JP2018195496A - Power collection structure for fuel battery cell, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池セルの集電構造およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a current collecting structure for a fuel cell and a method for manufacturing the same.
従来、この種の燃料電池セルの集電構造としては、円筒状の内側電極層と、円筒状の外側電極層と、内側電極層と外側電極層との間に配置される電解質層とを備える円筒形の燃料電池セルにおいて、燃料電池セルの端部に集電用の内側電極端子(キャップ)が取り付けられたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。内側電極層には、その端部において、電解質層および外側電極層が被覆されない露出部が設けられる。キャップは、カップ状(有底円筒部材)に形成され、カップの円筒部の内周面および底部の内面と、内側電極層の露出部の外周面および端面との間に、銀シール材が充填されている。 Conventionally, a current collecting structure of this type of fuel cell includes a cylindrical inner electrode layer, a cylindrical outer electrode layer, and an electrolyte layer disposed between the inner electrode layer and the outer electrode layer. A cylindrical fuel cell has been proposed in which an inner electrode terminal (cap) for current collection is attached to an end of the fuel cell (for example, see Patent Document 1). The inner electrode layer is provided with an exposed portion that is not covered with the electrolyte layer and the outer electrode layer at the end thereof. The cap is formed in a cup shape (bottomed cylindrical member) and filled with a silver seal material between the inner peripheral surface of the cylindrical portion of the cup and the inner surface of the bottom portion, and the outer peripheral surface and end surface of the exposed portion of the inner electrode layer. Has been.
上述した燃料電池セルの集電構造では、内側電極層とキャップとの間のクリアランスが小さいため、銀シール材を充填しようとしても、内側電極層とキャップとの間に空気が残存し易い。また、銀シール材としてペーストを用いた場合、焼成過程において、体積収縮が起こり、ヒケ(凹痕)が発生するおそれがある。内側電極層とキャップとの間にこうした空気やヒケが生じると、内側電極層とシール材との接触面積が小さくなり、内側電極層とキャップとの間の電気抵抗が増大し、セルの性能低下を招いてしまう。 In the fuel cell current collection structure described above, since the clearance between the inner electrode layer and the cap is small, air tends to remain between the inner electrode layer and the cap even if an attempt is made to fill the silver sealing material. Further, when a paste is used as the silver sealing material, volume shrinkage may occur in the firing process, and sink marks (concave marks) may be generated. If such air or sink marks occur between the inner electrode layer and the cap, the contact area between the inner electrode layer and the sealing material is reduced, the electrical resistance between the inner electrode layer and the cap increases, and the cell performance decreases. Will be invited.
本発明は、燃料電池セルとキャップとの間の導電性が良好な集電構造を提供することを主目的とする。 The main object of the present invention is to provide a current collecting structure with good conductivity between a fuel cell and a cap.
本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The present invention adopts the following means in order to achieve the main object described above.
本発明は、筒状の内側電極層と、筒状の外側電極層と、前記内側電極層と前記外側電極層との間に配置される電解質層とを有する筒状の燃料電池セルの集電構造であって、前記燃料電池セルの端部に嵌合されて前記内側電極層と電気的に接続される導電性のキャップを備え、前記キャップは、環状の底部と、該底部の外周側から筒状に延在する筒状部とを有し、前記底部の内面および前記筒状部の内周面がそれぞれ前記燃料電池セルの端部の端面および外周面を囲むように嵌合され、前記内側電極層の端部における外周面および端面に膜状の第1導電層が設けられ、前記底部の内面および前記筒状部の内周面と、前記第1導電層との間に、両者を電気的に接合する第2導電層が設けられることを要旨とする。 The present invention relates to a current collector for a cylindrical fuel cell having a cylindrical inner electrode layer, a cylindrical outer electrode layer, and an electrolyte layer disposed between the inner electrode layer and the outer electrode layer. A conductive cap fitted to an end of the fuel cell and electrically connected to the inner electrode layer, the cap from an annular bottom and an outer peripheral side of the bottom A cylindrical portion extending in a cylindrical shape, and the inner surface of the bottom portion and the inner peripheral surface of the cylindrical portion are fitted so as to surround the end surface and the outer peripheral surface of the end portion of the fuel cell, respectively, A film-like first conductive layer is provided on the outer peripheral surface and the end surface of the end portion of the inner electrode layer, and both are provided between the inner surface of the bottom portion and the inner peripheral surface of the cylindrical portion, and the first conductive layer. The gist is that a second conductive layer to be electrically joined is provided.
本発明の燃料電池セルの集電構造では、キャップは、その底部の内面および筒状部の内周面がそれぞれ燃料電池セルの端部の端面および外周面を囲むように嵌合される。そして、内側電極層の端部における外周面および端面に膜状の第1導電層が設けられ、キャップの底部の内面および筒状部の内周面と、第1導電層との間に、両者を電気的に接合する第2導電層が設けられる。内側電極層に膜状の第1導電層を設けることで、第1導電層と内側電極層との電気的な接触面積を十分に確保することができる。また、第2導電層に空気の残存やヒケが生じていても、第1導電層と第2導電層との導電性が大きく損なわれることはない。このため、内側電極層とキャップとを、第1導電層および第2導電層を介して電気的に良好に接続することができるから、燃料電池セルとキャップとの間の導電性を良好なものとすることができる。 In the fuel cell collecting structure of the present invention, the cap is fitted so that the inner surface of the bottom and the inner peripheral surface of the cylindrical portion surround the end surface and outer peripheral surface of the end of the fuel cell, respectively. A film-like first conductive layer is provided on the outer peripheral surface and the end surface of the end portion of the inner electrode layer, and between the inner surface of the bottom of the cap and the inner peripheral surface of the cylindrical portion and the first conductive layer, both A second conductive layer is provided to electrically join the two. By providing the film-shaped first conductive layer on the inner electrode layer, a sufficient electrical contact area between the first conductive layer and the inner electrode layer can be ensured. Further, even if air remains or sinks in the second conductive layer, the conductivity between the first conductive layer and the second conductive layer is not significantly impaired. For this reason, since the inner electrode layer and the cap can be electrically connected to each other through the first conductive layer and the second conductive layer, the conductivity between the fuel cell and the cap is good. It can be.
本発明の燃料電池セルの集電構造において、前記第1導電層は、前記内側電極層の内周面にも設けられるものとしてもよい。こうすれば、第1導電層と内側電極層との電気的な接触面積をより一層確保することができるから、燃料電池セルとキャップとの間の導電性をより良好なものとすることができる。 In the current collecting structure for a fuel cell according to the present invention, the first conductive layer may be provided on an inner peripheral surface of the inner electrode layer. By doing so, the electrical contact area between the first conductive layer and the inner electrode layer can be further secured, so that the conductivity between the fuel cell and the cap can be made better. .
本発明の燃料電池セルの集電構造において、前記第1導電層および前記第2導電層は、同一材料により形成されるものとしてもよい。こうすれば、温度変化に対する第1導電層と第2導電層との熱膨張差をなくして熱応力を低減することができるから、両者の電気的な接続を良好に保つことができる。 In the current collecting structure for a fuel cell according to the present invention, the first conductive layer and the second conductive layer may be formed of the same material. By so doing, the thermal stress can be reduced by eliminating the difference in thermal expansion between the first conductive layer and the second conductive layer with respect to temperature changes, so that the electrical connection between the two can be maintained well.
本発明の燃料電池セルの集電構造の製造方法は、筒状の内側電極層と、筒状の外側電極層と、前記内側電極層と前記外側電極層との間に配置される電解質層とを有する筒状の燃料電池セルの集電構造の製造方法であって、前記内側電極層の端部において少なくとも外周面と端面とに導電性ペーストを塗布する工程と、前記内側電極層に塗布した導電性ペーストを固化させて膜状の第1導電層を形成する工程と、環状の底部と、該底部の外周側から筒状に延在する筒状部とを有するキャップを、前記底部の内面および前記筒状部の内周面がそれぞれ前記内側電極層の端部の端面および外周面を囲むように嵌合する工程と、前記キャップの前記底部の内面および前記筒状部の内周面と、前記第1導電層との間に導電性ペーストが充填された状態で、当該導電性ペーストを固化させて第2導電層を形成する工程と、を含むことを要旨とする。 A method for producing a current collecting structure for a fuel cell according to the present invention includes a cylindrical inner electrode layer, a cylindrical outer electrode layer, and an electrolyte layer disposed between the inner electrode layer and the outer electrode layer. A method of manufacturing a current collecting structure of a cylindrical fuel cell having a step of applying a conductive paste to at least an outer peripheral surface and an end surface at an end of the inner electrode layer, and applying to the inner electrode layer A cap having a step of solidifying the conductive paste to form a film-shaped first conductive layer, an annular bottom portion, and a cylindrical portion extending in a cylindrical shape from the outer peripheral side of the bottom portion, an inner surface of the bottom portion And a step of fitting the inner peripheral surface of the cylindrical portion so as to surround an end surface and an outer peripheral surface of the end portion of the inner electrode layer, respectively, an inner surface of the bottom portion of the cap and an inner peripheral surface of the cylindrical portion; In a state where a conductive paste is filled between the first conductive layer and Forming a second conductive layer by solidifying the conductive paste is summarized in that including.
本発明の燃料電池セルの集電構造の製造方法は、内側電極層の端部において少なくとも外周面と端面とに導電性ペーストを塗布し、その導電性ペーストを固化させて膜状の第1導電層を形成する。そして、内側電極層の端部の端面および外周面を囲むようにキャップを嵌合し、キャップの底部の内面および筒状部の内周面と、第1導電層との間に導電性ペーストが充填された状態で、その導電性ペーストを固化させて第2導電層を形成する。これにより、内側電極層に膜状の第1導電層を確実に形成した上で、第2導電層を形成することができる。このため、第1導電層と内側電極層との電気的な接触面積を十分に確保することができる。また、第2導電層となる導電性ペーストを固化する際に空気の残存やヒケが生じても、第1導電層と第2導電層との導電性が大きく損なわれることはない。このため、内側電極層とキャップとを、第1導電層および第2導電層を介して電気的に良好に接続することができるから、燃料電池セルとキャップとの間の導電性を良好なものとすることができる。 In the manufacturing method of a current collecting structure for a fuel cell according to the present invention, a conductive paste is applied to at least the outer peripheral surface and the end surface at the end portion of the inner electrode layer, and the conductive paste is solidified to form a first conductive film. Form a layer. Then, a cap is fitted so as to surround the end surface and the outer peripheral surface of the end portion of the inner electrode layer, and the conductive paste is interposed between the inner surface of the bottom portion of the cap and the inner peripheral surface of the cylindrical portion, and the first conductive layer. In the filled state, the conductive paste is solidified to form a second conductive layer. Accordingly, the second conductive layer can be formed after the film-like first conductive layer is reliably formed on the inner electrode layer. For this reason, a sufficient electrical contact area between the first conductive layer and the inner electrode layer can be ensured. In addition, even when air remains or sinks when the conductive paste that becomes the second conductive layer is solidified, the conductivity between the first conductive layer and the second conductive layer is not significantly impaired. For this reason, since the inner electrode layer and the cap can be electrically connected to each other through the first conductive layer and the second conductive layer, the conductivity between the fuel cell and the cap is good. It can be.
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。 Next, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本実施形態の燃料電池セル40を有する発電モジュール10の構成の概略を示す構成図であり、図2は図1の発電モジュール10における二点鎖線の円部分の断面を拡大して示す断面図である。発電モジュール10は、図1に示すように、水蒸気を生成する気化器22と、天然ガスやLPガスなどの原燃料ガスを水蒸気改質反応により改質して水素を含む燃料ガス(改質ガス)を生成する改質器24と、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを反応させて発電する複数の燃料電池セル40がスタッキングされた燃料電池スタック30と、燃料ガス供給管26を介して改質器24と接続され改質器24からの燃料ガスを各燃料電池セル40に分配する燃料ガスマニホールド34と、酸化剤ガスを各燃料電池セル40に分配する酸化剤ガスマニホールド38と、を備え、これらは、モジュールケース11に収容されている。なお、発電モジュール10は、その発電に伴って発生した熱を回収して給湯する図示しない給湯ユニット(貯湯タンク)と組み合わされることにより、燃料電池システムを構成する。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of a
モジュールケース11は、断熱性材料により箱形に形成され、原燃料ガス供給管12と改質水供給管14と空気供給管16とが接続されている。原燃料ガス供給管12は、供給源からの原燃料ガスを気化器22へ供給する配管であり、その配管には開閉弁やポンプ、流量計、圧力計、脱硫器などが設けられている。改質水供給管14は、改質水を気化器22へ供給する配管であり、その配管には改質水タンクやポンプなどが設けられている。空気供給管16は、酸化剤ガスとしてのエアを酸化剤ガスマニホールド38へ供給する配管であり、その配管にはエアブロワや流量計などが設けられている。
The
また、モジュールケース11には、気化器22による水蒸気の生成や改質器24による水蒸気改質反応などに必要な熱を供給するための燃焼部28が設けられている。燃焼部28は、燃料電池セル40の発電反応に利用されなかった余剰の燃料ガス(アノードオフガス)および酸化剤ガス(カソードオフガス)を点火して燃焼させることにより、燃焼熱を用いて気化器22や改質器24を加熱する。燃焼部28の燃焼により生成される燃焼排ガスは、モジュールケース11の上部に設けられた燃焼排ガス排出管18を介してケース外へ排出される。なお、燃焼排ガス排出管18には図示しない熱交換器が接続され、熱交換器は、循環配管を介して貯湯タンクから供給される貯湯水を燃焼排ガスとの熱交換によって加温する。また、熱交換器を通過した燃焼排ガスは、貯湯水との熱交換によって凝縮され、その凝縮水が改質水タンクへ回収される。
Further, the
燃料電池セル40は、図2に示すように、酸素イオン伝導体からなる緻密構造の円筒状の電解質層42と、電解質層42の内側に積層されたアノードとしての多孔質構造の燃料電極層(内側電極層)44と、電解質層42の外側に積層されたカソードとしての多孔質構造の酸化剤極層(外側電極層)46と、を備える円筒形の固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)セルとして構成されており、長手方向における両端部には燃料電極層44と電気的に接続されるよう集電用のキャップ50が取り付けられている。燃料電極層44の内部には燃料ガスが流れる燃料ガス流路44aが形成されており、燃料電池セル40は、図1に示すように、燃料ガス流路44aと燃料ガスマニホールド34とが連通するように燃料ガスマニホールド34の支持板36に立設されている。また、図2に示すように、燃料電極層44は、端部において、電解質層42および酸化剤極層46が被覆されていない露出部44bが設けられている。
As shown in FIG. 2, the
電解質層42は、例えば、Y,Sc,Ceなどの希土類元素から選ばれる1種または2種以上をドープした安定化ジルコニア、Gd,Y,Smなどの希土類元素から選ばれる1種または2種以上をドープしたセリア、Ni,Sr,Mg,Co,Fe,Cuから選ばれる1種または2種以上をドープしたランタンガレート、などを用いることができる。
The
燃料電極層44は、例えば、NiやFeなどの触媒金属とY,Sc,Ceなどの希土類元素から選ばれる1種または2種以上をドープした安定化ジルコニアとの混合体、NiやFeなどの触媒金属とGd,Y,Smなどの希土類元素から選ばれる1種または2種以上をドープしたセリアとの混合体、NiやFeなどの触媒金属とSr,Mg,Co,Fe,Cuから選ばれる1種または2種以上をドープしたランタンガレートとの混合体、などを用いることができる。
The
酸化剤極層46は、例えば、Sr,Caから選ばれる1種または2種をドープしたランタンマンガナイト、Sr,Co,Ni,Cuから選ばれる1種または2種以上をドープしたランタンフェライト、Sr,Fe,Ni,Cuから選ばれる1種または2種以上をドープしたランタンコバルタイト、Sr,Feから選ばれる1種または2種をドープしたバリウムコバルタイト、銀、銀−パラジウム合金、白金、などを用いることができる。
The
なお、電解質層42と酸化剤極層46との間には、ガドリニウムをドープしたセリア(GDC)、イットリアをドープしたセリア(YDC)、サマリウムをドープしたセリア(SDC)などの希土類をドープしたセリア混合体を用いた反応防止層を設けることも好適である。
Between the
キャップ50は、例えば、フェライト系ステンレスなどの金属材料により形成され、図2に示すように、環状の底部52と、底部52の外周側から円筒状に延在する円筒部54と、底部52の内周側から円筒部54とは逆方向に円筒状に延在する突起部56とを有する。キャップ50は、底部52の内面と円筒部54の内周面とがそれぞれ燃料電池セル40の端部40aにおける端面と外周面とを囲むように燃料電池セル40に嵌合される。燃料電池セル40の端部40a(燃料電極層44の露出部44b)には、外周面と端面とに膜状に形成された集電層62が設けられている。この集電層62と、キャップ50の底部52の上面および円筒部54の内周面との間には、集電層62に電気的に接合される導電性接合層64が設けられている。このように、キャップ50の底部52の上面および円筒部54の内周面と、燃料電池セル40の端部40aの端面および外周面との間は、集電層62および導電性接合層64により電気的に接続されると共に燃料電極層44の内部の燃料ガス流路44aを流れる燃料ガスが外側(酸化剤極層46側)へリークしないようシールされる。集電層62および導電性接合層64は、例えば、白金、銀、銅、銀−パラジウム合金などの導電性ペーストやランタンクロマイトなどの導電性セラミックなど、導電率の高い材料を用いて形成することができる。本実施形態では、集電層62および導電性接合層64は、それぞれ同種の材料により形成されるものとした。また、導電性接合層64の上端面は、ガラスシール層66によって被覆されている。ガラスシール層66は、例えば、アルミナ−シリカ系結晶化ガラスなどの耐熱性およびシール性に優れた結晶化ガラスを用いることができる。なお、ガラスシール層66を設けないものとしてもよい。
The
接続板32は、例えば、フェライト系ステンレスなどの金属材料により形成され、図1に示すように、互いに隣接する2つの燃料電池セル40のうち一方の燃料電池セル40のキャップ50(燃料電極層44)と他方の燃料電池セル40の酸化剤極層46とを電気的に接続する。複数の燃料電池セル40は、互いに隣接する2つの燃料電池セル40が接続板32を介して連結されることにより、電気的に直列に接続される。
The
燃料ガスマニホールド34は、上部が開口した箱型の部材であり、上部の開口を塞いで密閉空間を形成するよう支持板36が接合されている。支持板36は、複数の貫通孔36aが所定間隔で形成されており、それぞれの貫通孔36aにキャップ50の突起部56が貫通するよう燃料電池セル40が挿入されることにより、複数の燃料電池セル40を立設した状態で支持する。これにより、燃料ガスマニホールド34は、各燃料電池セル40の燃料ガス流路44aと中空のキャップ50を介して連通し、燃料ガス供給管26から供給される燃料ガスを各燃料電池セル40の燃料ガス流路44aに供給(分配)する。燃料ガス流路44aに供給された燃料ガスは、燃料ガス流路44aを通過し、上側のキャップ50から上方へ排出される。燃料電池セル40を通過した余剰の燃料ガスは、上述したように、酸化剤ガスと共に燃焼部28にて燃焼され、燃焼排ガスとして燃焼排ガス排出管18へ排出される。支持板36は、例えば、フェライト系ステンレス鋼やオーステナイト系ステンレス鋼などの金属材料により形成したり、絶縁性セラミックなどの絶縁性材料により形成したりすることができる。なお、支持板36を金属材料により形成する場合、燃料電池セル40の下側のキャップ50と支持板36の貫通孔36aとを電気的に絶縁するため、貫通孔36aに絶縁性のシール部材を設けるものとしてもよい。
The
燃料電池セル40と支持板36との間、すなわちキャップ50の底部52の外面と支持板36の上面との間には、ガラスシール部37が形成されている。ガラスシール部37は、例えば、アルミナ−シリカ系結晶化ガラスなどの耐熱性およびシール性に優れた結晶化ガラスを用いて形成することができる。
A
酸化剤ガスマニホールド38は、空気供給管16と接続されており、各燃料電池セル40の酸化剤極層46に酸化剤ガス(空気)を分配するための複数の供給口38aが形成されている。
The
次に、燃料電池セル40に対するキャップ50の組み付け工程について説明する。図3はキャップ組み付け工程を示す説明図であり、図4はキャップ50の組み付けの様子を示す説明図である。以下、図3のキャップ組み付け工程について図4を参照しながら説明する。キャップ組み付け工程では、まず、燃料電池セル40の燃料電極層44の露出部44bにおける外周面と端面に銀−パラジウム合金からなる導電性ペーストを塗布する(S100、図4(a)参照)。そして、塗布した導電性ペーストを所定の乾燥温度(例えば150℃)で乾燥させることで固化させて集電層62を形成する(S110、図4(b)参照)。これにより、燃料電極層44の外周面と端面に略均一な厚みの膜状の集電層62を形成することができる。次に、キャップ50の底部52の内面と外筒部54の内周面に銀−パラジウム合金からなる導電性ペーストを塗布し(S120)、燃料電池セル40の端部40aをキャップ50内に挿入する(S130、図4(c)参照)。なお、燃料電池セル40の端部40aをキャップ50内に挿入してから、キャップ50の外筒部54と燃料電池セル40との間の隙間に導電性ペーストを充填するものとしてもよい。また、燃料電池セル40の端部40aをキャップ50内に挿入してから、キャップ50の外筒部54と燃料電池セル40との間の隙間にガラスペーストを充填する(図4(c)参照)。
Next, the process for assembling the
そして、燃料電池セル40とキャップ50との組み付け体を焼成炉に入れ、炉内を所定温度(例えば850℃)まで昇温させることにより、導電性ペーストおよびガラスペーストを焼成して導電性接合層64およびガラスシール層66を形成して(S140、図4(d)参照)、キャップの組み付けが完成する。S140の焼成において、キャップ50の外筒部54と燃料電池セル40との間の導電性ペースト内に空気が残存したまま導電性接合層64が形成されることがある。また、キャップ50の外筒部54と燃料電池セル40との間の隙間に充填された導電性ペーストの体積収縮が起こり、ヒケ(凹痕)が発生することがある。本実施形態では、燃料電極層44の外周面と端面に予め膜状の集電層62を形成する。この集電層62は、燃料電池セル40の端部40aとキャップ50との隙間に形成される導電性接合層64と異なり、開放された空間で形成されるため、空気の巻き込みや焼成によるヒケの発生を抑制して、略均一な厚みの緻密な膜状に形成することができる。即ち、予め集電層62を形成することで、燃料電極層44との電気的な接触面積を確保することができるのである。一方で導電性接合層64に空気の残存やヒケが発生しても、集電層62と導電性接合層64との接触面積が小さくなるだけである。集電層62と導電性接合層64とは、導電率の高い材料を用いて形成されているから、空気の残存やヒケによって両者の接触面積が小さくなっても両者の間の電気抵抗が問題になるほど増加することはない。
Then, the assembly of the
燃料電池セル40とキャップ50との導電性について以下の実験を行った。
The following experiment was conducted on the conductivity between the
上述したキャップ組み付け工程でキャップ50が組み付けられた本実施形態の燃料電池セル40において、キャップ50の外周面と、燃料電池セル40におけるキャップ50の装着側とは反対側の端部(燃料電極層44)とに配線を取り付け、還元雰囲気にて電気抵抗を測定した。電気抵抗は、700℃のときに9.4mΩであった。
In the
一方、比較例として、集電層62を設けない燃料電池セルを用意した。比較例の燃料電池セルは、図3のキャップ組み付け工程において、S100,S110の工程を省略して、燃料電池セル40の燃料電極層44の外周面および端面とキャップ50の底部52の上面および円筒部54の内周面との間に銀−パラジウム合金からなる導電性ペーストを充填し、850℃で焼成することにより、製造されるものである。比較例の燃料電池セルは、集電層62を備えず、導電性接合層64により、キャップ50の底部52の上面と燃料電池セル40の端部40aの端面とが電気的に接続されると共に、キャップ50の円筒部54の内周面と燃料電池セル40の端部40aの外周面とが電気的に接続されるものである。そして、この比較例の燃料電池セルにおいて、本実施形態の燃料電池セル40と同様に配線を取り付け、還元雰囲気にて電気抵抗を測定した。電気抵抗は、700℃のときに10.2mΩであった。
On the other hand, as a comparative example, a fuel cell without the
以上説明した本実施形態の燃料電池セル40の集電構造によれば、キャップ50は、その底部52の内面および円筒部54の内周面がそれぞれ燃料電池セル40の端部40aの端面および外周面を囲むように嵌合される。そして、燃料電池セル40の燃料電極層44(露出部44b)の端部における外周面および端面に膜状の集電層62が設けられ、キャップ50の底部52の内面および円筒部54の内周面と、集電層62との間に、両者を電気的に接合する導電性接合層64が配置される。このように、膜状に設けられた集電層62と燃料電極層44との電気的な接触面積を十分に確保した上で、燃料電極層44とキャップ50とを集電層62および導電性接合層64を介して電気的に接続することができる。また、先に膜状の集電層62を形成した上で、導電性接合層64を形成するから、集電層62と燃料電極層44との電気的な接触面積を十分に確保することができ、導電性接合層64に空気の残存やヒケが生じてもその影響を抑えることができる。この結果、燃料電池セル40とキャップ50との間の導電性を良好なものとすることができる。
According to the current collecting structure of the
また、導電性接合層64および集電層62は、同種の材料により形成されるため、温度変化に対する導電性接合層64と集電層62との熱膨張差をなくして熱応力を低減し、両者の電気的な接続を良好に保つことができる。
In addition, since the
本実施形態では、導電性接合層64および集電層62は、同種の材料により形成されるものとしたが、異なる材料により形成されてもよい。この場合、互いの熱膨張係数が近い材料(例えば、熱膨張率係数の差が0.5ppm以内の材料)を選定するのが望ましい。
In the present embodiment, the
本実施形態では、燃料電池セル40の燃料電極層44における外周面と端面とに膜状の集電層62が設けられるものとしたが、これに限られるものではない。図5は、他の実施形態の燃料電池セル140の端部140aの断面図である。図示するように、燃料電極層44において電解質層42に覆われない外周面と端面に加えて、内周面にも集電層162が設けられている。これにより、集電層162と燃料電極層44との電気的な接触面積をより大きくして接触面積をさらに確保することができるから、燃料電池セル40とキャップ50との間の導電性をより一層良好なものとすることができる。また、この燃料電池セル140において、本実施形態の燃料電池セル40と同様に配線を取り付け、還元雰囲気にて電気抵抗を測定した。電気抵抗は、700℃のときに9.2mΩであった。
In the present embodiment, the film-like
本実施形態では、燃料電池セル40やキャップ50は、円筒状に形成されるものとしたが、筒状であれば、例えば角筒状など如何なる形状に形成されるものとしてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。本実施形態では、電解質層42が「電解質層」に相当し、燃料電極層44が「内側電極層」に相当し、酸化剤極層46が「外側電極層」に相当し、燃料電池セル40が「燃料電池セル」に相当し、キャップ50が「キャップ」に相当し、底部52が「底部」に相当し、円筒部54が「筒状部」に相当し、集電層62が「第1導電層」に相当し、導電性接合層64が「第2導電層」に相当する。
The correspondence between the main elements of the present embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem will be described. In the present embodiment, the
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.
本発明は、燃料電池セルの製造産業などに利用可能である。 The present invention is applicable to the fuel cell manufacturing industry.
10 発電モジュール、11 モジュールケース、12 原燃料ガス供給管、14 改質水供給管、16 空気供給管、18 燃焼排ガス排出管、22 気化器、24 改質器、26 燃料ガス供給管、28 燃焼部、30 燃料電池スタック、32 接続板、34 燃料ガスマニホールド、36 支持板、36a 貫通孔、37 ガラスシール部、38 酸化剤ガスマニホールド、38a 供給口、40,140 燃料電池セル、40a,140a 端部、42 電解質層、44 燃料電極層、44a 燃料ガス流路、44b 露出部、46 酸化剤極層、50 キャップ、52 底部、54 円筒部、56 突起部、62,162 集電層、64 導電性接合層、66 ガラスシール層。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記燃料電池セルの端部に嵌合されて前記内側電極層と電気的に接続される導電性のキャップを備え、
前記キャップは、環状の底部と、該底部の外周側から筒状に延在する筒状部とを有し、前記底部の内面および前記筒状部の内周面がそれぞれ前記燃料電池セルの端部の端面および外周面を囲むように嵌合され、
前記内側電極層の端部における外周面および端面に膜状の第1導電層が設けられ、
前記底部の内面および前記筒状部の内周面と、前記第1導電層との間に、両者を電気的に接合する第2導電層が設けられる
燃料電池セルの集電構造。 A current collecting structure for a cylindrical fuel cell having a cylindrical inner electrode layer, a cylindrical outer electrode layer, and an electrolyte layer disposed between the inner electrode layer and the outer electrode layer. ,
A conductive cap fitted into an end of the fuel cell and electrically connected to the inner electrode layer;
The cap includes an annular bottom portion and a cylindrical portion extending in a cylindrical shape from the outer peripheral side of the bottom portion, and an inner surface of the bottom portion and an inner peripheral surface of the cylindrical portion are the ends of the fuel cell, respectively. It is fitted so as to surround the end surface and outer peripheral surface of the part,
A film-like first conductive layer is provided on the outer peripheral surface and the end surface of the end portion of the inner electrode layer,
A current collecting structure for a fuel cell, wherein a second conductive layer is provided between the inner surface of the bottom and the inner peripheral surface of the cylindrical portion and the first conductive layer.
前記第1導電層は、前記内側電極層の内周面にも設けられる
燃料電池セルの集電構造。 It is the current collection structure of the fuel battery cell according to claim 1,
The first conductive layer is also provided on an inner peripheral surface of the inner electrode layer.
前記第1導電層および前記第2導電層は、同一材料により形成される
燃料電池セルの集電構造。 A current collecting structure for a fuel cell according to claim 1 or 2,
The first conductive layer and the second conductive layer are formed of the same material.
前記内側電極層の端部において少なくとも外周面と端面とに導電性ペーストを塗布する工程と、
前記内側電極層に塗布した導電性ペーストを固化させて膜状の第1導電層を形成する工程と、
環状の底部と、該底部の外周側から筒状に延在する筒状部とを有するキャップを、前記底部の内面および前記筒状部の内周面がそれぞれ前記内側電極層の端部の端面および外周面を囲むように嵌合する工程と、
前記キャップの前記底部の内面および前記筒状部の内周面と、前記第1導電層との間に導電性ペーストが充填された状態で、当該導電性ペーストを固化させて第2導電層を形成する工程と、
を含む燃料電池セルの集電構造の製造方法。 Method for manufacturing current collecting structure of tubular fuel cell having tubular inner electrode layer, tubular outer electrode layer, and electrolyte layer disposed between inner electrode layer and outer electrode layer Because
Applying a conductive paste to at least the outer peripheral surface and the end surface at the end of the inner electrode layer;
Solidifying the conductive paste applied to the inner electrode layer to form a film-shaped first conductive layer;
A cap having an annular bottom portion and a cylindrical portion extending in a cylindrical shape from the outer peripheral side of the bottom portion, and an inner surface of the bottom portion and an inner peripheral surface of the cylindrical portion are end surfaces of end portions of the inner electrode layer, respectively. And a step of fitting so as to surround the outer peripheral surface;
In a state where the conductive paste is filled between the inner surface of the bottom portion of the cap and the inner peripheral surface of the cylindrical portion, and the first conductive layer, the conductive paste is solidified to form the second conductive layer. Forming, and
The manufacturing method of the current collection structure of the fuel cell containing this.
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