JP2017188342A - Fuel battery single cell and fuel battery stack - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a fuel battery single cell in which the power generation efficiency is increased by reducing an electric resistance in a fuel battery and increasing the efficiency of air supply to a cathode electrode; and a fuel battery stack with the fuel battery single cell.SOLUTION: A fuel battery single cell of the invention comprises: a fuel battery unit arranged by stacking an anode electrode, an electrolyte layer and a cathode electrode in turn; a contact material layer and a collecting sub-layer; and a current collector joined to the collecting sub-layer, and defining and forming an air flow path. On a cathode electrode side of the fuel battery unit, the contact material layer, the collecting sub-layer and the current collector are stacked in turn. The collecting sub-layer has a gas circulation hole running through itself in a stacking direction of the fuel battery unit, and a conductive part. The contact material layer is a porous body formed between the conductive part of the collecting sub-layer and the cathode electrode.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、燃料電池単セル及び該燃料電池単セルを複数積層した燃料電池スタックに係り、更に詳細には、燃料電池内の電気抵抗を低下させると共に、カソード電極への空気の供給効率を向上させて、発電効率を向上させた燃料電池単セル、及び該燃料電池単セルを複数積層した燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell unit cell and a fuel cell stack in which a plurality of fuel cell unit cells are stacked. More specifically, the present invention relates to reducing the electrical resistance in the fuel cell and improving the efficiency of supplying air to the cathode electrode. The present invention relates to a fuel cell single cell with improved power generation efficiency and a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cell single cells are stacked.

近年、発電効率が高く、しかも有害な排ガスをほとんど発生せず、地球環境に優しいクリーンなエネルギー源として燃料電池が注目されている。   In recent years, fuel cells have attracted attention as a clean energy source that has high power generation efficiency, generates almost no harmful exhaust gas, and is friendly to the global environment.

各種燃料電池のうち、固体酸化物型燃料電池(以下、単に「SOFC」ということがある。)は、固体酸物電解質層とガスを透過する電極であるカソード電極(空気極)とガスを透過するアノード電極(燃料極)とから構成される燃料電池ユニットと集電体とを備える。   Among various types of fuel cells, a solid oxide fuel cell (hereinafter, sometimes simply referred to as “SOFC”) transmits gas through a solid acid electrolyte layer and a cathode electrode (air electrode) that transmits gas. A fuel cell unit including an anode electrode (fuel electrode) and a current collector.

そして、上記固体酸化物電解質層を隔壁として、燃料極に水素や炭化水素などの燃料ガスを供給し、他方の空気極に酸素を含有する空気などを供給して発電する燃料電池である。   In the fuel cell, the solid oxide electrolyte layer is used as a partition, and a fuel gas such as hydrogen or hydrocarbon is supplied to the fuel electrode, and air containing oxygen is supplied to the other air electrode.

上記集電体は、燃料電池ユニットに接合して上記燃料電池ユニットの電荷を集電すると共に、燃料ガス流路又は空気流路を区画形成するものである。   The current collector is joined to the fuel cell unit and collects the electric charge of the fuel cell unit, and forms a fuel gas flow path or an air flow path.

上記燃料電池ユニットは硬質の部材から成るものであるため、上記空気極や上記集電体のリブ部に歪みがあると全面で接合することが困難であり、上記集電体と上記空気極とが充分接合していないと接触抵抗が増加して発電性能が低下してしまう。   Since the fuel cell unit is composed of a hard member, it is difficult to join the entire surface of the air electrode or the rib of the current collector if there is distortion. If they are not sufficiently bonded, the contact resistance increases and the power generation performance decreases.

特許文献1の特開2014−38732号公報には、酸化硼素等の焼結促進剤を含むスラリーをカソード電極の全面に塗布し、上記塗布したスラリーに集電体を重ね焼結することによりカソード電極と集電体と接着することが開示されている。
そして、上記スラリーを焼結して形成した接着層によれば、上記カソード電極と集電体との接着不良による発電性能の低下を抑制できる旨が開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-38732 of Patent Document 1 discloses a method in which a slurry containing a sintering accelerator such as boron oxide is applied to the entire surface of a cathode electrode, and a current collector is oversintered on the applied slurry. Adhesion between an electrode and a current collector is disclosed.
And it is disclosed that according to the adhesive layer formed by sintering the slurry, a decrease in power generation performance due to poor adhesion between the cathode electrode and the current collector can be suppressed.

特開2014−38732号公報JP 2014-38732 A

しかし、SOFCのカソード電極や上記スラリーは、金属酸化物で構成されるものであり、上記金属酸化物は金属に比して電気抵抗が高いものである。したがって、電荷が集電体まで移動する際、上記カソード電極や接着層を移動する距離が長くなると発電効率が低下する。   However, the SOFC cathode electrode and the slurry are made of a metal oxide, and the metal oxide has a higher electrical resistance than a metal. Therefore, when the electric charge moves to the current collector, the power generation efficiency decreases as the distance for moving the cathode electrode or the adhesive layer becomes longer.

また、特許文献1の接着層はカソード電極の全面を覆ったものであり、加えて、カソード電極の集電体が接合する箇所には、空気が接着層を介して周囲から廻り込まなければならず、上記接合箇所への空気供給効率が低下するため、カソード電極を充分活用した発電を行うことができない。   In addition, the adhesive layer of Patent Document 1 covers the entire surface of the cathode electrode. In addition, air must circulate from the surroundings through the adhesive layer to the portion where the current collector of the cathode electrode is joined. In addition, since the efficiency of supplying air to the joint portion is reduced, it is not possible to perform power generation using the cathode electrode sufficiently.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電気抵抗を低減させると共に、カソード電極への空気の供給効率を高め、発電効率を向上させた燃料電池単セルを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is to reduce the electrical resistance, increase the efficiency of supplying air to the cathode electrode, and improve the power generation efficiency. It is to provide a single fuel cell.

また、本発明は、上記燃料電池単セルを用いた発電効率の高い燃料電池スタックを提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a fuel cell stack having high power generation efficiency using the fuel cell single cell.

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、カソード電極と集電体との間に導電パスを形成する集電補助層を設け、カソード電極と集電補助層とを該集電補助層の導電パス沿って形成した多孔質の接点材層によって接合することで、電気抵抗の低減と空気の供給効率向上とを両立できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has provided a current collecting auxiliary layer for forming a conductive path between the cathode electrode and the current collector, and the cathode electrode and the current collecting auxiliary layer are provided with the current collecting auxiliary layer. It has been found that bonding with a porous contact material layer formed along the conductive path of the current collecting auxiliary layer can achieve both reduction in electrical resistance and improvement in air supply efficiency, and has completed the present invention.

即ち、本発明の燃料電池単セルは、アノード電極、電解質層、カソード電極を順に積層した燃料電池ユニットと、接点材層と集電補助層と、上記集電補助層に接合して空気流路を区画形成する集電体とを備える。
そして、上記燃料電池ユニットのカソード電極側に、接点材層、集電補助層、集電体を順に積層したものであり、上記集電補助層が、上記燃料電池ユニットの積層方向に貫通するガス流通孔と導電部とを有し、上記接点材層が、上記集電補助層の導電部とカソード電極との間に形成された多孔質層であることを特徴とする。
That is, the fuel cell single cell of the present invention includes a fuel cell unit in which an anode electrode, an electrolyte layer, and a cathode electrode are sequentially laminated, a contact material layer, a current collecting auxiliary layer, and an air flow path bonded to the current collecting auxiliary layer. And a current collector for partitioning.
A contact material layer, a current collecting auxiliary layer, and a current collector are sequentially laminated on the cathode electrode side of the fuel cell unit, and the current collecting auxiliary layer penetrates in the laminating direction of the fuel cell unit. It has a circulation hole and a conductive part, and the contact material layer is a porous layer formed between the conductive part of the current collection auxiliary layer and the cathode electrode.

また、本発明の燃料電池スタックは、上記燃料電池単セルを複数積層して成ることを特徴とする。   The fuel cell stack according to the present invention is characterized in that a plurality of the fuel cell single cells are stacked.

本発明によれば、集電補助層の導電部とカソード電極との間に設けた多孔質の接点材層によって、集電補助層とカソード電極とを接合することとしたため、導電パスが形成されて電気抵抗が低減すると共に、カソード電極への空気の供給効率が向上し、発電効率の高い燃料電池単セル及び燃料電池スタックを提供することができる。   According to the present invention, since the current collecting auxiliary layer and the cathode electrode are joined by the porous contact material layer provided between the conductive portion of the current collecting auxiliary layer and the cathode electrode, a conductive path is formed. Thus, the electric resistance is reduced, the efficiency of supplying air to the cathode electrode is improved, and a single fuel cell and a fuel cell stack with high power generation efficiency can be provided.

燃料電池単セルの構成を説明する分解状態の平面図である。It is a top view of the decomposition | disassembly state explaining the structure of a fuel cell single cell. 燃料電池ユニットの一例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows an example of a fuel cell unit. 本発明の燃料電池スタックの一例の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of an example of the fuel cell stack of this invention. 本発明の燃料電池スタックの他の一例の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of another example of the fuel cell stack of this invention. 本発明の燃料電池単セルの空気の流れを説明する概略図である。It is the schematic explaining the flow of the air of the fuel cell single cell of this invention. 接点材層を設けない場合の空気の流れを説明する概略図である。It is the schematic explaining the flow of the air when not providing a contact material layer. 接点材層の厚さ及び幅、集電補助層の線幅を説明する図である。It is a figure explaining the thickness and width of a contact material layer, and the line width of a current collection auxiliary layer. エキスパンドメタルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an expanded metal. パンチングメタルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a punching metal. 金属メッシュの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a metal mesh. 片持ちバネの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a cantilever spring. 実施例及び比較例のセル電圧−電流密度のグラフである。It is a graph of the cell voltage-current density of an Example and a comparative example.

本発明の燃料電池単セルCについて詳細に説明する。本発明の燃料電池単セルの一例を図1に示す。
上記燃料電池単セルCは、燃料電池ユニット1と 接点材層2と、集電補助層3と、集電体4とを備えるものである。上記燃料電池ユニット1は、図2に示すように、アノード電極11、電解質層12、カソード電極13を順に積層したものであり、上記アノード電極側から多孔質金属支持体14で支持されたものである。
The fuel cell single cell C of the present invention will be described in detail. An example of the fuel cell single cell of the present invention is shown in FIG.
The single fuel cell C includes a fuel cell unit 1, a contact material layer 2, a current collection auxiliary layer 3, and a current collector 4. As shown in FIG. 2, the fuel cell unit 1 includes an anode electrode 11, an electrolyte layer 12, and a cathode electrode 13 stacked in order, and is supported by a porous metal support 14 from the anode electrode side. is there.

以下、アノード電極、電解質層、及びカソード電極が多孔質金属支持体14で支持されたメタルサポート型(Metal−Supported Cell:MSC)の燃料電池ユニットを例に説明するが、本発明の燃料電池単セルは、電解質を厚くした電解質支持型(Electrolyte−Supported Cell:ESC)、アノードを厚くしたアノード支持型(Anode−Supported Cell:ASC)、カソードを厚くしたカソード支持型(Cathode−Supported Cell:CSC)のいずれであってもよい。   Hereinafter, a metal-supported cell (MSC) fuel cell unit in which an anode electrode, an electrolyte layer, and a cathode electrode are supported by a porous metal support 14 will be described as an example. The cell is composed of an electrolyte-supported cell (ESC) with a thick electrolyte, an anode-supported cell (ASC) with a thick anode, and a cathode-supported cell (CSC) with a thick cathode. Any of these may be used.

図1に燃料電池単セルの構成を説明する分解状態の図を示す。
上記燃料電池ユニット1は、図1中、点線で示す位置に上記多孔質金属支持体14、アノード電極11、電解質層12、及びカソード電極13が順に積層されて成る。そして、上記多孔質金属支持体14の外縁にフレーム5を備える。
FIG. 1 is an exploded view illustrating the configuration of a single fuel cell.
The fuel cell unit 1 is formed by laminating the porous metal support 14, the anode electrode 11, the electrolyte layer 12, and the cathode electrode 13 in this order at the position indicated by the dotted line in FIG. 1. A frame 5 is provided on the outer edge of the porous metal support 14.

また、上記燃料電池ユニット1のカソード電極側には、接点材層2、集電補助層3、集電体4が順に積層され、さらに上記集電体4は、隣接する燃料電池単セルの多孔質金属支持体14と接合した構造を有する。   Further, a contact material layer 2, a current collecting auxiliary layer 3, and a current collector 4 are sequentially laminated on the cathode electrode side of the fuel cell unit 1, and the current collector 4 further includes a porous cell of an adjacent fuel cell single cell. It has a structure joined to the porous metal support 14.

上記フレーム5及び上記集電体4は、外形がほぼ同じ縦横寸法を有する略長方形状であり、燃料電池ユニット1およびフレームと集電体とを重ね合わせ接合して燃料電池単セルCを構成する。   The frame 5 and the current collector 4 are substantially rectangular shapes having substantially the same vertical and horizontal dimensions, and the fuel cell unit 1 and the frame and the current collector are overlapped and joined to form a fuel cell single cell C. .

上記集電体4は、上記燃料電池ユニット1に対応する中央部分に、短辺方向の断面が波形状を有する。この波形状は図1に示すように長辺方向に連続している。
これにより、集電体4の波形状の凸部分、すなわち、リブ部が集電補助層3又は隣接する燃料電池単セルの多孔質金属支持体14に接合し、波形状における各凹部分にガス流路が形成される。
The current collector 4 has a corrugated cross section in the short side direction at a central portion corresponding to the fuel cell unit 1. This wave shape is continuous in the long side direction as shown in FIG.
Thereby, the corrugated convex portion of the current collector 4, that is, the rib portion is bonded to the current collecting auxiliary layer 3 or the porous metal support 14 of the adjacent fuel cell single cell, and gas is provided to each concave portion in the corrugated shape A flow path is formed.

また、燃料電池単セルCは、フレーム及び集電体を積層方向に連通するマニホールド部H1〜H4を有する。そして、図1に示す燃料電池ユニット1の表面側のカソード電極13には酸素を含有する空気が供給され、裏面側のアノード電極11には燃料ガスが供給される。   Further, the fuel cell single cell C includes manifold portions H1 to H4 that communicate the frame and the current collector in the stacking direction. Then, air containing oxygen is supplied to the cathode electrode 13 on the front surface side of the fuel cell unit 1 shown in FIG. 1, and fuel gas is supplied to the anode electrode 11 on the back surface side.

上記燃料電池単セルCを複数積層した状態では、燃料電池単セル同士の間にシール6が設けられ、上記シール6は、個々の層間において、空気及び燃料ガスの流通域を気密的に分離する。   In the state where a plurality of the fuel cell single cells C are stacked, a seal 6 is provided between the fuel cell single cells, and the seal 6 hermetically separates the air and fuel gas flow areas between the individual layers. .

ここで、上記燃料電池単セルを構成する各部材について説明する。   Here, each member which comprises the said fuel cell single cell is demonstrated.

<燃料電池ユニット>
上記燃料電池ユニット1は、アノード電極11、電解質層12、カソード電極13、多孔質金属支持体14を順に積層したものであり、電気化学反応により発電するものである。
<Fuel cell unit>
The fuel cell unit 1 includes an anode electrode 11, an electrolyte layer 12, a cathode electrode 13, and a porous metal support 14 that are stacked in order, and generates power by an electrochemical reaction.

(アノード電極)
上記アノード電極11としては、水素酸化活性を有し、還元性雰囲気中で安定な金属及び/又は合金から成る金属触媒を使用できる。
(Anode electrode)
As the anode electrode 11, a metal catalyst made of a metal and / or alloy having hydrogen oxidation activity and stable in a reducing atmosphere can be used.

上記金属触媒としては、例えば、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、Ni−Fe合金、Ni−Co合金、Fe−Co合金、Ni−Cu合金、Pd−Pt合金等を挙げることができる。   Examples of the metal catalyst include nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), ruthenium (Ru), Ni—Fe alloy, Ni—Co alloy, Fe—Co alloy, Ni—Cu alloy, Pd— Pt alloy etc. can be mentioned.

(電解質層)
上記電解質層12としては、酸素イオン伝導性を備え、固体電解質として機能する金属酸化物を使用できる。
(Electrolyte layer)
As the electrolyte layer 12, a metal oxide having oxygen ion conductivity and functioning as a solid electrolyte can be used.

例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア:Zr1−x)、SSZ(スカンジウム安定化ジルコニア:Zr1−xSc)、SDC(サマリウムドープトセリア:Ce1−xSm)、GDC(ガドリウムドープトセリア:Ce1−xGd)、LSGM(ランタンストロンチウムマグネシウムガレート:La1−xSrGa1−yMg)等を挙げることができる。 For example, YSZ (yttria stabilized zirconia: Zr 1-x Y x O 2 ), SSZ (scandium stabilized zirconia: Zr 1-x Sc x O 2 ), SDC (samarium-doped ceria: Ce 1-x Sm x O 2), GDC (gadolinium doped ceria: Ce 1-x Gd x O 2), LSGM ( lanthanum strontium magnesium gallate: La 1-x Sr x Ga 1-y Mg y O 3) , and the like.

(カソード電極)
上記カソード電極13の構成材料としてはペロブスカイト型酸化物を挙げることができる。
上記ペロブスカイト型酸化物としては、例えば、ペロブスカイト系酸化物(例えば、LSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)等を挙げることができる。
(Cathode electrode)
Examples of the constituent material of the cathode electrode 13 include perovskite oxides.
Examples of the perovskite oxide include perovskite oxides (for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide), LSM (lanthanum strontium manganese oxide), and the like.

(多孔質金属支持体)
上記多孔質金属支持体14は上記燃料電池ユニット1を支持するものである。
上記多孔質金属支持体14は連続孔を多数有する金属多孔質体を使用できる。
(Porous metal support)
The porous metal support 14 supports the fuel cell unit 1.
The porous metal support 14 can be a metal porous body having many continuous pores.

上記金属多孔質体としては、例えば、金属粒子や金属繊維を焼結又はプレス加工等によって固めたものや、金属板をエッチング処理や機械的処理により穴を開けて多孔質体としたもの等を使用することができる。   Examples of the metal porous body include those obtained by solidifying metal particles or metal fibers by sintering or pressing, or those obtained by forming holes in a metal plate by etching or mechanical treatment, etc. Can be used.

上記金属多孔質体を構成する金属材料としては、例えば、ステンレス鋼、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、白金(Pt)及び銀(Ag)などの金属材料を挙げることができる。   Examples of the metal material constituting the metal porous body include metal materials such as stainless steel, iron (Fe), nickel (Ni), copper (Cu), platinum (Pt), and silver (Ag). it can.

上記燃料電池ユニット1は、上記多孔質金属支持体14の一方の面に積層することで形成できる。燃料電池ユニット1の積層方法は、乾式法、湿式法のいずれであってもよい。   The fuel cell unit 1 can be formed by laminating on one surface of the porous metal support 14. The stacking method of the fuel cell unit 1 may be either a dry method or a wet method.

乾式法としては、例えば、直流加熱蒸着法、イオンビーム蒸着法、反応性イオンビーム蒸着法、2極スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、反応性スパッタ法、3極スパッタ法、イオンビームスパッタ法、イオンプレーティング法、ホローカソードビーム法、イオンビーム注入法又はプラズマCVD法、及びこれらの方法を任意に組み合わせた方法を挙げることができる。   Examples of the dry method include DC heating vapor deposition, ion beam vapor deposition, reactive ion beam vapor deposition, dipole sputtering, magnetron sputtering, reactive sputtering, tripolar sputtering, ion beam sputtering, and ion plating. Examples thereof include a ting method, a hollow cathode beam method, an ion beam implantation method or a plasma CVD method, and a method in which these methods are arbitrarily combined.

また、湿式方法として、インクジェット、ディスペンサ、ロールコータ又はスクリーン印刷、及びこれらを任意に組み合わせた方法を挙げることができ、スラリー材料やペースト材料などを用いて成膜をすることで形成できる。   In addition, examples of the wet method include inkjet, dispenser, roll coater, screen printing, and a method in which these are arbitrarily combined. The wet method can be formed by forming a film using a slurry material or a paste material.

<接点材層>
上記接点材層2は、上記カソード電極13と後述する集電補助層3の導電部とを接合すると共に、カソード電極13に空気を流通させる連続孔を有する多孔質体である。
<Contact material layer>
The contact material layer 2 is a porous body that joins the cathode electrode 13 and a conductive portion of a current collecting auxiliary layer 3 described later and has continuous pores that allow air to flow through the cathode electrode 13.

集電補助層3を構成する部材は、凹凸や反りがある場合が多く、集電補助層3とセパレータとを溶接して接合すると皺を生じ易い。   The members constituting the current collection auxiliary layer 3 often have unevenness and warpage, and when the current collection auxiliary layer 3 and the separator are welded and joined, wrinkles are likely to occur.

そして、SOFCに用いられる固体酸化物電解質を含む燃料電池ユニットと集電補助層3は共に硬い部材であるため、上記カソード電極13と集電補助層3とを直接当接させる場合は、カソード電極13と集電補助層3との間に間隙が生じ、接触抵抗が増加してしまう。   Since the fuel cell unit including the solid oxide electrolyte used for SOFC and the current collecting auxiliary layer 3 are both hard members, when the cathode electrode 13 and the current collecting auxiliary layer 3 are brought into direct contact, the cathode electrode 13 and a current collecting auxiliary layer 3 cause a gap, increasing the contact resistance.

そこで、上記カソード電極13と集電補助層3との間に間隙が生じないように、集電補助層3をカソード電極13に強く押し付けて圧縮すると、押圧力によって燃料電池ユニット1が損傷してしまう。   Therefore, if the current collecting auxiliary layer 3 is strongly pressed against the cathode electrode 13 and compressed so that no gap is generated between the cathode electrode 13 and the current collecting auxiliary layer 3, the fuel cell unit 1 is damaged by the pressing force. End up.

上記カソード電極13と集電補助層3との間に接点材層2を設けることで、集電補助層3の凹凸や反りを接点材層2が吸収してカソード電極13との接合面を平坦にできるため、カソード電極と集電補助層との間に間隙が生じず、これらを良好に接合することができ、電気抵抗を低減できる。   By providing the contact material layer 2 between the cathode electrode 13 and the current collection auxiliary layer 3, the contact material layer 2 absorbs unevenness and warpage of the current collection auxiliary layer 3, and the bonding surface with the cathode electrode 13 is flattened. Therefore, there is no gap between the cathode electrode and the current collecting auxiliary layer, and these can be joined well and the electric resistance can be reduced.

図1中、A−A’で切ったときの断面図を図3、図4に示す。また、図3中黒丸で囲った部分の拡大図を図5に示す。
上記接点材層2は、図3、図4に示すように、集電補助層3の導電部31とカソード電極13との間に、集電補助層3の導電部31に沿って、該導電部31の形状とほぼ同一の形状に形成される。
A cross-sectional view taken along AA ′ in FIG. 1 is shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 5 shows an enlarged view of a portion surrounded by a black circle in FIG.
As shown in FIGS. 3 and 4, the contact material layer 2 is disposed between the conductive portion 31 of the current collection auxiliary layer 3 and the cathode electrode 13 along the conductive portion 31 of the current collection auxiliary layer 3. It is formed in a shape substantially the same as the shape of the portion 31.

上記接点材層2が、集電補助層3の導電部31に沿って形成され、集電補助層3のガス流通孔32に対応する箇所には接点材層2を付与しないことで、上記ガス流通孔32を流通する空気が接点材層2を介さずに直接カソード電極13に到達するため、発電効率を向上させることができる。   The contact material layer 2 is formed along the conductive portion 31 of the current collection auxiliary layer 3, and the gas corresponding to the gas flow hole 32 of the current collection auxiliary layer 3 is not provided with the contact material layer 2. Since the air flowing through the flow holes 32 reaches the cathode electrode 13 directly without passing through the contact material layer 2, the power generation efficiency can be improved.

また、接点材層が連続孔を有する多孔質体であることで、図5に示すように、カソード電極13の集電補助層3との接合箇所に、カソード電極内だけでなく接点材層2を介して空気が供給され、カソード電極13を充分活用した発電が可能である。   Further, since the contact material layer is a porous body having continuous pores, as shown in FIG. 5, not only in the cathode electrode but also in the contact material layer 2, the cathode electrode 13 is joined to the current collecting auxiliary layer 3. The air can be supplied via the, and power generation using the cathode electrode 13 can be performed.

なお、接点材層を設けない場合は、図6に示すように、カソード電極13の集電補助層3との接合箇所にはカソード電極内を通った空気した供給されないため、カソード電極13の図6中白抜き半円で示す領域で発電を行うことが困難である。   In the case where the contact material layer is not provided, as shown in FIG. 6, since the air passing through the cathode electrode is not supplied to the joint portion of the cathode electrode 13 with the current collecting auxiliary layer 3, It is difficult to generate power in the area indicated by the white semicircle in 6.

上記多孔質の接点材層2の空隙率は30〜40%であることが好ましい。空隙率が上記範囲内であることで、空気の流通性と接合性とを両立できる。   The porosity of the porous contact material layer 2 is preferably 30 to 40%. When the porosity is within the above range, both air flowability and bondability can be achieved.

上記接点材層の空隙率の測定は、接点材層の任意の断面を撮影し、撮影画像をコントラストのよって2値化処理し、金属酸化物粒子と空隙を区別して単位面積当たりの空隙が占める面積割合を求めることで行うことができる。   The porosity of the contact material layer is measured by photographing an arbitrary cross section of the contact material layer, binarizing the photographed image by contrast, and distinguishing metal oxide particles from the voids to occupy voids per unit area. This can be done by determining the area ratio.

上記接点材層2を構成する材料としては、上記カソード電極13と共に焼結することで、カソード電極13との接触抵抗を小さくできるものを使用できる。   As a material constituting the contact material layer 2, a material that can reduce the contact resistance with the cathode electrode 13 by sintering together with the cathode electrode 13 can be used.

具体的には、酸化硼素(B)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化バナジウム(V)、酸化モリブデン(MoO)の他、上記固体電解質として機能する金属酸化物の粒子を使用でき、これらは一種又は二種以上を混合して使用できる。 Specifically, boron oxide (B 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), vanadium oxide (V 2 O 5 ), molybdenum oxide (MoO 3 ), and metal oxide particles functioning as the solid electrolyte are included. These can be used, and these can be used alone or in combination.

上記接点材層2が上記カソード電極13の金属酸化物と同じ金属酸化物を含むことで、接点材層2がカソード電極として機能すると共に、カソード電極と一体化した焼結体となってカソード電極13と接点材層2との接触抵抗が小さくなる。さらに、剥離が生じ難く長期に亘り電気抵抗低下させることができる。   When the contact material layer 2 contains the same metal oxide as the metal oxide of the cathode electrode 13, the contact material layer 2 functions as a cathode electrode and becomes a sintered body integrated with the cathode electrode. The contact resistance between 13 and the contact material layer 2 is reduced. Furthermore, it is difficult for peeling to occur, and the electric resistance can be reduced over a long period of time.

上記接点材層2は、上記金属酸化物粒子に有機バインダや有機機溶媒等を混合してインク状・ペースト状にして塗布し、焼結することで上記有機バインダ等が失われて多孔質の接点材層を形成できる。   The contact material layer 2 is a porous material in which the organic binder and the like are lost by mixing the metal oxide particles with an organic binder, an organic solvent or the like in an ink form or a paste form and sintering the mixture. A contact material layer can be formed.

具体的には、上記接点材層2は、上記集電補助層3の導電部31の形状に合わせたスクリーンを用いた印刷等により、インク状・ペースト状の接点材層塗工液を集電補助層の導電部31に付与する。そして、カソード電極13に重ねて上記接点材層塗工液を集電補助層3とカソード電極13とで挟んだ状態で焼結することで形成できる。   Specifically, the contact material layer 2 collects an ink / paste contact material layer coating solution by printing using a screen that matches the shape of the conductive portion 31 of the current collection auxiliary layer 3. It is applied to the conductive portion 31 of the auxiliary layer. And it can form by sintering in the state which pinched | interposed the said contact material layer coating liquid on the cathode electrode 13, and the current collection auxiliary | assistant layer 3 and the cathode electrode 13. FIG.

また、上記接点材層塗工液をカソード電極と接合する面を平坦になるように塗布することで、上記集電補助層の導電部31が接点材層2を突き抜けてカソード電極13との接合面に突出することが防止される。   Moreover, the conductive material 31 of the current collecting auxiliary layer penetrates the contact material layer 2 and is bonded to the cathode electrode 13 by applying the contact material layer coating solution so that the surface to be bonded to the cathode electrode is flat. Protruding to the surface is prevented.

上記接点材層2の厚さは、集電補助層3の凹凸や反りを吸収して集電補助層3とカソード電極13との間に間隙が生じなければ特に制限はないが、上記集電補助層3の導電部31の幅の1/7〜1/1倍であることが好ましく、1/5〜1/1倍であることがより好ましい。   The thickness of the contact material layer 2 is not particularly limited as long as the current collecting auxiliary layer 3 absorbs unevenness and warpage and no gap is formed between the current collecting auxiliary layer 3 and the cathode electrode 13. The width of the conductive portion 31 of the auxiliary layer 3 is preferably 1/7 to 1/1 times, and more preferably 1/5 to 1/1 times.

接点材層2の厚さが上記集電補助層の導電部31の幅の1/7以上であることで、カソード電極13の集電補助層の導電部31が接合する箇所にも、接点材層2を介して充分な空気が流通し、カソード電極13を有効に利用でき発電効率が向上する。   When the thickness of the contact material layer 2 is 1/7 or more of the width of the conductive portion 31 of the current collecting auxiliary layer, the contact material is also provided at the location where the conductive portion 31 of the current collecting auxiliary layer of the cathode electrode 13 is joined. Sufficient air flows through the layer 2, and the cathode electrode 13 can be effectively used to improve power generation efficiency.

接点材層2の厚さが上記集電補助層の導電部31の幅の1倍を超えると、燃料電池単セル全体の厚さが厚くなり、単位体積当たりの発電効率が低下することがある。   When the thickness of the contact material layer 2 exceeds 1 times the width of the conductive portion 31 of the current collection auxiliary layer, the thickness of the entire fuel cell unit cell becomes thick, and the power generation efficiency per unit volume may be reduced. .

本発明において接点材層2の厚さとは、カソード電極面(平坦面)から集電補助層の導電部までの距離をいい、接点材層中に集電補助層の導電部が埋没した深さ分の厚さは含まない。   In the present invention, the thickness of the contact material layer 2 refers to the distance from the cathode electrode surface (flat surface) to the conductive portion of the current collecting auxiliary layer, and the depth at which the conductive portion of the current collecting auxiliary layer is buried in the contact material layer. Does not include minute thickness.

上記接点材層2の幅は、該接点材層が接合する箇所の上記集電補助層の導電部の幅の1〜1.5倍であるであることが好ましい。
接点材層2の幅がその接合箇所の導電部31の幅の1倍以上であることで、カソード電極13と集電補助層3とを確実に接合することができ、1.5倍を超えるとカソード電極13への空気供給効率が低下することがある。
It is preferable that the width of the contact material layer 2 is 1 to 1.5 times the width of the conductive portion of the current collecting auxiliary layer where the contact material layer is joined.
Since the width of the contact material layer 2 is 1 or more times the width of the conductive portion 31 at the joining portion, the cathode electrode 13 and the current collecting auxiliary layer 3 can be reliably joined, and exceeds 1.5 times. The air supply efficiency to the cathode electrode 13 may be reduced.

本発明において接点材層2の厚さ又は幅の基準となる集電補助層の導電部の幅とは、燃料電池ユニットを積層方向に切ったときの断面の導電部の幅をいう。   In the present invention, the width of the conductive portion of the current collecting auxiliary layer serving as a reference for the thickness or width of the contact material layer 2 refers to the width of the conductive portion in the cross section when the fuel cell unit is cut in the stacking direction.

<集電補助層>
集電補助層3は、カソード電極13の電荷の移動を容易にして燃料電池単セル全体の電気抵抗を低下させるものであり、金属材料から成る導電部31と積層方向に貫通するガス流通孔32とを有するものである。
<Current collection auxiliary layer>
The current collecting auxiliary layer 3 facilitates the movement of electric charges of the cathode electrode 13 to reduce the electric resistance of the entire fuel cell single cell. The current collecting auxiliary layer 3 and the gas flow hole 32 penetrating the conductive portion 31 made of a metal material in the stacking direction. It has.

上記集電補助層3を構成する部材としては、例えば、図8に示すエキスパンドメタル、図9に示すパンチングメタル、図10に示す金属メッシュ、図11に示すような平板の一部を切り起こした片持ちバネ等、積層方向に貫通するガス流通孔を多数有するものを使用できる。   As a member constituting the current collecting auxiliary layer 3, for example, an expanded metal shown in FIG. 8, a punching metal shown in FIG. 9, a metal mesh shown in FIG. 10, and a part of a flat plate shown in FIG. A cantilever spring or the like having many gas flow holes penetrating in the stacking direction can be used.

集電補助層3を構成する金属材料としては、上記金属多孔質体を構成する金属材料と同様なものを使用できる。   As a metal material which comprises the current collection auxiliary | assistant layer 3, the thing similar to the metal material which comprises the said metal porous body can be used.

上記集電補助層3のガス流通孔32の大きさは、後述する集電体4で区画形成されるガス流路の幅、すなわち、集電補助層3に接合する集電体4の波形状の凸部と凸部との間隔よりも小さい。   The size of the gas flow holes 32 of the current collection auxiliary layer 3 is the width of the gas flow path defined by the current collector 4 described later, that is, the wave shape of the current collector 4 joined to the current collection auxiliary layer 3. It is smaller than the space | interval of a convex part of this.

上記カソード電極13及び接点材層2は、金属に比して電気抵抗が高い金属酸化物で構成されるため、電荷がカソード電極内や接点材層内を移動する距離が長いと燃料電池スタックの発電効率が低下してしまう。   Since the cathode electrode 13 and the contact material layer 2 are made of a metal oxide having a higher electric resistance than a metal, if the distance that the electric charge moves in the cathode electrode or the contact material layer is long, the fuel cell stack Power generation efficiency will decrease.

上記ガス流路の幅よりも小さいガス流通孔を有する集電補助層3を設けることで、カソード電極13の電荷は、集電補助層3の導電部31を通って上記集電体4まで移動する。
したがって、カソード電極内や接点材層内を電荷が移動する距離が短くなるため電気抵抗を低下させることができる。
By providing the current collection auxiliary layer 3 having a gas flow hole smaller than the width of the gas flow path, the charge of the cathode electrode 13 moves to the current collector 4 through the conductive portion 31 of the current collection auxiliary layer 3. To do.
Therefore, since the distance that the electric charge moves in the cathode electrode and the contact material layer is shortened, the electric resistance can be lowered.

上記集電補助層の導電部31、すなわち線幅は、0.05mm〜0.15mmであることが好ましく、0.1mm〜0.15mmであることがより好ましい。
SOFCは、運転温度が高く酸化被膜が形成され易いものであり、特に酸素ガス供給するカソード側で酸化被膜が形成されて電気抵抗が増大しやすい。
The conductive portion 31 of the current collecting auxiliary layer, that is, the line width is preferably 0.05 mm to 0.15 mm, and more preferably 0.1 mm to 0.15 mm.
The SOFC has a high operating temperature and is easily formed with an oxide film. In particular, the oxide film is formed on the cathode side for supplying oxygen gas, and the electrical resistance is likely to increase.

上記導電部の幅が0.05mm未満では、表面積が大きく空気との接触面積が大きくなるため、集電補助層が酸化されて電気抵抗が増加し易くなる。   If the width of the conductive portion is less than 0.05 mm, the surface area is large and the contact area with air is large, so that the current collection auxiliary layer is oxidized and the electrical resistance is likely to increase.

また、上記導電部の幅が0.15mmを超えると、カソード電極13の上記集電補助層の導電部31と接合する部分に酸素含有ガスが廻り込む距離が長くなってカソード電極中に利用され難い箇所が生じ、発電効率が低下することがある。   In addition, when the width of the conductive portion exceeds 0.15 mm, the distance that the oxygen-containing gas wraps around the portion of the cathode electrode 13 that joins the conductive portion 31 of the current collecting auxiliary layer becomes longer and is used in the cathode electrode. Difficult parts may occur and power generation efficiency may decrease.

また、上記集電補助層3のガス流通孔32の空隙率は、30%〜80%であることが好ましく、30%〜50%であることがより好ましい。
30%未満ではカソード電極に空気を供給し難くなり、80%を超えるとカソード電極内や接点材層内を電荷が移動する距離が長くなる。
Further, the porosity of the gas flow holes 32 of the current collection auxiliary layer 3 is preferably 30% to 80%, and more preferably 30% to 50%.
If it is less than 30%, it is difficult to supply air to the cathode electrode, and if it exceeds 80%, the distance that the electric charge moves in the cathode electrode or the contact material layer becomes long.

上記集電補助層の導電部31は、図4に示すように、燃料電池ユニットの積層方向の一部が、上記接点材層2に埋没して接合したものであることが好ましい。
上記導電部31の一部が接点材層2に埋没していることで、集電補助層3と接点材層2との接触抵抗が低減すると共に、集電補助層3と接点材層2とを強固に接合できる。
As shown in FIG. 4, it is preferable that a part of the fuel cell unit in the stacking direction is buried and joined to the contact material layer 2 in the conductive portion 31 of the current collection auxiliary layer.
Since part of the conductive portion 31 is buried in the contact material layer 2, the contact resistance between the current collection auxiliary layer 3 and the contact material layer 2 is reduced, and the current collection auxiliary layer 3 and the contact material layer 2 Can be joined firmly.

接合面積が小さい箇所の接触抵抗や酸化被膜によって抵抗が増加すると、系全体の電気抵抗が著しく増大するが、上記導電部31が接点材層2に入り込んで接合することで電気抵抗の増加を防止できる。   If the resistance increases due to contact resistance or oxide film at a small joint area, the electrical resistance of the entire system increases significantly, but the conductive portion 31 enters the contact material layer 2 and joins to prevent an increase in electrical resistance. it can.

上記導電部の一部を接点材層に埋没させた接合の形成方法としては、インク状・ペースト状の接点材層塗工液を集電補助層の導電部に付与した後に、該接点材層塗工液をガス流通孔に流れ込ませることや、集電補助層の導電部に付与した接点材層塗工液をカソード電極に押し付けることで形成できる。   As a method of forming a joint in which a part of the conductive part is buried in the contact material layer, an ink-like / paste-like contact material layer coating solution is applied to the conductive part of the current collecting auxiliary layer, and then the contact material layer It can be formed by causing the coating liquid to flow into the gas flow holes or pressing the contact material layer coating liquid applied to the conductive portion of the current collecting auxiliary layer against the cathode electrode.

<集電体>
上記集電体4は、上記集電補助層3と隣接する燃料電池単セルの多孔質金属支持体14とを電気的に接合すると共に、空気流路CG及び燃料ガス流路AGを区画形成するものである。
<Current collector>
The current collector 4 electrically joins the current collecting auxiliary layer 3 and the porous metal support 14 of the adjacent fuel cell single cell, and defines the air flow path CG and the fuel gas flow path AG. Is.

上記集電体4と上記集電補助層3、及び、上記集電体4と隣接する燃料電池単セルの多孔質金属支持体14とは、溶接又はろう付けよって接合される。   The current collector 4, the current collection auxiliary layer 3, and the porous metal support 14 of the fuel cell single cell adjacent to the current collector 4 are joined by welding or brazing.

溶接又はろう付けよって接合された金属接合部は、上記集電補助層、上記集電体、上記多孔質金属支持体を構成するそれぞれの金属材料同士を、直接及び/又は他の金属材料を介して連続させて一体化するものであり、内部に酸化被膜を有さないものである。   Metal joints joined by welding or brazing are used to connect the current collecting auxiliary layer, the current collector, and the metal materials constituting the porous metal support directly and / or through other metal materials. Are integrated in a continuous manner, and have no oxide film inside.

上記金属材料同士を一体化し連続させることで、金属接合部の内部に空気が入り込むことがなく、金属接合部の内部に酸化被膜が形成されることを防止できる。   By integrating and continuing the metal materials, air does not enter the interior of the metal joint, and an oxide film can be prevented from being formed inside the metal joint.

したがって、上記集電補助層3と上記集電体4、及び上記集電体4と隣接する燃料電池単セルの多孔質金属支持体14との間の電気抵抗を低く保つことができ、発電効率を向上させることができる。   Therefore, the electrical resistance between the current collection auxiliary layer 3 and the current collector 4 and the porous metal support 14 of the fuel cell single cell adjacent to the current collector 4 can be kept low, and the power generation efficiency Can be improved.

上記集電体4は、金属材料から成る平板を波形にプレス加工することで形成できる。
集電体4を構成する金属材料としては、上記金属多孔質体を構成する金属材料と同様なものを使用できる。
The current collector 4 can be formed by pressing a flat plate made of a metal material into a corrugated shape.
As the metal material constituting the current collector 4, the same metal material as that constituting the metal porous body can be used.

<燃料電池スタック>
本発明の上記燃料電池単セルは、複数積層して燃料電池スタックとすることができる。
<Fuel cell stack>
A plurality of the fuel cell single cells of the present invention can be stacked to form a fuel cell stack.

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to the following Example.

[実施例1]
多孔質金属支持体としてのステンレス鋼(Fe−Cr)からなる粉末焼結板上に、ニッケル(Ni)とイットリア安定化ジルコニア(YSZ)とのサーメットからなるアノード電極、YSZからなる固体電解質層、ランタンストロンチウムコバルトフェライト(LSCF)からなるカソード電極をこの順に積層し、燃料電池ユニットを形成した。
[Example 1]
On a powder sintered plate made of stainless steel (Fe—Cr) as a porous metal support, an anode electrode made of cermet of nickel (Ni) and yttria stabilized zirconia (YSZ), a solid electrolyte layer made of YSZ, A cathode electrode made of lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) was laminated in this order to form a fuel cell unit.

上記燃料電池ユニットの多孔質金属支持体に、ステンレス鋼からなる集電体を溶接し、さらに該集電体上に集電補助層としてのステンレス鋼からなるエキスパンドメタルを積層して溶接した。   A current collector made of stainless steel was welded to the porous metal support of the fuel cell unit, and an expanded metal made of stainless steel as a current collecting auxiliary layer was laminated and welded on the current collector.

次に、ランタンストロンチウムコバルトフェライト(LSCF)と、バインダとしてのエチルセルロースと、粘度調整剤としての酢酸ブチルとを混合して、粘度が200Pa・sである接点材層スクリーン印刷用ペーストを作製した。   Next, lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), ethyl cellulose as a binder, and butyl acetate as a viscosity modifier were mixed to produce a contact material layer screen printing paste having a viscosity of 200 Pa · s.

上記エキスパンドメタルの集電体とは反対側の線材上に、上記接点材層スクリーン印刷用ペーストをスクリーン印刷により塗布した。   The contact material layer screen printing paste was applied by screen printing on the wire opposite to the expanded metal current collector.

上記エキスパンドメタルのペーストを付与した面を、別に形成した他の燃料電池ユニットのカソード電極の電極面に押し付け、エキスパンドメタルの線材の一部をペーストに埋没させて積層した。   The surface to which the expanded metal paste was applied was pressed against the electrode surface of the cathode electrode of another separately formed fuel cell unit, and a part of the expanded metal wire was buried in the paste and laminated.

上記積層体を焼成して上記ペーストを焼結させ、接点材層によりカソード電極とエキスパンドメタル(集電補助層)とが接合された燃料電池スタックを形成した。   The laminate was fired to sinter the paste to form a fuel cell stack in which the cathode electrode and the expanded metal (current collection auxiliary layer) were joined by the contact material layer.

上記燃料電池スタックの接点材層は、厚さが集電補助層の導電部の幅の1/5倍、幅が集電補助層の導電部の幅の1.2倍、空隙率が35%であった。   The contact material layer of the fuel cell stack has a thickness that is 1/5 times the width of the conductive portion of the current collecting auxiliary layer, a width that is 1.2 times the width of the conductive portion of the current collecting auxiliary layer, and a porosity of 35%. Met.

[実施例2]
接点材層の厚さを集電補助層の導電部の幅の1/7倍に替える他は実施例1と同様にして燃料電池スタックを形成した。
[Example 2]
A fuel cell stack was formed in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the contact material layer was changed to 1/7 times the width of the conductive portion of the current collecting auxiliary layer.

[比較例1]
接点材層を形成しない他は実施例1と同様にして燃料電池スタックを形成した。
[Comparative Example 1]
A fuel cell stack was formed in the same manner as in Example 1 except that the contact material layer was not formed.

上記実施例1,2及び比較例1の燃料電池スタック発電試験評価を行った。
評価結果を図12に示す。
The fuel cell stack power generation test evaluation of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was performed.
The evaluation results are shown in FIG.

図12のセル電圧−電流密度のグラフから本発明の接点材層を設けることで発電効率が向上することがわかる。   It can be seen from the graph of cell voltage-current density in FIG. 12 that the power generation efficiency is improved by providing the contact material layer of the present invention.

1 燃料電池ユニット
11 アノード電極
12 電解質層
13 カソード電極
14 多孔質金属支持体
2 接点材層
3 集電補助層
31 導電部
32 ガス流通孔
4 集電体
5 フレーム
6 シール
CG 空気流路
AG 燃料ガス流路
H マニホールド部
C 燃料電池単セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell unit 11 Anode electrode 12 Electrolyte layer 13 Cathode electrode 14 Porous metal support body 2 Contact material layer 3 Current collection auxiliary layer 31 Conductive part 32 Gas distribution hole 4 Current collector 5 Frame 6 Seal CG Air flow path AG Fuel gas Flow path H Manifold part C Fuel cell single cell

Claims (11)

アノード電極、電解質層、カソード電極を順に積層した燃料電池ユニットと、接点材層と集電補助層と、上記集電補助層に接合して空気流路を区画形成する集電体とを備える燃料電池単セルであって、
上記燃料電池ユニットのカソード電極側に、接点材層、集電補助層、集電体を順に積層したものであり、
上記集電補助層が、上記燃料電池ユニットの積層方向に貫通するガス流通孔と導電部とを有し、
上記接点材層が、上記集電補助層の導電部とカソード電極との間に形成された多孔質体であることを特徴とする燃料電池単セル。
A fuel comprising a fuel cell unit in which an anode electrode, an electrolyte layer, and a cathode electrode are laminated in order, a contact material layer, a current collecting auxiliary layer, and a current collector that is joined to the current collecting auxiliary layer to form an air flow path. A single battery cell,
On the cathode electrode side of the fuel cell unit, a contact material layer, a current collecting auxiliary layer, and a current collector are sequentially laminated,
The current collecting auxiliary layer has a gas flow hole and a conductive portion penetrating in the stacking direction of the fuel cell unit;
A fuel cell single cell, wherein the contact material layer is a porous body formed between a conductive portion of the current collection auxiliary layer and a cathode electrode.
上記接点材層が、上記カソード電極を構成する材料を含むものであることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池単セル。   2. The fuel cell single cell according to claim 1, wherein the contact material layer includes a material constituting the cathode electrode. 上記接点材層と上記カソード電極とが一体の焼結体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池単セル。   3. The fuel cell single cell according to claim 1, wherein the contact material layer and the cathode electrode are an integral sintered body. 上記接点材層の厚さが、上記集電補助層の導電部の幅の1/7〜1/1倍であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の燃料電池単セル。   The fuel according to any one of claims 1 to 3, wherein a thickness of the contact material layer is 1/7 to 1/1 times a width of a conductive portion of the current collecting auxiliary layer. Single battery cell. 上記接点材層の幅が、上記集電補助層の導電部の幅の1〜1.5倍であるであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の燃料電池単セル。   5. The fuel cell according to claim 1, wherein a width of the contact material layer is 1 to 1.5 times a width of a conductive portion of the current collection auxiliary layer. Single cell. 上記集電補助層の導電部の上記燃料電池ユニットの積層方向の一部が、上記接点材層に
埋没して接合したものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の燃料電池単セル。
The part of the stacking direction of the fuel cell unit of the conductive portion of the current collection auxiliary layer is buried and joined in the contact material layer. A fuel cell single cell as described in 1.
上記接点材層の空隙率が、30〜40%であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の燃料電池単セル。   The fuel cell single cell according to any one of claims 1 to 6, wherein a porosity of the contact material layer is 30 to 40%. 上記集電補助層の導電部の幅が、0.05mm〜0.15mmであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の燃料電池単セル。   The fuel cell single cell according to any one of claims 1 to 7, wherein a width of a conductive portion of the current collection auxiliary layer is 0.05 mm to 0.15 mm. 上記集電補助層の空隙率が30%〜80%であることを特徴とする1〜8のいずれか1つの項に記載の燃料電池単セル
The fuel cell single cell according to any one of 1 to 8, wherein the current collection auxiliary layer has a porosity of 30% to 80%.
燃料電池単セルを複数積層して成る燃料電池スタックであって、
上記燃料電池単セルが請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の燃料電池単セルであることを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel cell stack comprising a plurality of fuel cell single cells stacked,
A fuel cell stack, wherein the single fuel cell is the single fuel cell according to any one of claims 1 to 9.
上記燃料電池単セルの燃料電池ユニットが多孔質金属支持体で支持されたものであり、
上記集電補助層と上記集電体、及び該集電体と隣接する燃料電池単セルの多孔質金属支持体を、溶接又はろう付けで接合したものであることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池スタック。
The fuel cell unit of the fuel cell single cell is supported by a porous metal support,
11. The current collecting auxiliary layer, the current collector, and a porous metal support of a fuel cell single cell adjacent to the current collector are joined by welding or brazing. The fuel cell stack described.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018206586A (en) * 2017-06-02 2018-12-27 日本特殊陶業株式会社 Electrochemical reaction unit, electrochemical reaction cell stack, and manufacturing method of electrochemical reaction unit
WO2019106765A1 (en) * 2017-11-29 2019-06-06 日産自動車株式会社 Fuel cell stack
WO2022172750A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-18 パナソニックIpマネジメント株式会社 Non-aqueous electrolyte battery
WO2023012979A1 (en) * 2021-08-05 2023-02-09 日産自動車株式会社 Fuel cell and method for producing fuel cell

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006012453A (en) * 2004-06-22 2006-01-12 Nissan Motor Co Ltd Solid oxide fuel cell stack and solid oxide fuel cell
JP2010080151A (en) * 2008-09-25 2010-04-08 Kyocera Corp Cell stack and fuel battery module as well as fuel cell device equipped with the same
JP2014035823A (en) * 2012-08-07 2014-02-24 Nissan Motor Co Ltd Electrode for fuel cell, method of manufacturing electrode for fuel cell and fuel cell
JP2016009649A (en) * 2014-06-26 2016-01-18 株式会社日本自動車部品総合研究所 Solid-state electrolyte type fuel battery cell and manufacturing method for the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006012453A (en) * 2004-06-22 2006-01-12 Nissan Motor Co Ltd Solid oxide fuel cell stack and solid oxide fuel cell
JP2010080151A (en) * 2008-09-25 2010-04-08 Kyocera Corp Cell stack and fuel battery module as well as fuel cell device equipped with the same
JP2014035823A (en) * 2012-08-07 2014-02-24 Nissan Motor Co Ltd Electrode for fuel cell, method of manufacturing electrode for fuel cell and fuel cell
JP2016009649A (en) * 2014-06-26 2016-01-18 株式会社日本自動車部品総合研究所 Solid-state electrolyte type fuel battery cell and manufacturing method for the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018206586A (en) * 2017-06-02 2018-12-27 日本特殊陶業株式会社 Electrochemical reaction unit, electrochemical reaction cell stack, and manufacturing method of electrochemical reaction unit
WO2019106765A1 (en) * 2017-11-29 2019-06-06 日産自動車株式会社 Fuel cell stack
JPWO2019106765A1 (en) * 2017-11-29 2020-10-22 日産自動車株式会社 Fuel cell stack
WO2022172750A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-18 パナソニックIpマネジメント株式会社 Non-aqueous electrolyte battery
WO2023012979A1 (en) * 2021-08-05 2023-02-09 日産自動車株式会社 Fuel cell and method for producing fuel cell

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