JP2017098145A - セル、セルスタック装置、モジュール、及びモジュール収容装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、セルの一形態を示すものであり、(a)はその横断面図、(b)は(a)において、インターコネクタ層6側から見た側面図である。なお、両図面において、セル1の各構成を一部拡大して示している。図2は、インターコネクタ層6の一部の厚さ方向Tにおける断面図である。長手方向をLとし、短手方向をWとし、厚さ方向をTとする。
支持体2は、燃料ガスを燃料極層3まで透過するためにガス透過性であること、及びインターコネクタ層6に接続されて集電するために導電性であることが要求される。したがって、支持体2としては、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。その導電率は300S/cm以上、特に440S/cm以上であるのが好ましく、ガス透過性を備えるために開気孔率は25%以上であることが好適である。
の構成により、第1層6aに、気孔が比較的多く存在することとなるから、支持体2に含有されるNiの酸化膨張に伴うインターコネクタ層6への応力集中を緩和することができる。従って、インターコネクタ層6にクラックが生じることを抑制することができる。
まず第1層6aの気孔率の測定方法について説明する。第1層6aの断面における気孔の面積占有率を算出し、それを気孔率とする。具体的には、インターコネクタ層6の厚み方向Tにおける断面の倍率1000倍のSEM(ScanningElectron M
icroscope、走査型電子顕微鏡)画像を取得する。SEM画像中における第1層6a全体の断面積を算出し、第1層6aの気孔の面積の総和を算出し、「気孔の面積の総和/第1層6a全体の断面積」を算出し、この値を気孔の面積占有率とする。なお、第2層6b及び第3層6cの気孔率の算出方法についても同様である。
合には、その1つ手前の線を第2層6bと他の部分との境界とすればよい。
以上説明した本実施形態のセル1の作製方法の一例について説明する。ただし、以下に述べる材料、粒径、温度、及び塗布方法等の各種条件は、適宜変更することができる。以下、「成形体」とは、焼成前の状態を指すものとする。
粉末、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを作製する。
図4は、上述したセルの複数個を、導電部材13を介して電気的に直列に接続して構成されたセルスタック装置の一例を示したものであり、(a)はセルスタック装置11を概略的に示す側面図、(b)は(a)のセルスタック装置11の破線部についての横断面図であり、(a)で示した破線で囲った部分を抜粋して示している。なお、(b)において(a)で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示している。
、端部導電部材14にはセルスタック12(セル1)の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部15が接続されている。また、各セル1の下端及び端部導電部材14の下端はガスタンク16に、ガラスシール材等の接着剤により固定されている。
次に、上述したセルスタック装置11を収納容器19内に収納してなるモジュール18について図5を用いて説明する。
次に、上述したモジュール18と、モジュール18を作動させるための補機(不図示)とを外装ケースに収納してなるモジュール収容装置23について図6を用いて説明する。
第1層、第2層及び第3層の気孔率がそれぞれ異なる複数のセルを作製した。具体的には、表1に示すように、10個の試料(N=10)を作製した。
また、同様の条件で作製した10本のセルで、図4の構成からなるセルスタック装置を組み立てて、750℃の温度環境下で燃料ガスを供給し、一定時間経過後に燃料ガスの供給を停止した。この燃料ガスの供給と停止のサイクルを360回繰り返した。その後、10本のセルそれぞれについて、インターコネクタ層の断面をSEM画像で観察し、インターコネクタ層にクラックが生じているか確認した。表1には、クラックが発生したセルの本数を示した。1μmの長さに達しているものをクラックと認定した。また、このサイクル試験後、10本のセルそれぞれについて、インターコネクタ層と支持体との間に剥離が生じているかも確認した。表1には、剥離が発生したセルの本数を示した。インターコネクタ層と支持体とが接触していない部分の長さが1μmに達しているものを剥離と認定した。
試料No.1では、インターコネクタ層にクラックが生じたセルの数が6本だった。これは、第1層の気孔率が他の部分より低かったからである。
試料No.9、10では、インターコネクタ層と支持体との間に剥離が生じたセルの数が3本だった。これは、第1層の気孔率が10%よりも高かったからである。
2:支持体
2a:ガス流路
3:第1電極層(燃料極層)
4:固体電解質層
5:第2電極層(空気極層)
6:インターコネクタ層
6a:第1層
6b:第2層
6c:第3層
Claims (9)
- 柱状であり、対向する一対の面を有し、内部に長手方向に沿って燃料ガスを流通させるためのガス流路を有し、Niを含有する支持体と、
該支持体の前記一対の面のうち第1の面上に設けられた第1電極層と、
該第1電極層上に設けられた固体電解質層と、
該固体電解質層上に設けられた第2電極層と、
前記支持体の前記一対の主面のうち第2の面上に設けられたインターコネクタ層を備え、該インターコネクタ層は、最も前記支持体側に位置しており、他の部分より気孔率が高い第1層を有することを特徴とするセル。 - 前記インターコネクタ層は、Niを含有しており、
前記インターコネクタ層は、前記第1層よりも前記支持体から離れた位置に第2層を有しており、
該第2層は他の部分より気孔率が低いことを特徴とする請求項1に記載のセル。 - 前記第1層の気孔率が2〜10%である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセル。 - 前記インターコネクタ層は、前記第1層と前記第2層との間にさらに第3層を有しており、該第3層の気孔率は、前記第1層より低く、前記第2層よりも高い
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のセル。 - 前記第3層は、前記第1層および前記第2層よりも厚い
ことを特徴とする請求項4に記載のセル。 - 前記インターコネクタ層はNiを含有しており、
前記インターコネクタ層における気孔の内壁の少なくとも一部がNiで構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちいずれかに記載のセル。 - 請求項1乃至6のうちいずれかに記載のセルを複数個配列してなるセルスタックを備えることを特徴とするセルスタック装置。
- 収納容器内に請求項7に記載のセルスタック装置が収納されていることを特徴とするモジュール。
- 外装ケース内に、請求項8に記載のモジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを備えることを特徴とするモジュール収容装置。
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