JP2014123481A - Fuel battery cell, fuel cell stack, and methods of manufacturing the same - Google Patents

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明宜 樫本
Hirotaka Mogi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery cell with high quality and excellent power generation performance, in which mechanical strength of a substrate being a metal support is reinforced and an efficient gas supply passage is secured, a fuel cell stack formed by laminating the cells, and methods of manufacturing the same.SOLUTION: A substrate 6 of a fuel battery cell 1 includes substrate-removed parts 12 which comprise substrate-removed recesses 9 from which the substrate 6 is removed by etching and micropore portions 10 having micropores 16 for transmitting a gas to a fuel electrode 3 and which communicate with a gas supply part 15 through which a fuel gas to be supplied to the fuel electrode 3 flows. In manufacturing the fuel battery cell 1, the substrate-removed recesses 9 are removed by etching before the fuel electrode 3, an electrolyte 5, and an oxidant electrode 4 are laminated on the substrate 6, and then the micropore portions 10 are removed by etching to provide the micropores 16 for transmitting the fuel gas to the fuel electrode 3.

Description

本発明は、燃料電池用セル、燃料電池スタック、及びそれらの製造方法に係り、特に、固体酸化物形燃料電池において、固体酸化物からなる電解質、燃料極、及び酸化剤極を保持する金属支持材である基板を備えた燃料電池用セル、燃料電池スタック、及びそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell, a fuel cell stack, and a method for producing the same, and more particularly, in a solid oxide fuel cell, a metal support for holding an electrolyte made of a solid oxide, a fuel electrode, and an oxidant electrode. The present invention relates to a fuel cell having a substrate as a material, a fuel cell stack, and a method for manufacturing the same.

固体酸化物形燃料電池(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)は、固体電解質形燃料電池とも称され、固体電解質にイットリア安定化ジルコニア等、酸化物イオンを伝導する固体電解質が用いられる燃料電池である。この固体電解質を隔壁として、一方の側面に燃料極(アノード)が設けられて水素などの燃料ガスが燃料極に供給され、他方の側面に酸化剤極が設けられて空気などの酸化剤ガスが酸化剤極(カソード)に供給される。そして、この固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、酸化剤極で生成された酸化物イオン(O2−)を固体電解質に透過させ、燃料極で水素などの燃料ガスと反応させることにより電気エネルギーを発生する燃料電池である。 A solid oxide fuel cell (SOFC) is also called a solid electrolyte fuel cell, and is a fuel cell in which a solid electrolyte that conducts oxide ions, such as yttria-stabilized zirconia, is used as a solid electrolyte. Using this solid electrolyte as a partition wall, a fuel electrode (anode) is provided on one side surface, and a fuel gas such as hydrogen is supplied to the fuel electrode, and an oxidant electrode is provided on the other side surface so that an oxidant gas such as air is supplied. Supplied to the oxidizer electrode (cathode). In this solid oxide fuel cell (SOFC), the oxide ions (O 2− ) generated at the oxidant electrode are permeated through the solid electrolyte and reacted with a fuel gas such as hydrogen at the fuel electrode. It is a fuel cell that generates energy.

上述したように、この燃料極(アノード)及び酸化剤極(カソード)が電解質を挟んで設置されると発電要素を構成して「単セル」となる。本明細書では、この「単セル」を「燃料電池用セル」と称する。そして、この発電要素(単セル)を積層させて高出力にしたのが「スタック」であり、本明細書では、これを「燃料電池スタック」と称する。この「スタック」ではセルとセルとの間に挟んで、燃料ガスや空気を遮断する役割を果たす板状の部品が設けられる。これを一般的に「セパレータ」又は「インターコネクタ」と称するが、本明細書では「セパレータ」と称する。このセパレータは、各セルをシールする機能のほかに、一般的にガスが流れる流路を作り込んで、燃料ガスや酸化剤ガスを送り込む機能を担う。   As described above, when the fuel electrode (anode) and the oxidant electrode (cathode) are installed with the electrolyte interposed therebetween, the power generation element is configured to be a “single cell”. In the present specification, this “single cell” is referred to as a “fuel cell”. The power generation element (single cell) is stacked to obtain a high output, which is a “stack”. In the present specification, this is referred to as a “fuel cell stack”. In this “stack”, plate-like components that serve to block fuel gas and air are provided between the cells. This is generally referred to as a “separator” or “interconnector”, but is referred to herein as a “separator”. In addition to the function of sealing each cell, this separator generally has a function of creating a flow path through which gas flows and feeding fuel gas and oxidant gas.

固体酸化物形燃料電池(SOFC)には、代表的なセル構造として平板状SOFC及び円筒型SOFCがある。平板状SOFCは、平板状の燃料極(アノード)、電解質、酸化剤極(カソード)を重ね合わせて平板状の発電要素(単セル)を構成し、セパレータを挟んで何層にも積層して高出力を得る構造である。一方、円筒型SOFCは、円筒状の電解質の外側を燃料極(アノード)及び酸化剤極(カソード)の一方で巻き、電解質の内側を燃料極(アノード)及び酸化剤極(カソード)の他方で巻いた構造である。本発明に係る燃料電池用セル、燃料電池スタック、及びそれらの製造方法では、平板状SOFCに適用した場合について説明するが、本発明の特徴は円筒型SOFCの場合に適用されてもよい。   Solid oxide fuel cells (SOFCs) include flat SOFCs and cylindrical SOFCs as typical cell structures. A flat SOFC is composed of a flat fuel electrode (anode), electrolyte, and oxidant electrode (cathode) to form a flat power generation element (single cell). It is a structure that obtains high output. On the other hand, in the cylindrical SOFC, the outside of the cylindrical electrolyte is wound with one of the fuel electrode (anode) and the oxidant electrode (cathode), and the inside of the electrolyte is wound with the other of the fuel electrode (anode) and the oxidant electrode (cathode). It is a wound structure. In the fuel cell, the fuel cell stack, and the manufacturing method thereof according to the present invention, a case where it is applied to a planar SOFC will be described, but the features of the present invention may be applied to a cylindrical SOFC.

図9に、従来の燃料電池スタック40の構成を示す。燃料電池用セル30は、セパレータ31と交互に積層されるが、図9では、1枚の燃料電池用セル30と、その燃料電池用セル30を挟む2枚の第1セパレータ31a及び第2セパレータ31bのみを取り出して示す。燃料電池用セル30は、平板状の燃料極3及び酸化剤極4が積層され、燃料極3と酸化剤極4とが電解質5を挟み込むことで発電要素2を構成する。   FIG. 9 shows a configuration of a conventional fuel cell stack 40. The fuel cell 30 is alternately stacked with the separator 31. In FIG. 9, one fuel cell 30 and two first separators 31a and second separators sandwiching the fuel cell 30 are provided. Only 31b is shown. In the fuel cell 30, the planar fuel electrode 3 and the oxidant electrode 4 are stacked, and the fuel electrode 3 and the oxidant electrode 4 sandwich the electrolyte 5 to constitute the power generation element 2.

第1セパレータ31a及び第2セパレータ31bには、それぞれ燃料ガス流路32及び酸化剤ガス流路33が設けられる。燃料ガス流路32からは、水素などの燃料ガス24が燃料極3に供給される。酸化剤ガス流路33からは、空気などの酸化剤ガス25が酸化剤極4に供給される。図9に示すように、燃料ガス流路32と酸化剤ガス流路33とは、共に一方向の流路であり、第1セパレータ31a,第2セパレータ31bの両面にそれぞれ独立して設けられる。これにより、第1セパレータ31aに隣接する一方の燃料電池用セル30が燃料極3であれば、隣接する他方の燃料電池用セル30は酸化剤極4になり、燃料ガス流路32と酸化剤ガス流路33とがそれぞれ対応する。また、燃料ガス流路32と酸化剤ガス流路33とは、例えば、同一の方向に向かって流路が設けられるパラレル流路方式、逆方向に向かって流路が設けられるカウンター流路方式、相互に交差する方向に向かって流路が設けられるクロス流路方式などが採用されている。これらの流路方式は、いずれもセパレータ31により燃料ガス24と酸化ガス25とが混合しないように分離されて供給される。   The first separator 31a and the second separator 31b are provided with a fuel gas channel 32 and an oxidant gas channel 33, respectively. A fuel gas 24 such as hydrogen is supplied from the fuel gas flow path 32 to the fuel electrode 3. An oxidant gas 25 such as air is supplied from the oxidant gas flow path 33 to the oxidant electrode 4. As shown in FIG. 9, the fuel gas channel 32 and the oxidant gas channel 33 are both unidirectional channels, and are provided independently on both surfaces of the first separator 31a and the second separator 31b, respectively. Accordingly, if one fuel cell 30 adjacent to the first separator 31a is the fuel electrode 3, the other fuel cell 30 adjacent to the first separator 31a becomes the oxidant electrode 4, and the fuel gas flow path 32 and the oxidant Each corresponds to the gas flow path 33. The fuel gas channel 32 and the oxidant gas channel 33 are, for example, a parallel channel method in which a channel is provided in the same direction, a counter channel method in which a channel is provided in the opposite direction, A cross flow path method in which flow paths are provided in a direction crossing each other is employed. In any of these flow path systems, the fuel gas 24 and the oxidizing gas 25 are separated and supplied by the separator 31 so as not to be mixed.

上述したように、燃料極及び酸化剤極が固体電解質を挟んで設置されると発電要素となる。一般に固体電解質の電気抵抗は発電要素にとって発電損失となるため、発電出力密度を向上させるためには、固体電解質を薄膜化して膜抵抗を低減させる必要がある。一方、固体電解質は、発電要素を構成する要素であることからある程度の面積が要求される。つまり、セルの構成要素には機械的な強度を持たせなければならない。   As described above, when the fuel electrode and the oxidant electrode are installed with the solid electrolyte sandwiched therebetween, they become power generation elements. In general, since the electric resistance of the solid electrolyte becomes a power generation loss for the power generation element, in order to improve the power generation output density, it is necessary to reduce the film resistance by reducing the thickness of the solid electrolyte. On the other hand, since the solid electrolyte is an element constituting the power generation element, a certain amount of area is required. In other words, the cell components must have mechanical strength.

平板型SOFCの場合、例えば、アノードを支持基板としたアノード支持セル、カソードを支持基板としたカソード支持セルなどが考案されているが、いずれもセルの支持体としては十分な強度が確保できないという問題があった。そこで、これらの発電要素以外に、ポーラスな金属の層である金属支持体(メタル・サポート・セル(Metal−Supported Cell))を基板として発電要素に加えた構造が考案されている。このメタル・サポート・セル(Metal-Supported Cell)は、機械的強度に優れる金属基板を採用して発電要素を支持し、固体電解質の薄膜化を実現させ、発電効率を向上させる。   In the case of a flat-plate SOFC, for example, an anode support cell using an anode as a support substrate and a cathode support cell using a cathode as a support substrate have been devised, but none of them can ensure sufficient strength as a cell support. There was a problem. Therefore, in addition to these power generation elements, a structure has been devised in which a metal support (metal-supported cell) that is a porous metal layer is added to the power generation element as a substrate. This metal-supported cell employs a metal substrate having excellent mechanical strength to support a power generation element, realize a thin solid electrolyte, and improve power generation efficiency.

この金属支持体を用いた平板型固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、固体電解質の薄膜化を実現させ、発電効率を向上させるが、一方で、燃料極、酸化剤極、電解質の発電要素にさらに基板が加わるため、その構成及び機能が複雑となる。そこで、発電要素と基板との位置関係、燃料極への燃料ガスの供給路、酸化剤極への酸化剤ガスの供給路などについての各種の構成及び機能が提案されている。   The flat solid oxide fuel cell (SOFC) using this metal support realizes thinning of the solid electrolyte and improves the power generation efficiency. On the other hand, the power generation element of the fuel electrode, the oxidant electrode, and the electrolyte Further, since the substrate is added, the configuration and function are complicated. Accordingly, various configurations and functions have been proposed regarding the positional relationship between the power generation element and the substrate, the fuel gas supply path to the fuel electrode, the oxidant gas supply path to the oxidant electrode, and the like.

特許文献1には、耐熱衝撃性に優れ、出力密度の高い固体酸化物形燃料電池用セルを提供し、かつ固体酸化物形燃料電池を生産性良く生産することができる製造方法が開示されている。ここでは、金属支持体である基板に固体酸化物から成る電解質と燃料極と空気極が形成されている。この基板は緻密なガス不透過部分とガス透過性を備えた多孔化部分から成り、この多孔化部分を覆うようにエアロゾルデポジッション法にて電解質層が形成されている。そして、この電解質層が形成された後に、燃料極及び空気極のいずれか一方の電極層が電解質層上に形成される。そして、電解質層が形成された部分の基板がエッチングされて多孔化される。さらに、多孔化部分の下部に燃料極及び空気極のいずれか他方が形成され、燃料極及び空気極が基板を挟んで対向した面に形成されて発電要素を構成することが記載されている。   Patent Document 1 discloses a manufacturing method capable of providing a solid oxide fuel cell with excellent thermal shock resistance and high output density and capable of producing a solid oxide fuel cell with high productivity. Yes. Here, an electrolyte made of a solid oxide, a fuel electrode, and an air electrode are formed on a substrate that is a metal support. This substrate is composed of a dense gas-impermeable portion and a porous portion having gas permeability, and an electrolyte layer is formed by an aerosol deposition method so as to cover the porous portion. Then, after the electrolyte layer is formed, one of the fuel electrode and the air electrode is formed on the electrolyte layer. And the board | substrate of the part in which the electrolyte layer was formed is etched and made porous. Further, it is described that the other of the fuel electrode and the air electrode is formed below the porous portion, and the fuel electrode and the air electrode are formed on opposite surfaces across the substrate to constitute the power generation element.

このように、特許文献1では、基板としての金属支持体を設けることで電解質層の薄膜化が達成されている。そして、基板の一方に空気極(又は燃料極)と電解質層が、基板の他方に燃料極(又は空気極)が分離して積層されて発電要素を形成している。また、基板に多孔化部分が形成されて燃料極(又は空気極)が電解質層と接し、発電要素を形成している。さらに、基板を挟んで燃料極への燃料ガスの供給路、及び酸化剤極への酸化剤ガスの供給路が確保されている。   As described above, in Patent Document 1, a thin electrolyte layer is achieved by providing a metal support as a substrate. The air electrode (or fuel electrode) and the electrolyte layer are separated on one side of the substrate, and the fuel electrode (or air electrode) is separated and stacked on the other side of the substrate to form a power generation element. Also, a porous portion is formed on the substrate, and the fuel electrode (or air electrode) is in contact with the electrolyte layer to form a power generation element. Further, a fuel gas supply path to the fuel electrode and an oxidant gas supply path to the oxidant electrode are secured with the substrate interposed therebetween.

特許文献2には、基板の所望の位置に緻密な固体電解質薄膜を含む発電要素とガス流路を構成することができ、出力体積密度に優れた固体電解質型燃料電池を低コストに得ることができる燃料電池用セル体と、このような燃料電池用セル体の製造方法を提供することが開示されている。ここでは、燃料電池用セル体は、例えば成膜基板としての金属支持体の所望部位に電解質層および電極層を形成した後、この金属支持体の成膜位置に任意のパターンで凹部を形成し、凹部の底に多孔質部をエッチング加工により形成してガス透過性を与えることにより発電要素を構成することが記載されている。   In Patent Document 2, a power generation element including a dense solid electrolyte thin film and a gas flow path can be configured at a desired position on a substrate, and a solid oxide fuel cell excellent in output volume density can be obtained at low cost. It is disclosed to provide a cell body for a fuel cell and a method for producing such a cell body for a fuel cell. Here, in the cell body for a fuel cell, for example, an electrolyte layer and an electrode layer are formed at a desired portion of a metal support as a film formation substrate, and then a recess is formed in an arbitrary pattern at the film formation position of the metal support. In addition, it is described that a power generation element is configured by forming a porous portion at the bottom of a concave portion by etching to provide gas permeability.

そして、特許文献2の図1に示す燃料電池用セル板では、金属支持体を燃料極と兼用させ、金属支持体を隔壁として燃料ガスと酸化剤ガスとを分離して供給できるようにガス流路を形成し、金属支持体の多孔質部により燃料ガスが供給される構成が示されている。一方、図2,図4及び図5に示す燃料電池用セル板では、燃料極を電解質層により覆うことで、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離して供給できるようにガス流路を形成し、金属支持体の多孔質部により燃料極に燃料ガスが供給される構成が示されている。   In the cell plate for a fuel cell shown in FIG. 1 of Patent Document 2, the gas support is used so that the fuel gas and the oxidant gas can be separately supplied by using the metal support as a fuel electrode and using the metal support as a partition. A configuration is shown in which fuel gas is supplied by a porous portion of a metal support that forms a channel. On the other hand, in the fuel cell plate shown in FIGS. 2, 4 and 5, the fuel electrode is covered with an electrolyte layer to form a gas flow path so that fuel gas and oxidant gas can be supplied separately. The structure in which the fuel gas is supplied to the fuel electrode by the porous portion of the metal support is shown.

このように、特許文献2では、金属支持体である基板を設けてその上に発電要素を構成することで構造的な強度を確保し電解質の薄肉化を達成している。また、基板を隔壁とすることで燃料ガスと酸化剤ガスとを分離して供給できるようにガス流路を形成し、基板の孔部分により燃料ガスが供給される構成が示されている。   Thus, in patent document 2, the structural strength is ensured by providing the board | substrate which is a metal support body, and comprising a power generation element on it, and thinning of electrolyte is achieved. Further, a configuration is shown in which a gas flow path is formed so that fuel gas and oxidant gas can be supplied separately by using a substrate as a partition, and fuel gas is supplied through a hole portion of the substrate.

特開2005−129370号公報JP 2005-129370 A 特開2003−323901号公報JP 2003-323901 A

特許文献1に示す金属支持体を用いた燃料電池用セルの場合には、金属支持体を挟んで燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するガス供給路が設けられるため、十分なガス供給が確保できる。しかし、金属支持体である基板の一部に多孔化部分を設けて燃料極と電解質と酸化剤極とで十分な発電を行うためには、ガス供給が十分に行われる広さを有する多孔化部分を設ける必要がある。しかし、この基板は多孔化部分により機械的な強度が脆弱であり、多孔化部分を拡大してガス供給の効率を上げると機械的な強度が低下するという問題がある。このように、特許文献1には、多孔化部分により機械的な強度が脆弱な基板を補強する構成がないため基板の強度上の問題が発生する。   In the case of a cell for a fuel cell using a metal support shown in Patent Document 1, a gas supply path for supplying fuel gas and oxidant gas with a metal support interposed therebetween is provided, so that sufficient gas supply can be secured. . However, in order to provide sufficient power generation with the fuel electrode, electrolyte, and oxidant electrode by providing a porous portion on a part of the substrate that is the metal support, the porous structure has a width that allows sufficient gas supply. It is necessary to provide a part. However, the mechanical strength of this substrate is fragile due to the porous portion, and there is a problem that when the porous portion is enlarged to increase the gas supply efficiency, the mechanical strength decreases. As described above, since Patent Document 1 does not have a configuration that reinforces a substrate having weak mechanical strength due to the porous portion, a problem in strength of the substrate occurs.

また、この多孔化部分はガスを安定的に透過させなければならない部分であり、その品質が発電性能に大きく影響する。特許文献1では、基板が1回のエッチングにより多孔化されるが、基板に対して高い圧力で化学薬品などを噴射するため粗い加工となり、エッチング深さや多孔質の穴径のばらつきが大きくなり品質が安定しないという問題が発生する。   In addition, the porous portion is a portion where gas must be stably permeated, and the quality greatly affects the power generation performance. In Patent Document 1, the substrate is made porous by a single etching, but chemicals and the like are sprayed onto the substrate at a high pressure, resulting in rough processing, resulting in large variations in etching depth and porous hole diameter. The problem that is not stable occurs.

特許文献2に示す金属支持体を用いた燃料電池用セルの場合、図1に示す燃料電池用セル板では金属支持体を燃料極と兼用させるため、特許文献1と同様な構成となる。従って、多孔質部は機械的な強度が脆弱であるという問題がある。また、図2,図4及び図5に示す燃料電池用セル板でも、多孔質部は、燃料極に燃料ガスを供給しなければならないため、十分に広い多孔質部を備える必要がある。しかし、この多孔質部は、機械的な強度が脆弱であるという問題がある。このように、特許文献2にも、多孔質部により機械的な強度が脆弱な基板を補強する構成がないため基板の強度上の問題が発生する。なお、図2,図4及び図5に示す燃料電池用セル板の場合、金属支持体がフレームと接着しているものの、金属支持体を補強する補強材は示されていない。   In the case of the fuel cell using the metal support shown in Patent Document 2, the fuel cell plate shown in FIG. 1 has the same configuration as that of Patent Document 1 because the metal support is also used as the fuel electrode. Therefore, the porous part has a problem that the mechanical strength is weak. Also, in the fuel cell plate shown in FIGS. 2, 4 and 5, the porous portion must be provided with a sufficiently wide porous portion since the fuel gas must be supplied to the fuel electrode. However, this porous part has a problem that mechanical strength is weak. As described above, Patent Document 2 also has a problem in strength of the substrate because there is no configuration for reinforcing the substrate having weak mechanical strength by the porous portion. In the case of the fuel cell plate shown in FIGS. 2, 4 and 5, the metal support is bonded to the frame, but the reinforcing material for reinforcing the metal support is not shown.

また、この多孔質部は、特許文献1と同様にガスを安定的に透過させなければならない部分であり、その品質が発電性能に大きく影響する。従って、特許文献2でも、基板が1回のエッチングにより多孔質化されるが、基板に対して高い圧力で化学薬品などを噴射するため粗い加工となり、エッチング深さや多孔質の穴径のばらつきが大きくなり品質が安定しないという問題が発生する。   Moreover, this porous part is a part which must permeate | transmit gas stably similarly to patent document 1, and the quality has big influence on power generation performance. Therefore, even in Patent Document 2, the substrate is made porous by a single etching, but chemical processing or the like is sprayed on the substrate at a high pressure, resulting in rough processing, and variations in etching depth and porous hole diameter. The problem arises that the quality is not stable due to an increase in size.

さらに、燃料電池用セルを積層した燃料電池スタックにおいて、電解質、燃料極、酸化剤極という発電要素の構成に金属支持体である基板が設けられた場合、効率的に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する燃料ガス供給路及び酸化剤ガス供給路を確保しなければならないという問題がある。   Furthermore, in a fuel cell stack in which fuel cell cells are stacked, when a substrate that is a metal support is provided in the configuration of a power generation element such as an electrolyte, a fuel electrode, and an oxidant electrode, the fuel gas and the oxidant gas are efficiently removed. There is a problem that a fuel gas supply path and an oxidant gas supply path to be supplied must be secured.

本願の目的は、かかる課題を解決し、金属支持体である基板の機械的な強度を補強し、効率的なガス供給路を確保し、かつ高品質であり発電性能に優れた燃料電池用セル、このセルを積層した燃料電池スタック、及びそれらの製造方法を提供することである。   The object of the present application is to solve this problem, reinforce the mechanical strength of the substrate as a metal support, ensure an efficient gas supply path, and have high quality and excellent power generation performance. The present invention also provides a fuel cell stack in which the cells are stacked, and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池用セルは、基板の一方の面に、燃料極及び酸化剤極のいずれか一方である第1の電極と、電解質と、燃料極及び酸化剤極のいずれか他方である第2の電極と、からなる発電要素が、第1の電極が基板に隣接するように順次積層され、基板の他方の面には、第1の電極に対向する位置においてエッチングにより除去される基板除去部と、基板から第1の電極と反対側に突出して接着される補強基板とが設けられ、前記基板除去部は、基板が凹部を形成するように除去される基板除去凹部と、基板を貫通して第1の電極までガスを透過させる微細孔を有する微細孔部とから構成されることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a fuel cell according to the present invention includes a first electrode that is one of a fuel electrode and an oxidant electrode, an electrolyte, a fuel electrode, and an oxidant on one surface of a substrate. A power generation element comprising a second electrode, which is the other of the poles, is sequentially stacked such that the first electrode is adjacent to the substrate, and the other surface of the substrate is positioned opposite the first electrode A substrate removing portion removed by etching and a reinforcing substrate protruding from the substrate to the opposite side of the first electrode and bonded thereto, and the substrate removing portion is removed so that the substrate forms a recess. It is characterized by comprising a substrate removal recess and a fine hole portion having a fine hole that passes through the substrate and allows gas to pass to the first electrode.

上記構成により、基板には第1の電極に対向する位置においてエッチングにより除去される基板除去部が設けられる。このように、基板に基板除去部を設けることでエッチングにより除去した微細孔とし、燃料ガス又は酸化剤ガスを第1の電極に透過して供給させることができる。そして、この基板除去部は、基板除去凹部及び微細孔部から構成される。すなわち、基板除去凹部は、基板を貫通させずに基板が凹部を形成するようにエッチングにより除去するが、微細孔部は、基板を貫通するエッチングにより微細孔を形成させてガスを第1の電極まで透過させる。このように、基板を2つの除去部分に分けてエッチングすることでエッチング深さや微細孔の穴径のばらつきを小さくし、高品質であり発電性能に優れた燃料電池用セルとすることができる。   With the above structure, the substrate is provided with a substrate removal portion that is removed by etching at a position facing the first electrode. As described above, by providing the substrate removal portion in the substrate, the fine holes removed by etching can be formed, and the fuel gas or the oxidant gas can be transmitted through the first electrode. And this board | substrate removal part is comprised from a board | substrate removal recessed part and a micropore part. That is, the substrate removal recess is removed by etching so that the substrate forms a recess without penetrating the substrate, but the microhole is formed by forming a microhole by etching penetrating the substrate, and the gas is supplied to the first electrode. Permeate up to. In this way, by dividing the substrate into two removed portions and etching, variations in the etching depth and the hole diameter of the fine holes can be reduced, and a fuel cell having high quality and excellent power generation performance can be obtained.

また、基板には補強基板が接着される。この補強基板により基板の機械的な強度を補強することができ、基板を薄肉化することが可能となる。この基板の薄肉化により、基板を2つの除去部分に分けてエッチングする際にエッチングにより削除する量を削減することができ、より高品質であり発電性能に優れた燃料電池用セルとすることが可能となる。また、基板6に微細孔を設ける際に、薄肉化された基板の発電要素を保持する隔壁としての役割を補助することができる。すなわち、基板に基板除去凹部及び微細孔部から構成される基板除去部が設けられるが、この過程において、燃料極、電解質、酸化剤極から構成される発電要素が基板に積層される。この微細孔部は機械的な強度が脆弱であるため基板から発電要素が漏れ出るか或いは崩れ出てしまう現象を防止し、補強基板は基板の隔壁としての役割を補助することができる。さらに、この補強基板は基板から第1の電極と反対側に突出して接着される。これにより、基板除去部に隣接される補強基板を活用して効率的なガス供給路を確保することができる。   A reinforcing substrate is bonded to the substrate. This reinforcing substrate can reinforce the mechanical strength of the substrate, making it possible to reduce the thickness of the substrate. By thinning the substrate, it is possible to reduce the amount to be removed by etching when etching the substrate in two parts to be removed, and to obtain a fuel cell having higher quality and superior power generation performance. It becomes possible. Moreover, when providing the micropore in the board | substrate 6, the role as a partition which hold | maintains the electric power generation element of the board | substrate thinned can be assisted. In other words, the substrate removal portion composed of the substrate removal recess and the fine hole portion is provided on the substrate. In this process, the power generation element composed of the fuel electrode, the electrolyte, and the oxidant electrode is laminated on the substrate. This fine hole portion is weak in mechanical strength, so that the phenomenon that the power generation element leaks or collapses from the substrate can be prevented, and the reinforcing substrate can assist the role of the partition wall of the substrate. Further, the reinforcing substrate protrudes from the substrate to the side opposite to the first electrode and is bonded. Thereby, an efficient gas supply path can be ensured by utilizing the reinforcing substrate adjacent to the substrate removing portion.

また、燃料電池用セルは、補強基板が基板除去部に連通し、燃料ガス又は酸化剤ガスを第1の電極に供給するガス供給部を形成するよう基板から突出することが好ましい。これにより、補強基板により基板の機械的な強度を補強し、同時にこの補強基板を活用して効率的なガス供給路を確保することができる。   The fuel cell preferably protrudes from the substrate so that the reinforcing substrate communicates with the substrate removal unit and forms a gas supply unit that supplies fuel gas or oxidant gas to the first electrode. Thereby, the mechanical strength of the substrate can be reinforced by the reinforcing substrate, and at the same time, an efficient gas supply path can be secured by utilizing the reinforcing substrate.

また、燃料電池用セルは、基板と第1の電極との間には、ガス拡散層が設けられることが好ましい。これにより、基板に設けられた微細孔を透過したガスが拡散されて第1の電極のより広い範囲に拡散して到達し、発電性能に優れた燃料電池用セルとすることができる。   The fuel cell preferably has a gas diffusion layer between the substrate and the first electrode. Thereby, the gas which permeate | transmitted the micropore provided in the board | substrate is diffused, and it spread | diffuses and reaches | attains to the wider range of a 1st electrode, It can be set as the cell for fuel cells excellent in electric power generation performance.

また、燃料電池用セルは、基板はその厚さが略0.005mmから略1.0mmの範囲内であり、ニッケル合金、ニッケル・クロームステンレス鋼、又はクロームステンレス鋼からなることにより、機械的強度に優れた金属支持体とし、機械的な強度を有する燃料電池用セルとすることができる。   Further, in the fuel cell, the substrate has a thickness in the range of about 0.005 mm to about 1.0 mm, and is made of nickel alloy, nickel-chrome stainless steel, or chrome stainless steel. It is possible to obtain a fuel cell having mechanical strength and a metal support excellent in the above.

また、燃料電池用セルを複数個積層してなる燃料電池スタックは、ガス供給部が基板、補強基板、及び基板に隣接して設置されるセパレータに包囲されて設けられ、補強基板の一部には、隣接されたガス供給部同士を連通するガス流路が設けられることが好ましい。これにより、燃料電池スタックにおいて効率的な燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を容易に確保することができる。   In addition, a fuel cell stack formed by stacking a plurality of fuel cell cells is provided with a gas supply unit surrounded by a substrate, a reinforcing substrate, and a separator that is installed adjacent to the substrate. Is preferably provided with a gas flow path that connects adjacent gas supply units. Thereby, an efficient fuel gas channel and oxidant gas channel can be easily secured in the fuel cell stack.

また、燃料電池スタックは、基板には燃料ガス又は酸化剤ガスを第1の電極に供給するガス供給部及びガス流路からなるセルガス供給路が設けられ、セパレータには燃料ガス又は酸化剤ガスを第2の電極に供給するセパレータガス供給路が設けられることが好ましい。これにより、従来、セパレータに共に設けられていた燃料ガス供給路及び酸化剤ガス供給路のいずれかを基板及び補強基板に分担させてセパレータの薄肉化を可能とし、基板を補強して基板の薄肉化を図る補強基板を活用して燃料ガス供給路及び酸化剤ガス供給路のいずれかを確保することができる。   In the fuel cell stack, a cell gas supply path including a gas supply section and a gas flow path for supplying fuel gas or oxidant gas to the first electrode is provided on the substrate, and fuel gas or oxidant gas is supplied to the separator. It is preferable that a separator gas supply path for supplying the second electrode is provided. As a result, it is possible to reduce the thickness of the separator by sharing either the fuel gas supply path or the oxidant gas supply path, both of which are conventionally provided in the separator, with the substrate and the reinforcing substrate. One of the fuel gas supply path and the oxidant gas supply path can be secured by utilizing the reinforcing substrate that is made to be simplified.

また、上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池用セルの製造方法は、基板の一方の面に、燃料極及び酸化剤極のいずれか一方である第1の電極と、電解質と、燃料極及び酸化剤極のいずれか他方である第2の電極と、からなる発電要素が、第1の電極が基板に隣接するように順次積層される燃料電池用セルの製造方法において、基板の他方の面に、第1の電極に対向する位置において、エッチングにより凹部を形成するように基板を除去するステップと、基板の一方の面に、第1の電極と電解質と第2の電極とを積層させるステップと、基板の他方の面に、エッチングにより基板を貫通させて第1の電極までガスを透過させる微細孔を設けるステップと、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a method of manufacturing a fuel cell according to the present invention includes a first electrode that is one of a fuel electrode and an oxidant electrode, an electrolyte, on one surface of a substrate, In the method of manufacturing a fuel cell, in which a power generation element comprising a second electrode that is the other of the fuel electrode and the oxidant electrode is sequentially stacked such that the first electrode is adjacent to the substrate, The step of removing the substrate so as to form a recess by etching at the position facing the first electrode on the other surface, and the first electrode, the electrolyte, and the second electrode on one surface of the substrate A step of laminating, and a step of providing, on the other surface of the substrate, a fine hole that penetrates the substrate by etching and allows gas to pass to the first electrode.

上記構成により、基板には、第1の電極に対向する位置において凹部を形成するように基板を除去されるステップと、基板を貫通させて第1の電極までガスを透過させる微細孔を設けるステップとの2つのステップに分けてエッチングが行われる。このように、基板を2つの除去部分に分けて段階的にエッチングすることでエッチング深さや微細孔の穴径のばらつきを小さくし、高品質であり発電性能に優れた燃料電池用セルとすることができる。   With the above-described configuration, the substrate is removed so as to form a recess at a position facing the first electrode, and the micro-hole is formed through the substrate to allow gas to pass through to the first electrode. Etching is performed in two steps. In this way, the substrate is divided into two removed portions and etched stepwise, thereby reducing variations in etching depth and hole diameter of the fine holes, thereby providing a fuel cell having high quality and excellent power generation performance. Can do.

また、燃料電池用セルの製造方法は、基板の他方の面において、基板を補強してガス供給部を形成する補強基板が接着されるステップを備えることが好ましい。これにより、基板の機械的な強度を補強する補強基板を活用して効率的なガス供給部を設けることができる。   The fuel cell manufacturing method preferably includes a step of adhering a reinforcing substrate that reinforces the substrate and forms a gas supply unit on the other surface of the substrate. Thereby, an efficient gas supply part can be provided by utilizing a reinforcing substrate that reinforces the mechanical strength of the substrate.

また、燃料電池用セルを複数個積層してなる燃料電池スタックの製造方法は、基板がセパレータを介して積層され、セパレータの一方の面は、基板と補強基板との間にガス供給部を形成するように基板に隣接して設置され、セパレータの他方の面は、第2の電極にガスを供給するガス供給路を確保するように基板に隣接して設置されることが好ましい。これにより、燃料電池スタックにおいて効率的な燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を容易に確保することができる。   In addition, in a method of manufacturing a fuel cell stack in which a plurality of fuel cell cells are stacked, a substrate is stacked via a separator, and a gas supply part is formed between the substrate and the reinforcing substrate on one surface of the separator. It is preferable that the separator is disposed adjacent to the substrate, and the other surface of the separator is disposed adjacent to the substrate so as to secure a gas supply path for supplying gas to the second electrode. Thereby, an efficient fuel gas channel and oxidant gas channel can be easily secured in the fuel cell stack.

さらに、燃料電池スタックの製造方法は、第1の電極へはガス供給部及びガス流路からなるセルガス供給路を介して燃料ガス又は酸化剤ガスが供給され、第2の電極へはセパレータに設けられたセパレータガス供給路を介して燃料ガス又は酸化剤ガスが供給されることが好ましい。これにより、従来、セパレータに共に設けられていた燃料ガス供給路及び酸化剤ガス供給路のいずれかを基板及び補強基板に分担させてセパレータの薄肉化を可能とし、基板を補強して基板の薄肉化を図る補強基板を活用して燃料ガス供給路及び酸化剤ガス供給路のいずれかを確保することができる。   Further, in the method of manufacturing the fuel cell stack, fuel gas or oxidant gas is supplied to the first electrode through a cell gas supply path including a gas supply unit and a gas flow path, and the second electrode is provided on the separator. It is preferable that the fuel gas or the oxidant gas is supplied through the separator gas supply path. As a result, it is possible to reduce the thickness of the separator by sharing either the fuel gas supply path or the oxidant gas supply path, both of which are conventionally provided in the separator, with the substrate and the reinforcing substrate. One of the fuel gas supply path and the oxidant gas supply path can be secured by utilizing the reinforcing substrate that is made to be simplified.

以上のように、本発明に係る燃料電池用セル、燃料電池スタック、及びそれらの製造方法によれば、金属支持体である基板の機械的な強度を補強し、効率的なガス供給路を確保し、かつ高品質であり発電性能に優れた燃料電池用セル、このセルを積層した燃料電池スタック、及びそれらの製造方法を提供することができる。   As described above, according to the fuel cell, the fuel cell stack, and the manufacturing method thereof according to the present invention, the mechanical strength of the substrate that is the metal support is reinforced, and an efficient gas supply path is ensured. In addition, it is possible to provide a fuel cell having high quality and excellent power generation performance, a fuel cell stack in which the cells are stacked, and a method for manufacturing them.

本発明に係る燃料電池用セルの1つの実施形態の概略構成を示す平面図及び断面図である。It is the top view and sectional view showing the schematic structure of one embodiment of the cell for fuel cells concerning the present invention. 本発明に係る燃料電池用セルの他の実施形態の概略構成を示す平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing which show schematic structure of other embodiment of the cell for fuel cells which concerns on this invention. 発電要素、基板、補強基板、及び基板と補強基板とからなるガス供給部の構成を示す詳細断面図である。It is detailed sectional drawing which shows the structure of the gas generation part which consists of an electric power generation element, a board | substrate, a reinforcement board | substrate, and a board | substrate and a reinforcement board | substrate. 燃料電池用セルの基板除去部及びガス供給部の詳細を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the detail of the board | substrate removal part and gas supply part of a cell for fuel cells. 本発明に係る燃料電池スタックの構成及びガス供給路を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of a fuel cell stack and a gas supply path according to the present invention. 燃料電池用セルのガス供給路及び補強基板を示す、図1及び図2の底面図である。FIG. 3 is a bottom view of FIGS. 1 and 2 showing a gas supply path and a reinforcing substrate of a fuel cell. 燃料電池用セルの製造方法のステップを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the step of the manufacturing method of the cell for fuel cells. 燃料電池用セルの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the cell for fuel cells. 従来の燃料電池スタックの構成及びガス供給路を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure and gas supply path of the conventional fuel cell stack.

以下に、図面を用いて本発明に係る燃料電池用セル1、燃料電池スタック20、及びそれらの製造方法の実施形態につき、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a fuel cell 1, a fuel cell stack 20, and manufacturing methods thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(燃料電池用セルの構成)
図1に、本発明に係る燃料電池用セル1の1つの実施形態の概略構成を示す。また、図2に、本発明に係る燃料電池用セル1の他の実施形態の概略構成を示す。すなわち、図1(a)に、第1発電要素2aが基板6上に設置された燃料電池用セル1の平面図を示す。また、図1(b)に図1(a)のA−A断面を示し、図1(c)に図1(a)のB−B断面を示し、図1(d)に図1(a)のC−C断面を示し、図1(e)に図1(a)のD−D断面を示す。また、図2(a)に、第2発電要素2bが基板6上に設置された燃料電池用セル1の平面図を示す。図2(b)に図2(a)のE−E断面を示し、図2(c)に図2(a)のF−F断面を示し、図2(d)に図2(a)のG−G断面を示し、図2(e)に図2(a)のH−H断面を示す。また、図3に、発電要素2、基板6、補強基板7、及びガス供給部15の詳細を断面で示す。更に、図4(a)に、図3を拡大して燃料電池用セル1の基板除去部12及びガス供給部15の詳細を示し、図4(b)に、図4(a)のJ-J断面を示す。
(Configuration of fuel cell)
FIG. 1 shows a schematic configuration of one embodiment of a fuel cell 1 according to the present invention. FIG. 2 shows a schematic configuration of another embodiment of the fuel cell 1 according to the present invention. That is, FIG. 1A shows a plan view of the fuel cell 1 in which the first power generation element 2 a is installed on the substrate 6. Further, FIG. 1B shows the AA cross section of FIG. 1A, FIG. 1C shows the BB cross section of FIG. 1A, and FIG. ) Of FIG. 1A is shown, and FIG. 1E shows the DD cross section of FIG. FIG. 2A is a plan view of the fuel cell 1 in which the second power generation element 2b is installed on the substrate 6. FIG. 2B shows a cross section taken along line EE in FIG. 2A, FIG. 2C shows a cross section taken along line FF in FIG. 2A, and FIG. 2D shows the cross section in FIG. A GG cross section is shown, and FIG. 2 (e) shows a HH cross section of FIG. 2 (a). FIG. 3 shows the details of the power generation element 2, the substrate 6, the reinforcing substrate 7, and the gas supply unit 15 in cross section. 4 (a) is an enlarged view of FIG. 3 showing details of the substrate removal unit 12 and the gas supply unit 15 of the fuel cell 1, and FIG. 4 (b) shows the J- J section is shown.

図1及び図2に示すように、燃料電池用セル1は、基板6、補強基板7、及び発電要素2a,2bから構成され、発電要素2a,2bは燃料極3,酸化剤極4,及び電解質5から構成される。すなわち、本発明に係る燃料電池用セル1は、発電要素2に対して金属支持体を基盤6として用いる金属支持型セルである。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 1 includes a substrate 6, a reinforcing substrate 7, and power generation elements 2a and 2b. The power generation elements 2a and 2b include a fuel electrode 3, an oxidant electrode 4, and It is composed of an electrolyte 5. That is, the fuel cell 1 according to the present invention is a metal-supported cell that uses a metal support as a base 6 for the power generation element 2.

基板6は、本実施形態では略正方形の板であるが、これに限らず、例えば長方形、円形等、他の形状であっても良い。この基板6の厚さは略0.005mmから略1.0mmの範囲内である。そして、基板6は、例えばニッケル・クロームステンレス鋼又はクロームステンレス鋼などからなる金属であるが、これらの材料には限らない。   Although the board | substrate 6 is a substantially square board in this embodiment, it is not restricted to this, For example, other shapes, such as a rectangle and a circle, may be sufficient. The thickness of the substrate 6 is in the range of about 0.005 mm to about 1.0 mm. The substrate 6 is, for example, a metal made of nickel / chrome stainless steel or chrome stainless steel, but is not limited to these materials.

基板6の一方の面には、燃料極及び酸化剤極のいずれか一方である第1電極3と、電解質5と、燃料極及び酸化剤極のいずれか他方である第2電極4と、からなる発電要素2a,2bが積層される。すなわち、本実施形態では、この発電要素2a,2bは第1電極3が基板6に対向し、第2電極4と第1電極3が電解質5を挟むように順次積層されるが、第1電極3と第2電極4とが逆であっても良い。また、本実施形態では、燃料極を第1電極3とし、酸化剤極を第2電極4とするが、燃料極と酸化剤極とは逆であっても良い。なお、本明細書では、図中の符号は燃料極を“3”とし、酸化剤極を“4”として表示する。このように、燃料極3と酸化剤極4とが電解質5を挟んで積層されることで、酸化剤極4で生成された酸化物イオン(O2−)が電解質5を透過し、燃料極3で燃料ガスと反応することにより電気エネルギーを発生させる燃料電池となる。 On one surface of the substrate 6, the first electrode 3 that is one of the fuel electrode and the oxidant electrode, the electrolyte 5, and the second electrode 4 that is the other of the fuel electrode and the oxidant electrode, The power generation elements 2a and 2b are stacked. That is, in the present embodiment, the power generating elements 2a and 2b are sequentially stacked such that the first electrode 3 faces the substrate 6 and the second electrode 4 and the first electrode 3 sandwich the electrolyte 5. 3 and the second electrode 4 may be reversed. In this embodiment, the fuel electrode is the first electrode 3 and the oxidant electrode is the second electrode 4, but the fuel electrode and the oxidant electrode may be reversed. In this specification, the reference numerals in the drawing indicate the fuel electrode as “3” and the oxidant electrode as “4”. As described above, the fuel electrode 3 and the oxidant electrode 4 are laminated with the electrolyte 5 interposed therebetween, so that the oxide ions (O 2− ) generated in the oxidant electrode 4 permeate the electrolyte 5 and the fuel electrode. In step 3, the fuel cell reacts with the fuel gas to generate electric energy.

図1には、四角形の第1発電要素2aを用いた場合の燃料電池用セル1を示し、図2には、円形の第2発電要素2bを用いた場合の燃料電池用セル1を示す。このように、発電要素2の形状には四角形、円形が採用されるが、これに限らず、三角形などの多角形や楕円形など他の形状であっても良い。本実施形態では、燃料電池用セル1には、25個の発電要素2が5行、5列に整然と配列されるが、燃料電池用セル1当たりの発電要素2の個数及び配列はこれに限らない。   FIG. 1 shows a fuel cell 1 when a rectangular first power generation element 2a is used, and FIG. 2 shows a fuel cell 1 when a circular second power generation element 2b is used. As described above, the power generation element 2 has a quadrangular shape or a circular shape, but is not limited thereto, and may be another shape such as a polygon such as a triangle or an ellipse. In the present embodiment, in the fuel cell 1, 25 power generation elements 2 are arranged in an orderly manner in 5 rows and 5 columns, but the number and arrangement of the power generation elements 2 per fuel cell 1 are not limited thereto. Absent.

図3及び図4に示すように、基板6は、基板6を補強する補強基板7と接着される。この補強基板7は、接着面17に示す面で基板に接着される。この補強基板7は、基板6と同じ寸法の板であるが、これに限らず、例えば長方形、円形等、他の形状であっても良い。この補強基板7は、基板6と同様な素材からなり、例えばニッケル・クロームステンレス鋼又はクロームステンレス鋼などからなるが、これらの材料には限らない。この基板6と補強基板7との接着は、拡散接着、又はロウ付けなどにより行われる。   As shown in FIGS. 3 and 4, the substrate 6 is bonded to a reinforcing substrate 7 that reinforces the substrate 6. The reinforcing substrate 7 is bonded to the substrate at the surface indicated by the bonding surface 17. The reinforcing substrate 7 is a plate having the same dimensions as the substrate 6, but is not limited thereto, and may be another shape such as a rectangle or a circle. The reinforcing substrate 7 is made of the same material as that of the substrate 6, and is made of, for example, nickel / chrome stainless steel or chrome stainless steel, but is not limited to these materials. The bonding between the substrate 6 and the reinforcing substrate 7 is performed by diffusion bonding or brazing.

(燃料極への燃料ガスの供給)
燃料電池用セル1は、酸化剤極4に酸化剤ガスが供給され、燃料極3へは燃料ガスが供給され、電気エネルギーを発生させる燃料電池となる。本実施形態では、第2電極である酸化剤極4は発電要素2の最外端に積層されるため酸化剤ガスの供給は問題なく行われる。一方、第1電極である燃料極3は基板6に接しているためガス供給部15に供給された燃料ガスを燃料極3へ連通させる必要がある。
(Supply of fuel gas to the fuel electrode)
The fuel cell 1 is a fuel cell in which oxidant gas is supplied to the oxidant electrode 4 and fuel gas is supplied to the fuel electrode 3 to generate electrical energy. In the present embodiment, the oxidant electrode 4 that is the second electrode is stacked on the outermost end of the power generation element 2, so that the oxidant gas is supplied without any problem. On the other hand, since the fuel electrode 3 as the first electrode is in contact with the substrate 6, it is necessary to communicate the fuel gas supplied to the gas supply unit 15 to the fuel electrode 3.

図4(a)に示すように、基板6は、燃料極3と反対側の面において、発電要素2に対向する位置にエッチングにより除去される基板除去部12を有する。基板除去部12、基板6が凹部を形成するように除去される基板除去凹部9と、基板6を貫通して燃料極3までガスを透過させる微細孔16を有する微細孔部10とから構成され、燃料極3に供給される燃料ガス24が流通するガス供給部15に連通する。すなわち、基板除去部12は、2段階のエッチングにより形成される。この微細孔16は、エッチングにより微細孔部10の領域にほぼ所定の密度で明けられた微細な孔であり、この微細孔16を燃料ガス24が流通する。   As shown in FIG. 4A, the substrate 6 has a substrate removal portion 12 that is removed by etching at a position facing the power generation element 2 on the surface opposite to the fuel electrode 3. The substrate removal portion 12, the substrate removal recess 9 that is removed so that the substrate 6 forms a recess, and the microhole portion 10 that has a microhole 16 that passes through the substrate 6 and allows gas to pass to the fuel electrode 3. The fuel gas 24 supplied to the fuel electrode 3 communicates with the gas supply unit 15 through which the fuel gas 24 flows. That is, the substrate removal portion 12 is formed by two-stage etching. The fine holes 16 are fine holes formed at a predetermined density in the region of the fine hole portion 10 by etching, and the fuel gas 24 flows through the fine holes 16.

第1回目のエッチングでは、基板除去凹部9が除去される。この基板除去凹部9は、お椀状或いはドーム状に除去されるが、基板6を貫通しない程度に、基板6の厚さの50%〜90%の深さが除去される。第2回目のエッチングでは、基板6と補強基板7との表面除去部18、及び微細孔部10が除去される。この第2回目のエッチングにおいて、基板6を貫通する微細孔16が設けられる。すなわち、第2回目のエッチングにより基板6及び補強基板7の表面が層状に削られると共に、図4(b)に示す開口部である微細孔部10が設けられる。このように、基板を2つの除去部分に分けて段階的にエッチングすることでエッチング深さや微細孔16の穴径のばらつきを小さくし、高品質であり発電性能に優れた燃料電池用セル1とすることができる。   In the first etching, the substrate removal recess 9 is removed. The substrate removal recess 9 is removed in a bowl shape or a dome shape, but the depth of 50% to 90% of the thickness of the substrate 6 is removed to the extent that the substrate 6 does not penetrate. In the second etching, the surface removal portion 18 and the fine hole portion 10 between the substrate 6 and the reinforcing substrate 7 are removed. In this second etching, fine holes 16 penetrating the substrate 6 are provided. That is, the surface of the substrate 6 and the reinforcing substrate 7 is cut into a layer shape by the second etching, and the fine hole portion 10 that is an opening shown in FIG. 4B is provided. In this way, the substrate is divided into two removed portions and etched stepwise to reduce variations in etching depth and hole diameter of the fine holes 16, and the fuel cell 1 having high quality and excellent power generation performance. can do.

なお、図3に示すように、発電要素2a,2bの基板6と燃料極3との間には、ガス拡散層19が設けられても良い。このガス拡散層19を挟み込むことで、基板6に設けられた微細孔部10の微細孔16を透過した燃料ガス24が拡散されて燃料極3のより広い範囲に到達し、発電効率を向上させることができる。   As shown in FIG. 3, a gas diffusion layer 19 may be provided between the substrate 6 of the power generation elements 2 a and 2 b and the fuel electrode 3. By sandwiching the gas diffusion layer 19, the fuel gas 24 that has permeated through the fine holes 16 of the fine hole portion 10 provided in the substrate 6 is diffused to reach a wider range of the fuel electrode 3, thereby improving power generation efficiency. be able to.

(補強基板の3つの役割)
本発明における補強基板7は、下記に示す3つの役割を有する。まず第1の役割は、基板6の機械的な強度を補強して「基板6の薄肉化を可能とする」ことである。つまり、補強基板7が基板6に対して“T型”となる突出部11を有して接着されることで、基板6の面外方向の剛性が補強されて薄肉化が可能となる。図6に、燃料電池用セル1の補強基板7を、図1及び図2を裏面からみた底面図で示す。補強基板7は、中央部の補強基板7と両端部の補強基板8から構成され、一体となって基板6に接着され、基板6の面外方向の機械的な強度を補強することができる。これにより、基板6の薄肉化が可能となり、基板6の基板除去部12に微細孔16が設けられる際に、エッチングにより削除する量を削減することができ、より高品質であり発電性能に優れた燃料電池用セル1とすることが可能となる。
(Three roles of reinforcing substrate)
The reinforcing substrate 7 in the present invention has the following three roles. First, the first role is to “reinforce the thickness of the substrate 6” by reinforcing the mechanical strength of the substrate 6. That is, the reinforcing substrate 7 is bonded to the substrate 6 with the protruding portion 11 that is “T-shaped”, whereby the rigidity in the out-of-plane direction of the substrate 6 is reinforced and the thickness can be reduced. FIG. 6 shows a reinforcing substrate 7 of the fuel cell 1 in a bottom view of FIGS. 1 and 2 as seen from the back side. The reinforcing substrate 7 is composed of a reinforcing substrate 7 at the center and reinforcing substrates 8 at both ends, and is integrally bonded to the substrate 6 so that the mechanical strength in the out-of-plane direction of the substrate 6 can be reinforced. Thereby, the thickness of the substrate 6 can be reduced, and when the fine holes 16 are provided in the substrate removal portion 12 of the substrate 6, the amount to be deleted by etching can be reduced, and the quality is higher and the power generation performance is excellent. The fuel cell 1 can be obtained.

補強基板7の第2の役割は、基板6に微細孔16を設ける際に、薄肉化された基板6が有する「発電要素2を保持する隔壁としての役割」を補助することである。基板6に基板除去凹部9、及び微細孔16が設けられる微細孔部10から構成される基板除去部12が設けられる。この過程において、燃料極3、電解質5、酸化剤極4から構成される発電要素2が基板6に積層されるが、微細孔16が設けられる微細孔部10は機械的な強度が脆弱であるため基板6から漏れ出るか或いは崩れ出てしまう虞がある。つまり、基板6は加工の際に「発電要素2を保持する隔壁としての役割」を有する。基板6に接着された補強基板7は基板6の隔壁としての役割を補助する。   The second role of the reinforcing substrate 7 is to assist the “role as a partition wall for holding the power generation element 2” of the thinned substrate 6 when the fine holes 16 are provided in the substrate 6. A substrate removal portion 12 is provided that includes a substrate removal recess 9 and a minute hole portion 10 in which the minute hole 16 is provided in the substrate 6. In this process, the power generating element 2 composed of the fuel electrode 3, the electrolyte 5, and the oxidant electrode 4 is laminated on the substrate 6, but the micropore portion 10 provided with the micropores 16 is weak in mechanical strength. For this reason, there is a risk of leakage from the substrate 6 or collapse. That is, the substrate 6 has a “role as a partition for holding the power generation element 2” during processing. The reinforcing substrate 7 bonded to the substrate 6 assists the role of the substrate 6 as a partition wall.

補強基板7の第3の役割は、基板6に対して“T型”となる部分を有して接着されることで、図3及び図4に示すように、「セパレータ21との間にガス供給部15のスペースを形成すること」である。これにより、基板6の厚みを薄くしても十分なガス供給部15が確保できる。そして、補強基板7の一部に、隣接されたガス供給部15同士を連通するガス流路13が設けられる。本実施形態では、補強基板7の先端部でセパレータ21との間にガス流路13を設けるが、この位置に限らず、補強基板7の任意の位置に通過孔をあけても良い。このように、燃料電池用セル1とセパレータ21とが交互に積層される燃料電池スタック20では、セパレータ21により十分なガス供給部15が確保され、ガス供給部15はガス流路13により連通する。   The third role of the reinforcing substrate 7 is to adhere to the substrate 6 with a “T-shaped” portion, and as shown in FIG. 3 and FIG. Forming a space for the supply section 15. Thereby, even if the thickness of the substrate 6 is reduced, a sufficient gas supply unit 15 can be secured. A gas flow path 13 is provided in a part of the reinforcing substrate 7 so as to communicate the adjacent gas supply portions 15 with each other. In the present embodiment, the gas flow path 13 is provided between the front end of the reinforcing substrate 7 and the separator 21. However, the present invention is not limited to this position, and a passage hole may be formed at an arbitrary position of the reinforcing substrate 7. As described above, in the fuel cell stack 20 in which the fuel cell 1 and the separator 21 are alternately stacked, a sufficient gas supply unit 15 is secured by the separator 21, and the gas supply unit 15 is communicated by the gas flow path 13. .

(燃料電池スタックの構成)
図5に、本発明に係る燃料電池スタック20の構成を示す。燃料電池用セル1は、セパレータ21と交互に積層されるが、図5では、1枚の燃料電池用セル1と、その燃料電池用セル1を挟む2枚の第1セパレータ21a及び第2セパレータ21bのみを取り出して示す。燃料電池用セル1は、平板状の第1電極である燃料極3、第2電極である酸化剤極4が積層され、燃料極3と酸化剤極4とが電解質5を挟み込むことで発電要素2を構成する。
(Configuration of fuel cell stack)
FIG. 5 shows a configuration of the fuel cell stack 20 according to the present invention. The fuel cell 1 is alternately laminated with the separator 21, but in FIG. 5, one fuel cell 1 and two first separators 21 a and second separators sandwiching the fuel cell 1. Only 21b is shown. The fuel cell 1 includes a fuel electrode 3 that is a flat first electrode and an oxidant electrode 4 that is a second electrode, and the fuel electrode 3 and the oxidant electrode 4 sandwich an electrolyte 5 so as to generate a power generation element. 2 is configured.

第1セパレータ21a及び第2セパレータ21bには、それぞれセパレータガス供給路14bが設けられ、燃料電池用セル1には、セルガス供給路14aが設けられる。セパレータガス供給路14bには、燃料電池用セル1に積層された発電要素2の内セパレータ21に対向する酸化剤極4に酸化剤ガス25を供給する。このセパレータガス供給路14bは、セパレータ21に設けられる一方向の流路である。図9に示す従来の燃料電池スタック40のセパレータ21と比較すると、流路が一方向になりセパレータ21自体を薄肉化することができ、加工が簡素化される。   The first separator 21a and the second separator 21b are each provided with a separator gas supply path 14b, and the fuel cell 1 is provided with a cell gas supply path 14a. An oxidant gas 25 is supplied to the separator gas supply path 14b to the oxidant electrode 4 facing the inner separator 21 of the power generation element 2 stacked on the fuel cell 1. The separator gas supply path 14 b is a unidirectional flow path provided in the separator 21. Compared with the separator 21 of the conventional fuel cell stack 40 shown in FIG. 9, the flow path is unidirectional and the separator 21 itself can be thinned, and the processing is simplified.

一方、セルガス供給路14aには、燃料電池用セル1に積層された発電要素2のうち基板6に対向する燃料極3に燃料ガス24を供給する。すなわち、燃料ガス24がガス供給部15に供給され、図3、図4に示すように、燃料ガス24は、ガス供給部15に連通する基板除去凹部9、及び微細孔部10の微細孔16を通過して燃料極3に供給される。このように、図9に示す従来の燃料電池用セル30では、セパレータ31に設けられていた燃料ガス流路32が本発明に係る燃料電池用セル1では、燃料電池用セル1の基板6にガス供給部15、基板除去凹部9、及び微細孔部10として設けられる。   On the other hand, the fuel gas 24 is supplied to the cell gas supply path 14 a to the fuel electrode 3 facing the substrate 6 in the power generation element 2 stacked on the fuel cell 1. That is, the fuel gas 24 is supplied to the gas supply unit 15, and as shown in FIGS. 3 and 4, the fuel gas 24 is supplied to the substrate removal recess 9 that communicates with the gas supply unit 15 and the fine holes 16 of the fine hole part 10. And is supplied to the fuel electrode 3. Thus, in the conventional fuel cell 30 shown in FIG. 9, the fuel gas flow path 32 provided in the separator 31 is formed on the substrate 6 of the fuel cell 1 in the fuel cell 1 according to the present invention. The gas supply unit 15, the substrate removal recess 9, and the microhole 10 are provided.

図3に示すように、本発明に係る燃料電池スタック20では、ガス供給部15は、基板6、補強基板7、及び基板6に隣接して設置されるセパレータ21に包囲されて設けられ、補強基板7の一部には、隣接されたガス供給部15同士を連通するガス流路13が設けられる。   As shown in FIG. 3, in the fuel cell stack 20 according to the present invention, the gas supply unit 15 is provided by being surrounded by a substrate 6, a reinforcing substrate 7, and a separator 21 installed adjacent to the substrate 6. A part of the substrate 7 is provided with a gas flow path 13 that allows the adjacent gas supply units 15 to communicate with each other.

図6に、燃料電池用セル1のセルガス供給路14aを示す。燃料極3へは、ガス供給部15及びガス流路13からなるセルガス供給路14aを介して燃料ガス24が供給される。すなわち、ガス供給部15及びガス流路13が連続することで燃料ガス流路22が形成される。一方、酸化剤極4へは、セパレータ21に設けられたセパレータガス供給路14bを介して酸化剤ガス25が供給される。   FIG. 6 shows a cell gas supply path 14a of the fuel cell 1. A fuel gas 24 is supplied to the fuel electrode 3 through a cell gas supply path 14 a including a gas supply unit 15 and a gas flow path 13. That is, the fuel gas passage 22 is formed by the gas supply unit 15 and the gas passage 13 being continuous. On the other hand, an oxidant gas 25 is supplied to the oxidant electrode 4 via a separator gas supply path 14 b provided in the separator 21.

(燃料電池用セルの製造方法)
図7に、燃料電池用セル1の製造方法を示す。図7(a)から図7(d)に燃料電池用セル1の製造方法の説明図をステップごとに示す。また、図8に、燃料電池用セル1の製造方法をS1からS4までにフローチャートにて示す。なお、図7(a)から図7(d)までの4つの図面は、図8の4つのステップにそれぞれ対応している。
(Method for producing fuel cell)
In FIG. 7, the manufacturing method of the cell 1 for fuel cells is shown. FIG. 7A to FIG. 7D show an explanatory diagram of the method for manufacturing the fuel cell 1 for each step. FIG. 8 is a flowchart showing a method of manufacturing the fuel cell 1 from S1 to S4. Note that the four drawings from FIG. 7A to FIG. 7D correspond to the four steps in FIG.

まず、図7(a)に示すように、基板6において発電要素2が設けられる側と反対側に、エッチングによりお椀状或いはドーム状に基板6を除去する(S1)。この除去される基板除去凹部9は、発電要素2の第1電極3の設置位置に対向する位置に設けられる。そして、基板6の板厚の50%〜90%程度の深さまで除去され、基板6には貫通孔は設けられないように基板6を除去する。このように、エッジングにより予め基板6から基板除去凹部9を除去する。このエッジングは、基板6に対して高い圧力で化学薬品などを噴射して基板6を除去するものだが、加工前の基板6の状態で板厚の50%〜90%程度の深さまで除去しておくことで、後の第2回目の基板6の除去においてより精度の高い除去が可能となる。これにより、エッジングの深さや微細孔16の孔径のばらつきを減少させることができる。   First, as shown in FIG. 7A, the substrate 6 is removed in a bowl shape or a dome shape by etching on the side of the substrate 6 opposite to the side where the power generating element 2 is provided (S1). The removed substrate removal recess 9 is provided at a position facing the installation position of the first electrode 3 of the power generation element 2. Then, the substrate 6 is removed to a depth of about 50% to 90% of the thickness of the substrate 6 so that no through hole is provided in the substrate 6. In this way, the substrate removal recess 9 is previously removed from the substrate 6 by edging. This edging is to remove the substrate 6 by spraying chemicals or the like at a high pressure on the substrate 6, but removing it to a depth of about 50% to 90% of the plate thickness in the state of the substrate 6 before processing. In this case, more accurate removal can be performed in the subsequent second removal of the substrate 6. Thereby, the variation in the depth of edging and the hole diameter of the fine hole 16 can be reduced.

次に、図7(b)に示すように、基板除去凹部9が除去された平板状の基板6と補強基板7とを接着する(S2)。基板6と補強基板7とは図7(b)の符号17で示す接着面で接着される。この補強基板7は、基板6において発電要素2が設けられる側と反対側に接着され、図6に示すように、縦と横の長さが基板6と略同じ長さの平板状をした金属である。そして、図7(b)に示すように、基板6において発電要素2が設けられる側と反対側に“T型”に突出した突出部11を備える。この基板6に突出部11を有する補強基板7が接着されることで、基板6は機械的強度を上げることができ、薄肉化が可能となる。   Next, as shown in FIG. 7B, the flat substrate 6 from which the substrate removing recess 9 has been removed is bonded to the reinforcing substrate 7 (S2). The board | substrate 6 and the reinforcement board | substrate 7 are adhere | attached on the adhesive surface shown with the code | symbol 17 of FIG.7 (b). This reinforcing substrate 7 is bonded to the side opposite to the side on which the power generating element 2 is provided on the substrate 6, and as shown in FIG. 6, the plate-like metal whose vertical and horizontal lengths are substantially the same as the substrate 6. It is. Then, as shown in FIG. 7B, a protruding portion 11 protruding in a “T shape” is provided on the opposite side of the substrate 6 from the side where the power generating element 2 is provided. By bonding the reinforcing substrate 7 having the protruding portion 11 to the substrate 6, the substrate 6 can increase the mechanical strength and can be thinned.

また、図7(d)に示すように、補強基板7が基板6に対して“T型”に接着されることでガス供給部15のスペースが生じ、このガス供給部15とガス流路13とが連通して燃料ガス流路22を形成する。このように、燃料ガス流路22を形成する補強基板7を基板6に接着することで、基板6の厚みを薄くしても十分なガス供給部15を確保できる。   Further, as shown in FIG. 7 (d), the reinforcing substrate 7 is bonded to the substrate 6 in a “T shape” to create a space for the gas supply unit 15. And the fuel gas flow path 22 is formed. In this way, by adhering the reinforcing substrate 7 forming the fuel gas flow path 22 to the substrate 6, a sufficient gas supply unit 15 can be secured even if the thickness of the substrate 6 is reduced.

次に、図7(c)に示すように、基板6に第1電極3、電解質5、第2電極4からなる発電要素2を積層させる(S3)。このように、基板6の板厚全体を加工しない段階で発電要素2を積層させることで、第1電極3、電解質5、第2電極4が基板6から漏れ出すことが防止できる。また、基板6は既に補強基板7と接着されているため、発電要素2が積層させても十分な機械的強度を備えている。さらに、図3に示すように、発電要素2の基板6と第1電極3との間には、ガス拡散層19が設けられても良い。これにより、基板6に設けられた微細孔部10の微細孔16を透過したガスが拡散されて第1電極3のより広い範囲に到達し、発電効率を向上させることができる。   Next, as shown in FIG.7 (c), the electric power generation element 2 which consists of the 1st electrode 3, the electrolyte 5, and the 2nd electrode 4 is laminated | stacked on the board | substrate 6 (S3). Thus, by laminating the power generation element 2 at a stage where the entire thickness of the substrate 6 is not processed, it is possible to prevent the first electrode 3, the electrolyte 5, and the second electrode 4 from leaking from the substrate 6. Moreover, since the board | substrate 6 has already adhere | attached with the reinforcement board | substrate 7, even if the electric power generation element 2 is laminated | stacked, it has sufficient mechanical strength. Further, as shown in FIG. 3, a gas diffusion layer 19 may be provided between the substrate 6 of the power generation element 2 and the first electrode 3. Thereby, the gas which permeate | transmitted the micropore 16 of the micropore part 10 provided in the board | substrate 6 is diffused, reaches | attains the wider range of the 1st electrode 3, and can improve electric power generation efficiency.

次に、図7(d)に示すように、基板6に発電要素2が設けられる側と反対側に、エッチングにより再度基板6を除去する。この除去される表面除去部18は、発電要素2の燃料極3に対向する位置に設けられ、図7(c)の波線のラインで示される。そして、このエッチングにより除去で、第1電極3までガスを透過させる微細孔16を有する微細孔部10が設けられる(S4)。この微細孔16は、エッチングにより微細孔部10の領域にほぼ所定の密度で明けられた微細な孔であり、この微細孔16を燃料ガス24が流通する。このエッチングは、図7(a)に示すように、加工前の基板6の状態で板厚の50%〜90%程度の深さまで除去されているため、より精度の高い除去が可能となる。これにより、エッジングの深さや微細孔16の孔径のばらつきを減少させることができる。   Next, as shown in FIG. 7D, the substrate 6 is removed again by etching on the side opposite to the side where the power generating element 2 is provided on the substrate 6. The removed surface removing portion 18 is provided at a position facing the fuel electrode 3 of the power generation element 2 and is indicated by a wavy line in FIG. Then, the fine hole portion 10 having the fine holes 16 that allow gas to pass to the first electrode 3 is provided by removal by this etching (S4). The fine holes 16 are fine holes formed at a predetermined density in the region of the fine hole portion 10 by etching, and the fuel gas 24 flows through the fine holes 16. As shown in FIG. 7A, this etching is removed to a depth of about 50% to 90% of the plate thickness in the state of the substrate 6 before processing, so that removal with higher accuracy is possible. Thereby, the variation in the depth of edging and the hole diameter of the fine hole 16 can be reduced.

上述したように、燃料電池用セル1の製造方法として、基板6に対して基板6の燃料極3に対向する位置において凹部を形成するように基板6を除去するステップと、基板6を貫通させて燃料極3までガスを透過させる微細孔16を設けるステップとの2つのステップに分けてエッチングが行われる。このように、基板6を2つの除去部分に分けて段階的にエッチングすることで高品質であり発電性能に優れた燃料電池用セル1とすることができる。   As described above, as a method of manufacturing the fuel cell 1, the step of removing the substrate 6 so as to form a recess at a position facing the fuel electrode 3 of the substrate 6 with respect to the substrate 6, Etching is performed in two steps including a step of providing fine holes 16 through which gas passes to the fuel electrode 3. Thus, by dividing the substrate 6 into two removed portions and etching in stages, the fuel cell 1 having high quality and excellent power generation performance can be obtained.

(燃料電池スタックの製造方法)
基板6に隣接されるセパレータ21は、基板6と補強基板7との間にガス供給部15を形成するように設けられる。このように、燃料電池用セル1とセパレータ21とが交互に積層される燃料電池スタック20は、セパレータ21により十分なガス供給部15が確保される。また、補強基板7は、隣接されたガス供給部15同士を連通するガス流路13が設けられるように基板6に接着される。このガス流路13によりガス供給部15が貫通し、燃料電池用セル1にセルガス供給路14aが設けられる。
(Manufacturing method of fuel cell stack)
The separator 21 adjacent to the substrate 6 is provided so as to form the gas supply unit 15 between the substrate 6 and the reinforcing substrate 7. Thus, in the fuel cell stack 20 in which the fuel cell 1 and the separator 21 are alternately stacked, a sufficient gas supply unit 15 is secured by the separator 21. The reinforcing substrate 7 is bonded to the substrate 6 so as to provide a gas flow path 13 that allows the adjacent gas supply portions 15 to communicate with each other. The gas supply section 15 penetrates through the gas flow path 13, and a cell gas supply path 14 a is provided in the fuel cell 1.

第1電極3へは、ガス供給部15及びガス流路13からなるセルガス供給路14aを介して燃料ガス24又は酸化剤ガス25が供給される。また、第2電極4へは、セパレータ21に設けられたセパレータガス供給路14bを介して燃料ガス24又は酸化剤ガス25が供給される。このように、燃料電池スタック20において、燃料ガス24及び酸化剤ガス25のそれぞれのガス供給路14が構成され、高品質な燃料電池スタック20が可能となる。   A fuel gas 24 or an oxidant gas 25 is supplied to the first electrode 3 via a cell gas supply path 14 a including a gas supply unit 15 and a gas flow path 13. In addition, the fuel gas 24 or the oxidant gas 25 is supplied to the second electrode 4 via a separator gas supply path 14 b provided in the separator 21. Thus, in the fuel cell stack 20, the gas supply paths 14 for the fuel gas 24 and the oxidant gas 25 are configured, and a high-quality fuel cell stack 20 is possible.

1,30 燃料電池用セル、2 発電要素,2a 第1発電要素,2b 第2発電要素、3 第1電極(燃料極)、4 第2電極(酸化剤極)、5 電解質、6 基板、7 補強基板(中央部)、8 補強基板(両端部)、9 基板除去凹部、10 微細孔部、11 突出部、12 基板除去部、13 ガス流路、14 ガス供給路,14a セルガス供給路,14b セパレータガス供給路、15 ガス供給部、16 微細孔、17 基板と補強基板との接着面、18 表面除去部、19 ガス拡散層、20,40 燃料電池スタック、21,31 セパレータ,21a,31a 第1セパレータ,21b,31b 第2セパレータ、22,32 燃料ガス流路、23,33 酸化剤ガス流路、24 燃料ガス、25 酸化剤ガス。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,30 Fuel cell, 2 Power generation element, 2a 1st power generation element, 2b 2nd power generation element, 3 1st electrode (fuel electrode), 4 2nd electrode (oxidant electrode), 5 electrolyte, 6 board | substrate, 7 Reinforcement substrate (center portion), 8 Reinforcement substrate (both ends), 9 Substrate removal recess, 10 Micro hole portion, 11 Projection portion, 12 Substrate removal portion, 13 Gas flow path, 14 Gas supply path, 14a Cell gas supply path, 14b Separator gas supply path, 15 gas supply section, 16 micropore, 17 bonding surface between substrate and reinforcing substrate, 18 surface removal section, 19 gas diffusion layer, 20, 40 fuel cell stack, 21, 31 separator, 21a, 31a first 1 separator, 21b, 31b 2nd separator, 22, 32 fuel gas flow path, 23, 33 oxidant gas flow path, 24 fuel gas, 25 oxidant gas.

Claims (10)

基板の一方の面に、燃料極及び酸化剤極のいずれか一方である第1の電極と、電解質と、燃料極及び酸化剤極のいずれか他方である第2の電極と、からなる発電要素が、第1の電極が基板に隣接するように順次積層され、
基板の他方の面には、第1の電極に対向する位置においてエッチングにより除去される基板除去部と、基板から第1の電極と反対側に突出して接着される補強基板とが設けられ、
前記基板除去部は、基板が凹部を形成するように除去される基板除去凹部と、基板を貫通して第1の電極までガスを透過させる微細孔を有する微細孔部とから構成されることを特徴とする燃料電池用セル。
A power generation element comprising, on one surface of the substrate, a first electrode that is one of a fuel electrode and an oxidant electrode, an electrolyte, and a second electrode that is the other of the fuel electrode and the oxidant electrode Are sequentially stacked such that the first electrode is adjacent to the substrate,
The other surface of the substrate is provided with a substrate removing portion that is removed by etching at a position facing the first electrode, and a reinforcing substrate that protrudes and adheres to the opposite side of the first electrode from the substrate,
The substrate removing portion includes a substrate removing concave portion that is removed so that the substrate forms a concave portion, and a fine hole portion that has a fine hole that allows gas to pass through the substrate to the first electrode. A fuel cell.
請求項1に記載の燃料電池用セルであって、補強基板は、基板除去部に連通し、燃料ガス又は酸化剤ガスを第1の電極に供給するガス供給部を形成するよう基板から突出することを特徴とする燃料電池用セル。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the reinforcing substrate communicates with the substrate removing portion and protrudes from the substrate so as to form a gas supply portion that supplies fuel gas or oxidant gas to the first electrode. A fuel cell. 請求項1又は2に記載の燃料電池用セルであって、基板と第1の電極との間には、ガス拡散層が設けられることを特徴とする燃料電池用セル。   3. The fuel cell according to claim 1, wherein a gas diffusion layer is provided between the substrate and the first electrode. 4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の燃料電池用セルであって、基板は、厚さが略0.005mmから略1.0mmの範囲内であり、ニッケル合金、ニッケル・クロームステンレス鋼、又はクロームステンレス鋼からなることを特徴とする燃料電池用セル。   4. The fuel cell according to claim 1, wherein the substrate has a thickness in a range of approximately 0.005 mm to approximately 1.0 mm, and is formed of a nickel alloy, nickel chrome stainless steel. Or a cell for a fuel cell, comprising chrome stainless steel. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の燃料電池用セルを複数個積層してなる燃料電池スタックであって、ガス供給部は、基板、補強基板、及び基板に隣接して設置されるセパレータに包囲されて設けられ、補強基板の一部には、隣接されたガス供給部同士を連通するガス流路が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。   A fuel cell stack comprising a plurality of fuel cell cells according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas supply unit is disposed adjacent to the substrate, the reinforcing substrate, and the substrate. A fuel cell stack, wherein the fuel cell stack is provided so as to be surrounded by a separator, and a gas flow path that connects adjacent gas supply portions to each other is provided in a part of the reinforcing substrate. 請求項5に記載の燃料電池スタックであって、基板には、燃料ガス又は酸化剤ガスを第1の電極に供給するガス供給部及びガス流路からなるセルガス供給路が設けられ、セパレータには、燃料ガス又は酸化剤ガスを第2の電極に供給するセパレータガス供給路が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。   6. The fuel cell stack according to claim 5, wherein the substrate is provided with a cell gas supply path including a gas supply section and a gas flow path for supplying a fuel gas or an oxidant gas to the first electrode, and the separator is provided in the separator. A fuel cell stack comprising a separator gas supply path for supplying a fuel gas or an oxidant gas to the second electrode. 基板の一方の面に、燃料極及び酸化剤極のいずれか一方である第1の電極と、電解質と、燃料極及び酸化剤極のいずれか他方である第2の電極と、からなる発電要素が、第1の電極が基板に隣接するように順次積層される燃料電池用セルの製造方法において、
基板の他方の面に、第1の電極に対向する位置において、エッチングにより凹部を形成するように基板を除去するステップと、
基板の一方の面に、第1の電極と電解質と第2の電極とを積層させるステップと、
基板の他方の面に、エッチングにより基板を貫通させて第1の電極までガスを透過させる微細孔を設けるステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池用セルの製造方法。
A power generation element comprising, on one surface of the substrate, a first electrode that is one of a fuel electrode and an oxidant electrode, an electrolyte, and a second electrode that is the other of the fuel electrode and the oxidant electrode However, in the method of manufacturing a fuel cell, the first electrode is sequentially stacked so that the first electrode is adjacent to the substrate.
Removing the substrate so as to form a recess by etching at a position facing the first electrode on the other surface of the substrate;
Laminating a first electrode, an electrolyte and a second electrode on one side of the substrate;
Providing a fine hole on the other surface of the substrate through the substrate by etching and allowing gas to pass to the first electrode;
A method for producing a cell for a fuel cell, comprising:
請求項7に記載の燃料電池用セルの製造方法であって、基板の他方の面において、基板を補強してガス供給部を形成する補強基板が接着されるステップを備えることを特徴とする燃料電池用セルの製造方法。   8. The fuel cell manufacturing method according to claim 7, further comprising a step of bonding a reinforcing substrate that reinforces the substrate and forms a gas supply portion on the other surface of the substrate. A method for producing a battery cell. 請求項8に記載の燃料電池用セルを複数個積層してなる燃料電池スタックの製造方法であって、基板は、セパレータを介して積層され、セパレータの一方の面は、基板と補強基板との間にガス供給部を形成するように基板に隣接して設置され、セパレータの他方の面は、第2の電極にガスを供給するガス供給路を確保するように基板に隣接して設置されることを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。   9. A method of manufacturing a fuel cell stack comprising a plurality of fuel cell cells according to claim 8, wherein the substrate is laminated via a separator, and one surface of the separator is formed between the substrate and the reinforcing substrate. The separator is installed adjacent to the substrate so as to form a gas supply portion therebetween, and the other surface of the separator is installed adjacent to the substrate so as to secure a gas supply path for supplying gas to the second electrode. A method of manufacturing a fuel cell stack characterized by the above. 請求項9に記載の燃料電池スタックの製造方法であって、第1の電極へは、ガス供給部及びガス流路からなるセルガス供給路を介して燃料ガス又は酸化剤ガスが供給され、第2の電極へは、セパレータに設けられたセパレータガス供給路を介して燃料ガス又は酸化剤ガスが供給されることを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
10. The method of manufacturing a fuel cell stack according to claim 9, wherein fuel gas or oxidant gas is supplied to the first electrode via a cell gas supply path including a gas supply part and a gas flow path, A fuel cell stack is supplied with fuel gas or oxidant gas via a separator gas supply path provided in the separator.
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