JP2015144113A - 燃料電池の構造体、及び、燃料電池のスタック構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マニホールドの天板(支持板210)の表面には、複数のセル100の一端部を挿入するための複数の挿入孔211が形成される。各セル100の一端部が対応する挿入孔211にそれぞれ遊嵌される。接合材300は、各セル100の一端部と対応する挿入孔211とを接合・シールする。接合材300は、ホウ素を含有する物質で構成される。接合材300における「マニホールドの内部空間に向いた表面」(=燃料電池の稼働中にて燃料ガスが通過する空間に向いた表面)、及び「マニホールドの外部空間に向いた表面」(=燃料電池の稼働中にて空気が通過する空間に向いた表面)が、それぞれ、ホウ素を含有しない物質で構成されたコーティング膜310、320で覆われる。
【選択図】図21
Description
先ず、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池(SOFC)のスタック構造体に使用されるセル100について説明する。図1に示すように、このセル100は、長手方向(x軸方向)を有する平板状の支持基板10の上下面(互いに平行な両側の主面(平面))のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数(本例では、4つ)の同形の発電素子部Aが長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。
(1/2)・O2+2e−→O2− (於:空気極60) …(1)
H2+O2−→H2O+2e− (於:燃料極20) …(2)
次に、図1に示した「横縞型」のセル100の製造方法の一例について図6〜図14を参照しながら簡単に説明する。図6〜図14において、各部材の符号の末尾の「g」は、その部材が「焼成前」であることを表す。
次に、上述したセル100を用いた本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池(SOFC)のスタック構造体について説明する。図15に示すように、このスタック構造体は、多数のセル100と、多数のセル100のそれぞれに燃料ガスを供給するための燃料ガスのマニホールド200と、を備えている。マニホールド200の全体は、ステンレス鋼等の材料で構成されている。
上述したように、接合材300を構成する物質には、接合材300のシール機能を高めるため、ホウ素(B)が含まれる。これは、接合材300にホウ素が含まれることによって、接合材300(より具体的には、接合材300の前駆体であるペースト)の「ぬれ性」が高まり、接合材300によって接合される部分(表面)の密着性が高まることに基づく。
以上、本発明の実施形態に係るSOFCのスタック構造体では、接合材300における「燃料ガスが通過する空間に向いた表面」が、ホウ素を含有しない物質で構成されたコーティング膜310で覆われる。従って、上述した「発明の概要」の欄で述べた「接合材からのホウ素の蒸発に起因してホウ素が燃料極に供給される現象」が発生し得ない(或いは、発生し難くなる)。この結果、上述した「燃料極に含まれるニッケル粒子の肥大化による燃料極の反応抵抗の増大」の問題が発生しなくなる(或いは、発生し難くなる)。
この試験では、図15〜図21に示したSOFCのスタック構造体について、接合材300の材質、コーティング膜310、320の材質、コーティング膜310、320の厚さ(μm)、及び、コーティング膜310、320の気孔率(体積%)の組み合わせが異なる複数のサンプルが作製された。具体的には、表1に示すように、11種類の水準が準備された。各水準に対して1個のサンプル(スタック構造体)が作製された。水準4〜11では、コーティング膜310、320の両方が設けられているが、水準1では、コーティング膜310、320の両方が設けられていない。水準2では、コーティング膜310のみが設けられ、コーティング膜320は設けられていない。水準3では、コーティング膜320のみが設けられ、コーティング膜310は設けられていない。
Claims (8)
- 燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に位置する固体電解質と、を含んで構成されるセルと、
前記セルと、前記燃料極に供給される燃料ガスと前記空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材であって、接合材を用いて前記セルに接合される仕切り部材と、
を含む、燃料電池の構造体であって、
前記接合材は、ホウ素を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、ホウ素を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池の構造体。 - それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と前記複数のセルの一端部とを連通するための1つ又は複数の孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記孔に対応して位置付けられ、
前記接合材が、前記各孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記孔と前記セルの一端部との間に存在する空間に充填されるよう設けられることによって、前記各孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、ホウ素を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記マニホールドを介して前記ガス流路に供給される燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、ホウ素を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。 - それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と連通するとともに前記複数のセルの一端部を挿入するための複数の挿入孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記挿入孔に遊嵌され、
前記接合材が、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記挿入孔の内壁と前記セルの一端部の外壁との間に存在する隙間に少なくとも進入するよう設けられることによって、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、ホウ素を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記マニホールドを介して前記ガス流路に供給される燃料ガスが通過する空間に向いた表面が、ホウ素を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。 - 燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に位置する固体電解質と、を含んで構成されるセルと、
前記セルと、前記燃料極に供給される燃料ガスと前記空気極に供給される酸素を含むガスとの混合を防止するための仕切り部材であって、接合材を用いて前記セルに接合される仕切り部材と、
を含む、燃料電池の構造体であって、
前記接合材は、ホウ素を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、ホウ素を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池の構造体。 - それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と前記複数のセルの一端部とを連通するための1つ又は複数の孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記孔に対応して位置付けられ、
前記接合材が、前記各孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記孔と前記セルの一端部との間に存在する空間に充填されるよう設けられることによって、前記各孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、ホウ素を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、ホウ素を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。 - それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿うガス流路が形成された支持基板と、前記支持基板の表面に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を含む複数のセルと、
前記各セルが支持板の表面から前記長手方向に沿ってそれぞれ突出し且つ前記複数のセルがスタック状に整列するように、前記各セルの前記長手方向の一端部を接合材を用いてそれぞれ接合・支持する支持板と、
マニホールドの内部空間と前記複数のセルの前記ガス流路のそれぞれの一端部とが連通するように、前記支持板が設けられるガスのマニホールドと、
を備えた燃料電池のスタック構造体であって、
前記支持板の表面には、前記マニホールドの内部空間と連通するとともに前記複数のセルの一端部を挿入するための複数の挿入孔が形成され、
前記各セルの一端部が、対応する前記挿入孔に遊嵌され、
前記接合材が、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部との接合部のそれぞれにおいて前記挿入孔の内壁と前記セルの一端部の外壁との間に存在する隙間に少なくとも進入するよう設けられることによって、前記各挿入孔と対応する前記セルの一端部とがそれぞれ接合され、
前記接合材は、ホウ素を含有する物質で構成されるとともに、前記接合材における、前記燃料電池の稼働中にて前記酸素を含むガスが通過する空間に向いた表面が、ホウ素を含有しない物質の膜で覆われた、燃料電池のスタック構造体。 - 請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記ホウ素を含有しない物質の膜が多孔質膜であり、
前記膜の厚さが1〜10μmであり、且つ、前記膜の気孔率が10〜40体積%である、燃料電池の構造体。 - 請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記ホウ素を含有する物質が、結晶化度が60%以上の結晶化ガラスであり、
前記ホウ素を含有しない物質も、結晶化度が60%以上の結晶化ガラスである、燃料電池の構造体。
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