JP2015028887A - Fuel battery cell and fuel battery cell stack - Google Patents
Fuel battery cell and fuel battery cell stack Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015028887A JP2015028887A JP2013158341A JP2013158341A JP2015028887A JP 2015028887 A JP2015028887 A JP 2015028887A JP 2013158341 A JP2013158341 A JP 2013158341A JP 2013158341 A JP2013158341 A JP 2013158341A JP 2015028887 A JP2015028887 A JP 2015028887A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current collector
- electrode
- fuel cell
- contact
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料極、空気極及び電解質層を有する平板状部材として構成される燃料電池セル、及びその燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックに関するものである。 The present invention relates to a fuel battery cell configured as a flat plate member having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte layer, and a fuel battery cell stack including the fuel battery cell.
従来より、発電装置の一種である燃料電池として、例えば固体電解質層(固体酸化物層)を備えた固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell ;SOFC)が知られている。固体酸化物形燃料電池は、エネルギー変換効率が50%以上と非常に高く、かつ、小型化が可能であるため、家庭用コジェネレーションシステムや自動車の動力源として開発が行われている。 Conventionally, a solid oxide fuel cell (SOFC) including a solid electrolyte layer (solid oxide layer) is known as a fuel cell which is a kind of power generation device. Solid oxide fuel cells have a very high energy conversion efficiency of 50% or more and can be miniaturized, and therefore are being developed as a power source for household cogeneration systems and automobiles.
具体的には、固体酸化物形燃料電池は、燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とが固体電解質層の両側に配置された平板状の燃料電池セルを備えている(例えば、特許文献1参照)。なお、燃料ガスは水素を生成するためのものであり、酸化剤ガスは酸素を生成するためのものである。そして、水素と酸素とが固体電解質層を介して反応(発電反応)することにより、空気極を正極、燃料極を負極とする直流の電力が発生するようになっている。 Specifically, the solid oxide fuel cell includes a flat fuel cell in which a fuel electrode in contact with the fuel gas and an air electrode in contact with the oxidant gas are disposed on both sides of the solid electrolyte layer (for example, , See Patent Document 1). The fuel gas is for generating hydrogen, and the oxidant gas is for generating oxygen. Then, when hydrogen and oxygen react via a solid electrolyte layer (power generation reaction), DC power is generated with the air electrode as the positive electrode and the fuel electrode as the negative electrode.
また、特許文献1に開示されている固体酸化物形燃料電池では、燃料極及び空気極の各電極の表面において、導電性細条が連続して設けられている。この燃料電池では、導電性細条を通って電子が電極と平行に流れる。つまり、導電性細条が集電体として機能して平面方向の抵抗が低くなる。このため、各電極で発生した電流は、電極と平行な方向に電圧ロスなく流れるようになっている。 Further, in the solid oxide fuel cell disclosed in Patent Document 1, conductive strips are continuously provided on the surfaces of each electrode of the fuel electrode and the air electrode. In this fuel cell, electrons flow parallel to the electrodes through the conductive strips. That is, the conductive strip functions as a current collector and the resistance in the planar direction is reduced. For this reason, the electric current generated at each electrode flows in a direction parallel to the electrode without voltage loss.
ところで、上述した固体酸化物形燃料電池において良好な発電特性を引き出すためには、高温で作動させる必要がある。この場合、発電時の発熱によって燃料電池セルを構成する金属部材やセラミック部材などが膨張し、それら部材の熱膨張差によって部材が反ってしまうことが考えられる。そして、その反りによって、例えば電極と集電体との間の一部、特に電極のコーナー部において剥離が発生してしまうことがある。この結果、集電体と電極を通じて三相界面(反応ガスと電極と固体電解質層との界面)に至るまでの電気抵抗(以下集電抵抗)が大きくなり、また接触している部分にて電流集中が起こることでセル電圧が大きく低下してしまうといった問題が生じる。 By the way, in order to extract good power generation characteristics in the above-described solid oxide fuel cell, it is necessary to operate at a high temperature. In this case, it is conceivable that a metal member or a ceramic member constituting the fuel battery cell expands due to heat generated during power generation, and the member warps due to a difference in thermal expansion between these members. Due to the warpage, for example, peeling may occur at a part between the electrode and the current collector, particularly at the corner of the electrode. As a result, the electrical resistance (hereinafter referred to as current collection resistance) up to the three-phase interface (the interface between the reaction gas, electrode, and solid electrolyte layer) through the current collector and the electrode increases, and the current flows at the contacted part. Due to the concentration, the cell voltage is greatly reduced.
また、特許文献1のように、電極の全体に格子状の導電層(導電性細条)を設置すると、ガス拡散性が低下することによって抵抗が増大し、電圧ロスが大きくなってしまうといった問題が生じる場合がある。 In addition, as in Patent Document 1, when a grid-like conductive layer (conductive strip) is installed on the entire electrode, the gas diffusibility decreases, so that the resistance increases and the voltage loss increases. May occur.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極と集電体との一部が離間した場合でも、セル特性の低下を抑制することができる燃料電池セルを提供することにある。また、別の目的は、上記燃料電池セルを用い、電圧ロスがなく効率よく発電することができる燃料電池セルスタックを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell that can suppress deterioration in cell characteristics even when the electrode and the current collector are partially separated. There is. Another object is to provide a fuel cell stack that uses the fuel cell and can efficiently generate power without voltage loss.
そして上記課題を解決するための手段(手段1)としては、集電のための複数の突起を有する集電体に隣接して配置され、燃料極、空気極及び電解質層を有する平板状部材として構成され、前記燃料極及び前記空気極のうちの少なくとも一方の電極の表面上に、前記集電体の複数の突起が接触しうる集電体接触部位が散点状に設定された燃料電池セルであって、前記電極の表面上に設けられた導電層を備え、前記導電層は、複数の前記集電体接触部位の内部領域に各々設けられ、前記集電体の突起が当接する当接パッド部と、前記電極における特定部分に位置する前記集電体接触部位の前記当接パッド部と、それに隣接する前記集電体接触部位の前記当接パッド部とを繋ぐように形成された結線部とを有することを特徴とする燃料電池セルがある。 And as a means (means 1) for solving the above-mentioned problem, a flat plate member arranged adjacent to a current collector having a plurality of projections for current collection and having a fuel electrode, an air electrode and an electrolyte layer A fuel cell comprising a current collector contact portion configured to be in the form of scattered dots on the surface of at least one of the fuel electrode and the air electrode. And a conductive layer provided on the surface of the electrode, wherein the conductive layer is provided in an inner region of each of the plurality of current collector contact portions, and a contact with which a projection of the current collector contacts Connection formed so as to connect the pad portion, the contact pad portion of the current collector contact portion located in a specific portion of the electrode, and the contact pad portion of the current collector contact portion adjacent thereto A fuel cell comprising: That.
手段1に記載の発明によると、燃料極、空気極及び電解質層によって平板状部材として燃料電池セルが構成されている。このため、燃料電池セルの発電時には、構成部材の熱膨張差に基づいて燃料電池セルが変形し、そのセルの熱変形によって電極の特定部分に反りが生じることがある。そして、電極の反りによって特定部位に位置する集電体接触部位から集電体の突起が離間し、それらの接触がとれなくなる場合がある。本発明の燃料電池セルでは、電極の表面上には、当接パッド部と結線部とを有する導電層が設けられており、特定部位に位置する集電体接触部位の当接パッド部とそれに隣接する集電体接触部位の当接パッド部とが結線部によって電気的に接続されている。従って、電極の反りによって特定部位の集電体接触部位と集電体の突起との接触がとれなくなった場合でも、それと隣接する集電体接触部位の当接パッド部や結線部を通じて十分な集電能力を確保することができる。つまり、電極表面に導電層を設けていることで、集電体が剥離した集電体接触部位と集電体が剥離していない集電体接触部位とが当接パッド部及び結線部を通じて接続していることから、それらの導通が可能となり、発電部の面積の低下を防ぐことができる。このため、本発明の燃料電池セルを用いて燃料電池を構成すると、電圧ロスがなく効率よく発電することができる。 According to the invention described in the means 1, the fuel cell is configured as the flat plate member by the fuel electrode, the air electrode, and the electrolyte layer. For this reason, at the time of power generation of the fuel cell, the fuel cell may be deformed based on the difference in thermal expansion of the constituent members, and the specific portion of the electrode may be warped due to the thermal deformation of the cell. Then, the protrusion of the current collector may be separated from the current collector contact site located at the specific site due to the warping of the electrode, and the contact may not be taken. In the fuel cell of the present invention, a conductive layer having a contact pad portion and a connection portion is provided on the surface of the electrode, and the contact pad portion of the current collector contact portion located at a specific portion and An abutting pad portion of an adjacent current collector contact portion is electrically connected by a connection portion. Therefore, even when the current collector contact portion at the specific portion and the protrusion of the current collector cannot be contacted due to the warpage of the electrode, sufficient current collection is achieved through the contact pad portion or the connection portion of the current collector contact portion adjacent thereto. Electric power can be secured. In other words, by providing a conductive layer on the electrode surface, the current collector contact part from which the current collector is peeled off and the current collector contact part from which the current collector has not been peeled off are connected through the contact pad part and the connection part. Therefore, they can be conducted and a reduction in the area of the power generation unit can be prevented. For this reason, when a fuel cell is constituted using the fuel cell of the present invention, it is possible to efficiently generate power without voltage loss.
導電層を構成する結線部は、電極外縁部に位置する集電体接触部位の当接パッド部と、それよりも電極中央部側にて隣接する集電体接触部位の当接パッド部とを繋ぐように形成されていてもよい。本発明の燃料電池セルにおいて、電極外縁部の反りが大きくなると、その電極外縁部に位置する集電体接触部位と集電体の突起との接触がとれなくなることがある。この場合、電極外縁部に位置する集電体接触部位の当接パッド部とそれよりも電極中央部側にて隣接する集電体接触部位の当接パッド部とが結線部を介して接続されることにより、集電体は、電極中央部側の集電体接触部位の当接パッド部及び結線部を介して電極外縁部の集電体接触部位の当接パッド部から集電することができる。従って、燃料電池セルにおける発電効率の低下を抑制することができる。 The connection portion constituting the conductive layer includes a contact pad portion of the current collector contact portion located on the outer edge portion of the electrode and a contact pad portion of the current collector contact portion adjacent to the electrode center portion side of the contact pad portion. You may form so that it may connect. In the fuel cell of the present invention, when the warpage of the outer edge of the electrode is increased, the current collector contact portion located at the outer edge of the electrode may not be able to contact the protrusion of the current collector. In this case, the contact pad portion of the current collector contact portion located on the outer edge of the electrode is connected to the contact pad portion of the current collector contact portion adjacent to the electrode central portion side through the connection portion. Thus, the current collector can collect current from the contact pad portion of the current collector contact portion of the electrode outer edge portion via the contact pad portion and the connection portion of the current collector contact portion on the electrode center side. it can. Therefore, a decrease in power generation efficiency in the fuel battery cell can be suppressed.
また、導電層を構成する結線部は、電極中央部に位置する集電体接触部位の当接パッド部と、それよりも電極外縁部側にて隣接する集電体接触部位の当接パッド部とを繋ぐように形成されていてもよい。本発明の燃料電池セルにおいて、電極中央部の反りが大きくなると、その電極中央部側に位置する集電体接触部位と集電体の突起との接触がとれなくなることがある。この場合、電極中央部に位置する集電体接触部位の当接パッド部とそれよりも電極外縁部側にて隣接する集電体接触部位の当接パッド部とが結線部を介して接続されることにより、集電体は、電極外縁部側の集電体接触部位の当接パッド部及び結線部を介して電極中央部の集電体接触部位の当接パッド部から集電することができる。従って、燃料電池セルにおける発電効率の低下を抑制することができる。 In addition, the connection part constituting the conductive layer includes a contact pad part of the current collector contact part located in the center part of the electrode, and a contact pad part of the current collector contact part adjacent to the outer edge side of the electrode. It may be formed so as to connect. In the fuel cell of the present invention, when the warpage of the electrode central portion becomes large, the current collector contact portion located on the electrode central portion side may not be able to come into contact with the protrusion of the current collector. In this case, the contact pad portion of the current collector contact portion located at the center of the electrode is connected to the contact pad portion of the current collector contact portion adjacent to the electrode outer edge side through the connecting portion. Thus, the current collector can collect current from the contact pad portion of the current collector contact portion at the center of the electrode via the contact pad portion and the connection portion of the current collector contact portion on the electrode outer edge side. it can. Therefore, a decrease in power generation efficiency in the fuel battery cell can be suppressed.
電極は平面視で四角形状であり、結線部は、電極の各コーナー部に位置する集電体接触部位の当接パッド部と、それに隣接する集電体接触部位の当接パッド部とを繋ぐように形成されていてもよい。燃料電池セルの電極が四角形状である場合、電極のコーナー部の反りが大きくなると、コーナー部に位置する集電体接触部位が集電体の突起から離間し易くなる。本発明の燃料電池セルでは、コーナー部の集電体接触部位とそれに隣接する集電体接触部位とが当接パッド部及び結線部を介して接続されている。このため、集電体は、コーナー部の集電体接触部位から離間した場合でも、コーナー部に隣接する集電体接触部位の当接パッド部及び結線部を介して、離間したコーナー部の集電体接触部位の当接パッド部から集電することができる。従って、燃料電池セルにおける発電効率の低下を抑制することができる。 The electrode has a quadrangular shape in plan view, and the connection portion connects the contact pad portion of the current collector contact portion located at each corner portion of the electrode and the contact pad portion of the current collector contact portion adjacent thereto. It may be formed as follows. When the electrode of the fuel cell has a quadrangular shape, when the warpage of the corner portion of the electrode increases, the current collector contact portion located at the corner portion is easily separated from the protrusion of the current collector. In the fuel battery cell of the present invention, the current collector contact portion at the corner portion and the current collector contact portion adjacent thereto are connected via the contact pad portion and the connection portion. For this reason, even when the current collector is separated from the current collector contact portion of the corner portion, the current collector of the separated corner portion is collected via the contact pad portion and the connection portion of the current collector contact portion adjacent to the corner portion. The current can be collected from the contact pad portion of the electrical contact portion. Therefore, a decrease in power generation efficiency in the fuel battery cell can be suppressed.
導電層は、各コーナー部に位置する集電体接触部位の当接パッド部と、それに隣接する2つの集電体接触部位の当接パッド部とをそれぞれ繋ぐように、平面視L字状に形成されていてもよい。このように導電層を形成すると、集電体は、コーナー部の集電体接触部位から離間した場合でも、隣接する2つの集電体接触部位の当接パッド部及び結線部を介してコーナー部の集電体接触部位の当接パッド部から確実に集電することができる。従って、燃料電池セルにおける発電効率の低下を抑制することができる。 The conductive layer has an L-shape in plan view so as to connect the contact pad portion of the current collector contact portion located at each corner portion and the contact pad portions of the two current collector contact portions adjacent to each other. It may be formed. When the conductive layer is formed in this way, even when the current collector is separated from the current collector contact portion of the corner portion, the corner portion is interposed via the contact pad portion and the connection portion of the two adjacent current collector contact portions. The current can be reliably collected from the contact pad portion of the current collector contact portion. Therefore, a decrease in power generation efficiency in the fuel battery cell can be suppressed.
導電層において集電体接触部位の当接パッド部を除く部分(集電体接触部位からはみ出る結線部などの部分)の面積割合は、集電体接触部位の面積を除いた電極の表面積に対して、1%以上10%以下である。ここで、導電層において当接パッド部を除く部分の面積割合が1%未満である場合、隣接する集電体接触部位の当接パッド部間を接続する結線部の幅が狭くなるため、結線部の集電抵抗が大きくなり、セル特性が低下してしまう。また、導電層において当接パッド部を除く部分の面積割合が10%を越える場合、導電層の面積が大きくなりすぎることで、電極におけるガス拡散性が低下し、セル特性が低下してしまう。従って、燃料電池セルにおいて、当接パッド部を除く部分の面積割合を1%以上10%以下とすることにより、セル特性の低下を回避しつつ、集電能力を確保することができるため、効率よく発電することができる。因みに、特許文献1に開示されている従来の燃料電池では、格子状の導電性細条が集電体として機能するものであり、電極表面には、導電性細条(集電体)の接触部位からはみ出る導電層は設けられていない。 The area ratio of the conductive layer excluding the contact pad part of the current collector contact part (part of the connection part protruding from the current collector contact part) is based on the electrode surface area excluding the area of the current collector contact part. 1% or more and 10% or less. Here, when the area ratio of the portion excluding the contact pad portion in the conductive layer is less than 1%, the width of the connection portion that connects between the contact pad portions of the adjacent current collector contact portions becomes narrow. The current collecting resistance of the part increases and the cell characteristics deteriorate. Moreover, when the area ratio of the part except a contact pad part in a conductive layer exceeds 10%, the gas diffusibility in an electrode will fall by the area of a conductive layer becoming too large, and cell characteristics will fall. Therefore, in the fuel cell, by setting the area ratio of the portion excluding the contact pad portion to 1% or more and 10% or less, it is possible to ensure the current collecting capacity while avoiding the deterioration of the cell characteristics, and thus the efficiency. It can generate electricity well. Incidentally, in the conventional fuel cell disclosed in Patent Document 1, the grid-like conductive strip functions as a current collector, and the electrode surface is in contact with the conductive strip (current collector). There is no conductive layer protruding from the part.
結線部は、集電体接触部位の当接パッド部間を最短距離で直線的に繋いでいてもよい。この場合、結線部の表面積が小さくなり、導電層の設置に起因したガス拡散性の低下を抑えることができる。 The connection part may connect the contact pad parts of the current collector contact portion linearly at the shortest distance. In this case, the surface area of the connection portion is reduced, and a decrease in gas diffusibility due to the installation of the conductive layer can be suppressed.
電極の表面上において、発電時の熱変形により集電体に対して離間する方向の反りが発生する部位に、結線部が形成されている。このように、電極の表面上において、反りが発生する部位のみに結線部を形成することで、ガス拡散性の低下を確実に抑えることができる。 On the surface of the electrode, a connection portion is formed at a site where warpage occurs in a direction away from the current collector due to thermal deformation during power generation. Thus, on the surface of an electrode, by forming a connection part only in the part which generate | occur | produces curvature, the fall of gas diffusivity can be suppressed reliably.
複数の集電体接触部位は、同一の形状及び面積を有し、電極の表面上において縦横に格子状に規則正しく設定されていてもよい。このようにすると、燃料電池セルにおいて集電体の突起と電極表面との間に反応ガスの流路を確保しつつ、本目的の達成が可能となる。 The plurality of current collector contact portions may have the same shape and area, and may be regularly set in a grid pattern vertically and horizontally on the surface of the electrode. If it does in this way, it will become possible to achieve this object, securing the flow path of the reactive gas between the projection of the current collector and the electrode surface in the fuel cell.
導電層は、電極の形成材料よりも低い抵抗値を有する導電材料を用いて形成される。具体的には、導電層は、白金(Pt)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、ランタン(La)、ストロンチウム(Sr)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)の少なくとも1つを含む導電材料を用いて形成される。このような導電材料を用いて導電層を形成すると、導電層を介して電荷移動が容易となり、集電効率を高めることができる。 The conductive layer is formed using a conductive material having a resistance value lower than that of the electrode forming material. Specifically, the conductive layer includes platinum (Pt), silver (Ag), palladium (Pd), lanthanum (La), strontium (Sr), manganese (Mn), cobalt (Co), iron (Fe), copper It is formed using a conductive material containing at least one of (Cu), nickel (Ni), gold (Au), iridium (Ir), ruthenium (Ru), and rhodium (Rh). When a conductive layer is formed using such a conductive material, charge transfer is facilitated through the conductive layer, and current collection efficiency can be increased.
燃料電池セルは固体酸化物形燃料電池に用いられ、導電層が形成される電極が燃料極でも空気極でも良い。空気極である場合を例として挙げると、空気極及び集電体間での電子の授受が導電層を介して効率よく行われ、発電効率を十分に高めることができる。 The fuel cell is used in a solid oxide fuel cell, and the electrode on which the conductive layer is formed may be a fuel electrode or an air electrode. Taking the case of the air electrode as an example, the exchange of electrons between the air electrode and the current collector is efficiently performed through the conductive layer, and the power generation efficiency can be sufficiently increased.
燃料電池セルを構成する電解質層が固体酸化物層である場合、その形成材料としては、例えばZrO2系セラミック、LaGaO3系セラミックなどがある。 In the case where the electrolyte layer constituting the fuel cell is a solid oxide layer, examples of the forming material include ZrO 2 ceramic and LaGaO 3 ceramic.
空気極は、酸化剤となる酸化剤ガスと接触し、燃料電池セルにおける正電極として機能する。ここで、空気極の形成材料としては、例えば、金属材料、金属の酸化物、金属の複合酸化物などを挙げることができる。金属材料の好適例としては、Pt、Au、Ag、Pd、Ir、Ru、Rh等やそれらの合金などがある。金属の酸化物の好適例としては、例えば、La、Sr、Ce、Co、Mn、Feの酸化物(La2O3、SrO、CeO2、Co2O3、MnO2、FeO)などがある。金属の複合酸化物の好適例としては、例えば、La、Pr、Sm、Sr、Ba、Co、Fe、Mnを含有する複合酸化物(La1−xSrxCoO3系複合酸化物、La1−xSrxFeO3系複合酸化物、La1−xSrxCo1−yFeyO3系複合酸化物、La1−xSrxMnO3系複合酸化物、Pr1−xBaxCoO3系複合酸化物、Sm1−xSrxCoO3系複合酸化物)などがある。 The air electrode is in contact with an oxidant gas serving as an oxidant and functions as a positive electrode in the fuel cell. Here, examples of the material for forming the air electrode include a metal material, a metal oxide, and a metal composite oxide. Preferable examples of the metal material include Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, Rh, etc., and alloys thereof. Preferable examples of metal oxides include La, Sr, Ce, Co, Mn, Fe oxides (La 2 O 3 , SrO, CeO 2 , Co 2 O 3 , MnO 2 , FeO). . Preferable examples of metal composite oxides include, for example, composite oxides containing La, Pr, Sm, Sr, Ba, Co, Fe, and Mn (La 1-x Sr x CoO 3 -based composite oxide, La 1 -x Sr x FeO 3-based composite oxide, La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 composite oxide, La 1-x Sr x MnO 3 composite oxide, Pr 1-x Ba x CoO 3 type composite oxide, Sm 1-x Sr x CoO 3 type composite oxide) and the like.
燃料極は、還元剤となる燃料ガスと接触し、燃料電池セルにおける負電極として機能する。ここで、燃料極の形成材料としては、例えば、希土類元素(Sc、Yなど)により安定化されたZrO2系セラミック、及び、希土類元素(Sm、Gdなど)をドープしたCeO2系セラミック等のうち、少なくとも1つのセラミック材料と、Pt、Au、Ag、Pd、Ir、Ru、Rh、Ni、Fe等の金属材料及びそれら金属材料の合金のうちの少なくとも1つと、を混合した金属セラミック材料の混合物(サーメット)を使用することができる。 The fuel electrode is in contact with a fuel gas serving as a reducing agent and functions as a negative electrode in the fuel battery cell. Here, examples of the material for forming the fuel electrode include ZrO 2 ceramics stabilized by rare earth elements (Sc, Y, etc.), and CeO 2 ceramics doped with rare earth elements (Sm, Gd, etc.). Among them, a metal ceramic material in which at least one ceramic material is mixed with at least one of metal materials such as Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, Rh, Ni, Fe and alloys of these metal materials. Mixtures (cermets) can be used.
また、上記課題を解決するための別の手段(手段2)としては、手段1に記載の燃料電池セルと、集電のための複数の突起を有し、前記複数の突起の先端面が前記電極の表面上に設定された前記集電体接触部位に接触するように配置される集電体とを備え、前記燃料電池セルと前記集電体とが複数個ずつ積層されていることを特徴とする燃料電池セルスタックがある。 Further, as another means (means 2) for solving the above-mentioned problem, the fuel cell according to means 1 and a plurality of projections for collecting current are provided, and the front end surfaces of the plurality of projections are A current collector disposed on the surface of the electrode so as to contact the current collector contact portion, and a plurality of the fuel cells and the current collector are stacked. There is a fuel cell stack.
手段2に記載の発明によると、手段1の燃料電池セルと集電体とが複数個ずつ積層されることで燃料電池セルスタックが構成されている。この燃料電池セルスタックでは、発電時の熱変形によって燃料電池セルにおける電極の特定部位の集電体接触部位と集電体の突起との接触がとれなくなった場合であっても、隣接する集電体接触部位の当接パッド部や結線部を通じて十分な集電能力を確保することができる。従って、本発明の燃料電池セルスタックでは、電圧ロスがなく効率よく発電することができる。 According to the invention described in Means 2, the fuel cell stack is configured by laminating a plurality of fuel cells and current collectors of Means 1. In this fuel cell stack, even if the current collector contact portion of the specific portion of the electrode in the fuel cell and the protrusion of the current collector cannot be contacted due to thermal deformation during power generation, the adjacent current collector Sufficient current collection capability can be ensured through the contact pad portion and the connection portion of the body contact portion. Therefore, the fuel cell stack of the present invention can generate power efficiently without any voltage loss.
また、上記の燃料電池セルスタックを用いて構成される燃料電池としては、固体酸化物形燃料電池(SOFC)が挙げられる。本発明の燃料電池セルとしては、固体酸化物形電解セル(SOEC)などの固体酸化物形電気化学セルを含むものとする。 Moreover, a solid oxide fuel cell (SOFC) is mentioned as a fuel cell comprised using said fuel cell stack. The fuel cell of the present invention includes a solid oxide electrochemical cell such as a solid oxide electrolytic cell (SOEC).
以下、本発明を燃料電池に具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a fuel cell will be described in detail with reference to the drawings.
本実施の形態の燃料電池10は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。図1に示されるように、燃料電池10は、発電の最小単位である燃料電池セル11を複数積層してなる燃料電池セルスタック12を備えている。
The
燃料電池セルスタック12は、例えば縦180mm×横180mm×高さ80mmの略直方体形状をなしている。本実施の形態において、燃料電池セルスタック12を構成する燃料電池セル11の積層数は、20枚程度となっている。また、燃料電池セルスタック12には、燃料電池セル11の積層方向における両端部(図1では上端部と下端部)に、エンドプレート14,15が配置されている。さらに、セルスタック12の周縁部には、同スタック12を厚さ方向に貫通する複数の貫通穴が形成されている。そして、各貫通穴に締結ボルト18を挿通させ、セルスタック12の下面から突出するボルト18の下端部分にナット19が螺着されている。このように締結ボルト18及びナット19を用いて各エンドプレート14,15を各燃料電池セル11の積層方向に締め付けることで、複数の燃料電池セル11が固定されるようになっている。また、セルスタック12の両端部に配置されるエンドプレート14,15が、セルスタック12から出力される電流の出力端子となっている。
The
図2に示されるように、セルスタック12を構成する燃料電池セル11は、空気極21、燃料極22及び固体電解質層23を有する平板状部材として構成され、発電反応により電力を発生する。また、セルスタック12には、燃料電池セル11に加えて、コネクタプレート24、セパレータ25、空気極側集電体27及び燃料極側集電体28等が設けられ、それらが複数個ずつ積層されている。
As shown in FIG. 2, the
より詳しくは、コネクタプレート24は、ステンレスなどの導電性材料によって形成されており、燃料電池セル11の厚み方向の両側に一対配置される。各コネクタプレート24により板厚方向での燃料電池セル11間の導通が確保される。隣り合う燃料電池セル11の間に配置されるコネクタプレート24は、インターコネクタとなり、隣り合う燃料電池セル11を区分する。
More specifically, the
セパレータ25は、ステンレスなどの導電性材料によって形成されており、矩形状の開口部29を中央部に有する略矩形枠状をなしている。セパレータ25は、燃料電池セル11間の仕切り板として機能する。
The
固体電解質層23は、例えばイットリア安定化ジルコニア(YSZ)などのセラミック材料(酸化物)によって矩形板状に形成されている。固体電解質層23は、セパレータ25の下面に固定されるとともに、セパレータ25の開口部29を塞ぐように配置されている。固体電解質層23は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。
The
また、固体電解質層23の上面には、セルスタック12に供給された酸化剤ガスに接する空気極21が貼付され、固体電解質層23の下面には、同じくセルスタック12に供給された燃料ガスに接する燃料極22が貼付されている。即ち、空気極21及び燃料極22は、固体電解質層23の両側に配置されている。また、空気極21は、セパレータ25の開口部29内に配置され、セパレータ25と接触しないようになっている。なお、本実施の形態の燃料電池セル11では、セパレータ25の下方に燃料室31が形成されるとともに、セパレータ25の上方に空気室32が形成されている。
An
本実施の形態の燃料電池セル11において、空気極21は、金属の複合酸化物であるLSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3)によって矩形板状に形成されている。また、燃料極22は、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとの混合物(Ni−YSZ)によって矩形板状に形成されている。燃料電池セル11において、空気極21はカソード層として機能し、燃料極22はアノード層として機能する。
In the
空気極21は、空気極側集電体27によってコネクタプレート24に電気的に接続され、燃料極22は、燃料極側集電体28によってコネクタプレート24に電気的に接続されている。空気極側集電体27は、例えばLa、Mn、Ti、Si、C、Ni、Al、Zr等を微量添加したSUS430系フェライト合金等の緻密な金属板からなる。一方、燃料極側集電体28は、燃料ガスの通過が可能なように、例えばニッケル製の多孔体からなる。
The
図2〜図4に示されるように、空気極側集電体27は、集電のための複数の突起35を有しており、それら突起35の先端面が空気極21の表面上にて散点状に設定された集電体接触部位37に接触するよう燃料電池セル11に隣接して配置されている。本実施の形態において、複数の集電体接触部位37は、例えば四角形状の領域であり、同一の形状及び面積を有し、空気極21の表面上において縦横に格子状に規則正しく設定されている。空気極側集電体27における複数の突起35は、同一の形状及びサイズを有する四角形状の突起であり、縦横に格子状に規則正しく配置されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the air electrode side
図4に示されるように、本実施の形態の燃料電池セル11は、空気極21の表面上において、導電層38が設けられている。導電層38は、集電体接触部位37の内側領域に各々設けられ、空気極側集電体27の突起35が当接する当接パッド部39と、隣接する当接パッド部39の間を繋ぐように形成された結線部40とを有する。具体的には、空気極21は平面視で四角形状である。導電層38は、空気極21における特定部位としてのコーナー部41に位置する集電体接触部位37の当接パッド部39とそれに隣接する2つの集電体接触部位37の当接パッド部39とをそれぞれ繋ぐように、平面視L字状に形成されている。導電層38は、銀パラジウム合金(パラジウムの含有量が1〜10mol%の合金)からなり、その厚さは、例えば数十μm程度である。なお、空気極21の各コーナー部41以外に位置する集電体接触部位37の当接パッド部39間には、それらを繋ぐ結線部40は設けられていない。ここで、集電体接触部位37の内側領域とは、空気極側集電体27における四角形状の突起35が接触する領域であって、集電体接触部位37の中央部の領域、つまり四角形状の内側に位置する領域のことを言う。
As shown in FIG. 4, the
燃料電池セル11において、空気極21の表面上にて散点状に設定された複数の集電体接触部位37の内部領域には、それら領域全体を覆うように当接パッド部39が形成されており、当接パッド部39を介して空気極21と空気極側集電体27とが接合されている(図2参照)。本実施の形態の燃料電池セル11では、導電層38において集電体接触部位37の当接パッド部39を除く部分(集電体接触部位37の内側領域からはみ出ている結線部40)の面積割合は、集電体接触部位37の面積を除いた空気極21の表面積に対して5%程度となっている。なお、本実施の形態では、導電層38の結線部40は、集電体接触部位37の内側領域(当接パッド部39)から外側領域に延展する展開パターンであり、隣り合う集電体接触部位37の間に形成されている。つまり、結線部40は、各集電体接触部位37の当接パッド部39間を繋ぐ導線として機能する部分である。
In the
そして、燃料電池10の発電時には、上記のように形成した導電層38(当接パッド部39及び結線部40)を介して空気極21と空気極側集電体27との間で発電反応に伴う電子の授受が行われるようになっている。
During power generation of the
本実施の形態の燃料電池セルスタック12には、各燃料電池セル11の燃料室31に燃料ガスを供給する燃料供給経路(図示略)と、燃料室31から燃料ガスを排出する燃料排出経路(図示略)とが設けられている。また、セルスタック12には、各燃料電池セル11の空気室32に空気を供給する空気供給経路(図示略)と、空気室32から空気を排出する空気排出経路(図示略)とが設けられている。各供給経路及び各排出経路は、燃料電池セルスタック12の側面に設けられたジョイント部(図示略)を介して外部配管(図示略)に接続されている。
In the
次に、本実施の形態における燃料電池セルスタック12の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、例えばSUS430からなる板材を打ち抜いて、コネクタプレート24やセパレータ25を製造する。また、燃料極22のグリーンシート上に、固体電解質層23の材料を印刷し、その上に空気極21の材料を印刷した後焼成する。この焼成によって、空気極21、燃料極22及び固体電解質層23を有する平板状の燃料電池セル11が製造される。
First, for example, a plate material made of SUS430 is punched to manufacture the
その後、燃料電池セル11とセパレータ25とをロウ付けにて固定する。さらに、空気極側集電体27と燃料極側集電体28とを、それぞれ隣接する上部のコネクタプレート24と下部のコネクタプレート24とにロウ付けによって固定する。
Thereafter, the
また、Ag−Pd粉末(Pd:1mol%)とエチルセルロースと有機溶剤とを三本ロール混合することで、Ag−Pd導電性ペーストを作製する。次に、空気極21の表面に、その導電性ペーストをスクリーン印刷し、その後乾燥する。ここでは、各集電体接触部位37に対応する当接パッド部39のパターンとコーナー部41の集電体接触部位37を繋ぐ結線部40のパターンとを導電性ペーストによって形成する。
Moreover, an Ag-Pd conductive paste is produced by mixing three rolls of Ag-Pd powder (Pd: 1 mol%), ethyl cellulose, and an organic solvent. Next, the conductive paste is screen-printed on the surface of the
そして、上述したコネクタプレート24、セパレータ25をロウ付けした燃料電池セル11、空気極側集電体27、燃料極側集電体28などを一体に組み付けるとともに、燃料電池セル11を含むそれら部材を複数積層することで燃料電池セルスタック12を構成する。またこのとき、燃料電池セルスタック12において、貫通孔に締結ボルト18を嵌め込むとともにその先端にナット19を螺合させる。この結果、各燃料電池セル11をその積層方向に押圧した状態で一体化させることにより、燃料電池セルスタック12が組み付けられる。
Then, the above-described
上述した導電性ペーストは、燃料電池10の運転温度(例えば700℃)において、エチルセルロースなどが除去されることで導電層38(銀パラジウム合金)となる。また、燃料電池10の運転温度には、導電層38の銀パラジウム合金が軟化して空気極21と空気極側集電体27とが密着する。なお、運転停止時において、集電体接触部位37の当接パッド部39は、空気極21と空気極側集電体27とを接合して一体化している。
The conductive paste described above becomes the conductive layer 38 (silver palladium alloy) by removing ethyl cellulose and the like at the operating temperature of the fuel cell 10 (for example, 700 ° C.). Further, at the operating temperature of the
次に、本実施の形態の燃料電池10における燃料電池セル11の作用について説明する。
Next, the operation of the
燃料電池10において、例えば、その燃料電池10を稼働温度に加熱した状態で、燃料供給経路から燃料室31に燃料ガスを供給するとともに、空気供給経路から空気室32に酸化剤ガスを供給する。このとき、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とが固体電解質層23を介して反応(発電反応)し、空気極21を正極、燃料極22を負極とする直流の電力が発生する。
In the
燃料電池10の稼動時には、各燃料電池セル11における発電反応によって温度が上昇し700℃の高温となる。このとき、空気極21、燃料極22及び電解質層23のセル部材やコネクタプレート24やセパレータ25等の金属部材が熱によって膨張する。そして、それら部材の熱膨張差に基づいて燃料電池セル11が変形し、空気極21のコーナー部41に反りが生じることがある。図5に示されるように、空気極21においてコーナー部41の反りが大きくなる場合、コーナー部41に位置する集電体接触部位37から空気極側集電体27の突起35が離間し、それらの接触がとれなくなる場合がある。本実施の形態の燃料電池セル11では、空気極21の表面上に導電層38(当接パッド部39及び結線部40)が設けられており、結線部40によってコーナー部41に位置する集電体接触部位37の当接パッド部39とそれに隣接する集電体接触部位37の当接パッド部39とが電気的に接続されている。このため、空気極側集電体27はコーナー部41の集電体接触部位37から離間した場合であっても、コーナー部41に隣接する集電体接触部位37の当接パッド部39及び結線部40を介してコーナー部41の集電体接触部位37から集電される。
During operation of the
本実施の形態のセルスタック12は、燃料電池セル11を複数積層して直列に接続している。このため、燃料電池10では、空気極21に電気的に接続される上側エンドプレート14(正極)と、燃料極22に電気的に接続される下側エンドプレート15(負極)とから直流電力が出力される。
In the
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施の形態の燃料電池セル11では、空気極21の表面において、各コーナー部41に位置する集電体接触部位37と、それに隣接する2つの集電体接触部位37とをそれぞれ繋ぐように、平面視L字状の導電層38(当接パッド部39及び結線部40)が形成されている。このようにすると、燃料電池10の稼動時に、コーナー部41に位置する集電体接触部位37から空気極側集電体27の突起35が離間した場合でも、コーナー部41に隣接する集電体接触部位37の当接パッド部39及び結線部40を介してコーナー部41の集電体接触部位37の当接パッド部39から集電することができる。つまり、電極表面に当接パッド部39及び結線部40を設けていることで、空気極側集電体27が剥離したコーナー部41の集電体接触部位37の当接パッド部39と空気極側集電体27が剥離していない隣接する集電体接触部位37の当接パッド部39とが結線部40を通じて接続していることから、それら集電体接触部位37の導通が可能となる。そして、剥離したコーナー部41の集電体接触部位37にも電子が供給されて酸素分子がイオン化されることにより、発電部の面積の低下を防ぐことができる。従って、燃料電池セル11における発電効率の低下を抑制することができる。
(1) In the
(2)本実施の形態の燃料電池セル11では、導電層38の結線部40(集電体接触部位37の当接パッド部39を除く部分)の面積割合は、集電体接触部位37の面積を除いた空気極21の表面積に対して5%程度となっている。ここで、結線部40の面積割合が1%未満である場合、隣接する集電体接触部位37間を接続する結線部40の幅が狭くなるため、結線部40の集電抵抗が大きくなり、セル特性が低下してしまう。また、結線部40の面積割合が10%を越える場合、導電層38の面積が大きくなりすぎることで、空気極21におけるガス拡散性が低下し、セル特性が低下してしまう。従って、本実施の形態の燃料電池セル11のように、導電層38において集電体接触部位37の内側領域からはみ出ている結線部40の面積割合を5%とすることにより、セル特性の低下を回避しつつ、十分な集電能力を確保することができ、効率よく発電することができる。
(2) In the
(3)本実施の形態の燃料電池セル11において、空気極21の表面上にて散点状に設定された複数の集電体接触部位37の内部領域には、それら領域全体を覆うように当接パッド部39が形成されており、当接パッド部39を介して空気極21と空気極側集電体27とが接合されている。このように構成すると、空気極側集電体27の各突起35と空気極21との間の接触抵抗を低く抑えることができ、集電効率を十分に高めることができる。
(3) In the
(4)本実施の形態の燃料電池セル11において、結線部40は、集電体接触部位37の当接パッド部39間を最短距離で直線的に繋いでいる。この場合、結線部40の表面積が小さくなり、結線部40を設置することによるガス拡散性の低下を抑えることができる。
(4) In the
(5)本実施の形態の燃料電池セル11において、複数の集電体接触部位37は、同一の形状及び面積を有し、空気極21の表面上において縦横に格子状に規則正しく設定されている。このようにすると、燃料電池セル11において空気極側集電体27の突起35と空気極21の表面との間に酸化剤ガスの流路を確保しつつ、空気極側集電体27によって確実に集電することができる。
(5) In the
(6)本実施の形態の燃料電池セル11において、導電層38は、空気極21の形成材料よりも低い抵抗値を有する導電材料(具体的には銀パラジウム合金)を用いて形成される。このような導電材料を用いて導電層38を形成すると、導電層38を介して電荷移動が容易となり、燃料電池セル11の集電効率をより高めることができる。
(6) In the
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。 In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
・上記実施の形態では、空気極21において、各集電体接触部位37の内部領域にはそれら領域全体を覆うように当接パッド部39が形成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、図6に示されるように、集電体接触部位37の内部領域における導電層43(当接パッド部44)のパターンを細く形成してもよい。つまり、集電体接触部位37の内部領域に形成される当接パッド部44を結線部45と等しい幅として、平面視L字状となるように導電層43を形成している。この導電層43も、上記実施の形態の導電層38と同様に、各コーナー部41の集電体接触部位37と、それに隣接する2つの集電体接触部位37とをそれぞれ繋ぐように形成されている。また、中央部側の各集電体接触部位37における内側領域には導電層43(当接パッド部44)が設けられていない。この場合、コーナー部41の集電体接触部位37から空気極側集電体27が剥離した場合でも、隣接する2つの集電体接触部位37の当接パッド部44及び結線部45を介してコーナー部41の集電体接触部位37から集電することができる。従って、燃料電池セル11における発電効率の低下を抑制することができる。
-In above-mentioned embodiment, in the
・上記実施の形態において、各コーナー部41の集電体接触部位37に繋がる導電層38,43はL字状であったが、図7〜図9に示される導電層47,48,49(当接パッド部51,52,53及び結線部54,55,56)のようにその形状は適宜変更してもよい。図7の導電層47はT字状に形成され、図8の導電層48は三角状に形成されている。また、図9の導電層49は四角状に形成されている。これら導電層47〜49も、各コーナー部41の集電体接触部位37の当接パッド部51〜53と、それに隣接する集電体接触部位37の当接パッド部51〜53とをそれぞれ繋ぐように結線部54〜56が形成されている。各導電層47〜49を形成することにより、コーナー部41の集電体接触部位37から空気極側集電体27が剥離した場合でも、隣接する各集電体接触部位37の導電層47〜49(当接パッド部51〜53及び結線部54〜56)を介してコーナー部41の集電体接触部位37から集電することができる。従って、燃料電池セル11における発電効率の低下を抑制することができる。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態では、空気極21の電極平面におけるコーナー部41に導電層38,43,47〜49を形成し、コーナー部41に位置する集電体接触部位37と、それに隣接する集電体接触部位37とを接続するようにしていたが、これに限定されるものではない。例えば、電極中央部に位置する集電体接触部位37が空気極側集電体27の突起35から剥離するように燃料電池セル11が変形する場合もある。この場合、図10に示されるように、空気極21の電極中央部21aに位置する集電体接触部位37とそれよりも電極外縁部21b側にて隣接する集電体接触部位37とを接続するように導電層57(当接パッド部58及び結線部59)を形成してもよい。図10の空気極21には、電極中央部21aの集電体接触部位37の当接パッド部58に対して左右及び上下の四つの集電体接触部位37の当接パッド部58に接続するように結線部59が形成されている。このように導電層57を形成した場合でも、燃料電池セル11における発電効率の低下を抑制することが可能となる。
In the above embodiment, the
また、コーナー部41及び電極中央部21aのいずれかに位置する集電体接触部位37から空気極側集電体27の突起35から剥離する可能性がある場合には、図11に示されるような導電層60(当接パッド部61及び結線部62)を形成してもよい。図11の導電層60においては、電極外縁部21bに配置している複数の集電体接触部位37の当接パッド部61間、及び空気極21の対角線上に配置している複数の集電体接触部位37の当接パッド部61間を繋げるように結線部62が形成されている。このように導電層60を形成した場合でも、燃料電池セル11における発電効率の低下を抑制することが可能となる。
Further, when there is a possibility of peeling from the
・上記実施の形態では、四角形状の空気極21(電極)に導電層38,43,47〜49,57,60を形成するものであったが、電極形状は四角形状に限定されるものではなく、円形状や四角形以外の多角形状の空気極21に導電層を形成してもよい。図12には、円形状の空気極64の電極表面に導電層65(当接パッド部66及び結線部67,68)を形成した具体例を示している。図12の空気極64においても、空気極側集電体が接触する複数の集電体接触部位69が散点状に設けられている。また、空気極64において、直径の異なる2つの円周上となる位置に複数の集電体接触部位69がそれぞれ配設されている。そして、空気極64において、同一円周上に位置する各集電体接触部位69について隣接する集電体接触部位69の当接パッド部66間をそれぞれ繋げるように結線部67が設けられている。さらに、空気極64において、電極外縁部側における右端、左端、上端及び下端の4つの箇所にある集電体接触部位69の当接パッド部66とその集電体接触部位69に対して内側に隣接する集電体接触部位69の当接パッド部66とをそれぞれ繋げるように結線部68が形成されている。このように導電層65を形成すると、特定部位の集電体接触部位69から空気極側集電体の突起が剥離した場合でも、それに隣接する集電体接触部位69の当接パッド部66及び結線部67,68を介して集電することができる。従って、燃料電池セル11における発電効率の低下を抑制することができる。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態では、集電体接触部位37とほぼ等しいサイズの導電層38(当接パッド部39)を形成していたが、これに限定されるものではなく、集電体接触部位37よりもサイズの大きな導電層を形成してもよい。但し、集電体接触部位37よりもサイズの大きな導電層を形成する場合、集電体接触部位37の当接パッド部39から集電体接触部位37の外側にはみ出るパッド拡張部及び結線部40(導電層における当接パッド部39を除く部分)の面積割合を、集電体接触部位37の面積を除いた空気極21の表面積に対して、1%以上10%以下とする。このようにすると、ガス拡散性の低下を抑えつつ、効率よく発電することができる。
In the above embodiment, the conductive layer 38 (contact pad portion 39) having a size substantially equal to that of the current
・上記実施の形態では、空気極21,64の表面に導電層38,43,47〜49,57,60,65を形成するものであったが、燃料極22の表面に導電層を形成してもよい。なおこの場合でも、燃料極側集電体28は複数の突起を有し、燃料極22には燃料極側集電体28の突起が接触しうる集電体接触部位が散点状に設定される。そして、燃料極22の表面には、燃料極側集電体28が剥離し易い集電体接触部位と、それに隣接する集電体接触部位と繋げるように導電層を形成する。このように燃料電池セル11を構成しても、十分な集電能力を確保することができるため、電圧ロスがなく効率よく発電することができる。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態では、集電体接触部位37(空気極側集電体27の各突起35)の形状は正四角形状であったが、長方形、円形や楕円形などの形状に変更してもよい。
In the above embodiment, the shape of the current collector contact portion 37 (each
・上記実施の形態では、固体酸化物形燃料電池10の運転温度によって、導電性ペーストを焼成して導電層38,43,47〜49,57,60,65を形成していたが、導電層38,43,47〜49,57,60,65を形成するための焼成工程を別途行うことで燃料電池セルスタック12を製造してもよい。また、燃料電池セル11における空気極21、燃料極22及び固体電解質層23の焼成工程と同時に導電層38,43,47〜49,57,60,65を形成してもよい。
In the above embodiment, the conductive paste is baked to form the
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。 Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiments described above are listed below.
(1)手段1において、前記結線部は、電極外縁部に位置する前記集電体接触部位の前記当接パッド部と、それよりも電極中央部側にて隣接する前記集電体接触部位の前記当接パッド部とを繋ぐように形成されていることを特徴とする燃料電池セル。 (1) In the means 1, the wire connecting portion includes the contact pad portion of the current collector contact portion located on the outer edge portion of the electrode and the current collector contact portion adjacent to the electrode central portion side of the contact pad portion. A fuel cell, wherein the fuel cell is formed so as to connect to the contact pad portion.
(2)手段1において、前記結線部は、電極中央部に位置する前記集電体接触部位の前記当接パッド部と、それよりも電極外縁部側にて隣接する前記集電体接触部位の前記当接パッド部とを繋ぐように形成されていることを特徴とする燃料電池セル。 (2) In the means 1, the wire connecting portion is formed between the contact pad portion of the current collector contact portion located in the center portion of the electrode and the current collector contact portion adjacent to the electrode outer edge side. A fuel cell, wherein the fuel cell is formed so as to connect to the contact pad portion.
(3)手段1において、前記結線部は、前記集電体接触部位の前記当接パッド部間を最短距離で直線的に繋いでいることを特徴とする燃料電池セル。 (3) The fuel cell according to (1), wherein the connection portion linearly connects the contact pad portions of the current collector contact portion with a shortest distance.
(4)手段1において、前記電極の表面上において、発電時の熱変形により前記集電体に対して離間する方向の反りが発生する部位に、前記結線部が形成されていることを特徴とする燃料電池セル。 (4) The means 1 is characterized in that the connection portion is formed on a surface of the electrode where warpage in a direction away from the current collector occurs due to thermal deformation during power generation. Fuel cell.
(5)手段1において、前記複数の集電体接触部位は、同一の形状及び面積を有し、前記電極の表面上において縦横に格子状に規則正しく設定されていることを特徴とする燃料電池セル。 (5) The fuel cell according to (1), wherein the plurality of current collector contact portions have the same shape and area, and are regularly set in a grid pattern vertically and horizontally on the surface of the electrode. .
(6)手段1において、前記導電層は、前記電極の形成材料よりも低い抵抗値を有する導電材料を用いて形成されることを特徴とする燃料電池セル。 (6) The fuel cell according to means 1, wherein the conductive layer is formed using a conductive material having a resistance value lower than that of the electrode forming material.
(7)手段1において、前記導電層は、白金(Pt)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、ランタン(La)、ストロンチウム(Sr)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)の少なくとも1つを含む導電材料を用いて形成されることを特徴とする燃料電池セル。 (7) In means 1, the conductive layer comprises platinum (Pt), silver (Ag), palladium (Pd), lanthanum (La), strontium (Sr), manganese (Mn), cobalt (Co), iron (Fe ), Copper (Cu), nickel (Ni), gold (Au), iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), and a conductive material. Fuel cell.
(8)手段1において、固体酸化物形燃料電池に用いられ、前記導電層が形成される前記電極が前記空気極であることを特徴とする燃料電池セル。 (8) The fuel cell according to means 1, wherein the electrode is used for a solid oxide fuel cell, and the electrode on which the conductive layer is formed is the air electrode.
10…燃料電池
11…燃料電池セル
12…燃料電池セルスタック
21,64…空気極
22…燃料極
23…固体電解質層
27…集電体としての空気極側集電体
35…突起
37,69…集電体接触部位
38,43,47〜49,57,60,65…導電層
39,44,51〜53,58,61,66…当接パッド部
40,45,54〜56,59,62,67,68…結線部
41…コーナー部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電極の表面上に設けられた導電層を備え、
前記導電層は、複数の前記集電体接触部位の内部領域に各々設けられ、前記集電体の突起が当接する当接パッド部と、前記電極における特定部分に位置する前記集電体接触部位の前記当接パッド部と、それに隣接する前記集電体接触部位の前記当接パッド部とを繋ぐように形成された結線部とを有することを特徴とする燃料電池セル。 Adjacent to a current collector having a plurality of protrusions for current collection, and configured as a flat plate member having a fuel electrode, an air electrode and an electrolyte layer, and at least one of the fuel electrode and the air electrode On the surface of the electrode, a fuel battery cell in which a current collector contact portion capable of contacting a plurality of protrusions of the current collector is set in a scattered shape,
Comprising a conductive layer provided on the surface of the electrode;
The conductive layer is provided in an inner region of each of the plurality of current collector contact portions, and a contact pad portion with which a protrusion of the current collector contacts, and the current collector contact portion positioned at a specific portion of the electrode And a connection portion formed so as to connect the contact pad portion of the current collector contact portion adjacent to the contact pad portion.
集電のための複数の突起を有し、前記複数の突起の先端面が前記電極の表面上に設定された前記集電体接触部位に接触するように配置される集電体と
を備え、前記燃料電池セルと前記集電体とが複数個ずつ積層されている
ことを特徴とする燃料電池セルスタック。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of protrusions for current collection, and a current collector disposed such that tip surfaces of the plurality of protrusions are in contact with the current collector contact portion set on the surface of the electrode, A fuel cell stack, wherein a plurality of the fuel cells and the current collector are laminated.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013158341A JP6125940B2 (en) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Fuel cell and fuel cell stack |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013158341A JP6125940B2 (en) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Fuel cell and fuel cell stack |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015028887A true JP2015028887A (en) | 2015-02-12 |
JP6125940B2 JP6125940B2 (en) | 2017-05-10 |
Family
ID=52492489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013158341A Expired - Fee Related JP6125940B2 (en) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Fuel cell and fuel cell stack |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6125940B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016152923A1 (en) * | 2015-03-26 | 2016-09-29 | 日本特殊陶業株式会社 | Electrochemical reaction unit and fuel cell stack |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005166423A (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Nissan Motor Co Ltd | Solid oxide fuel cell |
JP2006139955A (en) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Dainippon Printing Co Ltd | Solid oxide fuel cell |
JP2008135360A (en) * | 2006-10-24 | 2008-06-12 | Ngk Insulators Ltd | Thin plate for unit cell of solid oxide fuel battery |
JP2009099308A (en) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Solid oxide fuel cell |
JP2010073566A (en) * | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Nissan Motor Co Ltd | Solid electrolyte fuel cell and method of manufacturing the same |
-
2013
- 2013-07-30 JP JP2013158341A patent/JP6125940B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005166423A (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Nissan Motor Co Ltd | Solid oxide fuel cell |
JP2006139955A (en) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Dainippon Printing Co Ltd | Solid oxide fuel cell |
JP2008135360A (en) * | 2006-10-24 | 2008-06-12 | Ngk Insulators Ltd | Thin plate for unit cell of solid oxide fuel battery |
JP2009099308A (en) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Solid oxide fuel cell |
JP2010073566A (en) * | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Nissan Motor Co Ltd | Solid electrolyte fuel cell and method of manufacturing the same |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016152923A1 (en) * | 2015-03-26 | 2016-09-29 | 日本特殊陶業株式会社 | Electrochemical reaction unit and fuel cell stack |
JPWO2016152923A1 (en) * | 2015-03-26 | 2017-10-05 | 日本特殊陶業株式会社 | Electrochemical reaction unit and fuel cell stack |
US10665870B2 (en) | 2015-03-26 | 2020-05-26 | Morimura Sofc Technology Co., Ltd. | Electrochemical reaction unit and fuel cell stack |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6125940B2 (en) | 2017-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107408711B (en) | Fuel cell stack | |
JP6677913B2 (en) | Single fuel cell | |
JP6595581B2 (en) | Electrochemical reaction unit and fuel cell stack | |
JP2009277411A (en) | Method of manufacturing of solid oxide fuel cell | |
JPWO2016152924A1 (en) | Electrochemical reaction unit and fuel cell stack | |
JP5254588B2 (en) | Solid oxide fuel cell module | |
JP6161983B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
JP6389133B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP6204106B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
JP6125940B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
JP6460261B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack | |
JP6951676B2 (en) | Fuel cell unit | |
JP5373668B2 (en) | Single cell for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell | |
KR101289171B1 (en) | Planar Solid Oxide Fuel Cell Without Manifold Sealing | |
JP6177836B2 (en) | Method for producing bonding material precursor and method for producing electrochemical reaction cell stack | |
JP6125941B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
JP5846936B2 (en) | Fuel cell | |
JP6808396B2 (en) | Electrochemical reaction single cell and electrochemical reaction cell stack | |
JP2015204219A (en) | Fuel cell, and fuel cell stack | |
JP2016039004A (en) | Fuel battery | |
JPH0722058A (en) | Flat solid electrolyte fuel cell | |
JP7121083B2 (en) | Cathode materials, electrochemical reaction single cells and electrochemical reaction cell stacks | |
JP6734707B2 (en) | Current collecting member-electrochemical reaction single cell composite and electrochemical reaction cell stack | |
JP6393714B2 (en) | Electrochemical reaction cell and electrochemical reaction cell stack | |
JP2022067233A (en) | Electrochemical reaction cell stack |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160413 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170314 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170315 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170406 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6125940 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |