JP2018041557A - Fuel battery cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery cell which enables the increase in power generation efficiency.SOLUTION: A fuel battery cell comprises: a support substrate 20; a first power generation element part 10a; and a dense layer 8. The dense layer 8 has no oxygen ion conductivity. The fuel battery cell has a power generation region A, and a non-power generation region B. The power generation region A is a region where a fuel electrode activation part 42, an electrolyte 5, and an air electrode activation part 61 overlap one another. The non-power generation region B is a region other than that. An air electrode current collecting part 62 extends from the power generation region A to the non-power generation region B. The dense layer 8 is disposed between the air electrode current collecting part 62 and the support substrate 20 in the non-power generation region B.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、燃料電池セルに関するものである。   The present invention relates to a fuel battery cell.

燃料電池セルは、支持基板と、支持基板上に支持される発電素子部とを備えている。発電素子部は、燃料極集電部、燃料極活性部、電解質、空気極活性部、及び空気極集電部を有している。燃料極活性部、電解質、及び空気極活性部が重複する領域を発電領域とし、その他の領域を非発電領域とする。支持基板は、多孔質であり、ガス流路を有している。このガス流路に燃料ガスが供給されると、発電領域では、支持基板内を介して燃料極活性部へと燃料ガスが供給される。そして、非発電領域において、燃料ガスが支持基板内を介して空気極側に漏れることを防止するため、支持基板は、電解質によって覆われている。   The fuel cell includes a support substrate and a power generation element unit supported on the support substrate. The power generation element section includes a fuel electrode current collector, a fuel electrode active part, an electrolyte, an air electrode active part, and an air electrode current collector. A region where the fuel electrode active portion, the electrolyte, and the air electrode active portion overlap is defined as a power generation region, and the other region is defined as a non-power generation region. The support substrate is porous and has a gas flow path. When the fuel gas is supplied to the gas flow path, the fuel gas is supplied to the fuel electrode active portion through the support substrate in the power generation region. In order to prevent the fuel gas from leaking to the air electrode side through the inside of the support substrate in the non-power generation region, the support substrate is covered with an electrolyte.

特開2015−76339号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-76339

燃料電池セルにおいて、発電効率を向上させることが要望されている。そこで、本発明の課題は、発電効率を向上させることのできる燃料電池セルを提供することにある。   There is a demand for improving power generation efficiency in fuel cells. Then, the subject of this invention is providing the fuel battery cell which can improve electric power generation efficiency.

発明者は、非発電領域において、酸素イオンが電解質を介して支持基板側へ伝導されることによってリーク電流が発生し、この結果、燃料電池セルの発電効率が低下しているおそれがあることを見出した。そこで、本発明に係る燃料電池セルは、以下のような構成とすることによって、リーク電流の発生を抑制して発電効率を向上させた。   The inventor has found that in the non-power generation region, oxygen ions are conducted to the support substrate side through the electrolyte, so that a leak current is generated, and as a result, the power generation efficiency of the fuel cell may be reduced. I found it. Therefore, the fuel cell according to the present invention has the following configuration to suppress the generation of leakage current and improve the power generation efficiency.

本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、第1発電素子部と、緻密層と、を備えている。支持基板は、ガス流路を有する。支持基板は、多孔質である。第1発電素子部は、燃料極集電部、燃料極活性部、電解質、空気極活性部、及び空気極集電部、を有する。第1発電素子部は、支持基板上に支持される。緻密層は、酸素イオン伝導性を有さない。なお、酸素イオン伝導性を有さないとは、燃料電池セルの作動温度の一例である750度において、酸素イオン導電率が1×10−3S/cm以下であることを意味する。燃料電池セルは、発電領域と、非発電領域とを備える。発電領域は、燃料極活性部、前記電解質、及び前記空気極活性部が重複する領域である。非発電領域は、その他の領域である。空気極集電部は、発電領域から非発電領域まで延びている。緻密層は、非発電領域において、空気極集電部と支持基板との間に配置されている。 A fuel battery cell according to an aspect of the present invention includes a support substrate, a first power generation element portion, and a dense layer. The support substrate has a gas flow path. The support substrate is porous. The first power generation element unit includes a fuel electrode current collector, a fuel electrode active unit, an electrolyte, an air electrode active unit, and an air electrode current collector. The first power generation element unit is supported on a support substrate. The dense layer does not have oxygen ion conductivity. In addition, not having oxygen ion conductivity means that oxygen ion conductivity is 1 × 10 −3 S / cm or less at 750 degrees which is an example of the operating temperature of the fuel cell. The fuel battery cell includes a power generation region and a non-power generation region. The power generation region is a region where the fuel electrode active part, the electrolyte, and the air electrode active part overlap. The non-power generation area is another area. The air electrode current collector extends from the power generation region to the non-power generation region. The dense layer is disposed between the air electrode current collector and the support substrate in the non-power generation region.

この構成によれば、非発電領域において、酸素イオン伝導性を有さない緻密層が空気極集電部と支持基板との間に配置されている。このため、空気極集電部内の酸素イオンが支持基板側へと伝導することを防止でき、ひいては発電効率を向上させることができる。   According to this configuration, in the non-power generation region, the dense layer that does not have oxygen ion conductivity is disposed between the air electrode current collector and the support substrate. For this reason, it is possible to prevent oxygen ions in the air electrode current collector from being conducted to the support substrate side, thereby improving the power generation efficiency.

好ましくは、燃料電池セルは、反応防止膜をさらに備える。反応防止膜は、電解質と空気極活性部との間に配置されている。反応防止膜は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成される。   Preferably, the fuel cell further includes a reaction preventing film. The reaction preventing film is disposed between the electrolyte and the air electrode active part. The reaction preventing film is made of a material containing ceria containing a rare earth element.

好ましくは、緻密層は、支持基板と同じ主成分を有する。この構成によれば、非発電領域において、支持基板と緻密層との熱膨張係数を近づけることができる。この結果、支持基板にクラックが生じることを抑制できる。   Preferably, the dense layer has the same main component as the support substrate. According to this configuration, the thermal expansion coefficients of the support substrate and the dense layer can be made closer in the non-power generation region. As a result, it can suppress that a crack arises in a support substrate.

好ましくは、緻密層は、支持基板と同じ主成分を有し、支持基板の一対の側面を覆うように配置される。電解質で支持基板の全体を覆った場合、支持基板の一対の側面にクラックが生じることがあった。これに対して、支持基板の一対の側面を緻密層によって覆うことで、緻密層は支持基板と熱膨張係数が近いため、支持基板の側面を覆う緻密層にクラックが生じることを抑制できる。   Preferably, the dense layer has the same main component as the support substrate and is disposed so as to cover a pair of side surfaces of the support substrate. When the entire support substrate is covered with the electrolyte, cracks may occur on the pair of side surfaces of the support substrate. On the other hand, since the dense layer has a thermal expansion coefficient close to that of the support substrate by covering the pair of side surfaces of the support substrate with the dense layer, the occurrence of cracks in the dense layer covering the side surface of the support substrate can be suppressed.

好ましくは、燃料電池セルは、第2発電素子部と、インターコネクタと、をさらに備えている。第2発電素子部は、燃料極集電部、燃料極活性部、電解質、空気極活性部、及び空気極集電部を有している。第2発電素子部は、支持基板上に支持されている。インターコネクタは、第1発電素子部と第2発電素子部とを電気的に接続する。第1発電素子部の空気極集電部は、第2発電素子部に向かって延びている。第2発電素子部の燃料極集電部は、第1発電素子部に向かって延びている。インターコネクタは、第1発電素子部の空気極集電部と、第2発電素子部の燃料極集電部とを電気的に接続する。   Preferably, the fuel battery cell further includes a second power generation element portion and an interconnector. The second power generation element unit includes a fuel electrode current collector, a fuel electrode active unit, an electrolyte, an air electrode active unit, and an air electrode current collector. The second power generation element portion is supported on the support substrate. The interconnector electrically connects the first power generation element unit and the second power generation element unit. The air current collector part of the first power generation element part extends toward the second power generation element part. The fuel electrode current collector of the second power generation element extends toward the first power generation element. The interconnector electrically connects the air electrode current collector of the first power generating element part and the fuel electrode current collector of the second power generating element part.

本発明に係る燃料電池セルによれば、発電効率を向上させることができる。   According to the fuel cell according to the present invention, the power generation efficiency can be improved.

燃料電池スタックの斜視図。The perspective view of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of a fuel cell stack. 燃料マニホールドの斜視図。The perspective view of a fuel manifold. 燃料電池セルの斜視図。The perspective view of a fuel cell. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 燃料電池セルと燃料マニホールドとの接合を示す図。The figure which shows joining of a fuel battery cell and a fuel manifold. 空気の供給方法を示す図。The figure which shows the supply method of air. 燃料電池セル内を流れる電流を示す図。The figure which shows the electric current which flows through the inside of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 変形例に係る燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of the fuel battery cell which concerns on a modification. 変形例に係る燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of the fuel battery cell which concerns on a modification.

以下、本発明に係る燃料電池セルを用いた燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of a fuel cell stack using fuel cells according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1及び図2に示すように、燃料電池スタック100は、燃料マニホールド200と、複数の燃料電池セル301と、を備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 100 includes a fuel manifold 200 and a plurality of fuel cells 301.

[燃料マニホールド]
図3に示すように、燃料マニホールド200は、燃料ガスを各燃料電池セル301に分配するように構成されている。燃料マニホールド200は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド200の内部空間には、導入管201を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド200は、互いに間隔をあけて並ぶ複数の貫通孔202を有している。各貫通孔202は、燃料マニホールド200の天板203に形成されている。各貫通孔202は、燃料マニホールド200の内部空間と外部とを連通する。
[Fuel manifold]
As shown in FIG. 3, the fuel manifold 200 is configured to distribute the fuel gas to the fuel cells 301. The fuel manifold 200 is hollow and has an internal space. Fuel gas is supplied to the internal space of the fuel manifold 200 through the introduction pipe 201. The fuel manifold 200 has a plurality of through holes 202 arranged at intervals. Each through hole 202 is formed in the top plate 203 of the fuel manifold 200. Each through hole 202 communicates the internal space of the fuel manifold 200 with the outside.

[燃料電池セル]
図2に示すように、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200から延びている。詳細には、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200の天板203から上方(x軸方向)に延びている。すなわち、各燃料電池セル301の長手方向(x軸方向)は、上方に延びている。図4に示すように、燃料電池セル301は、複数の発電素子部10と、支持基板20とを備えている。
[Fuel battery cell]
As shown in FIG. 2, each fuel cell 301 extends from the fuel manifold 200. Specifically, each fuel cell 301 extends upward (x-axis direction) from the top plate 203 of the fuel manifold 200. That is, the longitudinal direction (x-axis direction) of each fuel cell 301 extends upward. As shown in FIG. 4, the fuel battery cell 301 includes a plurality of power generation element units 10 and a support substrate 20.

[支持基板]
支持基板20は、支持基板20の長手方向(x軸方向)に沿って延びる複数のガス流路21を内部に有している。各ガス流路21は、互いに実質的に平行に延びている。図5に示すように、支持基板20は、複数の第1凹部22と、各第1凹部22の間に配置される桟部23を有している。
[Support substrate]
The support substrate 20 has a plurality of gas passages 21 extending along the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. Each gas channel 21 extends substantially parallel to each other. As shown in FIG. 5, the support substrate 20 includes a plurality of first recesses 22 and a crosspiece 23 that is disposed between each first recess 22.

各第1凹部22は、支持基板20の両面に形成されている。各第1凹部22は支持基板20の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第1凹部22は、支持基板20の幅方向(y軸方向)の両端部には形成されていない。各桟部23は、支持基板20の幅方向(y軸方向)に延びている。   Each first recess 22 is formed on both surfaces of the support substrate 20. The first recesses 22 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 20. Each first recess 22 is not formed at both ends of the support substrate 20 in the width direction (y-axis direction). Each crosspiece 23 extends in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 20.

支持基板20は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板20は、例えば、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、支持基板20は、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、MgO(酸化マグネシウム)とMgAl(マグネシアアルミナスピネル)とから構成されてもよい。支持基板20の気孔率は、例えば、20〜60%程度である。 The support substrate 20 is made of a porous material that does not have electronic conductivity. The support substrate 20 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, the support substrate 20 may be made of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia), or made of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria). Alternatively, MgO (magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) may be used. The porosity of the support substrate 20 is, for example, about 20 to 60%.

[発電素子部]
各発電素子部10は、支持基板20の両面に支持されている。なお、各発電素子部10は、支持基板20の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部10は、支持基板20の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル301は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。長手方向に隣り合う発電素子部10は、インターコネクタ31によって互いに電気的に接続されている。以下では、複数の発電素子部10のうちの1つの発電素子部である第1発電素子部10aについて説明するが、他の発電素子部10も同じ構成である。
[Power generation element]
Each power generating element unit 10 is supported on both surfaces of the support substrate 20. Each power generation element unit 10 may be supported only on one side of the support substrate 20. The power generation element units 10 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 20. That is, the fuel cell 301 according to the present embodiment is a so-called horizontal stripe fuel cell. The power generating element portions 10 adjacent in the longitudinal direction are electrically connected to each other by an interconnector 31. Below, although the 1st power generation element part 10a which is one power generation element part among the several power generation element parts 10 is demonstrated, the other power generation element part 10 is also the same structure.

第1発電素子部10aは、燃料極4、電解質5、及び空気極6を有している。また、第1発電素子部10aは、反応防止膜7をさらに有している。   The first power generation element unit 10 a includes a fuel electrode 4, an electrolyte 5, and an air electrode 6. The first power generation element unit 10 a further includes a reaction preventing film 7.

[燃料極]
燃料極4は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極4は、燃料極集電部41と燃料極活性部42とを有する。
[Fuel electrode]
The fuel electrode 4 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The fuel electrode 4 includes a fuel electrode current collector 41 and a fuel electrode active part 42.

[燃料極集電部]
燃料極集電部41は、第1凹部22内に配置されている。詳細には、燃料極集電部41は、第1凹部22内に充填されており、第1凹部22と同様の外形を有する。燃料極集電部41は、第2凹部411及び第3凹部412を有している。第2凹部411内には、燃料極活性部42が配置されている。また、第3凹部412には、インターコネクタ31が配置されている。
[Fuel electrode current collector]
The fuel electrode current collector 41 is disposed in the first recess 22. Specifically, the fuel electrode current collector 41 is filled in the first recess 22 and has the same outer shape as the first recess 22. The fuel electrode current collector 41 has a second recess 411 and a third recess 412. A fuel electrode active portion 42 is disposed in the second recess 411. Further, the interconnector 31 is disposed in the third recess 412.

燃料極集電部41は、電子伝導性を有する。燃料極集電部41は、燃料極活性部42よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部41は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。   The fuel electrode current collector 41 has electronic conductivity. The fuel electrode current collector 41 preferably has higher electron conductivity than the fuel electrode active part 42. The fuel electrode current collector 41 may or may not have oxygen ion conductivity.

燃料極集電部41は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極集電部41は、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とCSZ(カルシア安定化ジルコニア)とから構成されてもよい。燃料極集電部41の厚さ、及び第1凹部22の深さは、50〜500μm程度である。 The fuel electrode current collector 41 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode current collector 41 may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). Also good. The thickness of the fuel electrode current collector 41 and the depth of the first recess 22 are about 50 to 500 μm.

[燃料極活性部]
燃料極活性部42は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部42は、燃料極集電部41よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部42における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部41における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
[Fuel electrode active part]
The fuel electrode active portion 42 has oxygen ion conductivity and electronic conductivity. The anode active part 42 has a higher content of oxygen ion conductive material than the anode current collector 41. Specifically, the volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the total volume excluding the pore portion in the fuel electrode active portion 42 is determined by the oxygen ion conduction in the total volume excluding the pore portion in the fuel electrode current collector 41. It is larger than the volume ratio of the substance having the property.

燃料極活性部42は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極活性部42は、NiO(酸化ニッケル)とGDC(ガドリニウムドープセリア)とから構成されてもよい。燃料極活性部42の厚さは、5〜30μmである。   The fuel electrode active part 42 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode active part 42 may be composed of NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium-doped ceria). The thickness of the fuel electrode active part 42 is 5 to 30 μm.

[電解質]
電解質5は、燃料極4上を覆うように配置されている。詳細には、電解質5は、あるインターコネクタ31から他のインターコネクタ31まで長手方向に延びている。すなわち、支持基板20の長手方向(x軸方向)において、電解質5とインターコネクタ31とが交互に連続して配置されている。このように、電解質5は、支持基板20の一対の主面を覆うように構成されている。
[Electrolytes]
The electrolyte 5 is disposed so as to cover the fuel electrode 4. Specifically, the electrolyte 5 extends in the longitudinal direction from one interconnector 31 to another interconnector 31. That is, the electrolyte 5 and the interconnector 31 are alternately and continuously arranged in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. Thus, the electrolyte 5 is configured to cover a pair of main surfaces of the support substrate 20.

電解質5は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質5は、例えば、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、電解質5は、LSGM(ランタンガレート)から構成されてもよい。電解質5の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。   The electrolyte 5 is a fired body made of a dense material that has ionic conductivity and no electronic conductivity. The electrolyte 5 can be made of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or the electrolyte 5 may be comprised from LSGM (lanthanum gallate). The thickness of the electrolyte 5 is, for example, about 3 to 50 μm.

[反応防止膜]
反応防止膜7は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜7は、電解質5と空気極活性部61との間に配置されている。反応防止膜7は、電解質5内のYSZと空気極6内のSrとが反応して電解質5と空気極6との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜7は、隣の発電素子部10である第2発電素子部10bの燃料極集電部41までは延びていない。
[Reaction prevention film]
The reaction preventing film 7 is a fired body composed of a dense material. The reaction preventing film 7 is disposed between the electrolyte 5 and the air electrode active part 61. The reaction preventing film 7 suppresses occurrence of a phenomenon in which YSZ in the electrolyte 5 and Sr in the air electrode 6 react to form a reaction layer having a large electric resistance at the interface between the electrolyte 5 and the air electrode 6. Is provided. The reaction preventing film 7 does not extend to the fuel electrode current collecting part 41 of the second power generating element part 10b which is the adjacent power generating element part 10.

反応防止膜7は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜7は、例えば、GDC=(Ce,Gd)O(ガドリニウムドープセリア)から構成され得る。反応防止膜7の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。 The reaction preventing film 7 is made of a material containing ceria containing a rare earth element. The reaction preventing film 7 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 7 is, for example, about 3 to 50 μm.

[空気極]
空気極6は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極6は、電解質5を介して、燃料極4と反対側に配置されている。空気極6は、空気極活性部61と空気極集電部62とを有している。
[Air electrode]
The air electrode 6 is a fired body composed of a porous material having electron conductivity. The air electrode 6 is disposed on the opposite side of the fuel electrode 4 with the electrolyte 5 interposed therebetween. The air electrode 6 includes an air electrode active part 61 and an air electrode current collector 62.

[空気極活性部]
空気極活性部61は、反応防止膜7上に配置されている。空気極活性部61は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部61は、空気極集電部62よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部61おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部62における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
[Air electrode active part]
The air electrode active part 61 is disposed on the reaction preventing film 7. The air electrode active part 61 has oxygen ion conductivity and electron conductivity. The air electrode active part 61 has a higher content of a substance having oxygen ion conductivity than the air electrode current collecting part 62. Specifically, the volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the total volume excluding the pore portion in the air electrode active portion 61 is determined by the oxygen ion conductivity in the air electrode current collector 62 with respect to the total volume excluding the pore portion. It is larger than the volume ratio of the substance having properties.

空気極活性部61は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極活性部61は、LSF=(La,Sr)FeO(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O(ランタンニッケルフェライト)、又は、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)等から構成されてもよい。空気極活性部61は、LSCFから構成される第1層(内側層)とLSCから構成される第2層(外側層)との2層によって構成されてもよい。空気極活性部61の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The air electrode active part 61 can be composed of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode active part 61 may have LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite), or LSC = (La, Sr) CoO. 3 (lanthanum strontium cobaltite) or the like. The air electrode active part 61 may be configured by two layers of a first layer (inner layer) composed of LSCF and a second layer (outer layer) composed of LSC. The thickness of the air electrode active part 61 is, for example, 10 to 100 μm.

この空気極活性部61と、電解質5と、燃料極活性部42とが重複する領域を発電領域Aとする。また、その他の領域、すなわち、発電領域A以外の領域を非発電領域Bとする。   A region where the air electrode active part 61, the electrolyte 5, and the fuel electrode active part 42 overlap is defined as a power generation region A. Further, other regions, that is, regions other than the power generation region A are defined as non-power generation regions B.

[空気極集電部]
空気極集電部62は、空気極活性部61上に配置されている。また、空気極集電部62は、空気極活性部61から、第2発電素子部10bに向かって延びている。すなわち、空気極集電部62は、発電領域Aから非発電領域Bまで延びている。
[Air electrode current collector]
The air electrode current collector 62 is disposed on the air electrode active part 61. The air electrode current collector 62 extends from the air electrode active part 61 toward the second power generation element part 10b. That is, the air electrode current collector 62 extends from the power generation region A to the non-power generation region B.

空気極集電部62は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極集電部62は、空気極活性部61よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部62は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。   The air electrode current collector 62 is a fired body made of a porous material having electronic conductivity. The air electrode current collector 62 preferably has higher electron conductivity than the air electrode active part 61. The air electrode current collector 62 may or may not have oxygen ion conductivity.

空気極集電部62は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極集電部62は、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)から構成されてもよい。或いは、空気極集電部62は、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)から構成されてもよい。空気極集電部62の厚さは、例えば、50〜500μm程度である。 The air electrode current collector 62 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode current collector 62 may be made of LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite). Or the air electrode current collection part 62 may be comprised from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy). The thickness of the air electrode current collector 62 is, for example, about 50 to 500 μm.

[インターコネクタ]
インターコネクタ31は、支持基板20の長手方向(x軸方向)に隣り合う第1発電素子部10aと第2発電素子部10bとを電気的に接続するように構成されている。詳細には、第1発電素子部10aの空気極集電部62は、第2発電素子部10bに向かって延びている。また、第2発電素子部10bの燃料極集電部41は、第1発電素子部10aに向かって延びている。そして、インターコネクタ31は、第1発電素子部10aの空気極集電部62と、第2発電素子部10bの燃料極集電部41とを電気的に接続している。インターコネクタ31は、燃料極集電部41の第3凹部412内に配置されている。詳細には、インターコネクタ31は、第3凹部412内に埋設されている。
[Interconnector]
The interconnector 31 is configured to electrically connect the first power generation element portion 10a and the second power generation element portion 10b adjacent to each other in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. Specifically, the air electrode current collector 62 of the first power generation element portion 10a extends toward the second power generation element portion 10b. Further, the fuel electrode current collector 41 of the second power generation element portion 10b extends toward the first power generation element portion 10a. The interconnector 31 electrically connects the air electrode current collector 62 of the first power generating element unit 10a and the fuel electrode current collector 41 of the second power generating element unit 10b. The interconnector 31 is disposed in the third recess 412 of the fuel electrode current collector 41. Specifically, the interconnector 31 is embedded in the third recess 412.

インターコネクタ31は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ31は、例えば、LaCrO(ランタンクロマイト)から構成され得る。或いは、インターコネクタ31は、(Sr,La)TiO(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコネクタ31の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The interconnector 31 is a fired body composed of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 31 can be made of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, the interconnector 31 may be made of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 31 is, for example, 10 to 100 μm.

[緻密層]
緻密層8は、非発電領域Bにおいて、空気極集電部62と支持基板20との間に配置されている。詳細には、緻密層8は、支持基板20上に形成された電解質5と空気極集電部62との間に配置されている。緻密層8は、支持基板20の長手方向(x軸方向)において、好ましくは桟部23の60%以上を覆っており、より好ましくは桟部23の全体を覆っている。また、図4に示すように、緻密層8は、支持基板20の一対の側面を覆っていることが好ましい。
[Dense layer]
In the non-power generation region B, the dense layer 8 is disposed between the air electrode current collector 62 and the support substrate 20. Specifically, the dense layer 8 is disposed between the electrolyte 5 formed on the support substrate 20 and the air electrode current collector 62. The dense layer 8 preferably covers 60% or more of the crosspieces 23 in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20, and more preferably covers the whole crosspieces 23. Further, as shown in FIG. 4, the dense layer 8 preferably covers a pair of side surfaces of the support substrate 20.

緻密層8は、酸素イオン伝導性を有していない。詳細には、緻密層8の酸素イオン導電率は、燃料電池セル100の作動温度の一例である750度において、1×10−3S/cm以下である。緻密層8は、緻密質材料から構成される。例えば、緻密層8の気孔率は、10%以下程度とすることができる。緻密層8は、支持基板20と同じ主成分を有している。例えば、緻密層8は、MgO、Y、又はMgAlなどによって構成され得る。 The dense layer 8 does not have oxygen ion conductivity. Specifically, the oxygen ion conductivity of the dense layer 8 is 1 × 10 −3 S / cm or less at 750 degrees which is an example of the operating temperature of the fuel cell 100. The dense layer 8 is made of a dense material. For example, the porosity of the dense layer 8 can be about 10% or less. The dense layer 8 has the same main component as the support substrate 20. For example, the dense layer 8 can be composed of MgO, Y 2 O 3 , MgAl 2 O 4 , or the like.

[集電部材]
以上のように構成された燃料電池セル301は、隣り合う燃料電池セル301と、集電部材302によって電気的に接続されている。図2に示すように、集電部材302は、一対の燃料電池セル301間に配置されている。そして、集電部材302は、厚さ方向(z軸方向)において隣り合う燃料電池セル301同士を電気的に接続するよう、導電性を有している。詳細には、集電部材302は、燃料電池セル301のガス供給側303において、隣り合う燃料電池セル301同士を接続している。集電部材302は、基端側発電素子部10aよりもガス供給側に配置されている。詳細には、図6に示すように、集電部材302は、基端側に配置される発電素子部10から延びる空気極集電部62上に配置されている。
[Current collecting member]
The fuel cell 301 configured as described above is electrically connected to the adjacent fuel cell 301 by the current collecting member 302. As shown in FIG. 2, the current collecting member 302 is disposed between the pair of fuel cells 301. And the current collection member 302 has electroconductivity so that the fuel cell 301 adjacent in the thickness direction (z-axis direction) may be electrically connected. Specifically, the current collecting member 302 connects adjacent fuel cells 301 on the gas supply side 303 of the fuel cells 301. The current collecting member 302 is disposed on the gas supply side with respect to the proximal end side power generation element portion 10a. Specifically, as shown in FIG. 6, the current collecting member 302 is disposed on the air electrode current collecting portion 62 extending from the power generating element portion 10 disposed on the base end side.

集電部材302は、ブロック状である。例えば、集電部材302は、直方体状又は円柱状である。集電部材302は、例えば、酸化物セラミックスの焼成体で構成されている。このような酸化物セラミックスとしては、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、(La,Sr)MnO、又は(La,Sr)(Co,Fe)O等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、(Mn,Co)、又は(Mn,Fe)等が挙げられる。この集電部材302は、例えば、可撓性を有していない。 The current collecting member 302 has a block shape. For example, the current collecting member 302 has a rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape. The current collecting member 302 is made of, for example, a fired body of oxide ceramics. Examples of such oxide ceramics include perovskite oxide and spinel oxide. Examples of the perovskite oxide include (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) (Co, Fe) O 3, and the like. Examples of the spinel oxide include (Mn, Co) 3 O 4 , (Mn, Fe) 3 O 4, and the like. For example, the current collecting member 302 does not have flexibility.

集電部材302は、第1接合材101によって、各燃料電池セル301に接合されている。すなわち、第1接合材101は、各集電部材302と各燃料電池セル301とを接合している。第1接合材101は、例えば、(Mn,Co)、(La,Sr)MnO又は(La,Sr)(Co,Fe)O等よりなる群から選ばれる少なくとも1種である。 The current collecting member 302 is joined to each fuel cell 301 by the first joining material 101. That is, the first bonding material 101 joins each current collecting member 302 and each fuel cell 301. The first bonding material 101 is, for example, at least one selected from the group consisting of (Mn, Co) 3 O 4 , (La, Sr) MnO 3, (La, Sr) (Co, Fe) O 3, and the like. .

図2に示すように、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200に支持されている。詳細には、各燃料電池セル301は、第2接合材102によって、燃料マニホールド200の天板203に固定されている。より詳細には、図7に示すように、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200の貫通孔202に挿入されている。燃料電池セル301は、貫通孔202に挿入された状態で、第2接合材102によって燃料マニホールド200に固定されている。   As shown in FIG. 2, each fuel cell 301 is supported by the fuel manifold 200. Specifically, each fuel cell 301 is fixed to the top plate 203 of the fuel manifold 200 by the second bonding material 102. More specifically, as shown in FIG. 7, each fuel cell 301 is inserted into the through hole 202 of the fuel manifold 200. The fuel cell 301 is fixed to the fuel manifold 200 by the second bonding material 102 in a state of being inserted into the through hole 202.

第2接合材102は、燃料電池セル301が挿入された状態の貫通孔202内に充填される。すなわち、第2接合材102は、燃料電池セル301の外周面と、貫通孔202を画定する壁面との隙間に充填される。第2接合材102は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、SiO−B系、SiO−CaO系、又はSiO−MgO系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合(結晶化度)が60%以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が40%未満のガラスを指す。なお、第2接合材102の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第2接合材102は、SiO−MgO−B−Al系及びSiO−MgO−Al−ZnO系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。 The second bonding material 102 is filled in the through hole 202 in a state where the fuel battery cell 301 is inserted. That is, the second bonding material 102 is filled in a gap between the outer peripheral surface of the fuel cell 301 and the wall surface that defines the through hole 202. The second bonding material 102 is, for example, crystallized glass. As the crystallized glass, for example, a SiO 2 —B 2 O 3 system, a SiO 2 —CaO system, or a SiO 2 —MgO system may be employed. In this specification, crystallized glass means that the ratio (crystallinity) of “volume occupied by crystal phase” to the total volume is 60% or more, and “volume occupied by amorphous phase and impurities relative to the total volume”. "Indicates a glass having a ratio of less than 40%. As the material of the second bonding material 102, amorphous glass, brazing material, ceramics, or the like may be employed. Specifically, the second bonding material 102 is at least one selected from the group consisting of SiO 2 —MgO—B 2 O 5 —Al 2 O 3 and SiO 2 —MgO—Al 2 O 3 —ZnO. .

燃料マニホールド200から突出している各燃料電池セル301の長手方向(x軸方向)の長さは、100〜300mm程度とすることができる。また、各燃料電池セル301は、燃料電池セル301の厚さ方向(z軸方向)に間隔をあけて並んでいる。この燃料電池セル301同士の間隔は、1〜5mm程度とすることができる。   The length of each fuel cell 301 protruding from the fuel manifold 200 in the longitudinal direction (x-axis direction) can be about 100 to 300 mm. The fuel cells 301 are arranged at intervals in the thickness direction (z-axis direction) of the fuel cells 301. The interval between the fuel cells 301 can be about 1 to 5 mm.

[発電方法]
以上のように構成された燃料電池スタック100は、次のようにして発電する。燃料マニホールド200を介して各燃料電池セル301のガス流路21内に燃料ガス(水素ガス等)を流すとともに、支持基板20の両面を酸素を含むガス(空気等)に曝す。
[Power generation method]
The fuel cell stack 100 configured as described above generates power as follows. A fuel gas (hydrogen gas or the like) is caused to flow into the gas flow path 21 of each fuel cell 301 through the fuel manifold 200, and both surfaces of the support substrate 20 are exposed to a gas (air or the like) containing oxygen.

酸素を含むガスは、例えば、図8に示すように、幅方向(y軸方向)に沿って流れるように、基端側の発電素子部10よりもガス供給側に供給される。詳細には、燃料電池スタック100は、ガス供給部材400をさらに有している。ガス供給部材400は、各燃料電池セル301の間において、空気などのガスを供給するように構成されている。なお、ガス供給部材400から供給されたガスが効率的に上方へ流れるよう、案内板401がガス供給部材400と反対側に設置されていてもよい。案内板401は、平板状であって、燃料電池セル301の長手方向に延びるとともに、燃料電池セル301の厚さ方向に延びている。   For example, as shown in FIG. 8, the gas containing oxygen is supplied to the gas supply side from the power generation element unit 10 on the base end side so as to flow along the width direction (y-axis direction). Specifically, the fuel cell stack 100 further includes a gas supply member 400. The gas supply member 400 is configured to supply a gas such as air between the fuel cells 301. Note that the guide plate 401 may be installed on the opposite side of the gas supply member 400 so that the gas supplied from the gas supply member 400 efficiently flows upward. The guide plate 401 has a flat plate shape and extends in the longitudinal direction of the fuel cell 301 and also extends in the thickness direction of the fuel cell 301.

以上のように、燃料ガス、及び酸素を含むガスを供給された各発電素子部10において、電解質5の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック100を外部の負荷に接続すると、空気極6において下記(1)式に示す電気化学反応が起こり、燃料極4において下記(2)式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
(1/2)・O+2e→O …(1)
+O →HO+2e …(2)
発電状態においては、電流は、図9において矢印で示すように流れる。インターコネクタ31、及び発電素子部10において、電流は厚さ方向に流れる。
As described above, in each power generation element unit 10 supplied with the fuel gas and the gas containing oxygen, an electromotive force is generated due to an oxygen partial pressure difference generated between both side surfaces of the electrolyte 5. When this fuel cell stack 100 is connected to an external load, an electrochemical reaction represented by the following formula (1) occurs in the air electrode 6, and an electrochemical reaction represented by the following formula (2) occurs in the fuel electrode 4, causing a current to flow. .
(1/2) · O 2 + 2e → O 2 (1)
H 2 + O 2 → H 2 O + 2e (2)
In the power generation state, current flows as shown by arrows in FIG. In the interconnector 31 and the power generation element unit 10, a current flows in the thickness direction.

[製造方法]
次に、上述したように構成された燃料電池セルの製造方法について説明する。図10から図17において、各部材の符号の末尾の「g」は、その部材が焼成前であることを示している。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the fuel battery cell configured as described above will be described. 10 to 17, “g” at the end of the reference numeral of each member indicates that the member is not fired.

まず、図10に示すように、支持基板の成形体20gを作製する。この支持基板の成形体20gは、例えば、支持基板20の材料(例えば、MgO−MgAl)の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、押し出し成形、及び切削等の手法を利用して作製され得る。 First, as shown in FIG. 10, a support substrate molded body 20g is prepared. The support substrate molded body 20g is formed by, for example, a method such as extrusion molding or cutting using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the support substrate 20 (for example, MgO—MgAl 2 O 4 ). It can be made using.

支持基板の成形体20gが作製されると、次に、図11に示すように、支持基板の成形体20gの上下面における各第1凹部22に、燃料極集電部の成形体41gを充填する。燃料極集電部の成形体41gは、例えば、上述した燃料極集電部41の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって作製される。   When the support substrate molded body 20g is manufactured, next, as shown in FIG. 11, the first recesses 22 in the upper and lower surfaces of the support substrate molded body 20g are filled with the molded body 41g of the fuel electrode current collector. To do. The molded body 41g of the fuel electrode current collector is produced by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the fuel electrode current collector 41 described above.

次に、図12に示すように、燃料極集電部の成形体41gの各第2凹部411内に、燃料極活性部の成形膜42gを形成する。この成形膜42gは、例えば、上述した燃料極活性部42の材料の粉末にバインダーなどを添加して得られるスラリーを用いて、印刷法などによって形成される。   Next, as shown in FIG. 12, a molded film 42 g of the fuel electrode active portion is formed in each second recess 411 of the molded body 41 g of the fuel electrode current collector. The formed film 42g is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material for the fuel electrode active portion 42 described above.

また、各燃料極集電部の成形体41gの各第3凹部412内に、インターコネクタの成形膜31gを形成する。各インターコネクタの成形膜31gは、例えば、上述したインターコネクタ31の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。   Also, an interconnector molded film 31g is formed in each third recess 412 of the molded body 41g of each fuel electrode current collector. The molded film 31g of each interconnector is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the interconnector 31 described above.

次に、図13に示すように、燃料極活性部の成形膜42g上に、電解質の成形膜5gを形成する。詳細には、電解質の成形膜5gの一方の端部は、第1発電素子部10aのインターコネクタの成形膜31g上に配置されており、電解質の成形膜5gの他方の端部は、第2発電素子部10bのインターコネクタの成形膜31g上に配置される。これによって、燃料極集電部の成形体41g、及び燃料極活性部の成形膜42gが形成された状態の支持基板の成形体20gの各主面は、インターコネクタの成形膜31g、及び電解質の成形膜5gによって覆われている。電解質の成形膜5gは、例えば、上述した電解質5の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法、又はディッピング法等によって形成される。   Next, as shown in FIG. 13, an electrolyte molding film 5g is formed on the molding film 42g of the fuel electrode active portion. Specifically, one end portion of the electrolyte molding film 5g is disposed on the molding film 31g of the interconnector of the first power generation element portion 10a, and the other end portion of the electrolyte molding film 5g is the second end portion. It arrange | positions on the shaping | molding film | membrane 31g of the interconnector of the electric power generation element part 10b. Thereby, the main surfaces of the molded body 41g of the fuel electrode current collector and the molded body 20g of the support substrate in which the molded film 42g of the fuel electrode active part is formed are formed on the main surface of the interconnector molded film 31g and the electrolyte. It is covered with a molding film 5g. The electrolyte molded film 5g is formed by, for example, a printing method or a dipping method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the electrolyte 5 described above.

次に、図14に示すように、電解質の成形膜5g上に、反応防止膜の成形膜7gを形成する。各反応防止膜の成形膜7gは、例えば、上述した反応防止膜7の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。   Next, as shown in FIG. 14, a reaction preventive film 7g is formed on the electrolyte film 5g. The molded film 7g of each reaction preventing film is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the reaction preventing film 7 described above.

次に、図15に示すように、電解質の成形膜5g上に、緻密層の成形膜8gを形成する。詳細には、電解質膜の成形膜5gのうち、反応防止膜7gから第2発電素子部10b側へ延びた部分を覆うように、緻密層の成形膜8gを形成する。   Next, as shown in FIG. 15, a dense molding film 8g is formed on the electrolyte molding film 5g. More specifically, the dense molded film 8g is formed so as to cover a portion of the molded electrolyte film 5g extending from the reaction preventing film 7g toward the second power generation element portion 10b.

そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体20gを、空気中にて1200〜1500℃程度で1〜5時間程度焼成する。これにより、空気極6が形成されていない状態の燃料電池セルが得られる。   Then, 20 g of the support substrate molded body in which various molded films are thus formed is fired in air at about 1200 to 1500 ° C. for about 1 to 5 hours. Thereby, the fuel battery cell in the state where the air electrode 6 is not formed is obtained.

次に、図16に示すように、各反応防止膜7上に、空気極活性部の成形膜61gを形成する。各空気極活性部の成形膜61gは、例えば、上述した空気極活性部61の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。   Next, as shown in FIG. 16, a forming film 61 g of the air electrode active portion is formed on each reaction preventing film 7. The molded film 61g of each air electrode active portion is formed by a printing method or the like using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode active portion 61 described above.

次に、図17に示すように、第1発電素子部10aの空気極活性部の成形膜61gと、第2発電素子部10bのインターコネクタ31とを跨ぐように、空気極集電部の成形膜62gを形成する。すなわち、空気極集電部の成形膜62gは、空気極活性部の成形膜61g、電解質5、シール部32、及び、インターコネクタ31上に形成される。各空気極集電部の成形膜62gは、例えば、上述した空気極集電部62の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。   Next, as shown in FIG. 17, the air electrode current collector is formed so as to straddle the forming film 61g of the air electrode active part of the first power generating element part 10a and the interconnector 31 of the second power generating element part 10b. A film 62g is formed. That is, the molding film 62g of the air electrode current collector is formed on the molding film 61g of the air electrode active part, the electrolyte 5, the seal part 32, and the interconnector 31. The molded film 62g of each air electrode current collector is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode current collector 62 described above.

そして、このように空気極の成形膜61g、62gが形成された状態の支持基板20を、空気中にて800〜1200℃程度で1〜5時間程度焼成する。これによって、燃料電池セル301が完成する。   The support substrate 20 in which the air electrode forming films 61g and 62g are thus formed is baked in the air at about 800 to 1200 ° C. for about 1 to 5 hours. Thereby, the fuel cell 301 is completed.

[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.

変形例1
上記実施形態では、支持基板20は平板状であったが、円筒状であってもよい。すなわち、燃料電池セル301は、円筒型であってもよい。
Modification 1
In the above embodiment, the support substrate 20 has a flat plate shape, but may have a cylindrical shape. That is, the fuel battery cell 301 may be cylindrical.

変形例2
上記実施形態では、燃料極集電部41が第2凹部411及び第3凹部412を有しているが、燃料極集電部41の構成はこれに限定されない。例えば、燃料極集電部41は第2凹部411及び第3凹部412などの凹部を有していなくてもよい。この場合、燃料極活性部42は、燃料極集電部41上に形成されており、燃料極集電部41に埋設されていない。また、インターコネクタ31は、燃料極集電部41上に形成されており、燃料極集電部41に埋設されていない。
Modification 2
In the above embodiment, the fuel electrode current collector 41 has the second recess 411 and the third recess 412, but the configuration of the fuel electrode current collector 41 is not limited to this. For example, the fuel electrode current collector 41 may not have concave portions such as the second concave portion 411 and the third concave portion 412. In this case, the anode active portion 42 is formed on the anode current collector 41 and is not embedded in the anode current collector 41. The interconnector 31 is formed on the anode current collector 41 and is not embedded in the anode current collector 41.

変形例3
図18に示すように、燃料電池セルは、インターコネクタ31を囲むように配置されたシール部32を備えていてもよい。例えば、シール部32は環状である。シール部32は、電気絶縁性を有している。すなわち、シール部32は、電子伝導性を有していない。シール部32は、例えば、MgO、又はCZOなどから構成され得る。この場合、電解質5は、第1発電素子部10aのシール部32から第2発電素子部10bのシール部32まで延びている。また、緻密層8は、第2発電素子部のシール部32まで延びており、インターコネクタ31とは接触していない。
Modification 3
As shown in FIG. 18, the fuel battery cell may include a seal portion 32 arranged so as to surround the interconnector 31. For example, the seal part 32 is annular. The seal part 32 has electrical insulation. That is, the seal part 32 does not have electronic conductivity. The seal portion 32 can be made of, for example, MgO or CZO. In this case, the electrolyte 5 extends from the seal portion 32 of the first power generation element portion 10a to the seal portion 32 of the second power generation element portion 10b. The dense layer 8 extends to the seal portion 32 of the second power generation element portion and does not contact the interconnector 31.

変形例4
上記実施形態では、電解質5は、第2発電素子部10bのインターコネクタ31まで延びているが、電解質5の構成はこれに限定されない。例えば、図19に示すように、電解質5は、支持基板20の桟部23まで延びていなくてもよい。この場合、緻密層8が桟部23上に配置されている。
Modification 4
In the said embodiment, although the electrolyte 5 is extended to the interconnector 31 of the 2nd electric power generation element part 10b, the structure of the electrolyte 5 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 19, the electrolyte 5 may not extend to the crosspiece 23 of the support substrate 20. In this case, the dense layer 8 is disposed on the crosspiece 23.

301 燃料電池セル
20 支持基板
21 ガス流路
10a 第1発電素子部
41 燃料極集電部
42 燃料極活性部
5 電解質
61 空気極活性部
62 空気極集電部
8 緻密層
A 発電領域
B 非発電領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 301 Fuel cell 20 Support substrate 21 Gas flow path 10a 1st power generation element part 41 Fuel electrode current collection part 42 Fuel electrode active part 5 Electrolyte 61 Air electrode active part 62 Air electrode current collection part 8 Dense layer A Power generation area B Non-power generation region

Claims (5)

ガス流路を有する多孔質の支持基板と、
燃料極集電部、燃料極活性部、電解質、空気極活性部、及び空気極集電部、を有し、前記支持基板上に支持される第1発電素子部と、
酸素イオン伝導性を有さない緻密層と、
を備え、
当該燃料電池セルは、前記燃料極活性部、前記電解質、及び前記空気極活性部が重複する領域である発電領域と、その他の領域である非発電領域とを備え、
前記空気極集電部は、前記発電領域から非発電領域まで延びており、
前記緻密層は、前記非発電領域において、前記空気極集電部と前記支持基板との間に配置される、
燃料電池セル。
A porous support substrate having a gas flow path;
A first power generation element unit that has a fuel electrode current collector, a fuel electrode active unit, an electrolyte, an air electrode active unit, and an air electrode current collector, and is supported on the support substrate;
A dense layer having no oxygen ion conductivity;
With
The fuel cell includes a power generation region in which the fuel electrode active portion, the electrolyte, and the air electrode active portion overlap, and a non-power generation region that is another region,
The air electrode current collector extends from the power generation region to a non-power generation region,
The dense layer is disposed between the air electrode current collector and the support substrate in the non-power generation region.
Fuel cell.
前記電解質と前記空気極活性部との間に配置され、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成される反応防止膜をさらに備える、
請求項1に記載の燃料電池セル。
A reaction-preventing film that is disposed between the electrolyte and the air electrode active portion and is made of a material containing ceria containing a rare earth element;
The fuel battery cell according to claim 1.
前記空気極集電部は、前記支持基板と同じ主成分を有する、
請求項1又は2に記載の燃料電池セル。
The air electrode current collector has the same main component as the support substrate,
The fuel battery cell according to claim 1 or 2.
前記緻密層は、前記支持基板の一対の側面を覆うように配置される、
請求項3に記載の燃料電池セル。
The dense layer is disposed so as to cover a pair of side surfaces of the support substrate.
The fuel battery cell according to claim 3.
燃料極集電部、燃料極活性部、電解質、空気極活性部、及び空気極集電部を有し、前記支持基板上に支持される第2発電素子部と、
前記第1発電素子部と前記第2発電素子部とを電気的に接続するインターコネクタと、
をさらに備え、
前記第1発電素子部の空気極集電部は、前記第2発電素子部に向かって延び、
前記第2発電素子部の燃料極集電部は、前記第1発電素子部に向かって延び、
前記インターコネクタは、前記第1発電素子部の空気極集電部と、前記第2発電素子部の燃料極集電部とを電気的に接続する、
請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池セル。
A second power generation element portion supported on the support substrate, having a fuel electrode current collector, a fuel electrode active portion, an electrolyte, an air electrode active portion, and an air electrode current collector;
An interconnector for electrically connecting the first power generation element portion and the second power generation element portion;
Further comprising
The air current collector part of the first power generation element part extends toward the second power generation element part,
The fuel electrode current collector of the second power generation element portion extends toward the first power generation element portion,
The interconnector electrically connects the air electrode current collector of the first power generating element part and the fuel electrode current collector of the second power generating element part,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4.
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JP2015064961A (en) * 2013-09-24 2015-04-09 京セラ株式会社 Solid oxide type fuel battery cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014165067A (en) * 2013-02-26 2014-09-08 Kyocera Corp Solid oxide fuel cell
JP2015064961A (en) * 2013-09-24 2015-04-09 京セラ株式会社 Solid oxide type fuel battery cell

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