JP2015183252A - Cell stack and electrolytic module, and electrolytic apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cell stack, an electrolytic module, and an electrolytic apparatus, in each of which peeling of a coating layer from a conductive substrate and diffusion of Cr to an electrode layer from the conductive substrate can be reduced.SOLUTION: A conductive member 4 is formed by coating the surface of a current collecting substrate 41 made of an alloy containing Cr with a coating layer 43 made of ceramics, and includes a first conductive piece 4a joined to a first fuel cell 3s and a second conductive piece 4b joined to a second fuel cell 3. A coating layer 43 on a first principal plane 4g on the side where the first and second conductive pieces 4a, 4b are joined to the fuel cell 3 is thicker than a coating layer 43 on a second principal plane 4j opposite to the first principal plane 4g. The first principal plane 4g of the first conductive piece 4a and the second conductive piece 4b, and the side plane formed continuously from the first principal plane 4g are joined to the fuel cell 3 by a conductive joint member 13.

Description

本発明は、導電基板が被覆層で被覆された導電部材を用いて複数の電解セルを電気的に接続してなるセルスタックおよび電解モジュールならびに電解装置に関する。   The present invention relates to a cell stack, an electrolysis module, and an electrolysis apparatus in which a plurality of electrolysis cells are electrically connected using a conductive member having a conductive substrate covered with a coating layer.

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(空気等)とを用いて、例えば、600〜1000℃の高温下で発電する固体酸化物形の燃料電池セル、および、燃料電池セルを集電部材(導電部材)を介して複数個電気的に直列に接続してなるセルスタックが知られている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, as a next-generation energy, using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air or the like), for example, a solid oxide fuel cell that generates power at a high temperature of 600 to 1000 ° C., and A cell stack in which a plurality of fuel cells are electrically connected in series via a current collecting member (conductive member) is known (see, for example, Patent Document 1).

この特許文献1では、集電部材として耐熱性が必要であるため、Crを含有する合金からなる集電基板(導電基板)の表面を、Crの拡散を低減するセラミックスからなる被覆層で被覆したものが使用されている。集電基板はプレス加工による剪断力で所定形状に切断等され、この後に、集電基板の表面に、ディッピングやスパッタリング法等により被覆層が被覆され、これにより集電部材が構成されている。   In this Patent Document 1, since heat resistance is required as a current collecting member, the surface of a current collecting substrate (conductive substrate) made of an alloy containing Cr is covered with a coating layer made of ceramics that reduces Cr diffusion. Things are used. The current collecting substrate is cut into a predetermined shape by a shearing force by pressing, and thereafter, the surface of the current collecting substrate is coated with a coating layer by dipping, sputtering, or the like, thereby constituting a current collecting member.

特開2005−339904号公報JP 2005-339904 A

しかしながら、従来、集電基板を被覆する被覆層の厚みについて、燃料電池セルに接合される部分とそうでない部分との関係について何ら考慮されていなかったため、集電基板からの被覆層の剥離や集電基板からのCrの拡散が生じるおそれがあった。   However, conventionally, no consideration has been given to the thickness of the coating layer covering the current collector substrate between the portion joined to the fuel cell and the portion that is not, so that the coating layer is peeled off or collected from the current collector substrate. There was a risk of Cr diffusion from the electric substrate.

本発明は、導電基板からの被覆層の剥離およびCrの電極層への拡散を低減できるセルスタックおよび電解モジュールならびに電解装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a cell stack, an electrolytic module, and an electrolytic device that can reduce peeling of a coating layer from a conductive substrate and diffusion of Cr into an electrode layer.

本発明のセルスタックは、電解セルと導電部材とを交互に配列し、前記電解セルと前記導電部材とを導電性接合材で接合し、複数の前記電解セルを電気的に接続してなるセルスタックであって、前記導電部材が、Crを含有する合金からなる導電基板をセラミックスからなる被覆層で被覆してなり、かつ第1の前記電解セルに接合する第1導電片と、第2の前記電解セルに接合する第2導電片とを具備するとともに、前記第1導電片および前記第2導電片の前記電解セルと接合する側の第1主面における前記被覆層の厚みが、前記第1主面に対向する第2主面における前記被覆層の厚みよりも厚く、かつ、前記第1導電片および前記第2導電片の第1主面および該第1主面から連続して形成された側面が、前記導電性接合材で前記電解セルに接合されていることを特徴とする。   The cell stack of the present invention is a cell in which electrolytic cells and conductive members are alternately arranged, the electrolytic cells and the conductive members are bonded with a conductive bonding material, and a plurality of the electrolytic cells are electrically connected. A first conductive piece that is a stack, the conductive member is formed by coating a conductive substrate made of an alloy containing Cr with a coating layer made of ceramics, and is joined to the first electrolysis cell; And a thickness of the coating layer on the first main surface of the first conductive piece and the second conductive piece on the side to be joined to the electrolytic cell. It is thicker than the thickness of the coating layer on the second main surface opposite to the one main surface, and is formed continuously from the first main surface and the first main surface of the first conductive piece and the second conductive piece. The side surface of the electrolysis cell is made of the conductive bonding material. The combined wherein the are.

また、本発明の電解モジュールは、上記セルスタックを、収納容器内に収納してなることを特徴とする。   The electrolytic module of the present invention is characterized in that the cell stack is stored in a storage container.

さらに、本発明の電解装置は、上記電解モジュールと、該電解モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。   Furthermore, the electrolysis apparatus of the present invention is characterized in that the electrolysis module and an auxiliary machine for operating the electrolysis module are housed in an outer case.

本発明のセルスタックによれば、導電基板からの電解セルへのCrの拡散を低減できるとともに、第1主面および第2主面における被覆層の剥離を低減できる。従って、このようなセルスタックを電解モジュールおよび電解装置に用いることにより、長期信頼性を向上することができる。   According to the cell stack of the present invention, it is possible to reduce the diffusion of Cr from the conductive substrate to the electrolytic cell, and to reduce the peeling of the coating layer on the first main surface and the second main surface. Therefore, long-term reliability can be improved by using such a cell stack for an electrolytic module and an electrolytic apparatus.

セルスタック装置を示すもので、(a)は側面図、(b)は(a)の一部を拡大して示す横断面図である。The cell stack apparatus is shown, (a) is a side view, (b) is an enlarged cross-sectional view showing a part of (a). 図1の集電部材を抜粋して示す斜視図である。It is a perspective view which extracts and shows the current collection member of FIG. (a)は図2に示す集電部材のA−A線から見た側面図、(b)は図2に示す集電部材のB−B線断面図である。(A) is the side view seen from the AA line of the current collection member shown in FIG. 2, (b) is the BB sectional drawing of the current collection member shown in FIG. (a)は図3(b)に示す集電部材の導電片を拡大して示す断面図、(b)は(a)のC−C線断面図である。(A) is sectional drawing which expands and shows the conductive piece of the current collection member shown in FIG.3 (b), (b) is CC sectional view taken on the line of (a). 集電部材の製造工程の前半を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the first half of the manufacturing process of a current collection member. 集電部材の製造工程の後半を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the second half of the manufacturing process of a current collection member. 図1のセルスタックにおける燃料電池セルと集電部材との接合状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the joining state of the fuel cell and current collection member in the cell stack of FIG. 図1のセルスタックを収納容器に収納してなる燃料電池モジュールを分解して示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which decomposes | disassembles and shows the fuel cell module formed by accommodating the cell stack of FIG. 1 in a storage container. 燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fuel cell apparatus which accommodates a fuel cell module in an exterior case.

図1はセルスタック装置を示すもので、このセルスタック装置1は、電解セルの一種である固体酸化物形の燃料電池セル3を複数有している。複数の燃料電池セル3は、内部にガス流路12を有し、一対の対向する主面をもつ全体的に見て柱状の導電性支持体7と、この導電性支持体7の一方の主面上に内側電極層である燃料極層8と、固体電解質層9と、外側電極層である酸素極層10とをこの順に配置してなる発電部を備えている。導電性支持体7の他方の主面には、インターコネクタ層11を配置し、柱状(中空平板状)の燃料電池セル3が構成されている。   FIG. 1 shows a cell stack device. This cell stack device 1 has a plurality of solid oxide fuel cells 3 which are a kind of electrolytic cells. The plurality of fuel cells 3 each have a gas flow path 12 therein, and have a pair of opposed main surfaces as a whole, a columnar conductive support 7, and one main support of the conductive support 7. On the surface, there is provided a power generation unit in which a fuel electrode layer 8 as an inner electrode layer, a solid electrolyte layer 9, and an oxygen electrode layer 10 as an outer electrode layer are arranged in this order. An interconnector layer 11 is disposed on the other main surface of the conductive support 7 to constitute a columnar (hollow flat plate) fuel cell 3.

そして、燃料電池セル3の複数個を1列に配列し、隣接する燃料電池セル3間に集電部材(導電部材)4が配置されている。燃料電池セル3と集電部材4とは、詳しくは後述するが、導電性接合材13を介して接合されており、それにより、複数個の燃料電池セル3を、集電部材4を介して電気的および機械的に接合して、セルスタック2を構成している。   A plurality of fuel cells 3 are arranged in a row, and current collecting members (conductive members) 4 are arranged between adjacent fuel cells 3. As will be described in detail later, the fuel cell 3 and the current collecting member 4 are joined via a conductive bonding material 13, whereby a plurality of fuel cells 3 are joined via the current collecting member 4. The cell stack 2 is configured by electrical and mechanical joining.

また、インターコネクタ層11の外面にはP型半導体層(図示せず)を設けることもできる。集電部材4を、P型半導体層を介してインターコネクタ層11に接続させることより、両者の接触がオーム接触となって電位降下を少なくすることができる。   Also, a P-type semiconductor layer (not shown) can be provided on the outer surface of the interconnector layer 11. By connecting the current collecting member 4 to the interconnector layer 11 via the P-type semiconductor layer, the contact between them becomes an ohmic contact, and the potential drop can be reduced.

セルスタック2を構成する各燃料電池セル3の下端部は、ガスタンク6の開口部に、ガラス等のシール材14により固定されており、これにより、ガスタンク6内の燃料ガスを、燃料電池セル3の内部に設けられたガス流路12を介して燃料電池セル3の燃料極層8に供給することができる。   The lower end portion of each fuel cell 3 constituting the cell stack 2 is fixed to the opening of the gas tank 6 with a sealing material 14 such as glass, whereby the fuel gas in the gas tank 6 is transferred to the fuel cell 3. Can be supplied to the fuel electrode layer 8 of the fuel cell 3 via the gas flow path 12 provided inside the fuel cell.

図1に示すセルスタック装置1においては、燃料電池セル3のガス流路12の内部を燃料ガスとして水素含有ガスが流れるとともに、燃料電池セル3の外側、特に燃料電池セル3の間に配置された集電部材4の内部空間Sを酸素含有ガス(空気)が流れる構成となる。それにより、燃料極層8にガスタンク6から燃料ガスが供給され、酸素極層10に酸素
含有ガスが供給されることで、燃料電池セル3の発電が行なわれる。
In the cell stack device 1 shown in FIG. 1, a hydrogen-containing gas flows as a fuel gas inside the gas flow path 12 of the fuel cell 3 and is disposed outside the fuel cell 3, particularly between the fuel cells 3. The oxygen-containing gas (air) flows through the internal space S of the current collecting member 4. As a result, the fuel gas is supplied from the gas tank 6 to the fuel electrode layer 8 and the oxygen-containing gas is supplied to the oxygen electrode layer 10, thereby generating power in the fuel cell 3.

セルスタック装置1は、燃料電池セル3の配列方向xの両端から、セルスタック2を挟持するように、弾性変形可能な導電性の挟持部材5を配置して構成され、この挟持部材5の下端部は、ガスタンク6に固定されている。挟持部材5は、セルスタック2の両端に位置するように設けられた平板部5aと、燃料電池セル3の配列方向xに沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック2(燃料電池セル3)の発電により生じる電流を引き出すための電流引出部5bとを有している。   The cell stack device 1 is configured by arranging an elastically deformable conductive holding member 5 so as to hold the cell stack 2 from both ends in the arrangement direction x of the fuel cells 3, and a lower end of the holding member 5. The part is fixed to the gas tank 6. The sandwiching member 5 has a flat plate portion 5a provided so as to be positioned at both ends of the cell stack 2, and a shape extending outward along the arrangement direction x of the fuel cells 3, and the cell stack 2 (fuel cell) And a current extraction part 5b for extracting a current generated by the power generation of 3).

以下に、図1の燃料電池セル3を構成する各部材について説明する。   Below, each member which comprises the fuel cell 3 of FIG. 1 is demonstrated.

燃料極層8は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素酸化物が固溶しているZrO(安定化ジルコニアと称する)とNiおよび/またはNiOとで構成することができる。 As the fuel electrode layer 8, generally known ones can be used, and porous conductive ceramics such as ZrO 2 (referred to as stabilized zirconia) in which a rare earth element oxide is dissolved, Ni and / or Or it can comprise with NiO.

固体電解質層9は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、3〜15モル%の希土類元素酸化物が固溶したZrOで構成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて構成してもよい。 The solid electrolyte layer 9 has a function as an electrolyte that bridges electrons between the electrodes, and at the same time, has to have a gas barrier property in order to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. 3 to 15 mol% of a rare earth element oxide is formed of ZrO 2 as a solid solution. In addition, as long as it has the said characteristic, you may comprise using another material etc.

酸素極層10は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるABO型のペロブスカイト型複合酸化物からなる導電性セラミックスで構成することができる。酸素極層10はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30〜50%の範囲とすることができる。酸素極層10としては、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するランタンマンガナイト(LaSrMnO)、ランタンフェライト(LaSrFeO)、ランタンコバルタイト(LaSrCoO)などの少なくとも一種を用いることができる。 The oxygen electrode layer 10 is not particularly limited as long as it is generally used. For example, the oxygen electrode layer 10 can be made of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite complex oxide. The oxygen electrode layer 10 needs to have gas permeability, and can have an open porosity of 20% or more, particularly 30 to 50%. As the oxygen electrode layer 10, for example, at least one of lanthanum manganite (LaSrMnO 3 ), lanthanum ferrite (LaSrFeO 3 ), lanthanum cobaltite (LaSrCoO 3 ) and the like in which Mn, Fe, Co, etc. exist at the B site is used. Can do.

インターコネクタ層11は、導電性セラミックスで構成することができるが、燃料ガス(水素含有ガス)および酸素含有ガス(空気等)と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、例えば、ランタンクロマイト(LaCrO)を用いることができる。インターコネクタ層11は、導電性支持体7に存在する複数のガス流路12を流通する燃料ガス、および導電性支持体7の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度であることが好ましい。 The interconnector layer 11 can be made of conductive ceramics, but needs to have reduction resistance and oxidation resistance because it comes in contact with a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air, etc.). For example, lanthanum chromite (LaCrO 3 ) can be used. The interconnector layer 11 is dense in order to prevent leakage of the fuel gas flowing through the plurality of gas flow paths 12 existing in the conductive support 7 and the oxygen-containing gas flowing outside the conductive support 7. The relative density is preferably 93% or more, particularly 95% or more.

導電性支持体7としては、燃料ガスを燃料極層8まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ層11を介して集電するために導電性であることが必要とされる。したがって、導電性支持体7としては、かかる要求を満足する材質を用いる必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。   The conductive support 7 needs to be gas permeable in order to allow the fuel gas to pass to the fuel electrode layer 8 and further to be conductive in order to collect current through the interconnector layer 11. Is done. Therefore, as the conductive support 7, it is necessary to use a material that satisfies this requirement. For example, conductive ceramics or cermet can be used.

なお、燃料電池セル3を作製するにあたり、燃料極層8または固体電解質層9との同時焼成により導電性支持体7を作製する場合においては、鉄属金属成分と特定希土類元素酸化物とから導電性支持体7を構成することができる。また、導電性支持体7は、ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35〜50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は50S/cm以上、さらには300S/cm以上、440S/cm以上にしてもよい。   When the fuel cell 3 is manufactured, when the conductive support 7 is manufactured by co-firing with the fuel electrode layer 8 or the solid electrolyte layer 9, the conductive battery 7 is electrically conductive from the iron group metal component and the specific rare earth element oxide. The support 7 can be configured. Further, the conductive support 7 preferably has an open porosity of 30% or more, particularly 35 to 50% in order to have gas permeability, and the conductivity is 50 S / cm or more, Furthermore, it may be 300 S / cm or more and 440 S / cm or more.

さらに、P型半導体層(図示せず)としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタ層11を構成するランタン
クロマイトよりも電子伝導性が大きいもの、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するランタンマンガナイト(LaSrMnO)、ランタンフェライト(LaSrFeO)、ランタンコバルタイト(LaSrCoO)などの少なくとも一種からなるP型半導体セラミックスを用いることができる。このようなP型半導体層の厚みは、一般に、30〜100μmの範囲とすることが好ましい。
Furthermore, as a P-type semiconductor layer (not shown), a layer made of a transition metal perovskite oxide can be exemplified. Specifically, those having higher electron conductivity than lanthanum chromite constituting the interconnector layer 11, for example, lanthanum manganite (LaSrMnO 3 ), lanthanum ferrite (LaSrFeO 3 ) in which Mn, Fe, Co, etc. exist at the B site. P-type semiconductor ceramics made of at least one kind such as lanthanum cobaltite (LaSrCoO 3 ) can be used. In general, the thickness of such a P-type semiconductor layer is preferably in the range of 30 to 100 μm.

導電性接合材13は、燃料電池セル3と集電部材4とを接合するもので、導電性セラミックス等を用いて構成することができる。導電性セラミックスとしては、酸素極層10を構成するものと同様のものを用いることができ、酸素極層10と同じ成分により構成すると、酸素極層10と導電性接合材13との接合強度が高くなるため好ましい。   The conductive joining material 13 joins the fuel cell 3 and the current collecting member 4 and can be configured using conductive ceramics or the like. As the conductive ceramic, one similar to that constituting the oxygen electrode layer 10 can be used. When the conductive ceramic is composed of the same components as the oxygen electrode layer 10, the bonding strength between the oxygen electrode layer 10 and the conductive bonding material 13 is high. Since it becomes high, it is preferable.

具体的には、導電性接合材13として、LaSrCoFeO、LaSrMnO、LaSrCoO等を用いることができる。これらの材料を単一の材料を用いて作製してもよく、2種以上組み合わせて導電性接合材13を作製してもよい。 Specifically, LaSrCoFeO 3 , LaSrMnO 3 , LaSrCoO 3 or the like can be used as the conductive bonding material 13. These materials may be produced using a single material, or the conductive bonding material 13 may be produced by combining two or more kinds.

また、導電性接合材13は、粒径の異なる異種材料により構成してもよく、粒径の同じ異種材料により構成してもよい。さらに、粒径の異なる同材料により構成してもよく、粒径の同じ同材料により構成してもよい。異なる粒径を用いた場合には微粒の粒径を0.1〜0.5μm、粗粒の粒径を1.0〜3.0μmとすることが好ましい。また同じ粒径で導電性接合材13を構成する場合は、粒径が0.5〜3μmとすることが好ましい。   Further, the conductive bonding material 13 may be made of different materials having different particle diameters, or may be made of different materials having the same particle diameter. Furthermore, it may be composed of the same material having different particle diameters, or may be composed of the same material having the same particle diameter. When different particle diameters are used, it is preferable that the fine particle diameter is 0.1 to 0.5 μm and the coarse particle diameter is 1.0 to 3.0 μm. Moreover, when comprising the electroconductive joining material 13 with the same particle size, it is preferable that a particle size shall be 0.5-3 micrometers.

このように、異なる粒径の材料を用いて導電性接合材13を作製することにより、粒径の大きな粗粒が導電性接合材13の強度を向上させるとともに、粒径の小さな微粒が導電性接合材13の焼結性を向上させることができる。   Thus, by producing the conductive bonding material 13 using materials having different particle sizes, coarse particles having a large particle size improve the strength of the conductive bonding material 13, and fine particles having a small particle size are made conductive. The sinterability of the bonding material 13 can be improved.

次に、集電部材4について図2〜4を用いて説明する。図2に示す集電部材4は、隣接する一方の燃料電池セル3と接合される複数の第1導電片(第1導電片)4aと、隣接する他方の燃料電池セル3と接合される複数の第2導電片(第2導電片)4bと、複数の第1集電片4aおよび複数の第2集電片4bの一端同士を連結する第1連結部4cと、複数の第1集電片4aおよび複数の第2集電片4bの他端同士を連結する第2連結部4dとを一組のユニットとしている。そして、これらのユニットの複数組が、燃料電池セル3の長手方向に導電性連結片4eにより連結されて構成されている。第1集電片4aおよび第2集電片4bは、燃料電池セル3に接合される部位となっている。また、第1集電片4aと第2集電片4bとの間が、酸素含有ガスが通過する空間Sとされている。   Next, the current collecting member 4 will be described with reference to FIGS. The current collecting member 4 shown in FIG. 2 includes a plurality of first conductive pieces (first conductive pieces) 4a joined to one adjacent fuel cell 3 and a plurality joined to the other adjacent fuel cell 3. Second conductive piece (second conductive piece) 4b, a plurality of first current collecting pieces 4a and a first connecting portion 4c for connecting one ends of the plurality of second current collecting pieces 4b, and a plurality of first current collecting pieces The piece 4a and the second connecting portion 4d that connects the other ends of the plurality of second current collecting pieces 4b are used as a set of units. A plurality of sets of these units are connected in the longitudinal direction of the fuel battery cell 3 by the conductive connecting piece 4e. The first current collecting piece 4 a and the second current collecting piece 4 b are portions joined to the fuel cell 3. Further, a space S through which the oxygen-containing gas passes is defined between the first current collecting piece 4a and the second current collecting piece 4b.

燃料電池セル3において、上述したように、固体電解質層9を介して燃料極層8と、酸素極層10とが対向する部位が発電する部位となる。それゆえ、燃料電池セル3の発電部で発電された電流を効率よく集電するにあたり、集電部材4の燃料電池セル3の長手方向に沿った長さは、燃料電池セル3における酸素極層10の長手方向における長さと同等以上とすることがよい。集電部材4の構造はこれに限定されるものではない。   In the fuel cell 3, as described above, the portion where the fuel electrode layer 8 and the oxygen electrode layer 10 face each other through the solid electrolyte layer 9 is a portion that generates power. Therefore, in order to efficiently collect the current generated by the power generation unit of the fuel cell 3, the length of the current collecting member 4 along the longitudinal direction of the fuel cell 3 is the oxygen electrode layer in the fuel cell 3. It is preferable that the length is equal to or greater than 10 in the longitudinal direction. The structure of the current collecting member 4 is not limited to this.

集電部材4は、セルスタック装置1の作動時に高温の酸化雰囲気に曝されることから、集電基板(導電基板)41の表面全体に被覆層43を形成してなり、これにより、集電部材4の劣化を低減することができる。被覆層43の厚みは、1〜20μm、特には、1.5〜5μmであることが望ましい。なお、図4では、集電基板41の表面全体に被覆層43を形成した状態を示し、集電基板41の断面を示す斜線は省略している。   Since the current collecting member 4 is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere during the operation of the cell stack apparatus 1, a covering layer 43 is formed on the entire surface of the current collecting substrate (conductive substrate) 41, thereby collecting the current collecting member. Deterioration of the member 4 can be reduced. The thickness of the coating layer 43 is preferably 1 to 20 μm, particularly 1.5 to 5 μm. FIG. 4 shows a state in which the covering layer 43 is formed on the entire surface of the current collecting substrate 41, and oblique lines indicating a cross section of the current collecting substrate 41 are omitted.

集電部材4は、耐熱性および高温の酸化性雰囲気で導電性を有する必要があるため、集電基板41は、Crを含有する合金により作製されている。特には、集電部材4は、高温の酸化雰囲気に曝されることから、集電基板41は4〜30質量%の割合でCrを含有す
る合金で構成されている。集電基板41は、例えば、Fe−Cr系の合金やNi−Cr系の合金等により作製できる。集電基板41は高温用(600〜1000℃)の導電基体である。
Since the current collecting member 4 needs to have conductivity in a heat-resistant and high-temperature oxidizing atmosphere, the current collecting substrate 41 is made of an alloy containing Cr. In particular, since the current collecting member 4 is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere, the current collecting substrate 41 is made of an alloy containing Cr at a rate of 4 to 30% by mass. The current collecting substrate 41 can be made of, for example, a Fe—Cr alloy or a Ni—Cr alloy. The current collecting substrate 41 is a conductive substrate for high temperature (600 to 1000 ° C.).

また、集電基板41のCrが燃料電池セル3、特に酸素極層10に拡散することを低減するために、被覆層43として、Znの酸化物、あるいはLaおよびSrを含有するペロブスカイト型複合酸化物等を用いることができる。被覆層43はCrの拡散を低減できればよく、上記材料以外であっても良い。   Further, in order to reduce the diffusion of Cr in the current collecting substrate 41 into the fuel cell 3, particularly the oxygen electrode layer 10, the coating layer 43 has a Zn oxide, or a perovskite complex oxide containing La and Sr. A thing etc. can be used. The coating layer 43 only needs to reduce the diffusion of Cr and may be other than the above materials.

第1集電片4aおよび第2集電片4bは、図3に示すように、断面矩形状であり、燃料電池セル3の配列方向xに対して垂直な面の第1主面4g(燃料電池セル3に接合される主面である)、燃料電池セル3の配列方向xと平行な面の第1側面4hおよび第2側面4i、第1主面4gと対向する面の第2主面4jを有している。言い換えると、燃料電池セル3と対向する面である第1主面4gと、第1主面4gの両側に隣り合う第1側面4hおよび第2側面4iと、第1主面4gと対向する第2主面4jとを有している。第1側面4hおよび第2側面4iが、集電基板41の厚み方向に平行な側面である。第1主面4gおよび第2主面4jの面積は、第1側面4hおよび第2側面4iの面積よりも十分に大きい。   As shown in FIG. 3, the first current collecting piece 4 a and the second current collecting piece 4 b have a rectangular cross section and a first main surface 4 g (fuel) perpendicular to the arrangement direction x of the fuel cells 3. The second main surface of the surface opposite to the first side surface 4h, the second side surface 4i, and the first main surface 4g, which are parallel to the arrangement direction x of the fuel cells 3. 4j. In other words, the first main surface 4g, which is the surface facing the fuel cell 3, the first side surface 4h and the second side surface 4i adjacent to both sides of the first main surface 4g, and the first main surface 4g. 2 main surfaces 4j. The first side surface 4 h and the second side surface 4 i are side surfaces parallel to the thickness direction of the current collector substrate 41. The areas of the first main surface 4g and the second main surface 4j are sufficiently larger than the areas of the first side surface 4h and the second side surface 4i.

そして、第1集電片4a、第2集電片4bの燃料電池セル3と接合する側の第1主面4gにおける被覆層43の厚みt1が、第1主面4gに対向する第2主面4jにおける被覆層43の厚みt2よりも厚く形成されている。特に、第1主面4gにおける被覆層43の厚みt1は、第2主面4jにおける被覆層43の厚みt2の1.1倍以上、さらには1.2倍以上であることが望ましい。一方、被覆層43の剥離を抑制するという点から、厚みt1は厚みt2の2倍以下、さらには1.5倍以下であることが望ましい。第2主面4jにおける被覆層43の厚みt2は、1μm以上、特には、1〜5μmであることが望ましい。   And thickness t1 of the coating layer 43 in the 1st main surface 4g of the side joined to the fuel cell 3 of the 1st current collection piece 4a and the 2nd current collection piece 4b is the 2nd main main surface which opposes the 1st main surface 4g. The surface 4j is formed thicker than the thickness t2 of the coating layer 43. In particular, the thickness t1 of the covering layer 43 on the first main surface 4g is preferably 1.1 times or more, and further 1.2 times or more than the thickness t2 of the covering layer 43 on the second main surface 4j. On the other hand, from the viewpoint of suppressing the peeling of the coating layer 43, the thickness t1 is preferably not more than twice the thickness t2, and more preferably not more than 1.5 times. The thickness t2 of the coating layer 43 on the second main surface 4j is preferably 1 μm or more, and particularly 1 to 5 μm.

さらには、第1集電片4a、第2集電片4bの燃料電池セル3と接合する側の第1主面4gにおける被覆層43の厚みt1が、第1側面4hおよび第2側面4iにおける被覆層43の厚みt3よりも厚く形成されている。これにより、燃料電池セル3との距離が短く、かつ面積が大きい第1主面4gからのCrの拡散を低減できる。また、第1側面4hおよび第2側面4iにおける被覆層43の厚みt3は、第1集電片4a、第2集電片4bの燃料電池セル3と接合する側の第1主面4gにおける被覆層43の厚みt1よりも薄いため、導電性接合材13が第1側面4hおよび第2側面4iの一部を被覆していない場合でも被膜層43の剥離を低減できる。   Further, the thickness t1 of the coating layer 43 on the first main surface 4g on the side where the first current collecting piece 4a and the second current collecting piece 4b are joined to the fuel battery cell 3 is the same as that on the first side surface 4h and the second side surface 4i. The covering layer 43 is formed thicker than the thickness t3. Thereby, the diffusion of Cr from the first main surface 4g having a short distance and a large area with the fuel cell 3 can be reduced. Further, the thickness t3 of the coating layer 43 on the first side surface 4h and the second side surface 4i is the coating on the first main surface 4g on the side where the first current collecting piece 4a and the second current collecting piece 4b are joined to the fuel cell 3. Since the thickness is smaller than the thickness t1 of the layer 43, the peeling of the coating layer 43 can be reduced even when the conductive bonding material 13 does not cover the first side surface 4h and the second side surface 4i.

第1側面4hおよび第2側面4iにおける被覆層43の厚みは、第2主面4jにおける被覆層43の厚みt2よりも厚く形成されていることが望ましい。これにより、第1側面4hおよび第2側面4iからの導電性接合材13を介した燃料電池セルへのCrの拡散を低減できる。   The thickness of the coating layer 43 on the first side surface 4h and the second side surface 4i is desirably formed thicker than the thickness t2 of the coating layer 43 on the second main surface 4j. Thereby, the spreading | diffusion of Cr to the fuel cell via the electroconductive joining material 13 from the 1st side surface 4h and the 2nd side surface 4i can be reduced.

集電基板41の角部は丸められており、図3(b)に示すように、その曲率は、酸素極層10に接合される第1集電片4aにおいては、第1主面4gと第1側面4hおよび第2側面4iとでなす角部(酸素極層10側の角部)が、第2主面4jと第1側面4hおよび第2側面4iとでなす角部(インターコネクタ層11側の角部)よりも小さく設定されている。第1主面4gと第1側面4hおよび第2側面4iとでなす角部の曲率が小さいため、セラミックスからなる被覆層43が厚い場合であっても被覆層43におけるクラック等を抑制でき、Cr被毒による影響が大きい酸素極層10へのCrの拡散をさらに抑制できる。   The corners of the current collecting substrate 41 are rounded, and as shown in FIG. 3B, the curvature of the current collecting substrate 41 is the same as that of the first main surface 4g in the first current collecting piece 4a joined to the oxygen electrode layer 10. Corners formed by the first side surface 4h and the second side surface 4i (corners on the oxygen electrode layer 10 side) are formed by the second main surface 4j, the first side surface 4h, and the second side surface 4i (interconnector layer). Is set smaller than the corner portion on the 11 side. Since the curvature of the corner formed by the first main surface 4g, the first side surface 4h and the second side surface 4i is small, cracks and the like in the coating layer 43 can be suppressed even when the coating layer 43 made of ceramics is thick, and Cr It is possible to further suppress the diffusion of Cr into the oxygen electrode layer 10 which is greatly affected by poisoning.

また、インターコネクタ層11に接合される第2集電片4bにおいては、第1主面4gと第1側面4hおよび第2側面4iとでなす角部の曲率が、第2主面4jと第1側面4hおよび第2側面4iとでなす角部の曲率よりも大きく設定されている。   Further, in the second current collecting piece 4b joined to the interconnector layer 11, the curvature of the corner formed by the first main surface 4g, the first side surface 4h, and the second side surface 4i is the second main surface 4j and the second main surface 4j. It is set to be larger than the curvature of the corner formed by the first side surface 4h and the second side surface 4i.

次に、集電部材4の作製方法について説明する。図5(a)に示すように、下型19a1と上型19b1とを具備したプレス加工機の下型19a1上に、一枚の矩形状をした厚みが例えば0.1〜1mmの板状の集電基板41を載置する。この後、図5(b)に示すように、上型19b1を下降させることにより、図5(c)に示すような、集電基板41の幅方向に延びるスリットを形成する。スリットを形成する形状の上型19b1を、スリット部分がくり抜かれた下型19a1の穴内に挿入して、剪断力により集電基板41にスリットを形成する。   Next, a method for producing the current collecting member 4 will be described. As shown to Fig.5 (a), on the lower mold | type 19a1 of the press machine provided with the lower mold | type 19a1 and the upper mold | type 19b1, the plate-shaped thickness which made the shape of one rectangle 0.1-1 mm, for example A current collecting board 41 is placed. Thereafter, as shown in FIG. 5B, the upper mold 19b1 is lowered to form a slit extending in the width direction of the current collecting substrate 41 as shown in FIG. 5C. The upper die 19b1 having a shape for forming a slit is inserted into the hole of the lower die 19a1 in which the slit portion is cut out, and the slit is formed in the current collecting substrate 41 by a shearing force.

そして、図6(d)に示すように、集電基板41の角部を丸めるような下型19a2と上型19b2とで挟持して、集電基板41の主面側を押圧することにより、図6(e)に示すように、集電基板41の角部を丸めることができ、この部分に被覆層43を容易に形成できるようになる。下型19a2および上型19b2の角部の曲率を調整することにより、第1集電片4aにおいて、集電基板41の酸素極層10側の角部の曲率を、インターコネクタ層11側の角部の曲率よりも小さくできる。   And as shown in FIG.6 (d), by clamping between the lower mold | type 19a2 and the upper mold | type 19b2 which round the corner | angular part of the current collection board | substrate 41, by pressing the main surface side of the current collection board | substrate 41, As shown in FIG. 6E, the corners of the current collecting substrate 41 can be rounded, and the covering layer 43 can be easily formed on this portion. By adjusting the curvatures of the corners of the lower die 19a2 and the upper die 19b2, the curvature of the corners on the oxygen electrode layer 10 side of the current collecting substrate 41 in the first current collecting piece 4a is changed to the corner on the interconnector layer 11 side. It can be smaller than the curvature of the part.

この後、集電基板41表面に、図6(f)に示すように、例えばスパッタリング法により被覆層43を形成することにより集電部材4を構成することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 6F, the current collecting member 4 can be formed by forming a coating layer 43 on the surface of the current collecting substrate 41 by sputtering, for example.

なお、図5(c)、図6(d)〜(f)は断面図であるが、集電基板41における斜線を省略した。   5C and FIGS. 6D to 6F are cross-sectional views, but the oblique lines in the current collecting substrate 41 are omitted.

スパッタリングは、先ず、第1集電片4aの第1主面4gが上側となるように配置された集電基板41の上方に蒸着源を配置し、集電基板41の表面に被覆層を形成し、この後、第2集電片4bの第1主面4gが上側となるように配置された集電基板41の上方に蒸着源を配置し、集電基板41の表面に被覆層を形成し、集電基板41の表面に被覆層を所定厚み形成する。   In the sputtering, first, an evaporation source is arranged above the current collecting substrate 41 arranged so that the first main surface 4g of the first current collecting piece 4a is on the upper side, and a coating layer is formed on the surface of the current collecting substrate 41 Thereafter, the vapor deposition source is arranged above the current collecting substrate 41 arranged so that the first main surface 4g of the second current collecting piece 4b is on the upper side, and a coating layer is formed on the surface of the current collecting substrate 41 Then, a coating layer is formed on the surface of the current collecting substrate 41 with a predetermined thickness.

そして、集電基板41の第1集電片4aと第2集電片4bとの間の空間Sに、スパッタを遮断する板状のマスクを挿入し、第1集電片4aの第1主面4gが上側となるように配置された集電基板41の上方に蒸着源を配置し、集電基板41の表面に被覆層を形成し、この後、第2集電片4bの第1主面4gが上側となるように配置された集電基板41の上方に蒸着源を配置し、集電基板41の表面に被覆層を形成する。これにより、第1集電片4a、第2集電片4bの第1主面4gにおける被覆層43の厚みを、第1主面4gに対向する第2主面4jにおける被覆層43の厚みよりも厚く形成できる。   Then, a plate-like mask for blocking sputtering is inserted into the space S between the first current collecting piece 4a and the second current collecting piece 4b of the current collecting substrate 41, and the first main piece of the first current collecting piece 4a is inserted. A vapor deposition source is arranged above the current collecting substrate 41 arranged so that the surface 4g is on the upper side, a coating layer is formed on the surface of the current collecting substrate 41, and then the first main piece of the second current collecting piece 4b is formed. A vapor deposition source is arranged above the current collecting substrate 41 arranged so that the surface 4 g is on the upper side, and a coating layer is formed on the surface of the current collecting substrate 41. Thereby, the thickness of the coating layer 43 on the first main surface 4g of the first current collecting piece 4a and the second current collecting piece 4b is larger than the thickness of the coating layer 43 on the second main surface 4j facing the first main surface 4g. Can also be formed thick.

次に、集電部材4と燃料電池セル3との導電性接合材13による接合状態について、図7を用いて説明する。   Next, the joining state of the current collecting member 4 and the fuel cell 3 by the conductive joining material 13 will be described with reference to FIG.

図7に示すように集電部材4と燃料電池セル3とは導電性接合材13を介して接合されている。つまり、導電性接合材13により、集電部材4と燃料電池セル3とは電気的および機械的に接続されている。導電性接合材13は、第1主面4g、第1側面4hおよび第2側面4iを覆うように設けられており、第1側面4hおよび第2側面4iに位置する導電性接合材13はそれぞれ接合される燃料電池セル3側の方に多くなるように(メニスカスを形成するように)設けられている。また、集電部材4の全周を被覆することにより、第1集電片4a、第2集電片4bを完全に覆うように導電性接合材13を設けてもよい。   As shown in FIG. 7, the current collecting member 4 and the fuel cell 3 are joined via a conductive joining material 13. That is, the current collecting member 4 and the fuel cell 3 are electrically and mechanically connected by the conductive bonding material 13. The conductive bonding material 13 is provided so as to cover the first main surface 4g, the first side surface 4h, and the second side surface 4i, and the conductive bonding material 13 located on the first side surface 4h and the second side surface 4i is respectively It is provided so as to increase toward the fuel cell 3 to be joined (so as to form a meniscus). Moreover, you may provide the electroconductive joining material 13 so that the 1st current collection piece 4a and the 2nd current collection piece 4b may be covered completely by coat | covering the perimeter of the current collection member 4. FIG.

すなわち、図7では、導電性接合材13は、燃料電池セル3と集電部材4とを接合するために配置されており、燃料電池セル3の酸素極層10側には、酸素極層10の全面にわたり設けられている。燃料電池セル3のインターコネクタ層11側には、導電性接合材13がインターコネクタ層11の全面にわたり設けられている。なお、酸素極層10やインターコネクタ層11の一部にのみ導電性接合材13を設けて、集電部材4と燃料電池セル3とを接合してもよい。   That is, in FIG. 7, the conductive bonding material 13 is arranged for bonding the fuel cell 3 and the current collecting member 4, and the oxygen electrode layer 10 is disposed on the oxygen electrode layer 10 side of the fuel cell 3. It is provided over the entire surface. A conductive bonding material 13 is provided over the entire surface of the interconnector layer 11 on the interconnector layer 11 side of the fuel cell 3. Alternatively, the current collector 4 and the fuel cell 3 may be joined by providing the conductive joining material 13 only on part of the oxygen electrode layer 10 or the interconnector layer 11.

Crの拡散を低減するには被覆層43の厚みが厚い方が良いが、合金からなる集電基板41の表面をセラミックスからなる被覆層43で被覆しているため、被覆層43の厚みが厚いと、集電基板41の表面から剥離し易い傾向にある。   In order to reduce the diffusion of Cr, it is better that the thickness of the coating layer 43 is thick. However, since the surface of the current collector substrate 41 made of an alloy is covered with the coating layer 43 made of ceramics, the thickness of the coating layer 43 is thick. And tends to peel off from the surface of the current collecting substrate 41.

これに対して、本実施形態では、燃料電池セル3に接合する第1集電片4a、第2集電片4bの第1主面4gにおける被覆層43の厚みt1が、第1主面4gに対向する第2主面4jにおける被覆層43の厚みt2よりも厚いため、集電基板41からの燃料電池セル3へのCrの拡散を低減できるとともに、第1主面4gおよび該第1主面4gから連続して形成された第1側面4hおよび第2側面4iが、導電性接合材13で燃料電池セル3に接合されているため、第1主面4gにおける被覆層43の剥離を低減できる。   On the other hand, in the present embodiment, the thickness t1 of the coating layer 43 on the first main surface 4g of the first current collecting piece 4a and the second current collecting piece 4b joined to the fuel cell 3 is the first main surface 4g. Is thicker than the thickness t2 of the coating layer 43 on the second main surface 4j opposite to the first main surface 4j, it is possible to reduce the diffusion of Cr from the current collecting substrate 41 to the fuel cell 3 and to reduce the first main surface 4g and the first main surface 4g. Since the first side surface 4h and the second side surface 4i formed continuously from the surface 4g are bonded to the fuel cell 3 by the conductive bonding material 13, the peeling of the coating layer 43 on the first main surface 4g is reduced. it can.

次に、セルスタック装置1を収納容器21内に収納してなる燃料電池モジュール20について図8を用いて説明する。   Next, the fuel cell module 20 in which the cell stack device 1 is stored in the storage container 21 will be described with reference to FIG.

図8に示す燃料電池モジュール20は、燃料電池セル3にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器22をセルスタック2の上方に配置して構成されている。そして、改質器22で生成された燃料ガスは、ガス流通管23を介してガスタンク6に供給され、ガスタンク6を介して燃料電池セル3の内部に設けられたガス流路12に供給される。   A fuel cell module 20 shown in FIG. 8 includes a reformer 22 for reforming raw fuel such as natural gas or kerosene to generate fuel gas in order to obtain fuel gas used in the fuel cell 3. It is arranged above the cell stack 2. The fuel gas generated by the reformer 22 is supplied to the gas tank 6 through the gas flow pipe 23 and supplied to the gas flow path 12 provided inside the fuel battery cell 3 through the gas tank 6. .

なお、図8においては、収納容器21の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置1および改質器22を後方に取り出した状態を示している。ここで、図8に示した燃料電池モジュール20においては、セルスタック装置1を、収納容器21内にスライドして収納することが可能である。   FIG. 8 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 21 is removed and the cell stack device 1 and the reformer 22 housed inside are taken out rearward. Here, in the fuel cell module 20 shown in FIG. 8, the cell stack device 1 can be slid and stored in the storage container 21.

また収納容器21の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材24は、図8においてはガスタンク6に並置された一対のセルスタック2の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが、燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル3の側方を下端部側から上端部側に向かって流れるように、燃料電池セル3の下端部側に酸素含有ガスを供給するように構成されている。そして、燃料電池セル3のガス流路12より排出され、発電に使用されなかった余剰の燃料ガス(燃料オフガス)を燃料電池セル3の上端部の上方で燃焼させることにより、セルスタック2の温度を効果的に上昇させることができ、セルスタック装置1の起動を早めることができる。また、燃料電池セル3の上端部の上方にて、燃料電池セル3のガス流路12から排出される発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させることにより、セルスタック2の上方に配置された改質器22を温めることができる。それにより、改質器22で効率よく改質反応を行うことができる。   In addition, the oxygen-containing gas introduction member 24 provided inside the storage container 21 is disposed between the pair of cell stacks 2 juxtaposed in the gas tank 6 in FIG. 8, and the oxygen-containing gas flows into the fuel gas. Accordingly, the oxygen-containing gas is supplied to the lower end side of the fuel cell 3 so that the fuel cell 3 flows laterally from the lower end side toward the upper end side. The surplus fuel gas (fuel offgas) that has been discharged from the gas flow path 12 of the fuel cell 3 and was not used for power generation is burned above the upper end of the fuel cell 3, so that the temperature of the cell stack 2 is increased. Can be effectively increased, and the activation of the cell stack device 1 can be accelerated. In addition, the fuel gas that has not been used for power generation discharged from the gas flow path 12 of the fuel battery cell 3 is burned above the upper end of the fuel battery cell 3 to be disposed above the cell stack 2. The reformer 22 can be warmed. Thereby, the reforming reaction can be efficiently performed in the reformer 22.

次に、燃料電池モジュール20と、燃料電池モジュール20を作動させるための補機(図示せず)とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置25について図9を用いて説明する。   Next, a fuel cell device 25 in which the fuel cell module 20 and an auxiliary machine (not shown) for operating the fuel cell module 20 are housed in an outer case will be described with reference to FIG.

図9に示す燃料電池装置25は、支柱26と外装板27から構成される外装ケース内を
仕切板28により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール20を収納するモジュール収納室29とし、下方側を燃料電池モジュール20を作動させるための補機を収納する補機収納室30として構成されている。なお、補機収納室30に収納する補機は省略している。
The fuel cell device 25 shown in FIG. 9 has a module housing chamber 29 in which the inside of an exterior case made up of a support column 26 and an exterior plate 27 is vertically divided by a partition plate 28 and the upper side thereof houses the above-described fuel cell module 20. The lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 30 for storing auxiliary equipment for operating the fuel cell module 20. In addition, the auxiliary machine stored in the auxiliary machine storage chamber 30 is omitted.

また、仕切板28には、補機収納室30の空気をモジュール収納室29側に流すための空気流通口31が設けられており、モジュール収納室29を構成する外装板27の一部に、モジュール収納室29内の空気を排気するための排気口32が設けられている。   Further, the partition plate 28 is provided with an air circulation port 31 for flowing the air in the auxiliary machine storage chamber 30 to the module storage chamber 29 side, and a part of the exterior plate 27 constituting the module storage chamber 29 An exhaust port 32 for exhausting air in the module storage chamber 29 is provided.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。   Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、上記形態では燃料電池セルを用いたセルスタックおよび燃料電池モジュールならびに燃料電池装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電解セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気(水)を電気分解することにより、水素と酸素(O)を生成する電解セル(SOEC)およびこの電解セルを備えるセルスタックおよび電解モジュールならびに電解装置にも適用することができる。 For example, in the above embodiment, a cell stack, a fuel cell module, and a fuel cell device using fuel cells have been described. However, the present invention is not limited to this, and water vapor and voltage are applied to an electrolytic cell to provide water vapor. It can also be applied to an electrolysis cell (SOEC) that generates hydrogen and oxygen (O 2 ) by electrolyzing (water), a cell stack including the electrolysis cell, an electrolysis module, and an electrolysis apparatus.

先ず、NiとYからなる支持基板の一方側に、NiとYが固溶したZrO(YSZ)とからなる燃料極層、YSZからなる固体電解質層、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8(LSCF)からなる酸素極層が、他方側にランタンクロマイトからなるインターコネクタ層が形成された、図1に示す燃料電池セルを作製した。 First, on one side of the supporting substrate made of Ni and Y 2 O 3, the fuel electrode layer of Ni and Y 2 O 3 is from ZrO 2 and (YSZ) was dissolved, a solid electrolyte layer made of YSZ, La 0.6 A fuel cell shown in FIG. 1 was produced in which an oxygen electrode layer made of Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 (LSCF) and an interconnector layer made of lanthanum chromite were formed on the other side.

この後、集電基板の表面に、スパッタリング法により、ZnOからなる被覆層を、図2〜4に示したような集電部材を形成した。集電部材の第1集電片、第2集電片のうち、それぞれ10個の集電片の切断面をSEM(走査型電子顕微鏡:500倍)観察し、被膜層の厚みを確認した。第一主面4gの中心部の被膜層、第2主面4jの中心部の被膜層、第1側面4hの中心部の被膜層、第2側面4iの中心部の被膜層の厚みを測定し、平均値を求めた。   Thereafter, a current collecting member as shown in FIGS. 2 to 4 was formed on the surface of the current collecting substrate by a sputtering method with a coating layer made of ZnO. Of the first current collecting piece and the second current collecting piece of the current collecting member, the cut surfaces of 10 current collecting pieces were observed by SEM (scanning electron microscope: 500 times), and the thickness of the coating layer was confirmed. The thickness of the coating layer at the center of the first main surface 4g, the coating layer at the center of the second main surface 4j, the coating layer at the center of the first side surface 4h, and the thickness of the coating layer at the center of the second side surface 4i are measured. The average value was obtained.

被覆層の厚みは、第1集電片4aの第1主面4gの厚みは2.7μm、第2主面4jの厚みは、2.1μm、第1側面4h、第2側面4iの厚みは、それぞれ2.3μm、2.2μmであり、第2集電片4bの第1主面4gの厚みは2.7μm、第2主面4jの厚みは、2.1μm、第1側面4h、第2側面4iの厚みは、それぞれ2.3μm、2.2μmであった。   As for the thickness of the covering layer, the thickness of the first main surface 4g of the first current collecting piece 4a is 2.7 μm, the thickness of the second main surface 4j is 2.1 μm, and the thickness of the first side surface 4h and the second side surface 4i is The thickness of the first main surface 4g of the second current collecting piece 4b is 2.7 μm, the thickness of the second main surface 4j is 2.1 μm, the first side surface 4h, The thickness of the two side surfaces 4i was 2.3 μm and 2.2 μm, respectively.

そして、燃料電池セルと集電部材をLSCFからなる導電性接合材を用いて、図7に示すように接合し、1000℃で2時間の熱処理を行って、燃料電池セルと集電部材が接合されたサンプルを作製した。このサンプルを大気中において750℃×3000hrで熱処理し、熱処理後のサンプル断面をEPMA(波長分散型X線マイクロアナライザー)で分析し、集電部材からのCrの拡散状況を確認した。また集電部材における被覆層の剥離状況をSEM(3000倍)にて確認した。その結果、Crの酸素極層への拡散はなく、被覆層の剥離もなかった。   Then, the fuel cell and the current collecting member are joined as shown in FIG. 7 using a conductive joining material made of LSCF, and heat treatment is performed at 1000 ° C. for 2 hours to join the fuel cell and the current collecting member. Made samples. This sample was heat-treated in the atmosphere at 750 ° C. × 3000 hr, and the cross-section of the sample after the heat treatment was analyzed with EPMA (wavelength dispersive X-ray microanalyzer) to confirm the diffusion state of Cr from the current collecting member. Moreover, the peeling condition of the coating layer in a current collection member was confirmed by SEM (3000 times). As a result, there was no diffusion of Cr into the oxygen electrode layer, and there was no peeling of the coating layer.

1:セルスタック装置
2:セルスタック
3:燃料電池セル
4:集電部材(導電部材)
4a:第1集電片(第1導電片)
4b:第2集電片(第2導電片)
4g:第1主面
4h:第1側面
4i:第2側面
4j:第2主面
13:導電性接合材
20:燃料電池モジュール
21:収納容器
25:燃料電池装置
41:集電基板(導電基板)
43:被覆層
1: Cell stack device 2: Cell stack 3: Fuel cell 4: Current collecting member (conductive member)
4a: First current collecting piece (first conductive piece)
4b: Second current collecting piece (second conductive piece)
4g: 1st main surface 4h: 1st side surface 4i: 2nd side surface 4j: 2nd main surface 13: Conductive joining material 20: Fuel cell module 21: Storage container 25: Fuel cell apparatus 41: Current collection board | substrate (conductive board | substrate) )
43: Coating layer

Claims (4)

電解セルと導電部材とを交互に配列し、前記電解セルと前記導電部材とを導電性接合材で接合し、複数の前記電解セルを電気的に接続してなるセルスタックであって、前記導電部材が、Crを含有する合金からなる導電基板をセラミックスからなる被覆層で被覆してなり、かつ第1の前記電解セルに接合する第1導電片と、第2の前記電解セルに接合する第2導電片とを具備するとともに、前記第1導電片および前記第2導電片の前記電解セルと接合する側の第1主面における前記被覆層の厚みが、前記第1主面に対向する第2主面における前記被覆層の厚みよりも厚く、かつ、前記第1導電片および前記第2導電片の第1主面および該第1主面から連続して形成された側面が、前記導電性接合材で前記電解セルに接合されていることを特徴とするセルスタック。   An electrolysis cell and a conductive member are alternately arranged, the electrolysis cell and the conductive member are joined with a conductive bonding material, and a plurality of the electrolysis cells are electrically connected, and the conductive stack A member is formed by coating a conductive substrate made of an alloy containing Cr with a coating layer made of ceramics, and a first conductive piece bonded to the first electrolytic cell and a second bonded to the second electrolytic cell. And the thickness of the coating layer on the first main surface of the first conductive piece and the second conductive piece on the side to be joined to the electrolysis cell is opposite to the first main surface. The first main surface of the first conductive piece and the second conductive piece and the side surface formed continuously from the first main surface are thicker than the thickness of the covering layer on the two main surfaces, It is bonded to the electrolytic cell with a bonding material Cell stack. 前記電解セルが、電極層とインターコネクタ層とを対向する位置に具備するとともに、前記第1導電片が前記電極層に接合し、前記第2導電片が前記インターコネクタ層に接合し、前記第1導電片および前記第2導電片の角部が面取りされており、前記第1導電片の電極層側における角部の曲率が、前記第1導電片のインターコネクタ層側における角部の曲率よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載のセルスタック。   The electrolysis cell includes an electrode layer and an interconnector layer facing each other, the first conductive piece is joined to the electrode layer, the second conductive piece is joined to the interconnector layer, The corners of one conductive piece and the second conductive piece are chamfered, and the curvature of the corner on the electrode layer side of the first conductive piece is more than the curvature of the corner on the interconnector layer side of the first conductive piece. The cell stack according to claim 1, wherein the cell stack is also small. 請求項1または2に記載のセルスタックを、収納容器内に収納してなることを特徴とする電解モジュール。   An electrolytic module comprising the cell stack according to claim 1 or 2 accommodated in a storage container. 請求項3に記載の電解モジュールと、該電解モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする電解装置。   4. An electrolysis apparatus comprising the electrolysis module according to claim 3 and an auxiliary machine for operating the electrolysis module housed in an outer case.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018098186A (en) * 2016-12-14 2018-06-21 日本碍子株式会社 Cell stack
JP2019215983A (en) * 2018-06-12 2019-12-19 日本碍子株式会社 Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same
JP2019215985A (en) * 2018-06-12 2019-12-19 日本碍子株式会社 Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same
WO2023145903A1 (en) * 2022-01-27 2023-08-03 京セラ株式会社 Electroconductive member, electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module accommodation device
US11799095B2 (en) 2020-11-26 2023-10-24 Kyocera Corporation Conductive member, cell, cell stack device, module, and module housing device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005078160A1 (en) * 2004-02-18 2005-08-25 Ebara Corporation Process for producing hydrogen and apparatus therefor
JP2005339904A (en) * 2004-05-25 2005-12-08 Kyocera Corp Fuel cell stack and fuel cell
JP2008034203A (en) * 2006-07-27 2008-02-14 Kyocera Corp Current collector member for fuel cell, fuel cell stack, and fuel battery
JP2008081804A (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Kyocera Corp Heat resistant alloy member, current collecting member for fuel cell, fuel cell stack, and fuel cell
JP2012119333A (en) * 2012-02-09 2012-06-21 Kyocera Corp Current collection structure of fuel cell
JP2013012398A (en) * 2011-06-29 2013-01-17 Kyocera Corp Member with coating film, collector member, and fuel battery cell device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005078160A1 (en) * 2004-02-18 2005-08-25 Ebara Corporation Process for producing hydrogen and apparatus therefor
JP2005339904A (en) * 2004-05-25 2005-12-08 Kyocera Corp Fuel cell stack and fuel cell
JP2008034203A (en) * 2006-07-27 2008-02-14 Kyocera Corp Current collector member for fuel cell, fuel cell stack, and fuel battery
JP2008081804A (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Kyocera Corp Heat resistant alloy member, current collecting member for fuel cell, fuel cell stack, and fuel cell
JP2013012398A (en) * 2011-06-29 2013-01-17 Kyocera Corp Member with coating film, collector member, and fuel battery cell device
JP2012119333A (en) * 2012-02-09 2012-06-21 Kyocera Corp Current collection structure of fuel cell

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018098186A (en) * 2016-12-14 2018-06-21 日本碍子株式会社 Cell stack
JP2019215983A (en) * 2018-06-12 2019-12-19 日本碍子株式会社 Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same
JP2019215985A (en) * 2018-06-12 2019-12-19 日本碍子株式会社 Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same
US11799095B2 (en) 2020-11-26 2023-10-24 Kyocera Corporation Conductive member, cell, cell stack device, module, and module housing device
WO2023145903A1 (en) * 2022-01-27 2023-08-03 京セラ株式会社 Electroconductive member, electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module accommodation device

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