層の形状、燃料ガス流路の流路断面積、及び燃料ガス流路の個数と配置は、燃料電池セルの長さ方向に連続的に(緩やかに)変化させてもよく、不連続的に(急激に)変化させてもよい。 The shape of the fuel gas flow path and the reforming reaction layer, the cross-sectional area of the fuel gas flow path, and the number and arrangement of the fuel gas flow paths are changed continuously (slowly) in the length direction of the fuel cell. It may be changed discontinuously (abruptly).
このように、本実施例による燃料電池では、燃料電池セルの長さ方向の位置に応じて、式(1)に示した水蒸気改質反応の反応速度を制御することができる。 As described above, in the fuel cell according to the present embodiment, the reaction rate of the steam reforming reaction represented by the formula (1) can be controlled according to the position in the length direction of the fuel cell.
次に、数値シミュレーションを用いた解析により、本実施例の効果を示す。シミュレーション解析では、円筒形の燃料電池セルを解析対象とした。また、発明の効果を明らかにするために、従来技術による燃料電池セルと本実施例による燃料電池セルという2つのケースについてシミュレーションを実施した。それぞれの燃料電池セルの長さ方向に垂直な断面での温度分布を比較することで、本実施例の有効性を検証した。 Next, the effect of the present embodiment is shown by analysis using numerical simulation. In the simulation analysis, a cylindrical fuel battery cell was analyzed. In order to clarify the effects of the invention, simulations were carried out for two cases of the conventional fuel cell and the fuel cell according to this example. The effectiveness of this example was verified by comparing the temperature distribution in the cross section perpendicular to the length direction of each fuel cell.
図5は、従来技術による円筒形の燃料電池の解析モデルを示す図であり、燃料電池の長さ方向に垂直な断面を示す。図5に示すように、従来技術による燃料電池セルの解析モデルは、燃料ガス流路507、改質反応層506、アノード電極504、固体電解質503、及びカソード電極502を、径方向の中心からこの順に備える。さらに、アノード電極504の電流を外部に取り出すためのインターコネクタ501がアノード電極504に、カソード電極502に電流を流すための集電板509がカソード電極502に、それぞれ電気的に接続される。
FIG. 5 is a diagram showing an analysis model of a cylindrical fuel cell according to the prior art, and shows a cross section perpendicular to the length direction of the fuel cell. As shown in FIG. 5, the fuel cell analysis model according to the prior art includes a
燃料電池セルは、直径16mm、長さ800mmの円筒形とした。図5において、長さ方向は、紙面に垂直な方向である。燃料ガス流路507は、直径13mm、長さ800mmの円筒形の領域とした。改質反応層506は、厚さ0.5mm、気孔率60%のNi−YSZサーメット材とした。アノード電極504は、厚さ0.495mm、気孔率30%のNi−YSZサーメット材とした。固体電解質503は、厚さ10μm、電気抵抗0.05ΩmのYSZ材とした。カソード電極502は、厚さ0.495mm、気孔率30%のランタンマンガネイト材とした。アノード電極504と固体電解質503とカソード電極502の厚さの合計は、1.0mmである。燃料電池セルは、空気流路508に囲まれている。空気流路508は、酸化剤ガス、すなわち空気の流れる領域であり、幅20mm、高さ20mm、長さ800mmの領域とした。
The fuel battery cell had a cylindrical shape with a diameter of 16 mm and a length of 800 mm. In FIG. 5, the length direction is a direction perpendicular to the paper surface. The fuel
図6は、本実施例による円筒形の燃料電池の解析モデルを示す図であり、燃料電池の長さ方向に垂直な断面を示す。図6に示すように、本実施例による燃料電池セルの解析モデルは、燃料ガス流路607、改質反応層606、多孔質層605、アノード電極604、固体電解質603、及びカソード電極602を、径方向の中心からこの順に備える。さらに、アノード電極604の電流を外部に取り出すためのインターコネクタ601がアノード電極604に、カソード電極602に電流を流すための集電板609がカソード電極602に、それぞれ電気的に接続される。
FIG. 6 is a diagram showing an analysis model of a cylindrical fuel cell according to the present embodiment, and shows a cross section perpendicular to the length direction of the fuel cell. As shown in FIG. 6, the fuel cell analysis model according to the present embodiment includes a
燃料電池セル、アノード電極604、固体電解質603、カソード電極602、空気流路608の大きさと材質は、図5に示した従来技術による円筒形の燃料電池の解析モデルと同一なので、説明を省略する。
The size and material of the fuel cell, the
燃料ガス流路607は、幅4mm、高さ4mm、長さ800mmの四角形の領域とした。燃料ガス流路607の外側に配置される改質反応層606は、厚さ0.5mmからなる四角形の領域とし、気孔率60%のNi−YSZサーメット材とした。燃料ガス流路607と改質反応層606を四角形の領域でモデル化したのは、シミュレーションに用いるメッシュの作成の便宜のためであり、これらの領域の形状は、四角形でなくてもよい。例えば、図2に示したような円形でもよいし、図3、図10B、及び図11Bに示したような星型でもよい。これらの領域が円形や星型の形状でも、以下に示すのと同様の結果が得られる。
The
本実施例の特徴である多孔質層605は、改質反応層606とアノード電極604の間に設置される。多孔質層605は、燃料ガス流路607と改質反応層606を取り囲む直径14mm、長さ800mmの領域を、気孔率85%の窒化ケイ素セラミックス多孔質材とすることでモデル化した。
The
シミュレーションには、ANSYS社の熱流体解析ソフトウェアANSYS Fluentを用いた。 For the simulation, ANSYS Fluent thermal fluid analysis software was used.
図7に、シミュレーション解析の解析条件を示す。図7に示すように、運転電流密度は0.4A/cm2とした。燃料ガスにはメタン50%改質ガスを用い、燃料利用率を75%、スチーム・カーボン比率を2:1、及び入口温度を600℃とした。酸化剤ガスには空気を用い、酸素利用率を20%、及び入口温度を600℃とした。燃料ガスと酸化剤ガスの流れ方向は対向流とし、壁面は断熱とした。 FIG. 7 shows the analysis conditions for the simulation analysis. As shown in FIG. 7, the operating current density was 0.4 A / cm 2 . As the fuel gas, methane 50% reformed gas was used, the fuel utilization rate was 75%, the steam-carbon ratio was 2: 1, and the inlet temperature was 600 ° C. Air was used as the oxidant gas, the oxygen utilization rate was 20%, and the inlet temperature was 600 ° C. The flow direction of the fuel gas and the oxidant gas was counterflow, and the wall surface was insulated.
図8は、シミュレーション解析の解析結果を示す図であり、円筒形の燃料電池セルの長さ方向に垂直な断面の温度分布を示す図である。図8の左図は、従来技術による円筒形の燃料電池セルの温度分布810を示し、右図は、本実施例による円筒形の燃料電池セルの温度分布820を示す。
FIG. 8 is a diagram showing an analysis result of the simulation analysis, and is a diagram showing a temperature distribution in a cross section perpendicular to the length direction of the cylindrical fuel cell. The left figure of FIG. 8 shows the
従来技術による円筒形の燃料電池セルの温度分布810から分かるように、空気流路の領域818及び燃料ガス流路の領域817の温度は約600℃となり、改質反応層の領域816の温度は約520℃となった。改質反応層の領域816では、メタンの水蒸気改質反応が生じ、吸熱作用のため、狭い領域で急激な温度低下が得られた。
As can be seen from the
一方、本実施例による円筒形の燃料電池セルの温度分布820では、空気流路の領域828の温度は約600℃となるが、燃料ガス流路の領域827の温度は約570℃となり、改質反応層の領域826の温度は約560℃となった。改質反応層の領域826とアノード電極の領域との間に設けられた多孔質層の領域825の作用により、本実施例による燃料電池セルの内部では、温度分布が一様になっていることが分かる。
On the other hand, in the
従来技術による円筒形の燃料電池セル、及び本実施例による円筒形の燃料電池セルについて、長さ方向に垂直な断面における温度勾配を調べた。従来技術による燃料電池セルについての、長さ方向に垂直な断面の中心点811と空気流路の領域818の端点812とを結ぶ線分813における温度分布と、本実施例による燃料電池セルについての、長さ方向に垂直な断面の中心点821と空気流路の領域828の端点822とを結ぶ線分823における温度分布とを、それぞれ求めた。以下では、燃料電池セルの長さ方向に垂直な断面の中心点を、単に「中心点」と称する。
The temperature gradient in the cross section perpendicular to the length direction of the cylindrical fuel cell according to the prior art and the cylindrical fuel cell according to this example was examined. Regarding the fuel cell according to the prior art, the temperature distribution in the
図9は、従来技術による燃料電池セルと本実施例による燃料電池セルについて、長さ方向に垂直な断面における温度分布を示すグラフである。図9には、中心点からの距離(すなわち、線分813または線分823上の位置)と、温度との関係を示した。温度分布910は、従来技術による円筒形の燃料電池セルの線分813上の温度分布を示し、温度分布920は、本実施例による円筒形の燃料電池セルの線分823上の温度分布を示す。
FIG. 9 is a graph showing the temperature distribution in a cross section perpendicular to the length direction of the fuel cell according to the prior art and the fuel cell according to the present example. FIG. 9 shows the relationship between the distance from the center point (that is, the position on the
図9のグラフより、温度分布910には、中心点811からの距離が0.003mの位置から0.008mの位置に向かって急激な温度勾配が生じているのが分かる。燃料電池セルの半径は0.008mm(直径が16mm)であるので、燃料電池セルの内部では、約600℃と高温になっている中心点811からの距離が0.003m以下の領域と、急激な温度勾配が生じている中心点811からの距離が0.003m以上の領域とに別れることが分かった。
From the graph of FIG. 9, it can be seen that there is a steep temperature gradient in the
一方、温度分布920を見ると、本実施例による燃料電池セルでは、中心点821からの距離が0.002m付近の位置で緩やかな温度勾配が生じるが、燃料電池セルの内部の温度(中心点821からの距離が0.008m以下の領域の温度)はほぼ均一となることが分かる。図6に示したように、中心点821からの距離が0.002mの位置は、燃料ガス流路607と改質反応層606とが接する位置である。このため、中心点821からの距離が0.002m付近の位置では、改質反応によって温度が低下している。
On the other hand, when the
また、温度分布910と温度分布920は、共に、中心点からの距離が0.008m以上の領域では、温度勾配が生じていることが分かる。この領域の温度勾配も、本実施例による燃料電池セルの温度分布920の方が、従来技術による燃料電池セルの温度分布910よりも緩やかである。なお、中心点からの距離が0.008m以上の領域は、空気流路の領域である。
It can also be seen that both
図9のグラフより、燃料電池セルの内部(中心点からの距離が0.008m以下の領域)では、温度分布910の最大温度と最小温度の差ΔTは約80℃であり、温度分布920の温度差ΔTは約10℃である。この結果から、本実施例による燃料電池セルでは、従来技術による燃料電池セルに比べ、温度差ΔTが約8分の1になることが分かった。
From the graph of FIG. 9, the difference ΔT between the maximum temperature and the minimum temperature of the
熱応力σは、ヤング率Eを使って、式(4)で求めることができる。
σ=E・εr=E・α・ΔT (4)
ここで、εrは、熱ひずみであり、温度差ΔTと線膨張係数αの積で表される。
The thermal stress σ can be obtained by Expression (4) using the Young's modulus E.
σ = E · εr = E · α · ΔT (4)
Here, εr is thermal strain and is represented by the product of the temperature difference ΔT and the linear expansion coefficient α.
式(4)より、ヤング率E及び線膨張係数αが一定であれば、熱応力σは、温度差ΔTに比例する。このことから、本実施例による燃料電池セルは、従来技術による燃料電池セルに比べ、燃料電池セルの内部の最大温度と最小温度の差ΔTが約8分の1になるので、熱応力を約8分の1に緩和できることが分かった。従って、本実施例による燃料電池セルは、熱応力による耐久性の低下を防ぐことができる。また、電極の局所的で急激な温度低下を防止し、電極反応過電圧の上昇による性能低下を抑制することができる。従って、本実施例による燃料電池セルは、発電性能の低下を軽減することが可能である。 From Equation (4), if the Young's modulus E and the linear expansion coefficient α are constant, the thermal stress σ is proportional to the temperature difference ΔT. From this, the fuel cell according to this example has a difference ΔT between the maximum temperature and the minimum temperature inside the fuel cell that is about one-eighth compared with the fuel cell according to the prior art. It was found that it can be reduced to 1/8. Therefore, the fuel cell according to the present embodiment can prevent a decrease in durability due to thermal stress. In addition, local and rapid temperature drop of the electrode can be prevented, and performance degradation due to increase in electrode reaction overvoltage can be suppressed. Therefore, the fuel battery cell according to the present embodiment can reduce a decrease in power generation performance.
102,202,502,602…カソード電極、
103,203,503,603…固体電解質、
104,204,504,604…アノード電極、
105,205,605…多孔質層、
106,206,306,406,506,606,1006,1106…改質反応層、
107,207,307,407,507,607,1007,1107…燃料ガス流路、
200,300,400,1000,1100…燃料電池セル、
201,501,601…インターコネクタ、
508,608…空気流路、
509,609…集電板、
810…従来技術による燃料電池セルの温度分布、
811,821…断面の中心点、
812,822…空気流路の領域の端点、
813,823…線分、
816,826…改質反応層の領域、
817,827…燃料ガス流路の領域、
818,828…空気流路の領域、
820…本実施例による燃料電池セルの温度分布、
825…多孔質層の領域、
910…従来技術による燃料電池セルの温度分布、
920…本実施例による燃料電池セルの温度分布、
1008,1009,1010…燃料ガス流路の流路形状。
102, 202, 502, 602 ... cathode electrode,
103, 203, 503, 603 ... solid electrolyte,
104, 204, 504, 604 ... anode electrode,
105, 205, 605 ... porous layer,
106, 206, 306, 406, 506, 606, 1006, 1106 ... reforming reaction layer,
107, 207, 307, 407, 507, 607, 1007, 1107 ... fuel gas flow path,
200, 300, 400, 1000, 1100 ... fuel cell,
201, 501, 601 ... interconnector,
508, 608 ... air flow path,
509, 609 ... current collector plate,
810 ... temperature distribution of the fuel cell according to the prior art,
811, 821 ... the center point of the cross section,
812, 822 ... the end points of the region of the air flow path,
813, 823 ... line segment,
816, 826 ... the region of the reforming reaction layer,
817, 827 ... the region of the fuel gas flow path,
818, 828 ... the area of the air flow path,
820 ... Temperature distribution of the fuel cell according to the present embodiment,
825 ... the region of the porous layer,
910 ... Temperature distribution of the fuel cell according to the prior art,
920 ... temperature distribution of the fuel cell according to the present embodiment,
1008, 1009, 1010... The shape of the fuel gas channel.
Claims (8)
多孔体で構成された多孔質層が前記アノード電極に隣接して設けられ、
前記燃料ガスを改質する改質反応層が前記多孔質層に隣接して設けられ、
前記燃料ガス流路は、前記改質反応層に隣接して設けられることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 In a solid oxide fuel cell comprising: a cathode electrode; an anode electrode; a solid electrolyte disposed between the cathode electrode and the anode electrode; and a fuel gas flow path through which fuel gas flows.
A porous layer composed of a porous body is provided adjacent to the anode electrode;
A reforming reaction layer for reforming the fuel gas is provided adjacent to the porous layer;
The solid oxide fuel cell, wherein the fuel gas channel is provided adjacent to the reforming reaction layer.
前記固体電解質は円筒形であり、
前記カソード電極は前記固体電解質の外面に設けられ、
前記アノード電極は、前記固体電解質の内面に設けられ、
前記多孔質層は、前記アノード電極の内側に設けられ、
前記改質反応層は、前記多孔質層の内側に設けられ、
前記燃料ガス流路は、前記改質反応層の内側に設けられる固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein
The solid electrolyte is cylindrical;
The cathode electrode is provided on the outer surface of the solid electrolyte,
The anode electrode is provided on the inner surface of the solid electrolyte,
The porous layer is provided inside the anode electrode,
The reforming reaction layer is provided inside the porous layer,
The fuel gas flow path is a solid oxide fuel cell provided inside the reforming reaction layer.
前記多孔質層は、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、アルミナ、ムライト、及びコーディエライトからなる群から選ばれた1つで構成され、気孔率が30%以上であり、厚さが100μm以上である固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein
The porous layer is composed of one selected from the group consisting of silicon nitride, silicon carbide, zirconia, alumina, mullite, and cordierite, and has a porosity of 30% or more and a thickness of 100 μm or more. A solid oxide fuel cell.
前記燃料ガス流路は、前記固体酸化物形燃料電池の長さ方向に垂直な断面が星型の形状である固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein
The fuel gas flow path is a solid oxide fuel cell in which a cross section perpendicular to the length direction of the solid oxide fuel cell has a star shape.
前記燃料ガス流路を複数備え、
複数の前記燃料ガス流路は、それぞれが前記改質反応層で囲まれ、前記多孔質層の内部に散在する固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein
A plurality of the fuel gas flow paths;
Each of the plurality of fuel gas flow paths is surrounded by the reforming reaction layer, and is dispersed in the porous layer.
前記燃料ガス流路は、前記固体酸化物形燃料電池の長さ方向の位置により、前記固体酸化物形燃料電池の長さ方向に垂直な断面積が変化する固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein
The fuel gas flow path is a solid oxide fuel cell in which a cross-sectional area perpendicular to the length direction of the solid oxide fuel cell varies depending on a position in the length direction of the solid oxide fuel cell.
前記断面が星型の形状である前記燃料ガス流路は、前記固体酸化物形燃料電池の長さ方向の位置により、前記星型の形状が変化する固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein
The fuel gas flow path having a star-shaped cross section is a solid oxide fuel cell in which the star-shaped shape changes depending on the position of the solid oxide fuel cell in the length direction.
前記燃料ガス流路は、前記固体酸化物形燃料電池の長さ方向の位置により、数が変化する固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 5, wherein
The fuel gas flow path is a solid oxide fuel cell whose number varies depending on the position in the length direction of the solid oxide fuel cell.
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