JP2017076565A - 燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池スタック1は、複数の燃料電池セル2が積層配置されている。燃料電池セル2は、固体電解質層、固体電解質層の一方面側に配置されるアノード層、及び固体電解質層の他方面側に配置されるカソード層23を有している。カソード層23は、不均一な抵抗分布を有している。
【選択図】図4
Description
以下、燃料電池スタックの一実施形態について説明する。はじめに、図1を参照して、本実施形態の燃料電池スタック1の概要について説明する。
機能層230は、多孔質の薄板状の焼成体により構成されている。機能層230は、例えばプロブスカイト系酸化物により構成されている。機能層230では、セパレータ3から伝達される電子を空気中の酸素が受け取ることにより酸素イオンが生成される。すなわち、機能層230は、空気中の酸素を還元する電極としての機能を有している。
カソード層23では、コンタクト層231の密度を変化させることにより抵抗分布が設けられている。具体的には、コンタクト層231は、合成ベクトルDの方向に向かうほど高密度となるように塗布されている。図4は、コンタクト層231の密度をグレースケールで表した図である。図4では、グレースケールの濃淡が濃くなるほど、コンタクト層231の密度が高いことを示している。
次に、第1実施形態の燃料電池スタック1の第1変形例について説明する。
図6に示されるように、本変形例のコンタクト層231では、コンタクト材231aが斜め格子状に配置されている。このコンタクト層231でも、図4に示されるコンタクト層231の密度が高い領域ほど、コンタクト材231aのドット径dが大きくなっている。また、コンタクト材231aのドット間隔wは、コンタクト層231の全領域で一定間隔となっている。このような構成であっても、第1実施形態の(1)〜(3)に示される作用及び効果を得ることができる。
次に、第1実施形態の燃料電池スタック1の第2変形例について説明する。
本変形例のコンタクト層231では、コンタクト層231の全領域でコンタクト材231aのドット径dが一定値となっている。これに対し、図4に示されるコンタクト層231の密度が高い領域ほど、図5に示されるコンタクト材231aのドット間隔wが短くなっている。このような構成であっても、水素流れ方向B及び空気流れ方向Cの合成ベクトルDの方向に向かうほど、抵抗値が低くなるような不均一な抵抗分布をカソード層23に設けることができるため、第1実施形態の(1)及び(2)に示される作用及び効果を得ることが可能である。なお、本変形例の構成は、第1実施形態の第1変形例の燃料電池スタック1にも適用することができる。
次に、第1実施形態の燃料電池スタック1の第3変形例について説明する。
本変形例のコンタクト層231では、図4に示されるコンタクト層231の密度が高い領域ほど、図5に示されるコンタクト材231aのドット径dが大きくなるとともに、コンタクト材231aのドット間隔wが短くなっている。このような構成であっても、水素流れ方向B及び空気流れ方向Cの合成ベクトルDの方向に向かうほど、抵抗値が低くなるような不均一な抵抗分布をカソード層23に設けることができるため、第1実施形態の(1)及び(2)に示される作用及び効果を得ることが可能である。なお、本変形例の構成は、第1実施形態の第1変形例の燃料電池スタック1にも適用することができる。
次に、燃料電池スタック1の第2実施形態について説明する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
次に、第2実施形態の燃料電池スタック1の変形例について説明する。
図8に示されるように、本実施形態のコンタクト層231は、機能層230の表面232に網掛け状に、換言すればクロス状に設けられたコンタクト材231b,231cからなる。コンタクト材231bは、合成ベクトルDの方向に延びるように複数設けられている。コンタクト材231cは、コンタクト材231bの延びる方向に対して略直交する方向に延びるように複数設けられている。本変形例では、コンタクト材231bの線間間隔h1、及びコンタクト材231cの線間間隔h2を変化させることにより、コンタクト層231の密度を変化させている。コンタクト材231bの線間間隔h1は、隣り合うコンタクト材231b,231bの間隔を示す。コンタクト材231cの線間間隔h2は、隣り合うコンタクト材231c,231cの間隔を示す。具体的には、水素流れ方向B及び空気流れ方向Cの合成ベクトルDの方向に向かうほど、コンタクト材231bの線間間隔h1が短くなっている。また、水素流れ方向B及び空気流れ方向Cの合成ベクトルDの方向に向かうほど、コンタクト材231cの線間間隔h2も短くなっている。このような構成であっても、コンタクト層231の塗布分布を不均一にすることができるため、カソード層23の抵抗分布を容易に不均一にすることができる。
次に、燃料電池スタック1の第3実施形態について説明する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
次に、燃料電池スタック1の第4実施形態について説明する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第1実施形態の水素流れ方向B及び空気流れ方向Cは、互いに直交する方向に限らず、所定角度で互いに交差する方向であればよい。
2:固体酸化物形燃料電池セル(SOFC)
3:セパレータ(金属部材)
20:アノード層
21:固体電解質層
23:カソード層
230:機能層
231:コンタクト層
231a,231b,231c:コンタクト材
Claims (10)
- 複数の燃料電池セル(2)が積層配置された燃料電池スタック(1)であって、
前記燃料電池セルは、固体電解質層(21)、前記固体電解質層の一方面側に配置されるアノード層(20)、及び前記固体電解質層の他方面側に配置されるカソード層(23)を有し、
前記カソード層は、不均一な抵抗分布を有している
燃料電池スタック。 - 前記カソード層は、
抵抗値の高い領域と、その抵抗値の高い領域よりも抵抗値の低い領域とが存在するように不均一な抵抗分布を有している
請求項1に記載の燃料電池スタック。 - 隣り合う前記燃料電池セル間に配置される金属部材(3)を更に備え、
前記カソード層は、
電極として機能する機能層(230)と、
前記金属部材との接触部分における接触抵抗を低減するために、前記機能層の表面に塗布されるコンタクト層(231)と、を有し、
前記コンタクト層の塗布分布を不均一にすることにより、前記カソード層の抵抗分布が不均一になっている
請求項1又は2に記載の燃料電池スタック。 - 前記コンタクト層の塗布分布は、前記アノード層に供給される燃料ガスの流れ方向に基づいて設定されている
請求項3に記載の燃料電池スタック。 - 前記燃料ガスの流れ方向と、前記カソード層に供給される酸化剤ガスの流れ方向とが交差しており、
前記コンタクト層は、前記燃料ガスの流れ方向と前記酸化剤ガスの流れ方向との合成ベクトルの方向に向かうほど高密度となるように塗布されている
請求項4に記載の燃料電池スタック。 - 前記燃料ガスの流れ方向と、前記カソード層に供給される酸化剤ガスの流れ方向とが同一方向であり、
前記コンタクト層は、前記燃料ガスの流れ方向に向かうほど高密度となるように塗布されている
請求項4に記載の燃料電池スタック。 - 前記燃料ガスの流れ方向と、前記カソード層に供給される酸化剤ガスの流れ方向とが互いに対向する方向であり、
前記コンタクト層は、前記燃料ガスの流れ方向に向かうほど高密度となるように塗布されている
請求項4に記載の燃料電池スタック。 - 前記コンタクト層は、前記機能層の表面にドット状に複数塗布されるコンタクト材(231a)からなり、
前記コンタクト材のドット径が変更されることにより、前記コンタクト層の塗布分布が不均一になっている
請求項3〜7のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。 - 前記コンタクト層は、前記機能層の表面にドット状に複数塗布されるコンタクト材からなり、
前記コンタクト材のドット間隔が変更されることにより、前記コンタクト層の塗布分布が不均一になっている
請求項3〜8のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。 - 前記コンタクト層は、前記機能層の表面に線状に複数塗布されるコンタクト材(231b,231c)からなり、
前記コンタクト材の線間間隔が変更されることにより、前記コンタクト層の塗布分布が不均一になっている
請求項3〜7のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
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