JP2015191852A - Method for controlling solid oxide fuel battery system - Google Patents

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Koji Matsuoka
孝司 松岡
瑞季 竹内
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瑞季 竹内
佐藤 康司
Yasushi Sato
康司 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the expansion of an anode support owing to carbon precipitation in a solid oxide fuel battery.SOLUTION: In a method for controlling a solid oxide fuel battery system according to an embodiment of the present invention, the control is performed so that the distance from the surface of each Ni particle in an anode support 21 when an oxidation degree of Ni becomes 30 wt.% or larger after stop of a solid oxide fuel battery is 20-100 nm, provided that the oxidation degree of Ni is expressed by the following formula: Oxidation degree of Ni=(Detection weight concentration of Ni oxide)/(all Ni detection weight concentration)×100%.

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a control method for a solid oxide fuel cell system.

固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、固体高分子形燃料電池(PEFC)に比べて一般に電力変換効率が高い。また、燃料として水素だけでなく、炭化水素やアルコール、ジメチルエーテル(DME)といった原燃料を改質して得られる改質ガスを利用することができる。さらに、原燃料の改質の際に副生する、一酸化炭素や未改質のメタン等も発電用の燃料として用いることができる。一般に、SOFCで発生する熱量や、発電に利用しない余剰ガスをセル上部で燃焼させて得られる熱などを利用して、改質のための熱を供給することで、1つの熱的閉鎖系において熱バランスを取れることが、SOFCが高効率であることの一因となっている。   Solid oxide fuel cells (SOFC) generally have higher power conversion efficiency than solid polymer fuel cells (PEFC). Further, not only hydrogen but also reformed gas obtained by reforming raw fuel such as hydrocarbon, alcohol and dimethyl ether (DME) can be used as the fuel. Furthermore, carbon monoxide, unreformed methane, etc. produced as a by-product during reforming of the raw fuel can also be used as a fuel for power generation. Generally, in one thermal closed system, heat for reforming is supplied by using the amount of heat generated in SOFC or heat obtained by burning surplus gas not used for power generation in the upper part of the cell. The ability to balance heat contributes to the high efficiency of SOFC.

SOFCの動作温度は、従来700℃以上の高温である場合が多かったが、近年開発が進む低温(700℃未満)作動の電解質材料や空気極材料を用いることで、より低温での動作が可能になりつつある。これにより、耐熱性の低い安価な材料を採用できるなど、SOFCの実用性を高めることができる。しかしその一方で、セルの動作温度が低下すれば、セルと熱的にバランスする改質器の温度も低下する。その結果、改質反応における熱平衡により、メタン割合の高い燃料ガスがセルに供給されることになる。また、熱量を調整した天然ガスやLPGなど、炭素数が2以上の炭化水素(C2以上炭化水素)を含む原燃料を用いる場合、改質器でC2以上炭化水素がC1化学種(炭素数1の炭化水素)に転化されずにセルに供給される、いわゆるC2以上炭化水素のスリップ発生の懸念が高まる。   The operating temperature of SOFC has often been 700 ° C or higher in the past, but it is possible to operate at lower temperatures by using low-temperature (below 700 ° C) electrolyte materials and air electrode materials that have been developed recently. It is becoming. Thereby, the practicality of SOFC can be improved, for example, an inexpensive material with low heat resistance can be adopted. However, on the other hand, if the operating temperature of the cell decreases, the temperature of the reformer that is thermally balanced with the cell also decreases. As a result, fuel gas having a high methane ratio is supplied to the cell due to thermal equilibrium in the reforming reaction. In addition, when using raw fuel containing hydrocarbons having 2 or more carbon atoms (C2 or more hydrocarbons) such as natural gas or LPG with adjusted calorie, C2 or more hydrocarbons are converted to C1 species (carbon number 1) in the reformer. There is a growing concern about the occurrence of slippage of so-called C2 or higher hydrocarbons that are supplied to the cell without being converted into hydrocarbons.

メタン濃度の高いガスの供給、あるいはC2以上炭化水素のスリップ発生の問題は、通常の動作温度(700℃以上)で動作するSOFCであっても、起動時や停止時において改質器が十分に加温されない場合や、発電運転中であっても改質水ポンプの停止あるいは流量低下、セルスタックと改質器の熱バランス崩れによる改質器温度の低下など、システムにおける何らかのトラブルによって生じる可能性がある。   The problem of the supply of gas with high methane concentration or the occurrence of slippage of C2 or higher hydrocarbons is that the reformer is sufficient at startup and shutdown even for SOFCs operating at normal operating temperatures (700 ° C or higher). It may be caused by some trouble in the system, such as when the heater is not heated, or the reforming water pump stops or the flow rate decreases even during power generation, or the reformer temperature decreases due to the loss of thermal balance between the cell stack and the reformer There is.

ところで、アノード(燃料極)支持型のSOFCではアノード支持体として、高い導電性を有するニッケル(Ni)を含むサーメットが好ましく使用される。改質器から供給される改質ガスに高濃度のメタンやC2以上炭化水素が含まれる場合、メタンやC2以上炭化水素の大部分は、アノード支持体に含まれるNiの触媒作用により共存水蒸気と改質反応が進み、水素リッチなガスとなって発電用燃料として用いられる。しかしながら、一部のメタンやC2以上炭化水素は、アノード支持体において炭素として析出する場合がある。   By the way, in an anode (fuel electrode) -supported SOFC, a cermet containing nickel (Ni) having high conductivity is preferably used as an anode support. When the reformed gas supplied from the reformer contains high-concentration methane and C2 or higher hydrocarbons, most of the methane and C2 or higher hydrocarbons are combined with coexisting steam by the catalytic action of Ni contained in the anode support. As the reforming reaction proceeds, the hydrogen-rich gas is used as a fuel for power generation. However, some methane and C2 or higher hydrocarbons may precipitate as carbon on the anode support.

特に、水蒸気分圧が低く炭化水素分圧の高い低S/C(スチーム/カーボン比)の条件下では、アノード支持体での炭素析出が起こりやすい。この炭素析出の反応としては、メタンの直接熱分解反応(下記式(1))や、水蒸気改質反応(下記式(2))または水性移行反応(水性ガスシフト反応)(下記式(3))によって生成したCOの不均化反応(下記式(4))などが知られている。

Figure 2015191852
In particular, carbon deposition on the anode support tends to occur under conditions of low S / C (steam / carbon ratio) where the water vapor partial pressure is low and the hydrocarbon partial pressure is high. Examples of the carbon deposition reaction include a direct thermal decomposition reaction of methane (the following formula (1)), a steam reforming reaction (the following formula (2)), or an aqueous transfer reaction (a water gas shift reaction) (the following formula (3)). The disproportionation reaction of CO produced by the above (formula (4) below) is known.
Figure 2015191852

アノード支持体で析出した炭素は、アノード支持体を膨張させる。その結果、アノード支持体の表面に設けられる電極や電解質層を破損させるおそれがある。また、炭素析出によるアノード支持体の膨張や、その結果生じる電解質層のクラック生成は不可逆的な現象である。そのため、アノード支持体の膨張による電解質層のクラック発生が重篤になったものは、セルとして使用不能に陥ることがあった(非特許文献1,2参照)。   The carbon deposited on the anode support causes the anode support to expand. As a result, there is a risk of damaging the electrode and electrolyte layer provided on the surface of the anode support. Also, the expansion of the anode support due to carbon deposition and the resulting cracking of the electrolyte layer are irreversible phenomena. For this reason, a case in which the occurrence of cracks in the electrolyte layer due to the expansion of the anode support body has become seriously unusable as a cell (see Non-Patent Documents 1 and 2).

J.H. Koh, Y.S. Yoo, J.W. Park, H.C. Lim, Solid State Ionics, 149(2002) 157 -166J.H.Koh, Y.S.Yoo, J.W.Park, H.C.Lim, Solid State Ionics, 149 (2002) 157 -166 C. M. Finnery, N.J. Coe, R.H. Cunninghum, R.M. Ormerod, Catal.Today, 46(1998)137 -145C. M. Finnery, N.J. Coe, R.H.Cunninghum, R.M.Ormerod, Catal.Today, 46 (1998) 137 -145

上述したような炭素析出に起因する不具合を未然に防ぐ手段として、炭素析出、アノード支持体の膨張、さらにそれに伴う電解質層の破断(クラック発生)などの個々の現象に対し、メカニズムと閾値を把握することが極めて重要であり、それらを踏まえたSOFCシステムの制御方法が求められている。   As a means to prevent the problems caused by carbon deposition as described above, the mechanism and threshold are grasped for each phenomenon such as carbon deposition, anode support expansion, and associated electrolyte layer breakage (crack generation). It is extremely important to do so, and a control method of the SOFC system based on these is required.

しかしながら、固体酸化物形燃料電池用のアノード支持体における炭素析出機構を踏まえた炭素析出の抑制技術については、これまで有効な知見が提示されておらず、未だ検討の余地があった。   However, no effective knowledge has been presented so far on the carbon deposition suppression technology based on the carbon deposition mechanism in the anode support for a solid oxide fuel cell, and there is still room for study.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、固体酸化物形燃料電池システムにおいて、炭素析出によるアノード支持体の膨張を抑制する技術の提供にある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for suppressing expansion of an anode support due to carbon deposition in a solid oxide fuel cell system.

本発明のある態様は、粒子状のNi金属と前記Ni金属の表面の少なくとも一部を被覆する酸化Niと、多孔質性の導電部と、を含むアノード支持体を有する固体酸化物形燃料電池システムの制御方法であって、前記固体酸化物燃料電池の停止後に、下式で表されるアノード支持体中のNi粒子表面のNi酸化度が30重量%以上になる距離が20〜100nmになる状態を形成するNi酸化処理を実行することを特徴とする。
Ni酸化度=(酸化Niの検出濃度)/(全Niの検出濃度)×100%
One aspect of the present invention is a solid oxide fuel cell having an anode support including particulate Ni metal, Ni oxide that covers at least a part of the surface of the Ni metal, and a porous conductive portion. The system control method, wherein after the solid oxide fuel cell is stopped, the distance at which the Ni oxidation degree on the surface of the Ni particles in the anode support represented by the following formula becomes 30 wt% or more is 20 to 100 nm. Ni oxidation treatment for forming a state is performed.
Ni oxidation degree = (detected concentration of oxidized Ni) / (detected concentration of all Ni) × 100%

上記態様の制御方法において、前記アノード支持体がニッケルサーメットを含んでもよい。また、前記固体酸化物形燃料電池が停止時に所定の温度T1(200℃<T1<500℃)まで冷却された段階で、燃料ガスの燃料極への供給停止と、燃料極および/または空気極への空気流通を行うことによって、前記Ni酸化度を制御してもよい。また、前記固体酸化物形燃料電池が所定の温度T2(200℃<T2<T1<500℃)まで冷却された段階で、前記空気流通を停止することによって、前記Ni酸化度を制御してもよい。   In the control method of the above aspect, the anode support may include nickel cermet. Further, when the solid oxide fuel cell is cooled to a predetermined temperature T1 (200 ° C. <T1 <500 ° C.) when stopped, the supply of fuel gas to the fuel electrode is stopped, and the fuel electrode and / or the air electrode are stopped. The Ni oxidation degree may be controlled by performing air flow to. Further, when the solid oxide fuel cell is cooled to a predetermined temperature T2 (200 ° C. <T2 <T1 <500 ° C.), the air oxidation is stopped to control the Ni oxidation degree. Good.

本発明によれば、固体酸化物形燃料電池システムにおいて、炭素析出によるアノード支持体の膨張を抑制することができる。   According to the present invention, in the solid oxide fuel cell system, the expansion of the anode support due to carbon deposition can be suppressed.

実施の形態に係る燃料電池システムの主要部の概略構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the principal part of the fuel cell system which concerns on embodiment. 実施の形態に係る燃料電池システムの主要部の構造を模式的に示す概略図である。It is the schematic which shows typically the structure of the principal part of the fuel cell system which concerns on embodiment. 燃料電池スタックの構造を模式的に示す水平断面図である。2 is a horizontal sectional view schematically showing the structure of a fuel cell stack. FIG. アノード支持体の一部を拡大して示す模式図である。It is a schematic diagram which expands and shows a part of anode support. 保持時間30分のときの熱処理温度とNi酸化度30重量%のときの酸化深さの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the heat processing temperature when holding time is 30 minutes, and the oxidation depth when Ni oxidation degree is 30 weight%. Ni酸化度30重量%以上の酸化深さに対する炭化水素曝露2時間後の線膨張率を示すグラフである。It is a graph which shows the linear expansion coefficient 2 hours after hydrocarbon exposure with respect to the oxidation depth of 30 weight% or more of Ni oxidation degree. 深さ30nmにおけるNi酸化度に対する炭化水素曝露2時間後の線膨張率を示すグラフである。It is a graph which shows the linear expansion coefficient after 2 hours of hydrocarbon exposure with respect to the Ni oxidation degree in the depth of 30 nm. 酸化深さが上限値を超えた場合のアノード支持体のSEM画像である。It is a SEM image of an anode support body when oxidation depth exceeds an upper limit.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

図1は、実施の形態に係る燃料電池システムの主要部の概略構造を示す斜視図である。図2は、実施の形態に係る燃料電池システムの主要部の構造を模式的に示す概略図である。図1では、モジュールケース2の内部を透視した状態を示している。図2は模式図であるため、各部の配置や設置数等は必ずしも図1と一致しない。燃料電池システム100は、ホットモジュール1を備える。ホットモジュール1は、モジュールケース2と、モジュールケース2内に収容される燃料電池スタック10、水気化器50および改質器6を有する。   FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of a main part of a fuel cell system according to an embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing the structure of the main part of the fuel cell system according to the embodiment. FIG. 1 shows a state where the inside of the module case 2 is seen through. Since FIG. 2 is a schematic diagram, the arrangement, the number of installations, and the like of each part do not necessarily match those in FIG. The fuel cell system 100 includes a hot module 1. The hot module 1 includes a module case 2, a fuel cell stack 10 accommodated in the module case 2, a water vaporizer 50, and a reformer 6.

モジュールケース2は、例えば、耐熱性金属で形成された略直方体形状の外枠体と、外枠体の内面に内張りされた断熱材とで構成される。モジュールケース2には、供給管3、供給管4および供給管52が設けられる。供給管3は、ケース外部からケース内に原燃料を供給する管である。供給管4は、ケース外部からケース内にカソード用空気(酸素含有ガス)を供給する管である。供給管52は、ケース外部からケース内に水蒸気改質反応に用いられる改質用水を供給する管である。また、モジュールケース2には、排気口5が設けられる。原燃料としては、都市ガス、LPG、メタノール、ジメチルエーテル(DME)、灯油等が用いられる。なお、燃料の供給管3、水の供給管52および、カソード用空気の供給管4には、燃料、水、および、カソード用空気の各供給量を調整可能なように、各々に対応して図示しない供給量制御手段(ポンプおよび/または制御弁)が設けられ、これらは、燃料電池システム100に備えられた制御部200からの制御信号によって適宜制御される。   The module case 2 is composed of, for example, a substantially rectangular parallelepiped outer frame formed of a heat-resistant metal and a heat insulating material lined on the inner surface of the outer frame. The module case 2 is provided with a supply pipe 3, a supply pipe 4 and a supply pipe 52. The supply pipe 3 is a pipe that supplies raw fuel into the case from the outside of the case. The supply pipe 4 is a pipe for supplying cathode air (oxygen-containing gas) from the outside of the case into the case. The supply pipe 52 is a pipe for supplying reforming water used for the steam reforming reaction from the outside of the case into the case. The module case 2 is provided with an exhaust port 5. As raw fuel, city gas, LPG, methanol, dimethyl ether (DME), kerosene and the like are used. The fuel supply pipe 3, the water supply pipe 52, and the cathode air supply pipe 4 correspond to the fuel, water, and cathode air supply amounts, respectively, so that they can be adjusted. A supply amount control means (pump and / or control valve) (not shown) is provided, and these are appropriately controlled by a control signal from the control unit 200 provided in the fuel cell system 100.

水気化器50および改質器6は、モジュールケース2内の上部であって、燃料電池スタック10の上方に配置される。水気化器50には供給管52が接続され、改質器6には供給管3が接続される。水気化器50は、供給管52から供給される改質用水を気化させる。気化された改質用水(水蒸気)は、改質器6に供給される。改質器6は、耐熱性金属で形成されたケースと、ケース内に収容され原燃料の改質に用いられる改質触媒とを有する。改質器6は、水気化器50から供給される水蒸気を用いる水蒸気改質反応により、供給管3から供給される原燃料を水素リッチな燃料ガス(改質ガス)に改質する。   The water vaporizer 50 and the reformer 6 are arranged in the upper part of the module case 2 and above the fuel cell stack 10. A supply pipe 52 is connected to the water vaporizer 50, and a supply pipe 3 is connected to the reformer 6. The water vaporizer 50 vaporizes the reforming water supplied from the supply pipe 52. Vaporized reforming water (steam) is supplied to the reformer 6. The reformer 6 includes a case formed of a heat-resistant metal and a reforming catalyst that is accommodated in the case and used for reforming raw fuel. The reformer 6 reforms the raw fuel supplied from the supply pipe 3 into a hydrogen-rich fuel gas (reformed gas) by a steam reforming reaction using the steam supplied from the water vaporizer 50.

改質器6の改質ガス出口部6aには、改質ガス供給管7の一端が接続される。改質ガス供給管7の他端は、マニホールド8に接続される。マニホールド8は、後述するアノード触媒層23に供給される燃料の供給路である。マニホールド8は、燃料電池スタック10の下方に配置され、改質器6から供給される改質ガスを、燃料電池スタック10に含まれる複数の燃料電池20に分配する。燃料電池スタック10は、モジュールケース2内の下部であって、改質器6および水気化器50の下方に配置され、マニホールド8上に固定される。   One end of a reformed gas supply pipe 7 is connected to the reformed gas outlet 6 a of the reformer 6. The other end of the reformed gas supply pipe 7 is connected to the manifold 8. The manifold 8 is a fuel supply path that is supplied to an anode catalyst layer 23 described later. The manifold 8 is disposed below the fuel cell stack 10 and distributes the reformed gas supplied from the reformer 6 to the plurality of fuel cells 20 included in the fuel cell stack 10. The fuel cell stack 10 is disposed in the lower part of the module case 2, below the reformer 6 and the water vaporizer 50, and fixed on the manifold 8.

マニホールド8は、開口を有する箱状本体と、箱状本体の開口を塞ぐ上蓋とで構成される。上蓋は、たとえば無機ガラス組成物等によって箱状本体に固定される。上蓋は、燃料電池スタック10の保持部材として機能する。上蓋には、各燃料電池20のアノード支持体21を固定するための複数の開孔が設けられており、各開孔に各アノード支持体21の下端部が挿入され、接着剤等の固定材により固定される。固定材として用いられる接着剤としては、シリカ−アルミナ系の無機接着剤が例示される。この場合、各アノード支持体21の下端部が、無機接着剤を介して上蓋の各開孔に保持された状態で、無機接着剤を焼成により固化することで、アノード支持体21を上蓋に固定することができる。また、アノード支持体21と上蓋とを固定する接着剤層がシール材で被覆される。これにより、アノード支持体21と上蓋の接合部がガスタイト(気密)にシールされる。   The manifold 8 includes a box-shaped main body having an opening and an upper lid that closes the opening of the box-shaped main body. The upper lid is fixed to the box-shaped main body by, for example, an inorganic glass composition. The upper lid functions as a holding member for the fuel cell stack 10. The upper lid is provided with a plurality of holes for fixing the anode support 21 of each fuel cell 20, and the lower end portion of each anode support 21 is inserted into each opening, and a fixing material such as an adhesive is provided. It is fixed by. Examples of the adhesive used as the fixing material include silica-alumina based inorganic adhesives. In this case, the anode support 21 is fixed to the upper lid by solidifying the inorganic adhesive by firing in a state where the lower end portion of each anode support 21 is held in each opening of the upper lid via the inorganic adhesive. can do. Further, an adhesive layer for fixing the anode support 21 and the upper lid is covered with a sealing material. Thereby, the junction part of the anode support body 21 and an upper cover is sealed gas tight (airtight).

燃料電池スタック10は、複数の燃料電池20(セル)の組立体である。燃料電池20として、たとえば円筒平板型の燃料電池が用いられる場合、複数(図2では簡略化のため5個を表示)の縦長の燃料電池20が水平方向に一列に配列される。また、隣接する燃料電池20の側面間には、集電部材30が介在する。そして、この一列の燃料電池20が平面上に複数配列されることで、多数の燃料電池20がマトリクス状に配列される(図3参照)。各列の最外側の集電部材30は、導電部材40に電気的に接続される。   The fuel cell stack 10 is an assembly of a plurality of fuel cells 20 (cells). When, for example, a cylindrical flat plate type fuel cell is used as the fuel cell 20, a plurality of (e.g., five are shown for simplicity) vertically long fuel cells 20 are arranged in a row in the horizontal direction. A current collecting member 30 is interposed between the side surfaces of the adjacent fuel cells 20. A plurality of fuel cells 20 in a row are arranged on a plane, so that a large number of fuel cells 20 are arranged in a matrix (see FIG. 3). The outermost current collecting member 30 in each row is electrically connected to the conductive member 40.

燃料電池20はそれぞれの内部に、燃料電池20の下端から上端にかけて延在する複数のガス流路22が設けられる。各ガス流路22は、その下端部がマニホールド8と連通する。ガス流路22の上端部は、改質器6および水気化器50と燃料電池スタック10とで挟まれる空間に開放される。当該空間は、ガス流路22の上端部から放出される燃料ガスの燃焼部を構成する。マニホールド8からガス流路22に流れ込む燃料ガスは、その大部分が燃料電池20に供給される。電極反応(発電)に使用されなかった余剰の燃料ガスは、ガス流路22の上端部から燃焼部に供給される。   Each of the fuel cells 20 is provided with a plurality of gas flow paths 22 extending from the lower end to the upper end of the fuel cell 20. Each gas channel 22 communicates with the manifold 8 at its lower end. The upper end portion of the gas flow path 22 is opened to a space sandwiched between the reformer 6 and the water vaporizer 50 and the fuel cell stack 10. The space constitutes a combustion portion for fuel gas discharged from the upper end portion of the gas flow path 22. Most of the fuel gas flowing from the manifold 8 into the gas flow path 22 is supplied to the fuel cell 20. Excess fuel gas that has not been used for electrode reaction (power generation) is supplied from the upper end of the gas flow path 22 to the combustion section.

続いて、燃料電池スタック10の構造についてより詳細に説明する。図3は、燃料電池スタックの構造を模式的に示す水平断面図である。図3に示すように、本実施の形態では、円筒平板型の燃料電池20を例示する。燃料電池20は、アノード支持型固体酸化物形燃料電池であり、アノード支持体21と、ガス流路22と、アノード触媒層23(燃料極層)と、電解質層24(固体酸化物電解質層)と、カソード触媒層25(空気極層)と、インターコネクタ26とを備える。   Next, the structure of the fuel cell stack 10 will be described in more detail. FIG. 3 is a horizontal sectional view schematically showing the structure of the fuel cell stack. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, a cylindrical flat plate fuel cell 20 is illustrated. The fuel cell 20 is an anode-supported solid oxide fuel cell, and includes an anode support 21, a gas flow path 22, an anode catalyst layer 23 (fuel electrode layer), and an electrolyte layer 24 (solid oxide electrolyte layer). A cathode catalyst layer 25 (air electrode layer), and an interconnector 26.

アノード支持体21は、Ni金属および酸化Niの少なくとも一方を含む多孔質体である。アノード支持体21は、扁平な長円形状の水平断面形状を有するとともに、鉛直方向(縦方向)に延びる(図2参照)板状片である。アノード支持体21は、マニホールド8側に位置する下面と、改質器6側に位置する上面と、互いに対向する2つの平坦な側面(平坦側面)と、互いに対向する2つの半円筒面形状の側面(2つの平坦側面が並ぶ方向に対して直交する方向に並ぶ2つの湾曲側面)とを有する。   The anode support 21 is a porous body containing at least one of Ni metal and Ni oxide. The anode support 21 is a plate-like piece having a flat oval horizontal cross-sectional shape and extending in the vertical direction (vertical direction) (see FIG. 2). The anode support 21 has a lower surface located on the manifold 8 side, an upper surface located on the reformer 6 side, two flat side surfaces (flat side surfaces) facing each other, and two semi-cylindrical surface shapes facing each other. And side surfaces (two curved side surfaces arranged in a direction orthogonal to the direction in which the two flat side surfaces are arranged).

アノード支持体21は、その中心部に複数のガス流路22を有する。ガス流路22は、アノード支持体21の長手方向に沿って設けられる。ガス流路22の一端(下端)はアノード支持体21の下面に位置し、ガス流路22の他端(上端)はアノード支持体21の上面に位置する。本実施の形態では、各アノード支持体21に4本のガス流路22が設けられている。アノード支持体21は、マニホールド8に対して固定され、ガス流路22の一端がマニホールド8に連通される。改質器6で生成される改質ガスは、マニホールド8により各燃料電池20のガス流路22に分配され、ガス流路22の一端から他端側へ流れる。   The anode support 21 has a plurality of gas flow paths 22 at the center thereof. The gas flow path 22 is provided along the longitudinal direction of the anode support 21. One end (lower end) of the gas passage 22 is located on the lower surface of the anode support 21, and the other end (upper end) of the gas passage 22 is located on the upper surface of the anode support 21. In the present embodiment, four gas flow paths 22 are provided in each anode support 21. The anode support 21 is fixed to the manifold 8, and one end of the gas flow path 22 is communicated with the manifold 8. The reformed gas generated in the reformer 6 is distributed to the gas flow path 22 of each fuel cell 20 by the manifold 8 and flows from one end of the gas flow path 22 to the other end side.

インターコネクタ26は、アノード支持体21の一方の平坦側面上(図3中の第1列の燃料電池スタック10−1において左側の平坦側面上)に設けられる。インターコネクタ26は、各燃料電池20のアノードから集電するための導電部材である。インターコネクタ26は、たとえば導電性セラミックで構成することができる。   The interconnector 26 is provided on one flat side surface of the anode support 21 (on the left flat side surface in the fuel cell stack 10-1 in the first row in FIG. 3). The interconnector 26 is a conductive member for collecting current from the anode of each fuel cell 20. The interconnector 26 can be made of, for example, a conductive ceramic.

アノード触媒層23は、アノード支持体21の表面に設けられる。本実施の形態では、アノード触媒層23は、少なくともアノード支持体21の他方の平坦側面上(図3中の第1列の燃料電池スタック10−1において右側の平坦側面上)に積層される。   The anode catalyst layer 23 is provided on the surface of the anode support 21. In the present embodiment, the anode catalyst layer 23 is laminated at least on the other flat side surface of the anode support 21 (on the right flat side surface in the fuel cell stack 10-1 in the first row in FIG. 3).

電解質層24は、アノード触媒層23のアノード支持体21とは反対側の面に設けられる。本実施の形態では、電解質層24は、アノード触媒層23の表面全体を被覆している。カソード触媒層25は、電解質層24のアノード触媒層23とは反対側の面に設けられる。本実施の形態では、カソード触媒層25は、電解質層24の主表面上に積層され、アノード支持体21を挟んでインターコネクタ26とは反対側に配置される。すなわち、燃料電池20は、ガス流路22を有するアノード支持体21の一方の面に、アノード触媒層23、電解質層24およびカソード触媒層25がこの順に積層され、アノード支持体21の他方の面にインターコネクタ26が形成された構造を有する。アノード支持体21、アノード触媒層23、電解質層24およびカソード触媒層25の構成材料については後に詳細に説明する。   The electrolyte layer 24 is provided on the surface of the anode catalyst layer 23 opposite to the anode support 21. In the present embodiment, the electrolyte layer 24 covers the entire surface of the anode catalyst layer 23. The cathode catalyst layer 25 is provided on the surface of the electrolyte layer 24 opposite to the anode catalyst layer 23. In the present embodiment, the cathode catalyst layer 25 is laminated on the main surface of the electrolyte layer 24 and is disposed on the opposite side of the interconnector 26 with the anode support 21 interposed therebetween. That is, in the fuel cell 20, the anode catalyst layer 23, the electrolyte layer 24, and the cathode catalyst layer 25 are laminated in this order on one surface of the anode support 21 having the gas flow path 22, and the other surface of the anode support 21. And an interconnector 26 is formed. The constituent materials of the anode support 21, the anode catalyst layer 23, the electrolyte layer 24, and the cathode catalyst layer 25 will be described in detail later.

複数の燃料電池20は、隣り合う2つの燃料電池20における一方のカソード触媒層25と、他方のインターコネクタ26とが対向するようにして一列に並べられ、集電部材30を介して互いに接合される。すなわち、図3に示すように、各燃料電池20の左側に位置するインターコネクタ26を、左隣の燃料電池20の右側に位置するカソード触媒層25と、集電部材30を介して接合する。これにより、一列に並ぶ複数の燃料電池20が直列に接続され、燃料電池スタック10が構成される。本実施の形態では、燃料電池スタック10は、第1列の燃料電池スタック10−1と、第2列の燃料電池スタック10−2とを含む。集電部材30は、弾性を有する金属または合金から形成される所定形状の部材や、金属繊維または合金繊維からなるフェルトに所定の表面処理を施した部材から構成することができる。   The plurality of fuel cells 20 are arranged in a row so that one cathode catalyst layer 25 and the other interconnector 26 in two adjacent fuel cells 20 face each other, and are joined to each other via a current collecting member 30. The That is, as shown in FIG. 3, the interconnector 26 located on the left side of each fuel cell 20 is joined to the cathode catalyst layer 25 located on the right side of the adjacent fuel cell 20 via the current collecting member 30. As a result, a plurality of fuel cells 20 arranged in a row are connected in series to form the fuel cell stack 10. In the present embodiment, the fuel cell stack 10 includes a first row of fuel cell stacks 10-1 and a second row of fuel cell stacks 10-2. The current collecting member 30 can be composed of a member having a predetermined shape formed from a metal or alloy having elasticity, or a member obtained by performing a predetermined surface treatment on a felt made of metal fiber or alloy fiber.

上述した構成を備えるホットモジュール1において、水素製造用の原燃料が供給管3から改質器6に、改質用水が供給管52から水気化器50にそれぞれ供給される。改質器6は、水蒸気改質反応により原燃料を改質して、燃料電池20の発電に用いられる水素リッチな改質ガスを生成する。生成された改質ガスは、改質ガス供給管7を介してマニホールド8に供給される。マニホールド8に供給された改質ガスは、各燃料電池20に分配され、各燃料電池20のガス流路22内を上昇する。この過程で、改質ガス中の水素は、アノード支持体21内を透過してアノード触媒層23に到達する。一方、カソード用空気が供給管4からモジュールケース2内に導入される。モジュールケース2内に導入されたカソード用空気は、モジュールケース2内に配設された図示しない空気供給通路を通じて各燃料電池20に供給され、カソード空気中の酸素がカソード触媒層25に到達する。   In the hot module 1 having the above-described configuration, raw fuel for hydrogen production is supplied from the supply pipe 3 to the reformer 6, and reforming water is supplied from the supply pipe 52 to the water vaporizer 50. The reformer 6 reforms the raw fuel by a steam reforming reaction to generate a hydrogen-rich reformed gas used for power generation of the fuel cell 20. The generated reformed gas is supplied to the manifold 8 via the reformed gas supply pipe 7. The reformed gas supplied to the manifold 8 is distributed to each fuel cell 20 and rises in the gas flow path 22 of each fuel cell 20. In this process, hydrogen in the reformed gas permeates through the anode support 21 and reaches the anode catalyst layer 23. On the other hand, cathode air is introduced into the module case 2 from the supply pipe 4. The cathode air introduced into the module case 2 is supplied to each fuel cell 20 through an air supply passage (not shown) disposed in the module case 2, and oxygen in the cathode air reaches the cathode catalyst layer 25.

そして、各燃料電池20の外周側に位置するカソード触媒層25において、下記式(5)で表される電極反応が生起される。カソード触媒層25で生成されたO2−は、電解質層24を透過してアノード触媒層23に到達する。また、燃料電池20の中心側に位置するアノード触媒層23において、下記式(6)で表される電極反応が生起される。これにより、燃料電池20において発電が行われる。
1/2O+2e→O2− (5)
2−+H→HO+2e (6)
In the cathode catalyst layer 25 located on the outer peripheral side of each fuel cell 20, an electrode reaction represented by the following formula (5) occurs. O 2− produced in the cathode catalyst layer 25 permeates the electrolyte layer 24 and reaches the anode catalyst layer 23. Further, an electrode reaction represented by the following formula (6) occurs in the anode catalyst layer 23 located on the center side of the fuel cell 20. Thereby, power generation is performed in the fuel cell 20.
1 / 2O 2 + 2e → O 2− (5)
O 2− + H 2 → H 2 O + 2e (6)

ガス流路22を流通する改質ガスのうち、電極反応に使用されなかった余剰の改質ガスは、アノード支持体21の上端からモジュールケース2内に放出される。この改質ガスは、改質器6および水気化器50と燃料電池スタック10との間に位置する燃焼部において燃焼される。モジュールケース2内には所定の着火手段(図示せず)が設けられており、改質ガスが燃焼部に放出され始めると着火手段が作動して、改質ガスの燃焼が開始される。また、モジュールケース2内に導入されたカソード用空気のうち、電極反応に使用されなかった余剰の空気が改質ガスの燃焼に利用される。モジュールケース2内は、各燃料電池20の発電により発生する熱、および余剰改質ガスの燃焼により発生する熱により、たとえば600℃〜1000℃程度の高温になる。水気化器50および改質器6は、燃料電池20から発生する熱および改質ガスの燃焼により発生する熱を用いて、改質用水の気化および改質反応を実施する。モジュールケース2内での改質ガスの燃焼によって生成された排気ガスは、排気口5からモジュールケース2外に排出される。   Of the reformed gas flowing through the gas flow path 22, surplus reformed gas that has not been used for the electrode reaction is released into the module case 2 from the upper end of the anode support 21. This reformed gas is burned in the combustion section located between the reformer 6 and the water vaporizer 50 and the fuel cell stack 10. Predetermined ignition means (not shown) is provided in the module case 2, and when the reformed gas starts to be released to the combustion section, the ignition means is activated and combustion of the reformed gas is started. Of the cathode air introduced into the module case 2, surplus air that has not been used for the electrode reaction is used for combustion of the reformed gas. The inside of the module case 2 becomes a high temperature of about 600 ° C. to 1000 ° C., for example, due to heat generated by the power generation of each fuel cell 20 and heat generated by combustion of the surplus reformed gas. The water vaporizer 50 and the reformer 6 perform the vaporization and reforming reaction of the reforming water using the heat generated from the fuel cell 20 and the heat generated by the combustion of the reformed gas. The exhaust gas generated by the combustion of the reformed gas in the module case 2 is discharged out of the module case 2 through the exhaust port 5.

続いて、燃料電池20を構成する各部の組成について詳細に説明する。図4は、アノード支持体の一部を拡大して示す模式図である。アノード支持体21は、燃料をガス流路22からアノード触媒層23まで透過させるためにガス透過性を有することが要求される。また、アノード支持体21は、アノード触媒層23で生成される電子をインターコネクタ26に伝達させるために導電性を有することが要求される。   Next, the composition of each part constituting the fuel cell 20 will be described in detail. FIG. 4 is an enlarged schematic view showing a part of the anode support. The anode support 21 is required to have gas permeability in order to permeate fuel from the gas flow path 22 to the anode catalyst layer 23. Further, the anode support 21 is required to have conductivity in order to transmit electrons generated in the anode catalyst layer 23 to the interconnector 26.

そこで、本実施の形態に係るアノード支持体21は、多孔質である基部210を有する。基部210を多孔質とすることで、ガス流路22からアノード触媒層23へ改質ガスを透過させることができる。また、基部210は、Ni金属および酸化Niの少なくとも一方を含む。基部210に含まれるNiは、アノード支持体21や燃料電池20の製造時には酸化Niの状態を取り、所定の還元工程ののちにはほぼNi金属になる。また、燃料電池システム100の駆動前等は粒子表面の一部が酸化された酸化Ni/Ni金属の混合状態をとり、燃料電池システム100の駆動中、還元性の改質ガスが流通している間は、大部分が還元されて実質的にほぼNi金属の状態をとりうる。図4では、Ni金属および酸化Niを区別せずに、ニッケル部212として図示している。基部210がニッケル部212を有することで、アノード支持体21に導電性を付与することができる。   Therefore, the anode support 21 according to the present embodiment has a base 210 that is porous. By making the base 210 porous, the reformed gas can be transmitted from the gas flow path 22 to the anode catalyst layer 23. Further, the base 210 includes at least one of Ni metal and Ni oxide. Ni contained in the base 210 takes the state of Ni oxide during the manufacture of the anode support 21 and the fuel cell 20, and becomes substantially Ni metal after a predetermined reduction process. Further, before driving the fuel cell system 100, a mixed state of oxidized Ni / Ni metal in which a part of the particle surface is oxidized is taken, and reducing reformed gas is circulated while the fuel cell system 100 is driven. In the meantime, most of the metal is reduced and can be substantially in the state of Ni metal. In FIG. 4, Ni metal and Ni oxide are not distinguished from each other and are illustrated as a nickel portion 212. Since the base 210 has the nickel portion 212, conductivity can be imparted to the anode support 21.

基部210は、Ni金属および酸化Niの少なくとも一方(すなわちニッケル部212)と、Y、ジルコニア系複合酸化物およびセリア系複合酸化物からなる群から選択される少なくとも1つの酸化物214との複合体であることが好ましい。すなわち、基部210は、Ni金属および/または酸化Niと多孔質の導電性セラミックとで構成されるニッケルサーメットであることが好ましい。ジルコニア系複合酸化物としては、YSZ、ScSZ(Scandia Stabilized Zirconia)等が例示される。セリア系複合酸化物としては、SDC(Samaria-Doped Ceria)、YDC(Yttria-Doped Ceria)、LDC(La2O3-doped Ceria)、GDC(Gadolinia-doped Ceria)等が例示される。 The base 210 includes at least one of Ni metal and Ni oxide (that is, the nickel portion 212), and at least one oxide 214 selected from the group consisting of Y 2 O 3 , a zirconia-based composite oxide, and a ceria-based composite oxide. It is preferable that the composite is That is, the base 210 is preferably a nickel cermet composed of Ni metal and / or Ni oxide and a porous conductive ceramic. Examples of the zirconia-based composite oxide include YSZ, ScSZ (Scandia Stabilized Zirconia) and the like. Examples of the ceria-based composite oxide include SDC (Samaria-Doped Ceria), YDC (Yttria-Doped Ceria), LDC (La 2 O 3 -doped Ceria), GDC (Gadolinia-doped Ceria), and the like.

アノード支持体21は、好ましくは20%以上、より好ましくは25%〜50%の開気孔率を有する。また、アノード支持体21は、好ましくは100S/cm以上、より好ましくは200S/cm以上の導電率を有する。これらの要件を満たすために、アノード支持体21の作製時において、基部210は、アノード支持体21の全質量に対して酸化Ni換算で、好ましくは40質量%以上、より好ましくは40質量%〜80質量%、さらに好ましくは40質量%〜75質量%のNi原子を含有する。基部210におけるNi原子の含有量を、酸化Ni換算で40質量%以上とすることで、アノード支持体21に所望の導電率をより確実に付与することができる。また、基部210におけるNi原子の含有量を、酸化Ni換算で80質量%以下とすることで、アノード支持体21に所望の開気孔率をより確実に付与することができる。アノード支持体21の寸法は、高さ(上端部から下端部までの長さ)がたとえば7cm〜20cmである。   The anode support 21 preferably has an open porosity of 20% or more, more preferably 25% to 50%. The anode support 21 preferably has a conductivity of 100 S / cm or higher, more preferably 200 S / cm or higher. In order to satisfy these requirements, when the anode support 21 is manufactured, the base 210 is preferably 40% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, in terms of Ni oxide, with respect to the total mass of the anode support 21. It contains 80 mass%, more preferably 40 mass% to 75 mass% Ni atoms. By setting the content of Ni atoms in the base 210 to 40 mass% or more in terms of Ni oxide, desired conductivity can be more reliably imparted to the anode support 21. Moreover, a desired open porosity can be more reliably imparted to the anode support 21 by setting the content of Ni atoms in the base 210 to 80% by mass or less in terms of Ni oxide. As for the dimension of the anode support 21, the height (length from the upper end to the lower end) is, for example, 7 cm to 20 cm.

基部210の製造方法としては、酸化ニッケルと酸化物214とを含む複合体組成物を押し出し成形等の手段により支持体形状に加工し、適宜焼成処理を施すことで、所定の寸法および気孔率を有するサーメットを形成する方法が、好ましい例として挙げられる。サーメットは、最終的に全てのセル構成層が形成された後に、燃料電池として使用される前に還元処理が施される。この還元処理は通常、水素ガス、あるいは窒素で希釈した水素ガス等の還元ガス気流下で、燃料電池20または燃料電池スタック10を所定温度まで加熱することで実施される。この還元処理により、基部210に含まれる酸化ニッケルのほぼ全てがNi金属に還元される。   As a manufacturing method of the base 210, a composite composition containing nickel oxide and oxide 214 is processed into a support shape by means of extrusion molding or the like, and subjected to appropriate firing treatment to obtain predetermined dimensions and porosity. A preferred example is a method of forming a cermet having the same. The cermet is subjected to a reduction treatment before it is used as a fuel cell after all cell constituent layers are finally formed. This reduction treatment is usually performed by heating the fuel cell 20 or the fuel cell stack 10 to a predetermined temperature in a reducing gas stream such as hydrogen gas or hydrogen gas diluted with nitrogen. By this reduction treatment, almost all of the nickel oxide contained in the base portion 210 is reduced to Ni metal.

従来、SOFCの動作温度は700℃以上の高温である場合が多かった。これに対し、近年、電解質材料や空気極材料の改良が進み、600℃程度、あるいはそれを下回る低温で動作可能なSOFCが用いられるようになりつつある。しかしながら、燃料電池20の動作温度が低下すると、燃料電池20の発熱を利用して改質器6での改質反応を行うホットモジュール1では改質器6の温度も低下することになる。この場合、熱平衡によりメタン割合の高い改質ガスが生成されてしまうおそれがある。   Conventionally, the operating temperature of SOFC is often a high temperature of 700 ° C. or higher. On the other hand, in recent years, improvements in electrolyte materials and air electrode materials have progressed, and SOFCs capable of operating at a low temperature of about 600 ° C. or lower are being used. However, when the operating temperature of the fuel cell 20 decreases, the temperature of the reformer 6 also decreases in the hot module 1 that performs the reforming reaction in the reformer 6 using the heat generated by the fuel cell 20. In this case, a reformed gas having a high methane ratio may be generated due to thermal equilibrium.

また、C2以上炭化水素を含む原燃料が用いられる場合、改質器6でC2以上炭化水素がC1化学種に転化されずに燃料電池20に供給されるおそれがある(C2以上炭化水素のスリップ発生)。さらに、燃料電池システム100は、ユーザの指示、省エネルギー効果の向上目的、機器のトラブル等の様々な事由により、停止させられることがある。システムの停止工程、およびその後の再起動工程では、従来の高温で動作するSOFCであっても、改質器6が十分に加温されない場合がある。この場合も、上述したメタン濃度増大や、C2以上炭化水素が混入した改質ガスが燃料電池20に供給される状況が生じうる。   Further, when a raw fuel containing C2 or higher hydrocarbons is used, the reformer 6 may cause the C2 or higher hydrocarbons to be supplied to the fuel cell 20 without being converted into C1 chemical species (C2 or higher hydrocarbon slips). Occurrence). Further, the fuel cell system 100 may be stopped due to various reasons such as a user instruction, a purpose of improving the energy saving effect, and a trouble of the device. In the system stop process and the subsequent restart process, the reformer 6 may not be sufficiently heated even with a conventional SOFC operating at a high temperature. Also in this case, the above-described methane concentration increase or a situation where the reformed gas mixed with C2 or more hydrocarbons is supplied to the fuel cell 20 may occur.

とりわけ、システムの停止工程では、燃料電池20の発電を停止させた後、燃料電池20へ改質ガスを供給し続けながら燃料電池20を徐々に冷却することがある。この改質ガスの供給は、アノード支持体21およびアノード触媒層23へ空気が流入し、アノード支持体21が再酸化することを防止する目的で行われる。この場合、燃料電池20の発電の停止後も、数時間にわたって燃料電池20へ改質ガスが供給されることになる。一方、燃料電池20の温度低下に伴って改質器6の温度も低下していく。そのため、改質器6から燃料電池20へ、高濃度のメタンや未改質のC2以上炭化水素化合物が供給されるおそれが高まる。   In particular, in the system stop process, after the power generation of the fuel cell 20 is stopped, the fuel cell 20 may be gradually cooled while the reformed gas is continuously supplied to the fuel cell 20. The reformed gas is supplied for the purpose of preventing air from flowing into the anode support 21 and the anode catalyst layer 23 and re-oxidation of the anode support 21. In this case, the reformed gas is supplied to the fuel cell 20 for several hours even after the power generation of the fuel cell 20 is stopped. On the other hand, as the temperature of the fuel cell 20 decreases, the temperature of the reformer 6 also decreases. For this reason, there is a high possibility that high-concentration methane or unreformed C2 or higher hydrocarbon compound is supplied from the reformer 6 to the fuel cell 20.

高濃度のメタンや、C2以上炭化水素化合物が燃料電池20へ供給された場合、従来のアノード支持体を有する燃料電池システムでは、様々な形態の炭素析出が各所に生じるおそれがあった。このような炭素析出は、たとえばマニホールド、アノード支持体の燃料ガス流れ方向上流部、アノード支持体の細孔内等、あるいはホットモジュールにおける外部の集電構造等により電位が変化する箇所などに生じやすい。   When high-concentration methane or C2 or higher hydrocarbon compounds are supplied to the fuel cell 20, the fuel cell system having the conventional anode support may cause various forms of carbon deposition in various places. Such carbon deposition is likely to occur, for example, in the manifold, the upstream portion of the anode support in the fuel gas flow direction, in the pores of the anode support, or in places where the potential changes due to the external current collecting structure in the hot module. .

炭素析出は、たとえば、C2以上炭化水素を多く含み、低S/Cの改質ガスが燃料電池に供給される場合、あるいは高濃度のメタンを多く含み、低S/Cの改質ガスが供給される場合などに発生する。そして、アノード支持体21の細孔内やNi粒子上等に炭素が析出した場合、これがアノード支持体の寸法膨張をもたらす。アノード支持体が膨張すると、応力変形やクラックが発生するおそれがあった。また、アノード支持体とマニホールドとの接合部を被覆するシール材に応力変形が生じ、クラックや剥離に至るおそれがあった。特に、原燃料が、炭素数2以上の炭化水素化合物を原燃料の総モル量に対して5モル%以上含有する場合には、上述した炭素析出が生じやすい傾向にある。   For example, carbon deposition includes a large amount of hydrocarbons containing C2 or more and low S / C reformed gas is supplied to the fuel cell, or high concentration of methane is included and low S / C reformed gas is supplied. Occurs when it is done. When carbon is deposited in the pores of the anode support 21 or on the Ni particles, this causes dimensional expansion of the anode support. When the anode support is expanded, there is a possibility that stress deformation and cracks may occur. In addition, stress deformation occurs in the sealing material covering the joint between the anode support and the manifold, which may lead to cracking or peeling. In particular, when the raw fuel contains a hydrocarbon compound having 2 or more carbon atoms in an amount of 5 mol% or more based on the total molar amount of the raw fuel, the above-described carbon deposition tends to occur.

アノード触媒層23は、Ni金属および酸化Niの少なくとも一方と、ジルコニア系複合酸化物、セリア系複合酸化物およびLSGMからなる群から選択される少なくとも1つの複合酸化物とで構成される複合体であることが好ましい。具体的には、アノード触媒層23は、Ni/YSZ、Ni/ScSZ、Ni/SDC、Ni/YDC、Ni/LDC、Ni/GDC、Ni/LSGM(La−Sr−Ga−Mg複合酸化物)からなる群から選択される少なくとも1つのサーメットであることが好ましい。アノード触媒層23の層厚は、たとえば0.1μm〜50μmである。   The anode catalyst layer 23 is a composite composed of at least one of Ni metal and Ni oxide and at least one composite oxide selected from the group consisting of zirconia composite oxide, ceria composite oxide, and LSGM. Preferably there is. Specifically, the anode catalyst layer 23 is made of Ni / YSZ, Ni / ScSZ, Ni / SDC, Ni / YDC, Ni / LDC, Ni / GDC, Ni / LSGM (La—Sr—Ga—Mg composite oxide). Preferably, at least one cermet selected from the group consisting of: The layer thickness of the anode catalyst layer 23 is, for example, 0.1 μm to 50 μm.

電解質層24は、電極間の電子伝導やイオン伝導の橋渡しをする電解質として機能するとともに、燃料ガスおよび空気のリークを防止するためのガス遮断層としても機能する。電解質層24は、ジルコニア系複合酸化物、セリア系複合酸化物およびLSGMからなる群から選択される少なくとも1つの複合酸化物を含むことが好ましい。具体的には、電解質層24には、YSZ、ScSZ、SDC、YDC、LDC、GDC、LSGMからなる群から選択される固体電解質が好ましく用いられる。電解質層24の層厚は、たとえば0.2μm〜200μmである。   The electrolyte layer 24 functions as an electrolyte that bridges electron conduction and ion conduction between the electrodes, and also functions as a gas barrier layer for preventing leakage of fuel gas and air. The electrolyte layer 24 preferably includes at least one composite oxide selected from the group consisting of a zirconia composite oxide, a ceria composite oxide, and LSGM. Specifically, a solid electrolyte selected from the group consisting of YSZ, ScSZ, SDC, YDC, LDC, GDC, and LSGM is preferably used for the electrolyte layer 24. The layer thickness of the electrolyte layer 24 is, for example, 0.2 μm to 200 μm.

カソード触媒層25は、いわゆるABO型のペロブスカイト型酸化物で構成される導電性セラミックを用いて形成することができる。カソード触媒層25は、ガス透過性を有することが求められる。そのため、カソード触媒層25の開気孔率は、好ましくは20%以上であり、より好ましくは30%〜50%である。したがって、カソード触媒層25は、LSM(La Sr Mn)、LSC(La Sr Co)、LSCF(La Sr Co Fe)等の複合酸化物を含むことが好ましい。カソード触媒層25の層厚は、たとえば2μm〜200μmである。ただし、カソード触媒層25が集電部材30への電気的接続機能を有する場合、あるいはカソード触媒層25自体が集電機能を有する場合などは、この限りでない。上述したアノード触媒層23、電解質層24および/またはカソード触媒層25の材料によって、600℃程度あるいはそれを下回る温度での燃料電池20の動作が実現されうる。 The cathode catalyst layer 25 can be formed using a conductive ceramic composed of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The cathode catalyst layer 25 is required to have gas permeability. Therefore, the open porosity of the cathode catalyst layer 25 is preferably 20% or more, and more preferably 30% to 50%. Therefore, the cathode catalyst layer 25 preferably contains a composite oxide such as LSM (La Sr Mn), LSC (La Sr Co), or LSCF (La Sr Co Fe). The layer thickness of the cathode catalyst layer 25 is, for example, 2 μm to 200 μm. However, this does not apply when the cathode catalyst layer 25 has a function of electrically connecting to the current collector 30 or when the cathode catalyst layer 25 itself has a function of collecting current. Depending on the materials of the anode catalyst layer 23, the electrolyte layer 24 and / or the cathode catalyst layer 25 described above, the operation of the fuel cell 20 at a temperature of about 600 ° C. or lower can be realized.

アノード触媒層23、電解質層24およびカソード触媒層25は、アノード支持体21に対してこの順に積層される。また、インターコネクタ26がアノード支持体21に焼結される。これにより、燃料電池20が形成される。なお、上述したアノード支持体21の形成過程で、アノード支持体21となる複合体組成物の焼成と同時にアノード触媒層23や電解質層24を複合体組成物に焼結させることで、残留応力の少ない状態でアノード支持体21、アノード触媒層23および電解質層24からなる構造体を形成することができる。   The anode catalyst layer 23, the electrolyte layer 24, and the cathode catalyst layer 25 are laminated on the anode support 21 in this order. Further, the interconnector 26 is sintered to the anode support 21. Thereby, the fuel cell 20 is formed. In the process of forming the anode support 21 described above, by sintering the composite composition to be the anode support 21 and simultaneously sintering the anode catalyst layer 23 and the electrolyte layer 24 to the composite composition, residual stress can be reduced. A structure including the anode support 21, the anode catalyst layer 23, and the electrolyte layer 24 can be formed in a small amount.

(炭化水素曝露によるセルの膨張に関する知見)
本発明者らは、アノード支持体21に用いられるニッケルサーメットに関して、低S/Cの含炭化水素ガスが曝露される条件におけるアノード支持体21上への炭素蓄積挙動、支持体構造変化やそれに伴う支持体自体のマクロ的な寸法膨張挙動を鋭意検討した結果、炭素析出が起きるメカニズム、炭素析出が起きる際のアノード支持体21の状態・物性変化、寸法膨張が生じる臨界条件に関して、以下のような知見を得た。
(Knowledge about cell expansion due to hydrocarbon exposure)
With respect to the nickel cermet used for the anode support 21, the present inventors have found that the carbon accumulation behavior on the anode support 21 under the condition where the low S / C hydrocarbon-containing gas is exposed, the structure change of the support and the accompanying change. As a result of earnestly examining the macroscopic dimensional expansion behavior of the support itself, as to the mechanism that causes carbon deposition, the state / physical property change of the anode support 21 when carbon deposition occurs, and the critical conditions that cause dimensional expansion, the following Obtained knowledge.

(1)低S/C、具体的には熱力学平衡的に水蒸気改質反応が完結せずに炭化水素の炭化分解が生じるS/C<1の炭化水素と水蒸気の混合ガスをニッケルサーメットを含むアノード支持体に高温下で曝露させると、アノード支持体中のニッケル粒子上に炭素が析出する。 (1) Low S / C, specifically, a mixed gas of hydrocarbons and steam with S / C <1 in which hydrocarbon reforming of hydrocarbons occurs without complete steam reforming in thermodynamic equilibrium with nickel cermet When exposed to a containing anode support at elevated temperatures, carbon deposits on the nickel particles in the anode support.

(2)炭素析出は、アノード支持体の燃料ガスに接する側の表面から逐次進行し、徐々にニッケルサーメットの空孔を通じて内部まで燃料ガスが拡散することにより、炭素析出部位が内部へ徐々に拡大する。 (2) Carbon deposition proceeds sequentially from the surface of the anode support on the side in contact with the fuel gas, and gradually diffuses into the inside through the pores of the nickel cermet, so that the carbon deposition site gradually expands inside. To do.

(3)炭素析出が進行すると、少なくとも混合ガスに曝露された面においては2次元的に、さらに、アノード支持体の形状によって曝露面が複数ある場合にはアノード支持体全体が3次元的に膨張し、変位計(Dilatometer)により寸法膨張が観測される。このとき、下記式(1)で定義されるNi酸化度が30重量%以上となる、アノード支持体のNi粒子の表面からの深さ(以下、酸化深さという場合がある)が所定の範囲にある場合に、アノード支持体の寸法膨張が抑制される。
Ni酸化度=(酸化Niの検出重量濃度)/(全Niの検出重量濃度)×100%・・・(1)
(3) When carbon deposition proceeds, at least the surface exposed to the mixed gas expands two-dimensionally, and if there are a plurality of exposed surfaces depending on the shape of the anode support, the entire anode support expands three-dimensionally. Then, dimensional expansion is observed by a displacement meter (Dilatometer). At this time, the depth from the surface of the Ni particles of the anode support (hereinafter sometimes referred to as oxidation depth) in which the Ni oxidation degree defined by the following formula (1) is 30% by weight or more is within a predetermined range. In this case, the dimensional expansion of the anode support is suppressed.
Ni oxidation degree = (detected weight concentration of oxidized Ni) / (detected weight concentration of all Ni) × 100% (1)

以下に知見(3)に関連する分析結果を記載する。   The analysis results related to the findings (3) are described below.

<アノード支持体の作製>
NiO(商品名NiO−FP、住友金属鉱山株式会社製)とYSZ(商品名TZ8YS、東ソー株式会社製)とを体積比40:60で湿式混合し、造孔材として架橋ポリメタクリル酸メチル微粒子(積水化成品工業株式会社製、)を質量比30%で混合して、支持体原料ペーストを得た。このペーストを押し出し成型によって支持体形状に加工したのち、混合物を室温で12時間乾燥させたのち、大気中で800℃、1時間で仮焼成、ついで1500℃まで10℃/分で昇温し、その温度で8時間焼成を行い、支持体成形品を作製した。
<Preparation of anode support>
NiO (trade name NiO-FP, manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.) and YSZ (trade name TZ8YS, manufactured by Tosoh Corporation) are wet-mixed at a volume ratio of 40:60, and crosslinked polymethyl methacrylate fine particles (as a pore-forming material ( Sekisui Chemical Co., Ltd.) was mixed at a mass ratio of 30% to obtain a support material paste. After processing this paste into a support by extrusion molding, the mixture was dried at room temperature for 12 hours, then pre-fired in air at 800 ° C. for 1 hour, and then heated to 1500 ° C. at 10 ° C./min. Firing was carried out at that temperature for 8 hours to produce a support molded product.

熱膨張計での測定用に、この支持体成形品から約2×2×10mmの直方体形状のペレット片を切り出し、水素中800℃で5時間の還元処理を施して、Ni/YSZからなる支持体サンプル(未酸化セル)を得た。作製したNi/YSZ中のNi粒子の直径は1〜2μmであった。   For measurement with a thermal dilatometer, a pellet of approximately 2 × 2 × 10 mm rectangular parallelepiped shape was cut out from this support molded product and subjected to reduction treatment at 800 ° C. for 5 hours in hydrogen to provide a support made of Ni / YSZ. A body sample (unoxidized cell) was obtained. The diameter of the Ni particles in the produced Ni / YSZ was 1 to 2 μm.

<セルの酸化状態の評価>
この支持体サンプルを複数用意し、熱処理時間を適宜変えることにより、Ni酸化度30重量%以上の酸化深さを変えたサンプルとした。X線光電子分光分析(XPS)を用いて、各サンプルの酸化状態について評価を実施した。具体的には、アノード支持体表面を測定できるようホルダーに固定し、十分に減圧した後、X線をサンプルに照射し、発生した光電子を検出器にて計測した。支持体サンプル表面から深さ方向について評価する際は、Arイオンにてスパッタリングを行い、スパッタリングの照射時間から、SiO換算のスパッタ深さを算出した。Niの酸化状態については、XPSのNi2pスペクトル(850〜860eV)について、波形解析を実施し、各々のピーク面積からNi、Ni2+、Ni3+の割合をそれぞれ求め、全Ni(Ni、Ni2+、Ni3+の和)に対するNi2+の割合をNi酸化度とした。図5は、保持時間30分のときの熱処理温度とNi酸化度30重量%以上の酸化深さとの関係を表す図である。図5に示すように、熱処理温度を上げることにより、Ni酸化度30重量%以上の酸化深さを増加させることができ、両者には所定の対応関係が存在する。この対応関係を用いて、アノード支持体の酸化深さを所望の値とすることができる。
<Evaluation of oxidation state of cell>
A plurality of the support samples were prepared, and the heat treatment time was appropriately changed to obtain a sample in which the oxidation depth with a Ni oxidation degree of 30% by weight or more was changed. Using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the oxidation state of each sample was evaluated. Specifically, the surface of the anode support was fixed to a holder so as to be measured, and after sufficiently reducing the pressure, the sample was irradiated with X-rays, and the generated photoelectrons were measured with a detector. When evaluating the depth direction from the support sample surface, sputtering was performed with Ar ions, and the sputtering depth in terms of SiO 2 was calculated from the irradiation time of sputtering. As for the oxidation state of Ni, waveform analysis was performed on the Ni2p spectrum (850 to 860 eV) of XPS, and the ratios of Ni, Ni 2+ , and Ni 3+ were obtained from the respective peak areas, respectively, and total Ni (Ni, Ni 2+ , The ratio of Ni 2+ to the sum of Ni 3+ was defined as the Ni oxidation degree. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the heat treatment temperature when the holding time is 30 minutes and the oxidation depth when the Ni oxidation degree is 30 wt% or more. As shown in FIG. 5, by increasing the heat treatment temperature, it is possible to increase the oxidation depth of the Ni oxidation degree of 30% by weight or more, and there is a predetermined correspondence between the two. Using this correspondence, the oxidation depth of the anode support can be set to a desired value.

<炭化水素系燃料曝露による変形の測定方法>
膨張測定装置(Dilatometer、Netzsch社製)を用いて、炭化水素系燃料曝露による支持体サンプルの変形評価を実施した。まず、支持体サンプルの長辺方向における長さ変化を測定するように、各支持体を膨張測定装置にセットした。各支持体サンプルの雰囲気を窒素雰囲気とし、20℃/分で昇温して、250℃、300℃の2種類の保持状態での試験を実施した。各支持体サンプルの熱膨張による長さ変化が収束してその形状が安定したことを確認した後、各支持体サンプルへの炭化水素燃料の供給を開始した。炭化水素曝露は、炭化水素燃料として窒素で希釈された濃度2%のプロパンを、200cc/分の流速で2時間供給した。そして、各支持体サンプルについて、炭化水素曝露中の長さの変化を膨張測定装置で測定し、線膨張率(ΔL/L)(ppm)を算出した。ΔLは、炭化水素曝露による支持体サンプルの2時間後の長さの変化量であり、Lは、炭化水素曝露処理前の支持体サンプルの長さである。所定時間の炭化水素曝露が終了した後、乾燥窒素を支持体サンプルに供給してパージし放冷した。
<Measurement of deformation caused by exposure to hydrocarbon fuel>
Deformation evaluation of the support sample due to exposure to hydrocarbon-based fuel was performed using an expansion measurement device (Dilameter, manufactured by Netzsch). First, each support was set in an expansion measuring device so as to measure a change in length in the long side direction of the support sample. The atmosphere of each support sample was a nitrogen atmosphere, the temperature was raised at 20 ° C./min, and tests were performed in two types of holding states of 250 ° C. and 300 ° C. After confirming that the length change due to thermal expansion of each support sample converged and its shape stabilized, supply of hydrocarbon fuel to each support sample was started. For hydrocarbon exposure, propane having a concentration of 2% diluted with nitrogen as a hydrocarbon fuel was supplied at a flow rate of 200 cc / min for 2 hours. Then, for each support sample, the change in the length of the hydrocarbon exposure measured by the expansion measurement device to calculate the linear expansion rate (ΔL / L 0) (ppm ). ΔL is the amount of change in the length of the support sample after 2 hours due to hydrocarbon exposure, and L 0 is the length of the support sample before the hydrocarbon exposure treatment. After completion of the hydrocarbon exposure for a predetermined time, dry nitrogen was supplied to the support sample and purged and allowed to cool.

図6は、Ni酸化度30重量%以上の酸化深さに対する炭化水素曝露2時間後の線膨張率を示すグラフである。図6に示すように、Ni酸化度30重量%以上の酸化深さが20nm以上になると、炭化水素曝露によるアノード支持体の膨張を抑制できることが確認された。   FIG. 6 is a graph showing the linear expansion coefficient after 2 hours of hydrocarbon exposure with respect to an oxidation depth of 30% by weight or more of Ni oxidation degree. As shown in FIG. 6, it was confirmed that the expansion of the anode support due to exposure to hydrocarbons can be suppressed when the oxidation depth with a Ni oxidation degree of 30% by weight or more is 20 nm or more.

また、図7は、深さ30nmにおけるNi酸化度に対する炭化水素曝露2時間後の線膨張率を示すグラフである。図7に示すように、Ni酸化度が30重量%以上の範囲で炭化水素曝露によるアノード支持体の膨張を抑制できることが確認された。   FIG. 7 is a graph showing the linear expansion coefficient after 2 hours of hydrocarbon exposure with respect to the Ni oxidation degree at a depth of 30 nm. As shown in FIG. 7, it was confirmed that the expansion of the anode support due to hydrocarbon exposure can be suppressed when the Ni oxidation degree is in the range of 30% by weight or more.

図6および図7よりアノード支持体の膨張抑制効果は、300℃で炭化水素に曝露したときにより顕著となることが確認された。   6 and 7, it was confirmed that the expansion suppression effect of the anode support becomes more prominent when exposed to hydrocarbons at 300 ° C.

(4)上述した炭化水素曝露による寸法膨張は支持体Niサーメット部位に選択的に起こり、隣接する電解質等の層には生じないため、支持体/電解質で応力(電解質に対して伸張応力)が発生し、この応力がある臨界点を超えると電解質層の破壊(クラック)が発生する。 (4) Since the above-described dimensional expansion due to exposure to hydrocarbons selectively occurs at the support Ni cermet site and does not occur at the adjacent electrolyte layer or the like, stress (extension stress with respect to the electrolyte) occurs in the support / electrolyte. When this stress exceeds a certain critical point, the electrolyte layer breaks (crack).

(固体酸化物形燃料電池の制御方法)
上記知見に基づいて考案された、実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池の制御方法について以下に説明する。
(Control method of solid oxide fuel cell)
A control method of the solid oxide fuel cell according to the embodiment devised based on the above knowledge will be described below.

制御部200は、固体酸化物燃料電池の停止後において、アノード支持体中のNi粒子のNi酸化度が30重量%以上になる表面からの酸化深さが20〜100nmになるように制御する。アノード支持体中のNi粒子の表面からのNi酸化度が30重量%以上になる酸化深さを20nm以上とすることにより、上記知見で述べたように、炭化水素曝露によるアノード支持体の膨張抑制効果を得ることができる。一方、Ni酸化度が30重量%以上になる酸化深さが100nmを超えると、アノード支持体21の酸化度が高まり、この状態と運転時の還元状態との間で酸化還元が繰り返されることにより、膨張収縮や導電率喪失等の不具合が生じるおそれがあるため、好ましくない。図8に、Ni酸化度が30重量%以上になる酸化深さを150nmとしたときのアノード支持体のSEM画像を示す。図8に示すように、酸化深さが上限値を超えると、アノード支持体にクラックが発生した。このようなクラックは、Ni酸化度が30重量%以上になる酸化深さが100nm以下ではまったく観察されず、105nm以上で観察され始めるため、クラック発生を抑制するためにはこの酸化深さを100nm以下に制御する必要がある。さらに、膨張抑制効果とクラック発生を考慮すると、25〜75nmに制御しておくことが望ましく、30〜50nmが最も好ましい。   The control unit 200 controls the oxidation depth from the surface at which the Ni oxidation degree of the Ni particles in the anode support becomes 30% by weight or more to 20 to 100 nm after the solid oxide fuel cell is stopped. By setting the oxidation depth at which the Ni oxidation degree from the surface of the Ni particles in the anode support is 30% by weight or more to 20 nm or more, as described in the above knowledge, the expansion of the anode support due to hydrocarbon exposure is suppressed. An effect can be obtained. On the other hand, when the oxidation depth at which the Ni oxidation degree is 30% by weight or more exceeds 100 nm, the oxidation degree of the anode support 21 is increased, and redox is repeated between this state and the reduced state during operation. This is not preferred because there is a risk of problems such as expansion / contraction and loss of conductivity. FIG. 8 shows an SEM image of the anode support when the oxidation depth at which the Ni oxidation degree is 30% by weight or more is 150 nm. As shown in FIG. 8, when the oxidation depth exceeded the upper limit, cracks occurred in the anode support. Such cracks are not observed at all when the oxidation depth at which the Ni oxidation degree is 30% by weight or more is 100 nm or less and begin to be observed at 105 nm or more. It is necessary to control the following. Furthermore, in consideration of the expansion suppressing effect and the occurrence of cracks, it is desirable to control to 25 to 75 nm, and most preferably 30 to 50 nm.

Ni酸化度が30重量%以上になる酸化深さが20〜100nmになるように制御する方法としては、固体酸化物形燃料電池が停止し、所定の温度T1(200℃<T1<500℃)まで冷却された段階で、燃料ガスのアノード(燃料極)への供給停止と、アノードおよび/またはカソード(空気極)への空気流通を行うことによって、図5に示したような、Niの酸化に必要な温度条件を整える方法が挙げられる。Niの酸化に必要な温度条件が満たされた段階、たとえば、固体酸化物形燃料電池が所定の温度T2(200℃<T2<T1<500℃)まで冷却された段階で、空気流通を停止してもよい。固体酸化物形燃料電池の温度は、固体酸化物形燃料電池の近傍に設置された温度センサー(図示せず)により検出され、制御部200に随時入力されるようにすればよい。燃料ガスのアノードへの供給停止、アノードおよび/またはカソードへの空気流通は、たとえば、図1に示した燃料・水の供給管3による燃料ガスの供給を遮断した状態でカソード用空気を供給管4に供給することで達成される。このとき、アノード側が負圧となるため、カソードに供給されたカソード用空気が流入する。   As a method of controlling the oxidation depth at which the Ni oxidation degree is 30% by weight or more to be 20 to 100 nm, the solid oxide fuel cell is stopped and a predetermined temperature T1 (200 ° C. <T1 <500 ° C.) As shown in FIG. 5, the supply of fuel gas to the anode (fuel electrode) is stopped and the air flow to the anode and / or cathode (air electrode) is performed. The method of adjusting the temperature conditions required for the above is mentioned. When the temperature condition necessary for Ni oxidation is satisfied, for example, when the solid oxide fuel cell is cooled to a predetermined temperature T2 (200 ° C. <T2 <T1 <500 ° C.), the air flow is stopped. May be. The temperature of the solid oxide fuel cell may be detected by a temperature sensor (not shown) installed in the vicinity of the solid oxide fuel cell and input to the control unit 200 as needed. The supply of fuel gas to the anode, and the air flow to the anode and / or cathode, for example, supply the cathode air in a state where the supply of fuel gas by the fuel / water supply pipe 3 shown in FIG. 4 to achieve. At this time, since the anode side has a negative pressure, cathode air supplied to the cathode flows in.

なお、Niの酸化に必要な温度条件を得るために、ヒータなどの加熱手段をホットモジュールや固体酸化物形燃料電池の近傍に設け、アノード支持体近傍が所望の温度になるように一定時間加温してもよい。これらの加温手段を用いることにより、容易にNi酸化度をコントロールすることができるだけでなく、固体酸化物形燃料電池の始動前にも酸化処理を行うことができる。   In order to obtain the temperature condition necessary for Ni oxidation, a heating means such as a heater is provided in the vicinity of the hot module or the solid oxide fuel cell, and is heated for a certain period of time so that the vicinity of the anode support becomes a desired temperature. May be warm. By using these heating means, it is possible not only to easily control the Ni oxidation degree, but also to perform the oxidation treatment before starting the solid oxide fuel cell.

固体酸化物形燃料電池システムの再起動時において、セルに供給される燃料ガス(炭化水素)の温度が350℃未満の範囲において、炭化水素曝露によるアノード支持体の膨張抑制効果を得ることができる(図6、図7参照)。   When the solid oxide fuel cell system is restarted, the effect of suppressing the expansion of the anode support due to hydrocarbon exposure can be obtained when the temperature of the fuel gas (hydrocarbon) supplied to the cell is less than 350 ° C. (See FIGS. 6 and 7).

以上説明した固体酸化物形燃料電池システムによれば、炭素析出機構に関する知見を生かし、炭素析出に起因するアノード支持体の膨張を抑制し、ひいてはセルの破壊を効果的に抑制することができる。   According to the solid oxide fuel cell system described above, the knowledge about the carbon deposition mechanism can be utilized to suppress the expansion of the anode support due to the carbon deposition, thereby effectively suppressing the cell destruction.

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art. Embodiments to which such modifications are added Can also be included in the scope of the present invention.

2 モジュールケース、100 燃料電池システム、1 ホットモジュール、50 水気化器、6 改質器、3 供給管、4 供給管、50 水気化器、52 供給管 2 module case, 100 fuel cell system, 1 hot module, 50 water vaporizer, 6 reformer, 3 supply pipe, 4 supply pipe, 50 water vaporizer, 52 supply pipe

Claims (4)

粒子状のNi金属と前記Ni金属の表面の少なくとも一部を被覆する酸化Niと、
多孔質性の導電部と、
を含むアノード支持体を有する固体酸化物形燃料電池の制御方法であって、
前記固体酸化物燃料電池の停止後に、
下式で表されるアノード支持体中のNi粒子表面のNi酸化度が30重量%以上になる距離が20〜100nmになる状態を形成するNi酸化処理を実行することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システムの制御方法。
Ni酸化度=(酸化Niの検出濃度)/(全Niの検出濃度)×100%
Ni oxide in particulate form and Ni oxide covering at least a part of the surface of the Ni metal;
A porous conductive portion;
A method for controlling a solid oxide fuel cell having an anode support comprising:
After stopping the solid oxide fuel cell,
A solid oxide that performs a Ni oxidation treatment to form a state in which the distance at which the Ni oxidation degree on the surface of the Ni particles in the anode support represented by the following formula is 30 wt% or more is 20 to 100 nm Control method for a fuel cell system.
Ni oxidation degree = (detected concentration of oxidized Ni) / (detected concentration of all Ni) × 100%
前記アノード支持体がニッケルサーメットを含む請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システムの制御方法。   The method for controlling a solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein the anode support includes nickel cermet. 前記固体酸化物形燃料電池が停止時に所定の温度T1(200℃<T1<500℃)まで冷却された段階で、
燃料ガスの燃料極への供給停止と、
燃料極および/または空気極への空気流通を行うことによって、
前記Ni酸化度を制御する請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池システムの制御方法。
When the solid oxide fuel cell is cooled to a predetermined temperature T1 (200 ° C. <T1 <500 ° C.) when stopped,
Stopping supply of fuel gas to the anode,
By providing air flow to the fuel electrode and / or air electrode,
The method for controlling a solid oxide fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the Ni oxidation degree is controlled.
前記固体酸化物形燃料電池が所定の温度T2(200℃<T2<T1<500℃)まで冷却された段階で、
前記空気流通を停止することによって、前記Ni酸化度を制御する請求項3記載の固体酸化物形燃料電池システムの制御方法。
When the solid oxide fuel cell is cooled to a predetermined temperature T2 (200 ° C. <T2 <T1 <500 ° C.),
The method for controlling a solid oxide fuel cell system according to claim 3, wherein the Ni oxidation degree is controlled by stopping the air flow.
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