JP2014017244A - Stack structure of fuel cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the reliability at the joint of a connection member and a cell, in the stack structure of a fuel cell where the connection member for electrically connecting the adjoining cells is interposed therebetween and joined thereto.SOLUTION: A connection member 300 interposed between adjoining cells and joined thereto is constituted of "a pair of stationary portions 310, 310 being joined, respectively, to adjoining cells", and "a coupling portion 320 for coupling a pair of side ends 311, 311 extending in the z-axis direction at the ends of the pair of stationary portions 310, 310 on the x-axis negative direction side". The coupling portion 320 includes a pair of parts 321, 321 extending, respectively, from the end on the z-axis positive direction side in the pair of side ends 311, 311 toward the x-axis negative direction side, a pair of parts 322, 322 extending, respectively, from the tip side of the pair of parts 321, 321 toward the z-axis negative direction side, and a part 323 for coupling the tip sides of the pair of parts 322, 322.

Description

本発明は、燃料電池のスタック構造体に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack structure.

従来より、それぞれが「内側電極、固体電解質、及び外側電極を含む発電素子部」を備えた複数のセルと、前記複数のセルが間隔を空けてスタック状に整列するように前記複数のセルを支持する支持部材と、隣接する前記セルの間に設けられて隣接する前記セルの発電素子部の間を電気的に接続する、導電部材で構成された接続部材と、を備えた固体酸化物形燃料電池(以下、「SOFC」と呼ぶ)のスタック構造体が知られている(例えば、特許文献1を参照)。   Conventionally, a plurality of cells each having “a power generation element portion including an inner electrode, a solid electrolyte, and an outer electrode”, and the plurality of cells are arranged in a stack at intervals. A solid oxide type comprising: a supporting member for supporting; and a connecting member that is provided between the adjacent cells and electrically connects between the power generating element portions of the adjacent cells. A stack structure of a fuel cell (hereinafter referred to as “SOFC”) is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2010−231920号公報JP 2010-231920 A

図22は、上記文献に記載のSOFCセルのスタック構造体の一例を模式的に示し、図23は、図22に示した「隣接するSOFCセル間を電気的に接続する接続部材」を模式的に示す。図22、図23から理解できるように、上記文献に記載のスタック構造体に使用される接続部材は、一対の固定部と、連結部と、を備える。一対の固定部は、y軸方向に互いに間隔を空けて平行に向かい合っている。一対の固定部のそれぞれは、隣接するSOFCセルのうち対応するセルに固定され且つ対応するセルの発電素子部と電気的に接続されている。連結部は、一対の固定部におけるx軸負方向側にある「一対の側端部」を連結している。「一対の側端部」は、y軸方向に互いに間隔を空けて平行に向かい合っている。「一対の側端部」のそれぞれはz軸方向に延在している。   FIG. 22 schematically shows an example of a stack structure of SOFC cells described in the above-mentioned document, and FIG. 23 schematically shows a “connecting member for electrically connecting adjacent SOFC cells” shown in FIG. Shown in As can be understood from FIGS. 22 and 23, the connection member used in the stack structure described in the above document includes a pair of fixing portions and a coupling portion. The pair of fixing portions face each other in parallel in the y-axis direction with a space therebetween. Each of the pair of fixed portions is fixed to a corresponding cell among adjacent SOFC cells and is electrically connected to the power generation element portion of the corresponding cell. The connecting portion connects “a pair of side end portions” on the x-axis negative direction side of the pair of fixed portions. The “pair of side end portions” face each other in parallel in the y-axis direction with a space therebetween. Each of the “pair of side end portions” extends in the z-axis direction.

ところで、上述のようなスタック構造体では、SOFCの運転時等において、隣接するセルの間で相対的な変位が不可避的に発生し得る。このことは、図23に示す接続部材において、一対の固定部の間で、x軸方向からみた相対回転変位(後述する図9を参照)、y軸方向からみた相対回転変位(後述する図10を参照)、並びに、z軸方向からみた相対回転変位(図8を参照)を含む相対的な変位が発生し得ることを意味する。   By the way, in the stack structure as described above, relative displacement may inevitably occur between adjacent cells during SOFC operation or the like. This is because, in the connection member shown in FIG. 23, the relative rotational displacement seen from the x-axis direction (see FIG. 9 described later) and the relative rotational displacement seen from the y-axis direction (see FIG. 10 described later) between the pair of fixed portions. As well as relative rotational displacements (see FIG. 8) as seen in the z-axis direction.

図23に示す接続部材では、連結部が、「一対の側端部」におけるz軸方向の全域に亘って「一対の側端部」を連結している。このことに起因して、「図23に示す一対の固定部の間でz軸方向からみた相対回転変位を伴うような弾性変形」に対する剛性が低い一方で、「一対の固定部の間でx軸方向、並びにy軸方向からみた相対回転変位を伴うような弾性変形」に対する剛性が高い。従って、隣接するセルの間でx軸方向又はy軸方向からみた相対回転変位が発生する場合において、「接続部材の一対の固定部」と「セル(の発電素子部)」との接合部において比較的大きな応力が発生し易い。この結果、前記接合部の信頼性が低いという問題があった。   In the connection member shown in FIG. 23, the connecting portion connects the “pair of side end portions” over the entire region in the z-axis direction of the “pair of side end portions”. Due to this, while the rigidity against “elastic deformation with relative rotational displacement seen from the z-axis direction between the pair of fixed portions shown in FIG. 23” is low, The rigidity with respect to “elastic deformation accompanied by relative rotational displacement seen from the axial direction as well as the y-axis direction” is high. Therefore, in the case where a relative rotational displacement as seen from the x-axis direction or the y-axis direction occurs between adjacent cells, at the junction between the “pair of fixed portions of the connection member” and the “cell (power generation element portion)” A relatively large stress is likely to occur. As a result, there is a problem that the reliability of the joint portion is low.

本発明は、上記のような基本的構成を有する燃料電池のスタック構造体であって、「接続部材の一対の固定部」と「セル」との接合部における信頼性が高いものを提供することを目的とする。   The present invention provides a stack structure of a fuel cell having the basic configuration as described above, which has high reliability at the joint between the “pair of fixing portions of the connecting member” and the “cell”. With the goal.

本発明に係る燃料電池のスタック構造体は、上記の基本的特徴を有する。このスタック構造体の特徴は、接続部材の連結部が、「一対の側端部」における前記第2方向(z軸方向)の一方側の端部のみ、又は、「一対の側端部」における前記第2方向(z軸方向)の両端部を除いた中央部のみで、「一対の側端部」を連結することにある。   The fuel cell stack structure according to the present invention has the above-described basic characteristics. The feature of this stack structure is that the connecting portion of the connection member is only at one end in the second direction (z-axis direction) in the “pair of side ends” or in the “pair of side ends”. The “pair of side end portions” is connected only at the center portion excluding both end portions in the second direction (z-axis direction).

これによれば、図23に示す構成(連結部が「一対の側端部」におけるz軸方向の全域に亘って「一対の側端部」を連結する構成)と比べて、「一対の固定部の間でx軸方向、並びにy軸方向からみた相対回転変位を伴うような弾性変形」に対する剛性が低い。加えて、図23に示す構成と同様、「一対の固定部の間でz軸方向からみた相対回転変位を伴うような弾性変形」に対する剛性も低い。即ち、「一対の固定部の間でx軸、y軸、z軸の3軸方向からみたそれぞれの相対回転変位を伴う弾性変形」の全てに対する剛性が低い。従って、この接続部材は、「一対の固定部の間で三次元的に相対変位が発生するような弾性変形」に対する剛性が低い構成を有する。この結果、隣接するセルの間で三次元的な相対変位が発生しても、図23に示す構成と比べて、「接続部材の一対の固定部」と「セル(の発電素子部)」との接合部に作用する応力が小さくなり、前記接合部における信頼性が高くなる。   According to this, compared with the configuration shown in FIG. 23 (the configuration in which the coupling portion couples the “pair of side end portions” over the entire z-axis direction in the “pair of side end portions”), The rigidity with respect to “elastic deformation accompanied by relative rotational displacement seen from the x-axis direction and the y-axis direction” is low. In addition, similarly to the configuration shown in FIG. 23, the rigidity against “elastic deformation with relative rotational displacement seen from the z-axis direction between the pair of fixed portions” is also low. That is, the rigidity with respect to all of “elastic deformation accompanied by respective relative rotational displacements seen from the three axis directions of the x-axis, y-axis, and z-axis between the pair of fixed portions” is low. Therefore, this connecting member has a configuration with low rigidity against “elastic deformation that causes a three-dimensional relative displacement between the pair of fixed portions”. As a result, even if a three-dimensional relative displacement occurs between adjacent cells, as compared with the configuration shown in FIG. 23, “a pair of fixing portions of the connection member” and “a cell (power generation element portion)” The stress acting on the joint is reduced, and the reliability at the joint is increased.

具体的には、この接続部材の連結部は、前記一対の側端部における前記第2方向(z軸方向)の一方側の端部から、前記第1方向(x軸方向)の一方側及び前記第2方向(z軸方向)の他方側に向けてそれぞれ延びる一対の第1延在部と、前記一対の第1延在部の先端側にある一対の先端部から前記第1、第2方向と異なる第3方向(y軸方向)に向けて延びて前記一対の第1延在部の先端部同士を連結する第2延在部と、を備えるように構成され得る。   Specifically, the connecting portion of the connection member is connected to one side in the first direction (x-axis direction) from one end in the second direction (z-axis direction) in the pair of side ends. From the pair of first extending portions respectively extending toward the other side in the second direction (z-axis direction) and the pair of tip portions on the tip side of the pair of first extending portions, the first and second A second extending portion that extends in a third direction (y-axis direction) different from the direction and connects the tip portions of the pair of first extending portions.

この場合、前記第1延在部は、前記一対の側端部における前記第2方向(z軸方向)の一方側の端部から、前記第1方向(x軸方向)の一方側に向けてそれぞれ延びる一対の第1部分と、前記一対の第1部分の先端側にある一対の先端部から前記第2方向(z軸方向)の他方側に向けてそれぞれ延びる一対の第2部分と、を備え、前記第2延在部が、前記一対の第2部分の先端側にある一対の先端部同士を連結するように構成され得る。なお、前記一対の固定部は、互いに間隔を空けて平行に向かい合う一対の平板状を呈し、前記第1、第2、第3方向は、互いに垂直であることが好適である。また、前記接続部材は、薄板状の部材を折り曲げることによって形成されており、前記薄板状の部材について、前記連結部に対応する部分の主面における前記部分の延在方向に直交する方向の幅が、前記薄板状の部材の厚さより大きいことが好ましい。   In this case, the first extending portion is directed from one end portion of the second direction (z-axis direction) in the pair of side end portions toward one side of the first direction (x-axis direction). A pair of first portions extending respectively, and a pair of second portions extending respectively from the pair of tip portions on the tip side of the pair of first portions toward the other side of the second direction (z-axis direction). The second extending portion may be configured to connect a pair of tip portions on the tip side of the pair of second portions. The pair of fixing portions preferably have a pair of flat plate-like shapes facing each other at an interval, and the first, second, and third directions are preferably perpendicular to each other. The connecting member is formed by bending a thin plate-like member, and the width of the thin plate-like member in a direction orthogonal to the extending direction of the portion on the main surface of the portion corresponding to the connecting portion. However, it is preferable that the thickness of the thin plate member is larger.

本発明の実施形態に係る燃料電池のスタック構造体に使用される1つのセルを示す斜視図である。It is a perspective view which shows one cell used for the stack structure of the fuel cell which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池のスタック構造体の全体の斜視図である。1 is an overall perspective view of a stack structure of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 図2に示した燃料ガスマニホールドの全体の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the entire fuel gas manifold shown in FIG. 2. 図2に示したスタック構造体を上方からみた場合のスタック構造体の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of the stack structure when the stack structure shown in FIG. 2 is viewed from above. 図2に示したスタック構造体に対して燃料ガス及び空気が供給・排出される様子を示した図である。It is the figure which showed a mode that fuel gas and air were supplied and discharged | emitted with respect to the stack structure shown in FIG. 図4に示した接続部材の全体の斜視図である。It is a perspective view of the whole connection member shown in FIG. 図6に示した接続部材の展開図である。It is an expanded view of the connection member shown in FIG. 隣接するセルの間でz軸方向からみた相対回転変位が発生した場合における、接続部材の弾性変形の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the elastic deformation of the connection member in case the relative rotational displacement seen from the z-axis direction generate | occur | produced between adjacent cells. 隣接するセルの間でx軸方向からみた相対回転変位が発生した場合における、接続部材の弾性変形の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the elastic deformation of the connection member in case the relative rotational displacement seen from the x-axis direction generate | occur | produced between adjacent cells. 隣接するセルの間でy軸方向からみた相対回転変位が発生した場合における、接続部材の弾性変形の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the elastic deformation of the connection member in case the relative rotational displacement seen from the y-axis direction generate | occur | produced between adjacent cells. 本発明の実施形態の変形例に係る接続部材についての図6に対応する斜視図である。It is a perspective view corresponding to FIG. 6 about the connection member which concerns on the modification of embodiment of this invention. 図11に示した接続部材についての図7に対応する展開図である。FIG. 12 is a development view corresponding to FIG. 7 for the connection member shown in FIG. 11. 本発明の実施形態の他の変形例に係る接続部材についての図6に対応する斜視図である。It is a perspective view corresponding to FIG. 6 about the connection member which concerns on the other modification of embodiment of this invention. 図13に示した接続部材についての図7に対応する展開図である。It is an expanded view corresponding to FIG. 7 about the connection member shown in FIG. 本発明の実施形態の他の変形例に係る接続部材についての図6に対応する斜視図である。It is a perspective view corresponding to FIG. 6 about the connection member which concerns on the other modification of embodiment of this invention. 図15に示した接続部材についての図7に対応する展開図である。It is an expanded view corresponding to FIG. 7 about the connection member shown in FIG. 本発明の実施形態の他の変形例に係る接続部材についての図6に対応する斜視図である。It is a perspective view corresponding to FIG. 6 about the connection member which concerns on the other modification of embodiment of this invention. 図17に示した接続部材についての図7に対応する展開図である。It is an expanded view corresponding to FIG. 7 about the connection member shown in FIG. 1つのセルの表裏間が接続部材によって電気的に接続される接合体を示した図8に対応する図である。FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 8 illustrating a joined body in which front and back surfaces of one cell are electrically connected by a connection member. 1つのセルの表裏間が接続部材によって電気的に接続される接合体を示した図9に対応する図である。FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 9 showing a joined body in which the front and back sides of one cell are electrically connected by a connecting member. 1つのセルの表裏間が接続部材によって電気的に接続される接合体を示した図10に対応する図である。FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 10 illustrating a joined body in which front and back surfaces of one cell are electrically connected by a connection member. 従来の燃料電池のスタック構造体についての図4に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 4 about the stack structure of the conventional fuel cell. 図22に示した接続部材の全体の斜視図である。It is a perspective view of the whole connection member shown in FIG.

(スタック構造体に使用されるセルの構成の一例)
先ず、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池(SOFC)のスタック構造体に使用されるセル100について説明する。図1に示すように、セル100では、平板状の多孔質の導電性支持体11の一方の主面に、多孔質の燃料極12、緻密な固体電解質13、多孔質の導電性セラミックスからなる空気極14が順次積層されている。また、空気極14と反対側の導電性支持体11の主面には、中間膜15、ランタン−クロム系酸化物材料からなるインターコネクタ16、P型半導体材料からなる集電膜17が順次形成されている。
(Example of cell configuration used for stack structure)
First, a cell 100 used in a stack structure of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, in a cell 100, one main surface of a flat porous conductive support 11 is composed of a porous fuel electrode 12, a dense solid electrolyte 13, and porous conductive ceramics. Air electrodes 14 are sequentially stacked. Further, an intermediate film 15, an interconnector 16 made of a lanthanum-chromium oxide material, and a current collecting film 17 made of a P-type semiconductor material are sequentially formed on the main surface of the conductive support 11 opposite to the air electrode 14. Has been.

セル100は、第1長手方向(z軸方向)を有する平板状を呈し、セル100の長さL1(第1長手方向の長さ)は50〜500mmであり、幅L2は10〜100mmであり、厚さL3は1〜5mmである(L1>L2)。セル100の第1長手方向(z軸方向)の一端部の側面の形状(長さL2、幅L3の長円形状、L2>L3)は、第2長手方向(x軸方向)を有する。   The cell 100 has a flat plate shape having a first longitudinal direction (z-axis direction), the length L1 (length in the first longitudinal direction) of the cell 100 is 50 to 500 mm, and the width L2 is 10 to 100 mm. The thickness L3 is 1 to 5 mm (L1> L2). The shape of the side surface of one end portion in the first longitudinal direction (z-axis direction) of the cell 100 (length L2, oval shape of width L3, L2> L3) has the second longitudinal direction (x-axis direction).

また、導電性支持体11の内部には、互いに平行な複数のガス流路(貫通孔)18が長手方向(z軸方向)に沿って幅方向(x方向)に間隔をおいて形成されている。各ガス流路18の断面形状は直径が0.5〜3mmの円形である。隣り合うガス流路18、18の幅方向における間隔(ピッチ)は1〜5mmである。なお、各ガス流路18の断面形状は、楕円形、長穴、四隅に円弧を有する四角形等であってもよい。   In addition, a plurality of gas flow paths (through holes) 18 parallel to each other are formed in the conductive support 11 at intervals in the width direction (x direction) along the longitudinal direction (z axis direction). Yes. The cross-sectional shape of each gas channel 18 is a circle having a diameter of 0.5 to 3 mm. The space | interval (pitch) in the width direction of the adjacent gas flow paths 18 and 18 is 1-5 mm. In addition, the cross-sectional shape of each gas flow path 18 may be an ellipse, a long hole, a quadrangle having arcs at four corners, or the like.

セル100は、幅方向(長手方向と直角の方向)の両側にそれぞれ設けられた側端部B,Bと、側端部B,Bを連結する一対の平坦部A,Aと、から構成されている。一対の平坦部A,Aは平坦であり、ほぼ平行である。平坦部A,Aのうちの一方では、導電性支持体11の一方の主面上に燃料極12、固体電解質13、空気極14が順に形成され、平坦部A,Aのうちの他方では、導電性支持体11の他方の主面上に中間膜15、インターコネクタ16、集電膜17が順に形成されている。   The cell 100 includes side end portions B and B provided on both sides in the width direction (direction perpendicular to the longitudinal direction) and a pair of flat portions A and A connecting the side end portions B and B, respectively. ing. The pair of flat portions A and A are flat and substantially parallel. On one of the flat portions A and A, the fuel electrode 12, the solid electrolyte 13, and the air electrode 14 are formed in this order on one main surface of the conductive support 11, and on the other of the flat portions A and A, On the other main surface of the conductive support 11, an intermediate film 15, an interconnector 16, and a current collecting film 17 are formed in this order.

導電性支持体11の幅は、10〜100mmであり、厚さは、1〜5mmであることが望ましい。導電性支持体11のアスペクト比(幅/厚さ)は、5〜100である。なお、導電性支持体11の形状は、「薄板状」と表現されているが、幅方向の寸法及び厚さ方向の寸法の組み合わせに応じて、「楕円柱状」、或いは、「扁平状」とも表現され得る。   The width of the conductive support 11 is preferably 10 to 100 mm, and the thickness is preferably 1 to 5 mm. The aspect ratio (width / thickness) of the conductive support 11 is 5 to 100. The shape of the conductive support 11 is expressed as “thin plate shape”, but depending on the combination of the dimension in the width direction and the dimension in the thickness direction, it may be referred to as “ellipsoidal column shape” or “flat shape”. Can be expressed.

この導電性支持体11は、Y、Lu、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd、Sm及びPrから選ばれた1種以上からなる希土類元素酸化物とNi及び/又はNiOとを主成分とする材質から構成されることが望ましい。なお、Niに加えて、FeやCu等が含まれていてもよい。   The conductive support 11 is composed mainly of a rare earth element oxide composed of one or more selected from Y, Lu, Yb, Tm, Er, Ho, Dy, Gd, Sm and Pr and Ni and / or NiO. It is desirable to be composed of the material In addition to Ni, Fe, Cu, or the like may be included.

また、導電性支持体11は、「NiO(酸化ニッケル)又はNi(ニッケル)」と、「絶縁性セラミックス」とを含んで構成される、と記載することもできる。絶縁性セラミックスとしては、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)、Y(イットリア)、MgO(酸化マグネシウム)、又は、「MgAl(マグネシアアルミナスピネル)とMgO(酸化マグネシウム)の混合物」等が使用され得る。導電性支持体11の導電率は、800℃にて、10〜2000S/cmである。導電性支持体11の気孔率は、20〜60%である。 The conductive support 11 can also be described as including “NiO (nickel oxide) or Ni (nickel)” and “insulating ceramics”. Insulating ceramics include CSZ (calcia stabilized zirconia), YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), Y 2 O 3 (yttria), MgO (magnesium oxide), or “MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel). ) And MgO (magnesium oxide) "or the like. The conductivity of the conductive support 11 is 10 to 2000 S / cm at 800 ° C. The porosity of the conductive support 11 is 20 to 60%.

導電性支持体11とインターコネクタ16の間に形成される中間膜15は、Ni及び/又はNiOと希土類元素を含有するZrOを主成分とする材質、または希土類酸化物(例えばY)から構成され得る。中間膜15中のNi化合物のNi換算量は、全量中35〜80体積%であることが望ましく、更には、50〜70体積%であることがより望ましい。Ni換算量が35体積%以上であることで、Niによる導電パスが増加して、中間膜15の伝導度が向上する。この結果、中間膜15に起因する電圧降下が小さくなる。また、Ni換算量が80体積%以下であることで、導電性支持体11とインターコネクタ16の間の熱膨張係数差を小さくすることができ、両者の界面における亀裂の発生が抑制され得る。 The intermediate film 15 formed between the conductive support 11 and the interconnector 16 is made of a material mainly containing ZrO 2 containing Ni and / or NiO and a rare earth element, or a rare earth oxide (for example, Y 2 O 3 ). The Ni conversion amount of the Ni compound in the intermediate film 15 is preferably 35 to 80% by volume, and more preferably 50 to 70% by volume in the total amount. When the Ni conversion amount is 35% by volume or more, the conductive path by Ni is increased, and the conductivity of the intermediate film 15 is improved. As a result, the voltage drop caused by the intermediate film 15 is reduced. Moreover, when the Ni conversion amount is 80% by volume or less, the difference in thermal expansion coefficient between the conductive support 11 and the interconnector 16 can be reduced, and the occurrence of cracks at the interface between the two can be suppressed.

また、電圧降下の減少という観点から、中間膜15の厚さは20μm以下であることが望ましく、更には、10μm以下であることが望ましい。   Further, from the viewpoint of reducing the voltage drop, the thickness of the intermediate film 15 is preferably 20 μm or less, and more preferably 10 μm or less.

中希土類元素や重希土類元素の酸化物の熱膨張係数は、固体電解質13における「Yを含有するZrO」の熱膨張係数より小さい。従って、Niとのサーメット材としての導電性支持体11の熱膨張係数を固体電解質13の熱膨張係数に近づけることができる。この結果、固体電解質13のクラックや、固体電解質13の燃料極12からの剥離が抑制され得る。更には、熱膨張係数が小さい重希土類元素酸化物を用いることで、導電性支持体11中のNiを多くでき、導電性支持体11の電気伝導度を上げることができる。この観点からも、重希土類元素酸化物を用いることが望ましい。 The thermal expansion coefficient of the middle rare earth element or heavy rare earth element oxide is smaller than that of “ZrO 2 containing Y 2 O 3 ” in the solid electrolyte 13. Therefore, the thermal expansion coefficient of the conductive support 11 as a cermet material with Ni can be made closer to the thermal expansion coefficient of the solid electrolyte 13. As a result, cracks in the solid electrolyte 13 and separation of the solid electrolyte 13 from the fuel electrode 12 can be suppressed. Furthermore, by using a heavy rare earth element oxide having a small thermal expansion coefficient, Ni in the conductive support 11 can be increased, and the electrical conductivity of the conductive support 11 can be increased. From this viewpoint, it is desirable to use heavy rare earth element oxides.

なお、希土類元素酸化物の熱膨張係数の総和が固体電解質13の熱膨張係数未満であれば、軽希土類元素のLa、Ce、Pr、Ndの酸化物は、中希土類元素、重希土類元素に加えて含有されていても問題はない。   If the sum of the thermal expansion coefficients of the rare earth element oxide is less than the thermal expansion coefficient of the solid electrolyte 13, the light rare earth elements La, Ce, Pr, and Nd oxides are added to the medium rare earth element and heavy rare earth element. There is no problem even if it is contained.

また、精製途中の安価な複数の希土類元素を含む複合希土類元素酸化物を用いることにより、原料コストを大幅に下げることができる。この場合も、複合希土類元素酸化物の熱膨張係数が固体電解質13の熱膨張係数未満であることが望ましい。   Moreover, the raw material cost can be significantly reduced by using a complex rare earth element oxide containing a plurality of inexpensive rare earth elements in the course of purification. Also in this case, it is desirable that the thermal expansion coefficient of the complex rare earth element oxide is less than the thermal expansion coefficient of the solid electrolyte 13.

また、インターコネクタ16表面にP型半導体、例えば、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる集電膜17を設けることが望ましい。インターコネクタ16表面に直接金属の集電部材を配して集電すると、非オーム接触に起因して、電位降下が大きくなる。オーム接触を確保して電位降下を少なくするためには、インターコネクタ16にP型半導体からなる集電膜17を接続する必要がある。P型半導体としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物を用いることが望ましい。遷移金属ペロブスカイト型酸化物としては、ランタン−マンガン系酸化物、ランタン−鉄系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、又は、それらの複合酸化物の少なくとも一種を用いることが望ましい。   Further, it is desirable to provide a current collector film 17 made of a P-type semiconductor, for example, a transition metal perovskite oxide, on the surface of the interconnector 16. When a current collecting member made of metal is disposed directly on the surface of the interconnector 16, the potential drop increases due to non-ohmic contact. In order to secure ohmic contact and reduce the potential drop, it is necessary to connect the current collector film 17 made of a P-type semiconductor to the interconnector 16. As the P-type semiconductor, it is desirable to use a transition metal perovskite oxide. As the transition metal perovskite oxide, it is desirable to use at least one of a lanthanum-manganese oxide, a lanthanum-iron oxide, a lanthanum-cobalt oxide, or a composite oxide thereof.

導電性支持体11の主面に設けられた燃料極12は、Niと希土類元素が固溶したZrOとから構成される。この燃料極12の厚さは1〜30μmであることが望ましい。燃料極12の厚さが1μm以上であることで、燃料極12としての3層界面が十分に形成される。また、燃料極12の厚さが30μm以下であることで、固体電解質13との熱膨張差による界面剥離が防止され得る。 The fuel electrode 12 provided on the main surface of the conductive support 11 is composed of Ni and ZrO 2 in which a rare earth element is dissolved. The thickness of the fuel electrode 12 is desirably 1 to 30 μm. When the thickness of the fuel electrode 12 is 1 μm or more, a three-layer interface as the fuel electrode 12 is sufficiently formed. Further, when the thickness of the fuel electrode 12 is 30 μm or less, interfacial peeling due to a difference in thermal expansion from the solid electrolyte 13 can be prevented.

この燃料極12の主面に設けられた固体電解質13は、イットリア(Y)を含有したイットリア安定化ジルコニアYSZ(緻密体なセラミックス)から構成される。固体電解質13の厚さは、0.5〜100μmであることが望ましい。固体電解質13の厚さが0.5μm以上であることで、ガス透過が防止され得る。また、固体電解質13の厚さが100μm以下であることで、抵抗成分の増加が抑制され得る。 The solid electrolyte 13 provided on the main surface of the fuel electrode 12 is made of yttria-stabilized zirconia YSZ (dense ceramic) containing yttria (Y 2 O 3 ). The thickness of the solid electrolyte 13 is desirably 0.5 to 100 μm. Gas permeation can be prevented when the thickness of the solid electrolyte 13 is 0.5 μm or more. Moreover, the increase in a resistance component can be suppressed because the thickness of the solid electrolyte 13 is 100 micrometers or less.

また、空気極14は、遷移金属ペロブスカイト型酸化物のランタン−マンガン系酸化物、ランタン−鉄系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、又は、それらの複合酸化物の少なくとも一種の多孔質の導電性セラミックスから構成されている。空気極14は、800℃程度の中温域での電気伝導性が高いという観点から、(La,Sr)(Fe,Co)O系が望ましい。空気極14の厚さは、集電性という観点から、10〜100μmであることが望ましい。 The air electrode 14 is a lanthanum-manganese oxide, lanthanum-iron oxide, lanthanum-cobalt oxide of a transition metal perovskite oxide, or at least one porous conductive material of a composite oxide thereof. Made of ceramics. The air electrode 14 is preferably a (La, Sr) (Fe, Co) O 3 system from the viewpoint of high electrical conductivity in the middle temperature range of about 800 ° C. The thickness of the air electrode 14 is preferably 10 to 100 μm from the viewpoint of current collection.

インターコネクタ16は、導電性支持体11の内外間の燃料ガス、酸素含有ガスの漏出を防止するため緻密体とされている。また、インターコネクタ16の内外面は、燃料ガス、酸素含有ガスとそれぞれ接触するため、耐還元性、耐酸化性を有している。   The interconnector 16 is a dense body in order to prevent leakage of fuel gas and oxygen-containing gas between the inside and outside of the conductive support 11. Moreover, since the inner and outer surfaces of the interconnector 16 are in contact with the fuel gas and the oxygen-containing gas, respectively, they have reduction resistance and oxidation resistance.

このインターコネクタ16の厚さは、30〜200μmであることが望ましい。インターコネクタ16の厚さが30μm以上であることで、ガス透過が完全に防止され得、200μm以下であることで、抵抗成分の増加が抑制され得る。   The thickness of the interconnector 16 is desirably 30 to 200 μm. When the thickness of the interconnector 16 is 30 μm or more, gas permeation can be completely prevented, and when it is 200 μm or less, an increase in resistance component can be suppressed.

このインターコネクタ16の端部と固体電解質13の端部との間には、シール性を向上すべく、例えば、NiとZrO、或いはYからなる接合層を介在させても良い。 For example, a bonding layer made of Ni and ZrO 2 or Y 2 O 3 may be interposed between the end portion of the interconnector 16 and the end portion of the solid electrolyte 13 in order to improve the sealing performance.

セル100では、緻密な固体電解質13は、導電性支持体11の一方の主面上のみならず、導電性支持体11の側端部を介して他方の主面上のインターコネクタ16の側端面まで形成されている。即ち、固体電解質13は、両側の側端部B,Bを形成するように、導電性支持体11の他方の主面まで延設され、インターコネクタ16と接合している。なお、側端部B,B(導電性支持体11の側端部)は、発電に伴う加熱や冷却に伴い発生する熱応力を緩和するため、幅方向において外側に突出する曲面形状となっていることが望ましい。   In the cell 100, the dense solid electrolyte 13 is not only on one main surface of the conductive support 11, but also on the side end surface of the interconnector 16 on the other main surface via the side end portion of the conductive support 11. Is formed. That is, the solid electrolyte 13 is extended to the other main surface of the conductive support 11 so as to form the side ends B, B on both sides, and is joined to the interconnector 16. Note that the side ends B and B (side ends of the conductive support 11) have curved shapes that protrude outward in the width direction in order to relieve the thermal stress that occurs due to heating and cooling associated with power generation. It is desirable.

次に、以上説明したようなセル100の製法について説明する。先ず、La、Ce、Pr、Ndの元素を除く希土類元素酸化物粉末とNi及び/又はNiO粉末が混合される。この混合粉末に、有機バインダーと、溶媒とを混合した導電性支持体材料が押し出し成形されて、板状の導電性支持体成形体が作製される。この成形体が乾燥、脱脂される。   Next, a method for manufacturing the cell 100 as described above will be described. First, rare earth element oxide powder excluding La, Ce, Pr, and Nd elements and Ni and / or NiO powder are mixed. A conductive support material in which an organic binder and a solvent are mixed is extruded into this mixed powder to produce a plate-shaped conductive support molded body. This molded body is dried and degreased.

また、希土類元素(Y)が固溶したZrO粉末と有機バインダーと溶媒を混合した固体電解質材料を用いてシート状の固体電解質成形体が作製される。 In addition, a sheet-like solid electrolyte molded body is produced using a solid electrolyte material in which a ZrO 2 powder in which a rare earth element (Y) is dissolved, an organic binder, and a solvent are mixed.

次に、Ni及び/又はNiO粉末と、希土類元素が固溶したZrO粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合して作製された、燃料極12となるスラリーが、前記固体電解質成形体の一方側に塗布される。これにより、固体電解質成形体の一方側の面に燃料極成形体が形成される。 Next, a slurry to be the fuel electrode 12 prepared by mixing Ni and / or NiO powder, ZrO 2 powder in which a rare earth element is solid-solved, an organic binder, and a solvent is formed into the solid electrolyte molded body. Applied to one side. Thereby, a fuel electrode molded body is formed on one surface of the solid electrolyte molded body.

次に、導電性支持体成形体に、前記シート状の固体電解質成形体と燃料極成形体の積層体が、燃料極成形体が導電性支持体成形体に当接するように、導電性支持体成形体に巻き付けられる。   Next, the conductive support body is formed such that a laminate of the sheet-like solid electrolyte formed body and the fuel electrode body is in contact with the conductive electrode body. It is wound around the compact.

次に、この積層成形体の側端部B,Bを形成する位置の固体電解質成形体上に、上記のシート状の固体電解質成形体が更に数層積層され、乾燥される。また、固体電解質13となるスラリーが固体電解質成形体上にスクリーン印刷されてもよい。なお、このとき脱脂が行われてもよい。   Next, several layers of the sheet-like solid electrolyte molded body are laminated on the solid electrolyte molded body at the position where the side end portions B and B of the laminated molded body are formed, and dried. Moreover, the slurry used as the solid electrolyte 13 may be screen-printed on the solid electrolyte molded body. In addition, degreasing may be performed at this time.

次に、ランタン−クロム系酸化物粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合したインターコネクタ材料を用いて、シート状のインターコネクタ成形体が作製される。   Next, a sheet-like interconnector molded body is produced using an interconnector material in which a lanthanum-chromium oxide powder, an organic binder, and a solvent are mixed.

また、Ni及び/又はNiO粉末と、希土類元素が固溶したZrO粉と、有機バインダーと、溶媒を混合したスラリーを用いて、シート状の中間膜成形体が作製される。 Moreover, a sheet-like intermediate film molded body is produced using a slurry in which Ni and / or NiO powder, a ZrO 2 powder in which a rare earth element is dissolved, an organic binder, and a solvent are mixed.

次に、インターコネクタ成形体と中間膜成形体とが積層される。この積層体の中間膜成形体側が、露出した導電性支持体成形体側に当接するように、この積層体が導電性支持体成形体に積層される。   Next, the interconnector molded body and the intermediate film molded body are laminated. The laminate is laminated on the conductive support molded body so that the intermediate film molded body side of the laminate is in contact with the exposed conductive support molded body side.

これにより、導電性支持体成形体の一方主面に、燃料極成形体、固体電解質成形体が順次積層されるとともに、他方主面に中間膜成形体、インターコネクタ成形体が積層された積層成形体が作製される。なお、各成形体は、ドクターブレードによるシート成形、印刷、スラリーディップ、並びにスプレーによる吹き付けなどにより作製され得る。また、各成形体は、これらの組み合わせにより作製され得る。   Thereby, the fuel electrode molded body and the solid electrolyte molded body are sequentially laminated on one main surface of the conductive support molded body, and the intermediate film molded body and the interconnector molded body are laminated on the other main surface. A body is made. Each molded body can be produced by sheet molding by a doctor blade, printing, slurry dip, spraying by spraying, and the like. Moreover, each molded object can be produced by these combinations.

次に、積層成形体が脱脂処理され、酸素含有雰囲気中で1300〜1600℃で同時焼成される。   Next, the laminated molded body is degreased and cofired at 1300 to 1600 ° C. in an oxygen-containing atmosphere.

次に、P型半導体である遷移金属ペロブスカイト型酸化物粉末と、溶媒を混合して、ペーストが作製される。前記積層体がこのペースト中に浸漬される。そして、固体電解質13、インターコネクタ16の表面に、空気極成形体、集電膜成形体が、それぞれディッピング、或いは直接のスプレー塗布により形成される。これらの成形体が1000〜1300℃で焼き付けられることにより、セル100が作製される。   Next, a transition metal perovskite oxide powder, which is a P-type semiconductor, and a solvent are mixed to produce a paste. The laminate is immersed in this paste. An air electrode molded body and a current collector film molded body are formed on the surfaces of the solid electrolyte 13 and the interconnector 16 by dipping or direct spray application, respectively. These molded bodies are baked at 1000 to 1300 ° C., whereby the cell 100 is manufactured.

なお、この時点では、酸素含有雰囲気での焼成により、導電性支持体11、燃料極12、中間膜15中のNi成分が、NiOとなっている。従って、これらの導電性を獲得するため、その後、導電性支持体11側から還元性の燃料ガスが流され、NiOが800〜1000℃で1〜10時間に亘って還元処理される。なお、この還元処理は発電時に行われてもよい。   At this time, the Ni component in the conductive support 11, the fuel electrode 12, and the intermediate film 15 is NiO by firing in an oxygen-containing atmosphere. Therefore, in order to acquire these electroconductivity, after that, reducing fuel gas is flowed from the electroconductive support body 11 side, and NiO is reduced at 800-1000 degreeC over 1 to 10 hours. This reduction process may be performed during power generation.

(スタック構造体の全体構成の一例)
次に、上述したセル100を用いた本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池(SOFC)のスタック構造体について説明する。図2に示すように、このスタック構造体は、多数のセル100と、多数のセル100のそれぞれに燃料ガスを供給するための燃料ガスのマニホールド200と、を備えている。マニホールド200の全体は、ステンレス鋼等の材料で構成されている。
(Example of overall structure of stack structure)
Next, a stack structure of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention using the above-described cell 100 will be described. As shown in FIG. 2, the stack structure includes a large number of cells 100 and a fuel gas manifold 200 for supplying a fuel gas to each of the large number of cells 100. The entire manifold 200 is made of a material such as stainless steel.

マニホールド200の天板(換言すれば、ガスタンクの天板(平板))は、多数のセル100を支持するための支持板210を兼ねている。また、マニホールド200には、外部からマニホールド200の内部空間に燃料ガスを導入するための導入通路220が設けられている。各セル100が支持板210の表面から第1長手方向(z軸方向)に沿ってそれぞれ平行に突出し且つ複数のセル100がスタック状に整列するように、各セル100の第1長手方向の一端部が支持板210に接合・支持されている(接合構造の詳細は後述する)。各セル100の第1長手方向の他端部は、自由端となっている。従って、このスタック構造は、「片持ちスタック構造」と表現することができる。   The top plate of the manifold 200 (in other words, the top plate (flat plate) of the gas tank) also serves as a support plate 210 for supporting a large number of cells 100. The manifold 200 is provided with an introduction passage 220 for introducing fuel gas from the outside into the internal space of the manifold 200. One end of each cell 100 in the first longitudinal direction so that each cell 100 protrudes in parallel along the first longitudinal direction (z-axis direction) from the surface of the support plate 210 and the plurality of cells 100 are aligned in a stack. The part is joined and supported by the support plate 210 (details of the joining structure will be described later). The other end portion of each cell 100 in the first longitudinal direction is a free end. Therefore, this stack structure can be expressed as a “cantilever stack structure”.

図3に示すように、支持板210(マニホールド200の天板)の表面には、マニホールド200の内部空間と連通する多数の挿入孔211が形成されている。各挿入孔211に、対応するセル100の一端部がそれぞれ挿入され、接合材を用いて固定されている。この接合材としては、結晶化ガラスが使用されることが好ましいが、非晶質ガラス、金属ろう材等が使用されてもよい。結晶化ガラスとしては、例えば、SiO−MgO系のものが好ましい。この結果、各セル100のガス流路18の一端部は、マニホールド200の内部空間と連通している。 As shown in FIG. 3, a large number of insertion holes 211 communicating with the internal space of the manifold 200 are formed on the surface of the support plate 210 (the top plate of the manifold 200). One end of the corresponding cell 100 is inserted into each insertion hole 211 and fixed using a bonding material. As the bonding material, crystallized glass is preferably used, but amorphous glass, metal brazing material, or the like may be used. As the crystallized glass, for example, SiO 2 —MgO-based glass is preferable. As a result, one end of the gas flow path 18 of each cell 100 communicates with the internal space of the manifold 200.

図4に示すように、隣接するセル100、100の間には、隣接するセル100、100の間(より詳細には、一方のセル100の燃料極12側と他方のセル100の空気極14側)を電気的に直列に接続するための接続部材300が介在している。具体的には、各接続部材300は、隣接するセル100、100のうちの一方のセルの空気極14と、他方のセルの集電膜17とに、接合材を用いて接合されている。この接合材としては、電子伝導性を有する材料が使用される。例えば、遷移金属ペロブスカイト型酸化物の粉末と溶媒とを混合して作製された「導電性のペースト」等が使用され得る。接続部材300は、例えば、ステンレス鋼等の金属で構成される。接続部材300の形状の詳細については後に詳述する。   As shown in FIG. 4, between adjacent cells 100, 100, between adjacent cells 100, 100 (more specifically, the fuel electrode 12 side of one cell 100 and the air electrode 14 of the other cell 100). A connecting member 300 for electrically connecting the side) in series. Specifically, each connection member 300 is bonded to the air electrode 14 of one cell of the adjacent cells 100, 100 and the current collector film 17 of the other cell using a bonding material. As this bonding material, a material having electron conductivity is used. For example, a “conductive paste” produced by mixing a transition metal perovskite oxide powder and a solvent can be used. The connection member 300 is made of a metal such as stainless steel, for example. Details of the shape of the connecting member 300 will be described later.

以上、説明した燃料電池の片持ちスタック構造を稼働させる際には、図5に示すように、高温(例えば、600〜800℃)の燃料ガス(水素等)及び「酸素を含むガス(空気等)」を流通させる。導入通路220から導入された燃料ガスは、マニホールド200の内部空間へと移動し、その後、各挿入孔211を介して対応するセル100のガス流路18にそれぞれ導入される。各ガス流路18を通過した燃料ガスは、その後、各ガス流路18の他端(自由端)から外部に排出される。空気は、スタック構造の内部における隣接するセル100間の隙間に沿って、セル100の幅方向(x軸方向)に流される。   As described above, when the cantilever stack structure of the fuel cell described above is operated, as shown in FIG. 5, the fuel gas (eg, hydrogen) at a high temperature (eg, 600 to 800 ° C.) and the “gas containing oxygen (eg, air) ) ". The fuel gas introduced from the introduction passage 220 moves to the internal space of the manifold 200 and is then introduced into the gas flow path 18 of the corresponding cell 100 via each insertion hole 211. The fuel gas that has passed through each gas flow path 18 is then discharged to the outside from the other end (free end) of each gas flow path 18. Air flows in the width direction (x-axis direction) of the cells 100 along the gaps between the adjacent cells 100 in the stack structure.

上述した片持ちスタック構造は、例えば、以下の手順で組み立てられる。先ず、必要な枚数の完成したセル100、完成したマニホールド200、並びに、必要な数の完成した接続部材300が準備される。また、セル100とマニホールド200とを接合するガラス接合ペースト、並びに、セル100と接続部材300とを接合する導電性接合ペーストが準備される。   The above-mentioned cantilever stack structure is assembled by the following procedure, for example. First, the required number of completed cells 100, the completed manifold 200, and the required number of completed connection members 300 are prepared. In addition, a glass bonding paste for bonding the cell 100 and the manifold 200 and a conductive bonding paste for bonding the cell 100 and the connecting member 300 are prepared.

次いで、所定の治具を用いて、複数のセル100のそれぞれの一端部が、支持板210の対応する挿入孔211に挿入されながら、隣接するセル100、100間のそれぞれに各接続部材300が介装・配置され、対応する接合面同士が導電性接合ペーストで貼り合わされる。次に、ガラス接合ペーストが、挿入孔211とセル100の一端部との接合部のそれぞれの隙間に充填される。   Next, using a predetermined jig, each connection member 300 is inserted between the adjacent cells 100, 100 while one end of each of the plurality of cells 100 is inserted into the corresponding insertion hole 211 of the support plate 210. Intervening / arranging, and corresponding bonding surfaces are bonded together with a conductive bonding paste. Next, the glass bonding paste is filled in the respective gaps at the bonding portion between the insertion hole 211 and one end of the cell 100.

続いて、それらのペーストに熱処理を加えてペーストを固化することによって、接合材が固化される。これにより、各セルの一端部が対応する挿入孔211にそれぞれ接合・固定される。換言すれば、各セル100の一端部がガラス接合材を用いて支持板210にそれぞれ接合・支持される。加えて、各接続部材300が、対応する隣接するセル100、100間において、一方のセルの空気極14と他方のセルの集電膜17とが導電性接合材を用いて接合・固定される。この結果、隣接するセル100、100間が接続部材300を介して電気的に直列に接続される。その後、前記所定の治具が複数のセル100から取り外されて、上述した片持ちスタック構造体が完成する。   Subsequently, the bonding material is solidified by applying heat treatment to the paste to solidify the paste. As a result, one end of each cell is joined and fixed to the corresponding insertion hole 211. In other words, one end of each cell 100 is joined and supported by the support plate 210 using a glass joining material. In addition, each connection member 300 is bonded and fixed between the corresponding adjacent cells 100, 100 by using a conductive bonding material between the air electrode 14 of one cell and the current collecting film 17 of the other cell. . As a result, the adjacent cells 100 are connected electrically in series via the connection member 300. Thereafter, the predetermined jig is removed from the plurality of cells 100 to complete the above-described cantilever stack structure.

(接続部材の形状)
以下、図6、図7を参照しながら、接続部材300の三次元的な形状について詳細に説明する。図6に示すように、接続部材300は、一対の固定部310、310と、一対の固定部310、310の一部である一対の側端部311、311を連結する連結部320と、から構成される。
(Shape of connecting member)
Hereinafter, the three-dimensional shape of the connection member 300 will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7. As shown in FIG. 6, the connection member 300 includes a pair of fixing portions 310 and 310, and a connecting portion 320 that connects the pair of side end portions 311 and 311 that are part of the pair of fixing portions 310 and 310. Composed.

一対の固定部310、310は、y軸方向に互いに間隔を空けて平行に向かい合う一対の平板状の部分である。一対の固定部310、310のうちの一方は、隣接するセル100、100の一方の空気極14と接合され、一対の固定部310、310のうちの他方は、隣接するセル100、100の他方の集電膜17と接合される。一対の側端部311、311は、一対の固定部310、310のうち、x軸負方向側の端部においてz軸方向に亘って延在する領域であって、y軸方向に互いに間隔を空けて平行に向かい合う一対の短冊状の部分である。   The pair of fixing portions 310 and 310 are a pair of flat plate-like portions facing each other in parallel with a space in the y-axis direction. One of the pair of fixing portions 310 and 310 is joined to one air electrode 14 of the adjacent cells 100 and 100, and the other of the pair of fixing portions 310 and 310 is the other of the adjacent cells 100 and 100. The current collector film 17 is joined. The pair of side end portions 311 and 311 are regions extending in the z-axis direction at the end portion on the x-axis negative direction side of the pair of fixed portions 310 and 310, and are spaced apart from each other in the y-axis direction. It is a pair of strip-shaped parts facing each other in parallel.

連結部320は、第1延在部と、第2延在部323と、を有する。第1延在部は、一対の側端部311、311におけるz軸正方向側の端部から、x軸負方向側に向けてそれぞれ延びる一対の第1部分321、321と、一対の第1部分321、321の先端側(x軸負方向側)にある一対の先端部からz軸負方向側に向けてそれぞれ延びる一対の第2部分322、322と、から構成される。一対の第1部分321、321、並びに、一対の第2部分322、322は共に、y軸方向に互いに間隔を空けて平行に向かい合う一対の短冊状の部分である。   The connection part 320 has a first extension part and a second extension part 323. The first extending portion includes a pair of first portions 321 and 321 extending from the z-axis positive direction side end portion of the pair of side end portions 311 and 311 toward the x-axis negative direction side, and a pair of first portions. It is comprised from a pair of 2nd part 322,322 each extended toward a z-axis negative direction side from a pair of front-end | tip part in the front end side (x-axis negative direction side) of the part 321,321. The pair of first portions 321 and 321 and the pair of second portions 322 and 322 are both a pair of strip-shaped portions facing each other in parallel with a space in the y-axis direction.

第2延在部323は、y軸方向に延びる短冊状を呈し、一対の第2部分322、322の先端側(z軸負方向側)にある一対の先端部同士を連結する。   The second extending portion 323 has a strip shape extending in the y-axis direction, and connects the pair of tip portions on the tip side (z-axis negative direction side) of the pair of second portions 322 and 322.

図6に示す接続部材300は、切削加工、パンチ加工等によって図7に示す形状に作製された薄板状の部材を、第2延在部323と一対の第2部分322、322との境界線に沿ってそれぞれ直角に折り曲げることによって完成される。   A connecting member 300 shown in FIG. 6 is a thin plate-like member produced in the shape shown in FIG. 7 by cutting, punching, or the like, and a boundary line between the second extending portion 323 and the pair of second portions 322 and 322. Are completed by bending each along a right angle.

図7に示す薄板状の部材において、「第1部分321に対応する部分の主面(紙面に平行な平面)における、第1部分321の延在方向(紙面左右方向)に直交する方向(紙面上下方向)の幅A21」、「第2部分322に対応する部分の主面(紙面に平行な平面)における、第2部分322の延在方向(紙面上下方向)に直交する方向(紙面左右方向)の幅A22」、並びに、「第2延在部323に対応する部分の主面(紙面に平行な平面)における、第2延在部323の延在方向(紙面左右方向)に直交する方向(紙面上下方向)の幅A23」は、全て、図7に示す薄板状の部材の板厚よりも大きい。   In the thin plate-like member shown in FIG. 7, “a direction (paper surface) perpendicular to the extending direction (left and right direction of the paper surface) of the main surface (plane parallel to the paper surface) corresponding to the first portion 321. (Vertical direction) width A21 "," direction (right and left direction on the paper surface) orthogonal to the extending direction (up and down direction on the paper surface) of the main surface (plane parallel to the paper surface) corresponding to the second portion 322 " ) And a direction orthogonal to the extending direction of the second extending portion 323 (left and right direction on the drawing) in the main surface (a plane parallel to the drawing surface) corresponding to the second extending portion 323. The width A23 "(up and down direction in the drawing) is all greater than the plate thickness of the thin plate member shown in FIG.

(作用・効果)
以下、接続部材300が上記のような三次元的な形状を有することによる作用・効果について図8〜図10を参照しながら説明する。上述したスタック構造体では、SOFCの運転時等において、隣接するセル100、100の間で三次元的な相対変位(相対的な位置のずれ、相対的な姿勢のずれ等)が不可避的に発生し得る。加えて、隣接するセル100、100の間では、一対の固定部310、310が対応するセル100とそれぞれ接合・固定されている。このことは、図6に示す接続部材300において、一対の固定部310、310の間で、三次元的な相対変位(相対的な位置のずれ、相対的な姿勢のずれ等)が不可避的に発生し得ることをも意味する。
(Action / Effect)
Hereinafter, the operation and effect of the connection member 300 having the above three-dimensional shape will be described with reference to FIGS. In the stack structure described above, three-dimensional relative displacement (relative position shift, relative position shift, etc.) inevitably occurs between adjacent cells 100 and 100 during SOFC operation. Can do. In addition, between the adjacent cells 100, 100, a pair of fixing portions 310, 310 are joined and fixed to the corresponding cells 100, respectively. This means that in the connection member 300 shown in FIG. 6, a three-dimensional relative displacement (relative positional deviation, relative positional deviation, etc.) is unavoidable between the pair of fixing portions 310, 310. It also means that it can occur.

ここで、図8に示すように、接続部材300は、「一対の固定部310、310間でz軸方向からみた相対回転変位を伴う弾性変形」に対する剛性が低い。これは、一対の固定部310、310同士が相対的にz軸周りのモーメントを受けた際において、一対の第1部分321、321の曲げ剛性、一対の第2部分322、322のねじれ剛性、並びに、第2延在部323の曲げ剛性が低いことに基づく。   Here, as shown in FIG. 8, the connection member 300 has low rigidity against “elastic deformation accompanied by relative rotational displacement as seen from the z-axis direction between the pair of fixing portions 310, 310”. This is because when the pair of fixing portions 310, 310 relatively receive a moment around the z-axis, the bending rigidity of the pair of first portions 321 and 321 and the torsional rigidity of the pair of second portions 322 and 322, And it is based on the bending rigidity of the 2nd extension part 323 being low.

また、図9に示すように、接続部材300は、「一対の固定部310、310間でx軸方向からみた相対回転変位を伴う弾性変形」に対する剛性も低い。これは、一対の固定部310、310同士が相対的にx軸周りのモーメントを受けた際において、一対の第1部分321、321のねじれ剛性、並びに、一対の第2部分322、322の曲げ剛性が低いことに基づく。   Further, as shown in FIG. 9, the connection member 300 has low rigidity against “elastic deformation accompanying relative rotational displacement as seen from the x-axis direction between the pair of fixing portions 310, 310”. This is because the torsional rigidity of the pair of first portions 321 and 321 and the bending of the pair of second portions 322 and 322 when the pair of fixing portions 310 and 310 receive a moment about the x axis relatively. Based on low stiffness.

更には、図10に示すように、接続部材300は、「一対の固定部310、310間でy軸方向からみた相対回転変位を伴う弾性変形」に対する剛性も低い。これは、一対の固定部310、310同士が相対的にy軸周りのモーメントを受けた際において、第2延在部323のねじれ剛性が低いことに基づく。   Furthermore, as shown in FIG. 10, the connection member 300 has low rigidity against “elastic deformation accompanying relative rotational displacement as seen from the y-axis direction between the pair of fixing portions 310, 310”. This is based on the fact that the torsional rigidity of the second extending portion 323 is low when the pair of fixing portions 310 and 310 receive a moment around the y-axis relatively.

以上より、接続部材300では、「一対の固定部310、310の間でx軸、y軸、z軸の3軸方向からみたそれぞれの相対回転変位を伴う弾性変形」の全てに対する剛性が低い。従って、接続部材300は、「一対の固定部310、310の間で三次元的に相対変位が発生するような弾性変形」に対する剛性が低い、といえる。この結果、隣接するセル100、100の間で三次元的な相対変位が発生しても、図23に示す構成と比べて、「接続部材の一対の固定部310、310」と「セル100(の発電素子部)」との接合部に作用する応力が小さくなる。この結果、前記接合部における信頼性が高くなる。   As described above, the connection member 300 has low rigidity with respect to all of “elastic deformation accompanying relative rotational displacements between the pair of fixing portions 310 and 310 viewed from the three axial directions of the x axis, the y axis, and the z axis”. Accordingly, it can be said that the connection member 300 has low rigidity against “elastic deformation that causes a three-dimensional relative displacement between the pair of fixing portions 310, 310”. As a result, even if a three-dimensional relative displacement occurs between the adjacent cells 100, 100, the “pair of fixing members 310, 310 of the connecting member” and the “cell 100 ( The stress acting on the joint portion with the power generating element portion) is reduced. As a result, the reliability at the joint is increased.

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、接続部材300が図6、図7に示す形状を有しているが、図11、図12に示す形状を有する接続部材300が採用されても、上記と同様の作用・効果が奏される。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the connection member 300 has the shape shown in FIGS. 6 and 7, but even if the connection member 300 having the shape shown in FIGS.・ Effects are produced.

図11、図12に示す接続部材300は、図6、図7に示す接続部材300に対して、第2延在部323の平面の向きのみが異なる。図11に示す接続部材300は、切削加工、パンチ加工等によって図12に示す形状に作製された薄板状の部材を、第2延在部323と一対の第2部分322、322との境界線に沿ってそれぞれ直角に折り曲げることによって完成される。   The connection member 300 shown in FIGS. 11 and 12 differs from the connection member 300 shown in FIGS. 6 and 7 only in the orientation of the plane of the second extending portion 323. A connection member 300 shown in FIG. 11 is a thin plate-like member produced in the shape shown in FIG. 12 by cutting, punching, or the like, and is a boundary line between the second extending portion 323 and the pair of second portions 322 and 322. Are completed by bending each along a right angle.

図12に示す薄板状の部材において、「第1部分321に対応する部分の主面(紙面に平行な平面)における、第1部分321の延在方向(紙面上下方向)に直交する方向(紙面左右方向)の幅A21」、「第2部分322に対応する部分の主面(紙面に平行な平面)における、第2部分322の延在方向(紙面左右方向)に直交する方向(紙面上下方向)の幅A22」、並びに、「第2延在部323に対応する部分の主面(紙面に平行な平面)における、第2延在部323の延在方向(紙面左右方向)に直交する方向(紙面上下方向)の幅A23」は、全て、図12に示す薄板状の部材の板厚よりも大きい。   In the thin plate-like member shown in FIG. 12, “a direction (paper surface) perpendicular to the extending direction (the vertical direction on the paper surface) of the first portion 321 on the main surface (plane parallel to the paper surface) corresponding to the first portion 321. (Width A21 in the left-right direction) "," direction (vertical direction on the paper surface) perpendicular to the extending direction (left-right direction on the paper surface) of the main surface (plane parallel to the paper surface) of the portion corresponding to the second portion 322 " ) And a direction orthogonal to the extending direction of the second extending portion 323 (left and right direction on the drawing) in the main surface (a plane parallel to the drawing surface) corresponding to the second extending portion 323. All the widths A <b> 23 (in the vertical direction on the paper surface) ”are larger than the plate thickness of the thin plate member shown in FIG.

また、図13、図14に示す形状を有する接続部材300が採用されても、上記と同様の作用・効果が奏される。図13、図14に示す接続部材300は、図6、図7に示す接続部材300に対して、第1延在部が、一対の側端部311、311におけるz軸正方向側の端部から「x軸負方向且つz軸負方向側」に向けて斜めにそれぞれ延びる一対の第1部分321、321のみで構成される点のみが異なる。図13に示す接続部材300は、切削加工、パンチ加工等によって図14に示す形状に作製された薄板状の部材を、第2延在部323と一対の第1部分321、321との境界線に沿ってそれぞれ直角に折り曲げることによって完成される。   Further, even when the connection member 300 having the shape shown in FIGS. 13 and 14 is employed, the same operations and effects as described above are exhibited. The connection member 300 shown in FIGS. 13 and 14 is such that the first extending portion is an end portion on the z-axis positive direction side of the pair of side end portions 311 and 311 with respect to the connection member 300 shown in FIGS. The difference is that only a pair of first portions 321 and 321 extending obliquely toward the “x-axis negative direction and the z-axis negative direction side” are provided. A connecting member 300 shown in FIG. 13 is a thin plate-like member produced in the shape shown in FIG. 14 by cutting, punching, or the like, and a boundary line between the second extending portion 323 and the pair of first portions 321 and 321. Are completed by bending each along a right angle.

図14に示す薄板状の部材において、「第1部分321に対応する部分の主面(紙面に平行な平面)における、第1部分321の延在方向(紙面の斜め方向)に直交する方向(紙面斜め方向)の幅A21」、並びに、「第2延在部323に対応する部分の主面(紙面に平行な平面)における、第2延在部323の延在方向(紙面左右方向)に直交する方向(紙面上下方向)の幅A23」は、全て、図14に示す薄板状の部材の板厚よりも大きい。   In the thin plate-like member shown in FIG. 14, “a direction orthogonal to the extending direction of the first portion 321 (the oblique direction of the paper surface) on the main surface (a plane parallel to the paper surface) corresponding to the first portion 321 ( Width A21 "in the diagonal direction of the paper) and" in the main surface (a plane parallel to the paper surface) of the portion corresponding to the second extension 323 in the extending direction (left and right direction of the paper) of the second extending portion 323 ". All the widths A <b> 23 ”in the orthogonal direction (the vertical direction on the paper surface) are larger than the plate thickness of the thin plate member shown in FIG. 14.

また、図15、図16に示す形状を有する接続部材300が採用されてもよい。図15、図16に示す接続部材300は、図6、図7に示す接続部材300に対して、第1延在部が存在しない点、並びに、第2延在部が「一対の側端部311、311におけるz軸正方向側の端部同士を連結する連結部320」の全体を構成する点が異なる。図15に示す接続部材300は、切削加工、パンチ加工等によって図16に示す形状に作製された薄板状の部材を、連結部320と一対の側端部311、311との境界線に沿ってそれぞれ直角に折り曲げることによって完成される。   Moreover, the connection member 300 which has a shape shown in FIG. 15, FIG. 16 may be employ | adopted. The connection member 300 shown in FIGS. 15 and 16 is different from the connection member 300 shown in FIGS. 6 and 7 in that the first extension portion does not exist and the second extension portion is “a pair of side end portions. 311 and 311 are different in that they constitute the whole of the connecting portion 320 ”that connects the ends on the z-axis positive direction side. A connecting member 300 shown in FIG. 15 is a thin plate-like member produced in the shape shown in FIG. 16 by cutting, punching, or the like along the boundary line between the connecting portion 320 and the pair of side end portions 311 and 311. Each is completed by folding at right angles.

図16に示す薄板状の部材において、「連結部320に対応する部分の主面(紙面に平行な平面)における、連結部320の延在方向(紙面左右方向)に直交する方向(紙面上下方向)の幅A20」は、図16に示す薄板状の部材の板厚よりも大きい。   In the thin plate-like member shown in FIG. 16, “a direction (vertical direction on the paper surface) perpendicular to the extending direction (left and right direction on the paper surface) of the main surface (a plane parallel to the paper surface) corresponding to the connection portion 320. ) ”Is larger than the plate thickness of the thin plate member shown in FIG.

また、図17、図18に示す形状を有する接続部材300が採用されてもよい。図17、図18に示す接続部材300は、図6、図7に示す接続部材300に対して、第1延在部が存在しない点、並びに、第2延在部が「一対の側端部311、311におけるz軸方向の両端部を除いた中央部同士を連結する連結部320」の全体を構成する点が異なる。図17に示す接続部材300は、切削加工、パンチ加工等によって図18に示す形状に作製された薄板状の部材を、連結部320と一対の側端部311、311との境界線に沿ってそれぞれ直角に折り曲げることによって完成される。   Moreover, the connection member 300 having the shape shown in FIGS. 17 and 18 may be employed. The connection member 300 shown in FIGS. 17 and 18 is different from the connection member 300 shown in FIGS. 6 and 7 in that the first extension portion does not exist and the second extension portion is “a pair of side end portions. 311 and 311 are different in that they constitute the whole of the connecting portion 320 ”that connects the central portions excluding both ends in the z-axis direction. A connecting member 300 shown in FIG. 17 is a thin plate-like member produced in the shape shown in FIG. 18 by cutting, punching, or the like along the boundary line between the connecting portion 320 and the pair of side end portions 311 and 311. Each is completed by folding at right angles.

図18に示す薄板状の部材において、「連結部320に対応する部分の主面(紙面に平行な平面)における、連結部320の延在方向(紙面左右方向)に直交する方向(紙面上下方向)の幅A20」は、図18に示す薄板状の部材の板厚よりも大きい。   In the thin plate-like member shown in FIG. 18, “a direction (vertical direction on the paper surface) orthogonal to the extending direction (left and right direction on the paper surface) of the main surface (a plane parallel to the paper surface) corresponding to the connection portion 320. ) Width A20 "is larger than the plate thickness of the thin plate member shown in FIG.

以上、上記実施形態の接続部材300、並びに、上述した図11〜図18に示した種々の接続部材300の変形例では、一対の側端部311、311において「連結部320(一対の第1部分321、321)と連結される部分」のz軸方向の長さは、一対の側端部311、311の全体がz軸方向に延在する長さ(=固定部310がz軸方向に延在する高さ)の5〜50%である。また、連結部320において、x軸、y軸、z軸方向に延在する部分はそれぞれ、x軸、y軸、z軸方向から若干ずれた方向に延在していてもよい。また一対の固定部310、310は、互いに間隔を空けて向かい合っている限りにおいて互いに平行である必要はない。   As described above, in the connection member 300 according to the above-described embodiment and the modifications of the various connection members 300 illustrated in FIG. 11 to FIG. The length of the portion connected to the portions 321 and 321) in the z-axis direction is the length that the entire pair of side end portions 311 and 311 extends in the z-axis direction (= the fixed portion 310 is in the z-axis direction). 5 to 50% of the extended height). Further, in the connecting portion 320, portions extending in the x-axis, y-axis, and z-axis directions may extend in directions slightly shifted from the x-axis, y-axis, and z-axis directions, respectively. Further, the pair of fixing portions 310 and 310 do not have to be parallel to each other as long as they face each other with a space therebetween.

また、上記実施形態では、支持基板の表面に「燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順に積層されてなる発電素子部」が1つのみ設けられたセルが複数枚積層された所謂「縦縞型」の構成が採用されているが、支持基板の表面の互いに離れた複数個所にて前記発電素子部がそれぞれ設けられ、隣り合う発電素子部の間が電気的に接続された所謂「横縞型」のセルが採用されてもよい。また、上記実施形態のセルでは、燃料極と空気極とを入れ替えてもよい。この場合、図5において燃料ガスと空気とが入れ替えられたガスの流れが採用される。   In the above-described embodiment, a so-called “vertical stripe” is formed by stacking a plurality of cells each provided with only one “power generation element portion in which a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are stacked in this order” on the surface of the support substrate. Although the structure of the "type" is adopted, the so-called "horizontal stripe type" in which the power generation element portions are respectively provided at a plurality of positions separated from each other on the surface of the support substrate and the adjacent power generation element portions are electrically connected to each other. May be adopted. Moreover, in the cell of the said embodiment, you may replace a fuel electrode and an air electrode. In this case, a gas flow in which the fuel gas and air are interchanged in FIG. 5 is employed.

また、上記実施形態では、マニホールドの天板が多数のセルを支持するための支持板を兼ねているが(即ち、支持板がマニホールドと一体で構成されているが)、マニホールドの内部空間と複数のセルのガス流路とが連通する限りにおいて、支持板がマニホールドとは別体で構成されていてもよい。   In the above embodiment, the top plate of the manifold also serves as a support plate for supporting a large number of cells (that is, the support plate is integrally formed with the manifold). As long as the gas flow paths of the cells communicate with each other, the support plate may be configured separately from the manifold.

更には、上記実施形態では、接続部材300が、隣接するセル100、100の発電素子部の間を電気的に接続するように構成されているが、図8〜図10にそれぞれ対応する図19〜図21に示すように、接続部材300が、1つのセル100の表裏にそれぞれ設けられた発電素子部の間を電気的に接続するように構成されてもよい。なお、この場合、隣接するセル100、100の発電素子部の間は、図示しない別の接続部材等によって電気的に接続されている。   Furthermore, in the said embodiment, although the connection member 300 is comprised so that between the electric power generation element parts of the adjacent cells 100 and 100 may be comprised, FIG. 19 each corresponding to FIGS. As shown in FIG. 21, the connection member 300 may be configured to electrically connect the power generation element portions respectively provided on the front and back of one cell 100. In this case, the power generating element portions of the adjacent cells 100 and 100 are electrically connected by another connection member (not shown).

11…導電性支持体、12…燃料極、13…固体電解質、14…空気極、18…ガス流路、100…セル、200…マニホールド、210…支持板、211…挿入孔、300…接続部材、310…固定部、311…側端部、320…連結部、321…第1部分、322…第2部分、323…第2延在部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Electroconductive support body, 12 ... Fuel electrode, 13 ... Solid electrolyte, 14 ... Air electrode, 18 ... Gas flow path, 100 ... Cell, 200 ... Manifold, 210 ... Support plate, 211 ... Insertion hole, 300 ... Connection member , 310 ... fixing part, 311 ... side end part, 320 ... connecting part, 321 ... first part, 322 ... second part, 323 ... second extension part

Claims (7)

それぞれが、内側電極、固体電解質、及び外側電極を含む発電素子部を備えた、複数のセルと、
前記複数のセルが間隔を空けてスタック状に整列するように前記複数のセルを支持する支持部材と、
隣接する前記セルの間に設けられ、隣接する前記セルの発電素子部の間を電気的に接続する、導電部材で構成された接続部材と、
を備えた燃料電池のスタック構造体において、
前記接続部材は、
それぞれが、隣接する前記セルのうち対応するセルに固定され且つ前記対応するセルの前記発電素子部と電気的に接続された、互いに間隔を空けて向かい合う一対の固定部と、
前記一対の固定部における第1方向の一方側にある一対の側端部であって、それぞれが前記第1方向と異なる第2方向に延在するとともに互いに間隔を空けて向かい合う一対の側端部、を連結する連結部と、
を備え、
前記連結部は、前記一対の側端部における前記第2方向の一方側の端部のみ、又は、前記一対の側端部における前記第2方向の両端部を除いた中央部のみで、前記一対の側端部を連結する、燃料電池のスタック構造体。
A plurality of cells each comprising a power generation element portion including an inner electrode, a solid electrolyte, and an outer electrode;
A support member for supporting the plurality of cells such that the plurality of cells are arranged in a stack at intervals;
A connection member made of a conductive member, which is provided between the adjacent cells and electrically connects between the power generation element portions of the adjacent cells;
In a fuel cell stack structure comprising:
The connecting member is
A pair of fixed portions facing each other with a space therebetween, each fixed to a corresponding cell of the adjacent cells and electrically connected to the power generating element portion of the corresponding cell;
A pair of side end portions on one side of the first direction in the pair of fixed portions, each extending in a second direction different from the first direction and facing each other with a space therebetween , A connecting part for connecting,
With
The connection portion is only the one end portion in the second direction in the pair of side end portions, or only the central portion excluding both end portions in the second direction in the pair of side end portions. A stack structure of a fuel cell connecting the side ends of the fuel cell.
請求項1に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記連結部は、
前記一対の側端部における前記第2方向の一方側の端部から、前記第1方向の一方側及び前記第2方向の他方側に向けてそれぞれ延びる一対の第1延在部と、
前記一対の第1延在部の先端側にある一対の先端部から前記第1、第2方向と異なる第3方向に向けて延びて前記一対の第1延在部の先端部同士を連結する第2延在部と、
を備えた、燃料電池のスタック構造体。
The fuel cell stack structure according to claim 1,
The connecting portion is
A pair of first extending portions respectively extending from one end portion of the second direction in the pair of side end portions toward one side in the first direction and the other side in the second direction;
Extending in a third direction different from the first and second directions from a pair of tip portions on the tip side of the pair of first extension portions, the tip portions of the pair of first extension portions are connected to each other. A second extension,
A fuel cell stack structure.
請求項2に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記第1延在部は、
前記一対の側端部における前記第2方向の一方側の端部から、前記第1方向の一方側に向けてそれぞれ延びる一対の第1部分と、
前記一対の第1部分の先端側にある一対の先端部から前記第2方向の他方側に向けてそれぞれ延びる一対の第2部分と、
を備え、
前記第2延在部は、前記一対の第2部分の先端側にある一対の先端部同士を連結する、燃料電池のスタック構造体。
The fuel cell stack structure according to claim 2,
The first extending portion is
A pair of first portions respectively extending from one end portion of the second direction in the pair of side end portions toward one side of the first direction;
A pair of second portions respectively extending from the pair of tip portions on the tip side of the pair of first portions toward the other side in the second direction;
With
The second extending portion is a fuel cell stack structure that connects a pair of tip portions on the tip side of the pair of second portions.
請求項2又は請求項3に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記一対の固定部は、互いに間隔を空けて平行に向かい合う一対の平板状を呈し、
前記第1、第2、第3方向は、互いに垂直である、燃料電池のスタック構造体。
In the fuel cell stack structure according to claim 2 or 3,
The pair of fixing portions has a pair of flat plate-like shapes facing each other at an interval,
A stack structure of a fuel cell, wherein the first, second and third directions are perpendicular to each other.
請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記接続部材は、薄板状の部材を折り曲げることによって形成されており、
前記薄板状の部材について、前記連結部に対応する部分の主面における前記部分の延在方向に直交する方向の幅が、前記薄板状の部材の厚さより大きい、燃料電池のスタック構造体。
The fuel cell stack structure according to any one of claims 1 to 4,
The connecting member is formed by bending a thin plate-like member,
A stack structure of a fuel cell, wherein a width of the thin plate-like member in a direction orthogonal to the extending direction of the portion on a main surface of a portion corresponding to the connecting portion is larger than a thickness of the thin plate-like member.
請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の燃料電池のスタック構造体において、
前記各セルは、長手方向を有する平板状を呈し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板を備え、
前記各支持基板の表面に前記発電素子部がそれぞれ設けられ、
前記支持部材は、
前記各セルが支持部材の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出するように且つ前記複数のセルが間隔を空けてスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部をそれぞれ接合・支持する支持板であり、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドを備え、
前記長手方向が前記第2方向と一致するように、各接続部材が隣接する前記セルの間に配置・固定された、燃料電池のスタック構造体。
The fuel cell stack structure according to any one of claims 1 to 5,
Each of the cells includes a support substrate that has a flat plate shape having a longitudinal direction and in which a gas flow path is formed along the longitudinal direction.
The power generation element portion is provided on the surface of each support substrate,
The support member is
One end of each cell in the longitudinal direction is arranged so that each cell protrudes from the surface of the support member along the longitudinal direction and the plurality of cells are arranged in a stack at intervals. It is a support plate to join and support,
A gas manifold provided with the support plate so that the internal space of the manifold communicates with one end of each of the gas flow paths of the plurality of cells;
A fuel cell stack structure in which each connecting member is disposed and fixed between adjacent cells so that the longitudinal direction coincides with the second direction.
内側電極、固体電解質、及び外側電極を含む発電素子部が、第1の主面側、及び、前記第1の主面側と反対側の第2の主面側にそれぞれ設けられた平板状のセルと、
前記第1の主面側に設けられた前記発電素子部と、前記第2の主面側に設けられた前記発電素子部との間を電気的に接続する、導電部材で構成された接続部材と、
を備えた燃料電池の接合体であって、
前記接続部材は、
一方が前記第1の主面側に設けられた前記発電素子部と電気的に接続され、他方が前記第2の主面側に設けられた前記発電素子部と電気的に接続された、互いに間隔を空けて向かい合う一対の固定部と、
前記一対の固定部における第1方向の一方側にある一対の側端部であって、それぞれが前記第1方向と異なる第2方向に延在するとともに互いに間隔を空けて向かい合う一対の側端部、を連結する連結部と、
を備え、
前記連結部は、前記一対の側端部における前記第2方向の一方側の端部のみ、又は、前記一対の側端部における前記第2方向の両端部を除いた中央部のみで、前記一対の側端部を連結する、燃料電池の接合体。
The power generation element portion including the inner electrode, the solid electrolyte, and the outer electrode is provided in a flat plate shape provided on the first main surface side and the second main surface side opposite to the first main surface side. Cell,
A connection member made of a conductive member that electrically connects the power generation element portion provided on the first main surface side and the power generation element portion provided on the second main surface side. When,
A fuel cell assembly comprising:
The connecting member is
One is electrically connected to the power generating element provided on the first main surface, and the other is electrically connected to the power generating element provided on the second main surface. A pair of fixed portions facing each other at an interval;
A pair of side end portions on one side of the first direction in the pair of fixed portions, each extending in a second direction different from the first direction and facing each other with a space therebetween , A connecting part for connecting,
With
The connection portion is only the one end portion in the second direction in the pair of side end portions, or only the central portion excluding both end portions in the second direction in the pair of side end portions. A fuel cell assembly connecting the side ends of the fuel cell.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6063597B1 (en) * 2015-09-30 2017-01-18 日本碍子株式会社 Fuel cell stack structure
JP2018098186A (en) * 2016-12-14 2018-06-21 日本碍子株式会社 Cell stack

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005019240A (en) * 2003-06-26 2005-01-20 Kyocera Corp Fuel cell
JP2007227203A (en) * 2006-02-24 2007-09-06 Kyocera Corp Fuel cell stack and power collecting member
JP2009110739A (en) * 2007-10-29 2009-05-21 Kyocera Corp Fuel battery cell stack and fuel battery
JP2010232181A (en) * 2010-05-20 2010-10-14 Kyocera Corp Current-collecting member, fuel cell stack, and fuel cell
JP2011175854A (en) * 2010-02-24 2011-09-08 Kyocera Corp Cell stack unit, fuel battery module, and fuel battery device
JP2012014864A (en) * 2010-06-29 2012-01-19 Kyocera Corp Cell stack device, fuel battery module and fuel battery device
JP2012023017A (en) * 2010-06-15 2012-02-02 Ngk Insulators Ltd Fuel battery cell

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005019240A (en) * 2003-06-26 2005-01-20 Kyocera Corp Fuel cell
JP2007227203A (en) * 2006-02-24 2007-09-06 Kyocera Corp Fuel cell stack and power collecting member
JP2009110739A (en) * 2007-10-29 2009-05-21 Kyocera Corp Fuel battery cell stack and fuel battery
JP2011175854A (en) * 2010-02-24 2011-09-08 Kyocera Corp Cell stack unit, fuel battery module, and fuel battery device
JP2010232181A (en) * 2010-05-20 2010-10-14 Kyocera Corp Current-collecting member, fuel cell stack, and fuel cell
JP2012023017A (en) * 2010-06-15 2012-02-02 Ngk Insulators Ltd Fuel battery cell
JP2012014864A (en) * 2010-06-29 2012-01-19 Kyocera Corp Cell stack device, fuel battery module and fuel battery device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6063597B1 (en) * 2015-09-30 2017-01-18 日本碍子株式会社 Fuel cell stack structure
JP2018098186A (en) * 2016-12-14 2018-06-21 日本碍子株式会社 Cell stack

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