JP2018037329A - Solid oxide fuel battery single cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化水素系燃料を燃料電池内部で改質して用いる固体酸化物型燃料電池単セルに係り、更に詳細には、炭化水素系燃料の改質効率を向上させた固体酸化物型燃料電池単セルに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solid oxide fuel cell single cell that is used by reforming a hydrocarbon-based fuel inside a fuel cell, and more specifically, a solid oxide type having improved reforming efficiency of a hydrocarbon-based fuel. The present invention relates to a single fuel cell.
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、固体電解質の一方の面にガスを透過するアノード電極、他方の面にガスを透過するカソード電極を有するものである。
そして、上記固体電解質を隔壁として、アノード電極に燃料ガスを供給し、カソード電極に酸素含有ガスを供給して発電する燃料電池である。
Among various types of fuel cells, a solid oxide fuel cell (hereinafter simply referred to as “SOFC”) is an anode electrode that transmits gas to one surface of a solid electrolyte, and a cathode that transmits gas to the other surface. It has an electrode.
The fuel cell generates power by supplying fuel gas to the anode electrode and supplying oxygen-containing gas to the cathode electrode using the solid electrolyte as a partition.
上記燃料ガスとしては、直接、電気化学反応が生じる水素ガスであること理想的である。しかし、水素ガスは、可燃性であることや、保管性や輸送性などの取り扱い性が悪く、その使用には複雑な機構・装置が必要となる。 Ideally, the fuel gas is a hydrogen gas that directly causes an electrochemical reaction. However, hydrogen gas is flammable and has poor handleability such as storage and transportability, and its use requires complicated mechanisms and devices.
したがって、取り扱いが容易な燃料ガスとして、天然ガスやバイオマス等から生じる炭化水素系燃料が利用され、上記炭化水素系燃料は水素ガスに改質・転化されてアノード電極に供給される。 Therefore, a hydrocarbon fuel generated from natural gas, biomass, or the like is used as a fuel gas that is easy to handle, and the hydrocarbon fuel is reformed and converted into hydrogen gas and supplied to the anode electrode.
上記炭化水素系燃料の改質は、固体酸化物型燃料電池の内部で行うことができ、内部改質を行う固体酸化物型燃料電池としては、アノード電極で支持するアノードサポートセルと、多孔質金属支持体で支持するメタルサポートセルが知られている。 The reforming of the hydrocarbon fuel can be performed inside the solid oxide fuel cell. As the solid oxide fuel cell for internal reforming, an anode support cell supported by an anode electrode, A metal support cell supported by a metal support is known.
上記アノードサポートセルは、セラミック粒子に触媒を担持させたアノード電極によって構造体として支持しながら炭化水素系燃料の改質と電池反応との両方を行うものである。しかし、セラミック粒子に触媒を担持させたアノード電極は、厚く、機械的強度が低いものであるため、体積当たりの発電量の向上が困難である。 The anode support cell performs both the reforming of the hydrocarbon fuel and the cell reaction while being supported as a structure by an anode electrode in which a catalyst is supported on ceramic particles. However, since the anode electrode in which the catalyst is supported on the ceramic particles is thick and has low mechanical strength, it is difficult to improve the power generation amount per volume.
特許文献1の特表2012−527068号公報には、多孔質金属支持体に改質触媒を担持させ、多孔質金属支持体中で炭化水素系燃料の改質を行うメタルサポート型の固体酸化物型燃料電池が開示されている。
そして、上記特許文献1には、燃料ガスの流路方向上流側から下流側、すなわち、燃料ガスの入口から出口に向けて、多孔質金属支持体に担持する改質触媒の量及び濃度を減少さることで、使用する改質触媒の量、特に、貴金属の使用量を最適化あるいは必要最小限に削減できる旨が記載されている。
Japanese Patent Application Publication No. 2012-527068 discloses a metal support type solid oxide in which a reforming catalyst is supported on a porous metal support and the hydrocarbon-based fuel is reformed in the porous metal support. A type fuel cell is disclosed.
In Patent Document 1, the amount and concentration of the reforming catalyst supported on the porous metal support is decreased from the upstream side to the downstream side in the fuel gas flow direction, that is, from the inlet to the outlet of the fuel gas. It is described that the amount of the reforming catalyst to be used, in particular, the amount of noble metal used can be optimized or reduced to the necessary minimum.
しかしながら、特許文献1に記載のものは、多孔質金属支持体のアノード電極側とガス流路側とに、同量の改質触媒を有するものであるため、アノード電極近傍で吸熱反応である改質反応が起こり、発熱反応が起こるアノード電極と局所的な温度勾配が生じて熱応力によるダメージを受ける。 However, since the thing of patent document 1 has the same amount of reforming catalysts on the anode electrode side and the gas flow path side of the porous metal support, the reforming is an endothermic reaction in the vicinity of the anode electrode. A reaction occurs, and an anode electrode in which an exothermic reaction occurs and a local temperature gradient are generated, resulting in damage due to thermal stress.
また、炭化水素系燃料からの水素発生過程においては、水蒸気の供給不足等によって炭素が析出する場合がある。アノード電極近傍での炭素が析出すると、燃料ガス流路からアノード電極に向かう多孔質金属支持体の孔、すなわち、多孔質金属支持体中の燃料ガスの輸送経路を閉塞すると共に、アノード電極での触媒活性を低下させて発電効率を低下させる。 In the process of generating hydrogen from hydrocarbon fuel, carbon may be deposited due to insufficient supply of water vapor. When carbon is deposited in the vicinity of the anode electrode, the pores of the porous metal support from the fuel gas flow path to the anode electrode, that is, the transport path of the fuel gas in the porous metal support are blocked, and the anode electrode Decrease power generation efficiency by reducing catalytic activity.
さらに、改質反応の活性は温度により変化することが知られており、入口から出口にかけて温度分布が生じることを考えると、特許文献1に記載のもののように、入口側の触媒量が多く、下流に向けて触媒濃度が減少させることが最適とは限らない。 Furthermore, it is known that the activity of the reforming reaction changes depending on the temperature, and considering that a temperature distribution occurs from the inlet to the outlet, the amount of catalyst on the inlet side is large, as in Patent Document 1, It is not always optimal to decrease the catalyst concentration toward the downstream.
例えば、運転点(負荷、条件など)は様々であり、特に、車両用途の固体酸化物燃料電池を想定した場合は、一般に定常的に使用する定置用途に比して、温度によって改質反応の活性が変化する傾向にある。
その結果、燃料電池スタック内のガス流れ方向の温度分布も大きく変化する。そのため、特許文献1のようにガス流れ方向の改質触媒量を予め決めてしまい、下流側の改質触媒量を少なくすると、様々な運転点(運転条件)に対してロバスト性(対応、順応性)が低くなってしまう。
For example, there are various operating points (load, conditions, etc.). In particular, when a solid oxide fuel cell for a vehicle is assumed, the reforming reaction depends on the temperature as compared with a stationary application that is generally used regularly. The activity tends to change.
As a result, the temperature distribution in the gas flow direction in the fuel cell stack also changes greatly. Therefore, if the amount of reforming catalyst in the gas flow direction is determined in advance as in Patent Document 1 and the amount of reforming catalyst on the downstream side is reduced, the robustness (correspondence and adaptation) with respect to various operating points (operating conditions). ) Will be low.
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、燃料極近傍で改質反応が生じることによる不都合を解消したロバスト性の高いメタルサポート型の固体酸化物型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 provide a highly robust metal support type that eliminates the disadvantage caused by the reforming reaction in the vicinity of the fuel electrode. An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell unit 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、多孔質金属支持体中の改質触媒の担持量を、燃料極層側よりも燃料ガス流路側を多くすることにより、上記目的が達成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 increased the amount of the reforming catalyst supported in the porous metal support on the fuel gas channel side than on the fuel electrode layer side, thereby The present inventors have found that the object can be achieved and have completed the present invention.
即ち、本発明の固体酸化物型燃料電池単セルは、多孔質金属支持板の一方の面に、燃料極層、固体電解質層、及び空気極層が、この順に積層され、多孔質金属支持板の他方の面側に燃料ガス流路を有する。
そして、上記多孔質金属支持板が、燃料ガス流路側表面及びその孔内に炭化水素系燃料を水素に改質する改質触媒が担持されたものであり、
上記多孔質金属支持板における改質触媒の担持量が、上記燃料極層側よりも上記ガス流路側が多いことを特徴とする。
That is, in the solid oxide fuel cell single cell of the present invention, the fuel electrode layer, the solid electrolyte layer, and the air electrode layer are laminated in this order on one surface of the porous metal support plate. A fuel gas flow path is provided on the other surface side of the.
And the said porous metal support plate carries the reforming catalyst which reforms hydrocarbon fuel into hydrogen in the fuel gas channel side surface and its hole,
The amount of the reforming catalyst supported on the porous metal support plate is larger on the gas flow path side than on the fuel electrode layer side.
本発明によれば、多孔質金属支持体中の改質触媒の担持量を、燃料極層側よりも燃料ガス流路側を多くすることとしたため、燃料極近傍で改質反応が生じることによる不都合を解消したロバスト性の高いメタルサポート型の固体酸化物型燃料電池単セルを提供することができる。 According to the present invention, since the amount of the reforming catalyst supported in the porous metal support is increased on the fuel gas flow path side than on the fuel electrode layer side, there is a disadvantage caused by a reforming reaction occurring in the vicinity of the fuel electrode. It is possible to provide a metal support type solid oxide fuel cell single cell with high robustness that eliminates the above problem.
本発明の固体酸化物型燃料電池単セルについて詳細に説明する。
図1に本発明の固体酸化物型燃料電池単セルの概略断面図を示す。
上記固体酸化物型燃料電池単セルは、図1に示すように、多孔質金属支持板1の一方の面に、燃料極層2、固体電解質層3、及び空気極層4が、この順に積層されたものである。
そして、ガス流路形成部材5によって、多孔質金属支持板1の他方の面側に燃料ガス流路、上記空気極層の固体電解質層とは反対側に空気流路が形成されたメタルサポート型燃料電池である。
なお、図1中、ガス流路中の燃料ガス又は空気は紙面手前から紙面奥方向に流れる。
The solid oxide fuel cell unit cell of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a solid oxide fuel cell unit cell of the present invention.
As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell single cell has a
A metal support type in which the gas flow
In FIG. 1, the fuel gas or air in the gas flow path flows from the front side of the page to the back side of the page.
<多孔質金属支持板>
上記多孔質金属支持板は、燃料極層、固体電解質層、及び空気極層を支持すると共に、燃料ガス流路側の表面及びその孔内に炭化水素系燃料を水素に転化する改質触媒を備え、上記燃料ガス流路からの炭化水素系燃料を水素に転化して燃料極層に供給するものである。
<Porous metal support plate>
The porous metal support plate includes a reforming catalyst that supports the fuel electrode layer, the solid electrolyte layer, and the air electrode layer, and converts the hydrocarbon-based fuel into hydrogen in the surface on the fuel gas flow path side and in the hole. The hydrocarbon fuel from the fuel gas channel is converted to hydrogen and supplied to the fuel electrode layer.
上記炭化水素系燃料は、多孔質金属支持板の燃料極層側とは反対側の面に形成された燃料ガス流路から供給される。 The hydrocarbon fuel is supplied from a fuel gas passage formed on the surface of the porous metal support plate opposite to the fuel electrode layer side.
本発明において、「炭化水素系燃料」とは、水素の発生源となるものであり、アルカン、アルケン、アルキン、芳香族炭化水素等、所謂、炭化水素の他、上記炭化水素に酸素が結合した、アルコール、アルデヒド、ケトン、エーテル等を含むものである。 In the present invention, the “hydrocarbon fuel” is a hydrogen generation source, and in addition to so-called hydrocarbons such as alkanes, alkenes, alkynes, aromatic hydrocarbons, etc., oxygen is bonded to the above hydrocarbons. , Alcohol, aldehyde, ketone, ether and the like.
上記炭化水素系燃料は、下記反応式(1)、反応式(2)によって水素に改質される。 The hydrocarbon fuel is reformed to hydrogen by the following reaction formulas (1) and (2).
CnHm + nH2O → nCO + (m/2+n)H2 ・・・反応式(1)
CO + H2O → CO2 + H2 ・・・反応式(2)
但し、反応式(1)、反応式(2)中、m、nは整数を表わす。
C n H m + nH 2 O → nCO + (m / 2 + n) H 2 ··· reaction formula (1)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ··· reaction formula (2)
However, in Reaction Formula (1) and Reaction Formula (2), m and n represent integers.
本発明の多孔質金属支持板は、上記改質触媒の担持量が燃料極層側よりもガス流路側の方が多いものである。図2に、図1中、丸で囲った部分の拡大図を示す。 In the porous metal support plate of the present invention, the amount of the reforming catalyst supported is greater on the gas flow path side than on the fuel electrode layer side. FIG. 2 shows an enlarged view of a circled portion in FIG.
図2に示すように、上記改質触媒11が、多孔質金属支持板の燃料ガス流路側に多く担持されていることで、燃料ガス流路近傍で炭化水素系燃料の改質を行うことができる。
As shown in FIG. 2, the reforming
したがって、上記炭化水素系燃料は、拡散係数が高い水素に転化されて多孔質金属支持板1の内部を流れるため、ガス輸送抵抗が低減される。 Therefore, the hydrocarbon fuel is converted into hydrogen having a high diffusion coefficient and flows inside the porous metal support plate 1, so that the gas transport resistance is reduced.
上記多孔質金属支持板は、上記燃料ガス流路側に上記改質触媒を担持する担持領域を有し、燃料極層側に改質触媒の非担持領域を有するものであることが好ましい。
つまり、上記多孔質金属支持板中の改質触媒11が、図2に示すように、多孔質金属支持板1と燃料極層2との界面に改質触媒11が存在せず、改質触媒11とアノード触媒21とが分離し、非接触であることが好ましい。
The porous metal support plate preferably has a supporting region for supporting the reforming catalyst on the fuel gas flow path side and has a non-supporting region for the reforming catalyst on the fuel electrode layer side.
That is, the reforming
上記改質触媒11は、燃料極層中のアノード触媒21と同様な触媒を使用することができ、担持されている箇所に応じて触媒反応または電気化学反応が生じる。多孔質金属支持板内では電気化学反応が生じず、イオン電導機能が不要であるため、改質触媒とアノード触媒との役割を分離することができる。
なお、本発明においては、図3に示すように、多孔質金属支持板と燃料極層が互いに入り込んで界面を形成していてもよい。
As the reforming
In the present invention, as shown in FIG. 3, the porous metal support plate and the fuel electrode layer may enter each other to form an interface.
上記多孔質金属支持板1としては、燃料ガスが流通する連通孔を有し、燃料極層2、固体電解質層3、及び空気極層4を支持することができ電流を流すことができれば特に制限はない。
上記多孔質金属支持板としては、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が、金属粒子を焼結させた多孔質体であることが好ましい。
The porous metal support plate 1 is not particularly limited as long as it has communication holes through which fuel gas flows and can support the
Examples of the porous metal support plate 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. However, it is preferably a porous body obtained by sintering metal particles.
上記多孔質金属支持板を構成する金属材12としては、例えば、ステンレス鋼、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)などの金属材を挙げることができる。
Examples of the
上記燃料ガス流路側に改質触媒11が偏在した多孔質金属支持板1は、改質触媒の分散液や懸濁液中に、多孔質金属支持板の一部を浸漬し、多孔質金属支持板の表面及び孔内に付着させることや、上記改質触媒の分散液や懸濁液を、多孔質金属支持板の一方側からスプレー塗工等により塗布することで形成できる。
The porous metal support plate 1 in which the reforming
上記改質触媒としては、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、銅(Cu)、ランタン(La)、等の遷移金属や、ルテニウム(Ru)、プラチナ(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)等の貴金属を挙げることができ、これらは、1種または2種以上を混合して用いることができる。 Examples of the reforming catalyst include transition metals such as nickel (Ni), cobalt (Co), copper (Cu), lanthanum (La), ruthenium (Ru), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium ( Ir), silver (Ag), palladium (Pd) and the like can be used, and these can be used alone or in combination of two or more.
また、多孔質金属支持板を構成する上記金属材12は、少なくも改質触媒を担持する領域の金属材が、その表面に凹凸を有するものであることが好ましい。改質触媒を担持する担持領域の金属材12が表面凹凸を有し、改質触媒を担持しない非担持領域の金属材よりも表面粗さが大きいことで、担持領域の金属材の表面積が増加して、改質触媒の耐剥離性が向上する。
The
上記表面凹凸の形成方法としては、多孔質金属支持板をエタノール等の溶媒に浸漬して超音波を印加することや、多孔質金属支持板を構成する金属粒子として、予め高温で焼成されたものを利用することの他、エッチングによる表面処理等を挙げることができる。 As the method for forming the surface irregularities, the porous metal support plate is immersed in a solvent such as ethanol and ultrasonic waves are applied, or the metal particles constituting the porous metal support plate are previously fired at a high temperature. In addition to the use of, surface treatment by etching and the like can be mentioned.
また、担持領域の金属材の表面に、上記非担持領域の金属材のバインダとは異なる耐剥離性を向上させるバインダを付与することで改質触媒の耐剥離性を向上させてもよい。
上記耐剥離性を向上させるバインダとしては、無機物で構成することができ、ケイ素系の酸化物や水酸化物などを挙げることができる。
Moreover, you may improve the peeling resistance of a reforming catalyst by providing the binder which improves the peeling resistance different from the binder of the metal material of the said non-supporting area | region to the surface of the metal material of a carrying | support area | region.
The binder for improving the peel resistance can be composed of an inorganic substance, and examples thereof include silicon-based oxides and hydroxides.
上記耐剥離性を向上させるバインダは、予め多孔質金属支持板を構成する金属粒子や金属繊維に付与してもよいし、改質触媒と同じように含浸による付与によって、上記担持領域の金属材の表面に付与することができる。 The binder for improving the peel resistance may be applied in advance to metal particles and metal fibers constituting the porous metal support plate, or by impregnation in the same manner as the reforming catalyst, the metal material in the supporting region. Can be applied to the surface.
また、上記多孔質金属支持板の金属材は、少なくも改質触媒を担持する領域の金属材の表面に拡散防止層を有することが好ましい。 Further, the metal material of the porous metal support plate preferably has a diffusion preventing layer on the surface of the metal material in a region supporting the reforming catalyst.
上記拡散防止層は、金属材と改質触媒との相互拡散を防止するものであり、相互拡散が防止されることで、改質触媒が金属材表面に存在し、長期に亘り炭化水素系燃料の改質を行うことができる。 The diffusion preventing layer prevents mutual diffusion between the metal material and the reforming catalyst. By preventing mutual diffusion, the reforming catalyst is present on the surface of the metal material, and the hydrocarbon-based fuel is used for a long time. Can be modified.
上記拡散防止層を構成する材料としては、ガドリニウムドープセリア等を挙げることができ、上記拡散抑止層はスパッタリング等により形成することができる。 Examples of the material constituting the diffusion prevention layer include gadolinium-doped ceria, and the diffusion suppression layer can be formed by sputtering or the like.
<燃料極層>
上記燃料極層としては、YSZ等のイオン導電性酸化物粒子22にアノード触媒21を担持させたサーメット等を使用することができる。
<Fuel electrode layer>
As the fuel electrode layer, a cermet or the like in which an
上記アノード触媒21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/又は合金から成るアノード触媒を使用でき、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。
As the
<固体電解質層>
上記固体電解質層3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酸化物を使用できる。
<Solid electrolyte layer>
As the
上記酸化物としては、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア:Zr1−xYxO2)、SSZ(スカンジウム安定化ジルコニア:Zr1−xScxO2)、SDC(サマリウムドープトセリア:Ce1−xSmxO2)、GDC(ガドリウムドープトセリア:Ce1−xGdxO2)、LSGM(ランタンストロンチウムマグネシウムガレート:La1−xSrxGa1−yMgyO3)等を挙げることができる。 Examples of the oxide include YSZ (yttria-stabilized zirconia: Zr 1-x Y x O 2 ), SSZ (scandium-stabilized zirconia: Zr 1-x S cx O 2 ), SDC (samarium-doped ceria: Ce 1-x Sm x O 2 ), GDC (gadlium - 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 ), etc. Can be mentioned.
<空気極層>
上記空気極層4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。
<Air electrode layer>
Examples of the constituent material of the
Examples of the perovskite oxide include perovskite oxides (for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide), LSM (lanthanum strontium manganese oxide), and the like.
上記固体酸化物型燃料電池単セルは、上記多孔質金属支持板の一方の面に、燃料極層、固体電解質層、空気極層を順次積層することで形成できる。
上記積層方法は、乾式法、湿式法のいずれであってもよい。
The solid oxide fuel cell single cell can be formed by sequentially laminating a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, and an air electrode layer on one surface of the porous metal support plate.
The laminating method 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.
<ガス流路形成部材>
上記ガス流路形成部材5は、上記多孔質金属支持板に接し、該多孔質金属支持板と隣接する固体酸化物型燃料電池単セルの空気極層とを、電気的に直接又は間接的に接合すると共に、ガス流路を形成するものである。
<Gas flow path forming member>
The gas flow
上記ガス流路形成部材は、図1に示すような金属の平板を波形にプレス加工した波形セパレータや、図4に示すような金属粒子を焼結した金属ポーラス体51等により形成できる。上記ガス流路形成部材を構成する金属材料としては、上記多孔質金属支持板を構成する金属材料と同様なものを使用できる。
The gas flow path forming member can be formed of a corrugated separator obtained by pressing a metal flat plate as shown in FIG. 1 into a corrugated shape, a metal
上記ガス流路形成部材5は、炭化水素系燃料と接する部位に上記改質触媒11を担持したものであることが好ましい。ガス流路形成部材5が改質触媒11を担持したものであることで、ガス流路内においても炭化水素系燃料を水素に転化することができ、改質効率が向上する。
The gas flow
本発明の固体酸化物型燃料電池単セルは、燃料ガスの改質反応と電気化学反応とを高次元で成立させることができ、高出力密度で運転することが要求される自動車用途の固体酸化物型燃料電池の好適に利用できる。 The solid oxide fuel cell unit cell of the present invention can establish a reforming reaction and an electrochemical reaction of a fuel gas at a high level and is required to be operated at a high power density. A physical fuel cell can be suitably used.
1 多孔質金属支持板
11 改質触媒
12 金属材
2 燃焼極層
21 アノード触媒
22 イオン電導性酸化物粒子
3 固体電解質層
4 空気極層
5 ガス流路形成部材
51 金属ポーラス体ガス流路形成部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Porous
Claims (5)
上記多孔質金属支持板が、燃料ガス流路側の表面及びその孔内に炭化水素系燃料を水素に転化する改質触媒が担持されており、
上記多孔質金属支持板における改質触媒の担持量が、上記燃料極層側よりも上記ガス流路側が多いことを特徴とする固体酸化物型燃料電池単セル。 A solid oxide having a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, and an air electrode layer laminated in this order on one surface of the porous metal support plate, and having a fuel gas channel on the other surface side of the porous metal support plate Type fuel cell single cell,
The porous metal support plate carries a reforming catalyst for converting a hydrocarbon-based fuel into hydrogen in the surface on the fuel gas flow path side and in the hole thereof,
A solid oxide fuel cell single cell, wherein the amount of the reforming catalyst supported on the porous metal support plate is larger on the gas flow path side than on the fuel electrode layer side.
上記担持領域の金属材が、上記非担持領域の金属材よりも表面粗さが大きい、及び/又は、上記非担持領域の金属材のバインダとは異なるバインダをその表面に有するものであることを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物型燃料電池単セル。 The reforming catalyst is supported on a metal material constituting the porous metal support plate,
The metal material in the carrying region has a surface roughness larger than that of the metal material in the non-carrying region and / or has a binder on the surface thereof that is different from the binder of the metal material in the non-carrying region. The solid oxide fuel cell single cell according to claim 2, wherein the solid oxide fuel cell is a single cell.
上記ガス流路形成部材が、金属ポーラス体及び/又は波形セパレータであり、炭化水素系燃料と接する部位に、上記改質触媒が担持されたものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の固体酸化物型燃料電池単セル。 A gas flow path forming member that is in contact with the porous metal support plate and forms a gas flow path;
The gas flow path forming member is a metal porous body and / or a corrugated separator, and the reforming catalyst is supported on a portion in contact with a hydrocarbon fuel. The solid oxide fuel cell unit cell according to any one of the items.
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