JP2019009079A - Cell, cell stack device, module, and module storage device - Google Patents

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Abstract

To provide a cell, a cell stack device, a module, and a module storage device with improved reliability.SOLUTION: A cell 10 according to the present disclosure includes a solid electrolyte layer 9 and an air electrode layer 1 that is stacked on the solid electrolyte layer 9 and has a first layer 1a which is dense on the solid electrolyte layer 9 side and a second layer 1b which is porous provided on the side opposite to the solid electrolyte layer 9 side, and the air electrode layer 1 has a gap X extending from the surface of the second layer 1b to at least the inside of the first layer 1a.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置に関する。   The present invention relates to a cell, a cell stack device, a module, and a module housing device.

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(空気)とを用いて電力を得ることができるセルの1種である燃料電池セルがマニホールドに複数配列されてなるセルスタック装置が提案されている。   In recent years, as a next-generation energy, a cell stack in which a plurality of fuel cells, which are one type of cells that can obtain electric power using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air), are arranged in a manifold. A device has been proposed.

このような燃料電池セルとしては、導電性支持基板上に、Niと希土類元素が固溶したZrOを含有してなる燃料極層、希土類元素が固溶したZrOを含有してなる固体電解質層、Srを含有するペロブスカイト型複合酸化物からなる空気極層とがこの順に設けられている。また、固体電解質層と空気極層との間に、希土類元素(Ceを除く)が固溶したCeOからなる中間層を設けた燃料電池セルも提案されている。 As such a fuel cell, a fuel electrode layer containing ZrO 2 in which Ni and a rare earth element are dissolved in a solid support on a conductive support substrate, and a solid electrolyte containing ZrO 2 in which a rare earth element is dissolved And an air electrode layer made of a perovskite complex oxide containing Sr are provided in this order. There has also been proposed a fuel cell in which an intermediate layer made of CeO 2 in which a rare earth element (excluding Ce) is dissolved is provided between the solid electrolyte layer and the air electrode layer.

また、空気極層を2層にし、上層部に3相界面を増大させる目的で、粗粒子を三次元網目状に連結させた構造も提案されている(例えば特許文献1参照)。   In addition, a structure in which coarse particles are connected in a three-dimensional network has been proposed for the purpose of increasing the three-phase interface in the upper layer portion with two air electrode layers (see, for example, Patent Document 1).

特開2010−267631号公報JP 2010-267631 A

しかしながら、空気極層と、空気極層の直下の中間層又は固体電解質層とでは、熱膨張係数が異なるため、空気極層の直下の層との接合面に熱応力が印加され、空気極層の直下の層にクラックが発生するおそれがあった。   However, since the thermal expansion coefficient differs between the air electrode layer and the intermediate layer or solid electrolyte layer immediately below the air electrode layer, thermal stress is applied to the joint surface with the layer immediately below the air electrode layer, and the air electrode layer There was a risk that cracks would occur in the layer immediately below.

すなわち、本発明の目的は、空気極層の形状を最適化し、信頼性の高いセルを提供することである。   That is, an object of the present invention is to optimize the shape of the air electrode layer and provide a highly reliable cell.

本開示のセルは、固体電解質層と、該固体電解質層の上に積層され、前記固体電解質層側に設けられた緻密質である第一層と、前記固体電解質層側と反対側に設けられた多孔質である第二層と、を有する空気極層と、を備え、該空気極層は、前記第二層の表面から、少なくとも前記第一層の内部まで延びる空隙を有することを特徴とする。   The cell of the present disclosure is provided with a solid electrolyte layer, a first layer that is laminated on the solid electrolyte layer, and is provided on the solid electrolyte layer side, and on the opposite side of the solid electrolyte layer side. An air electrode layer having a porous second layer, and the air electrode layer has a void extending from the surface of the second layer to at least the inside of the first layer. To do.

本開示のセルスタック装置は、上記セルを複数具備してなるとともに、該複数のセルを電気的に接続してなることを特徴とする。   The cell stack device according to the present disclosure includes a plurality of the cells and is electrically connected to the plurality of cells.

本開示のモジュールは、上記セルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする。   The module according to the present disclosure is characterized in that the cell stack device is stored in a storage container.

本開示のモジュール収納装置は、上記モジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。   The module storage device of the present disclosure is characterized in that the module and an auxiliary machine for operating the module are stored in an outer case.

本開示のセルによれば、空気極層の第二層の表面から、少なくとも第一層の内部まで延
びる空隙を有することで、空気極層との直下の層との接合面に発生する熱応力を低減できる。それにより、信頼性の高いセルを提供することができる。
According to the cell of the present disclosure, the thermal stress generated in the joint surface with the layer immediately below the air electrode layer by having a gap extending from the surface of the second layer of the air electrode layer to at least the inside of the first layer. Can be reduced. Thereby, a highly reliable cell can be provided.

本実施形態のセルの一例を示したものであり、(a)は横断面図、(b)は一部を破断した斜視図である。An example of the cell of this embodiment is shown, (a) is a cross-sectional view, (b) is the perspective view which fractured | ruptured one part. 本実施形態のセルの一例における、中間層と空気極層の断面を模式化して示す、拡大横断面図である。It is an expansion cross-sectional view which shows typically the cross section of an intermediate | middle layer and an air electrode layer in an example of the cell of this embodiment. 本実施形態のセルを備えてなるモジュールの一例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows an example of the module provided with the cell of this embodiment. 本実施形態のモジュール収納装置の一例を一部省略して示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which abbreviate | omits and shows an example of the module storage apparatus of this embodiment.

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、セルとして燃料電池セル(以下、セルという。)を例として説明する。   Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. Note that a fuel cell (hereinafter referred to as a cell) will be described as an example of the cell.

図1(a)は中空平板形のセル10の横断面を示し、(b)は一部を破断したセルの斜視図である。なお、両図面において、セル10の各部材を一部拡大等して示している。   FIG. 1 (a) shows a cross section of a hollow plate cell 10 and FIG. 1 (b) is a perspective view of the cell partially broken. In both drawings, each member of the cell 10 is partially enlarged.

セル10は、全体的に見て楕円柱状の導電性支持基板3を備えている。導電性支持基板3の内部には、所定の間隔で複数の燃料ガス流路5が長手方向に形成されており、セル10は、この導電性支持基板3上に各種の部材が設けられた構造を有している。   The cell 10 includes a conductive support substrate 3 having an elliptical column shape as a whole. A plurality of fuel gas passages 5 are formed in the longitudinal direction at predetermined intervals inside the conductive support substrate 3, and the cell 10 has a structure in which various members are provided on the conductive support substrate 3. have.

導電性支持基板3は、図1(a)に示されている形状から理解されるように、平坦部nと、平坦部nの両端の弧状部mとからなっている。平坦部nの両面は互いにほぼ平行に形成されており、平坦部nの一方の表面(下面)と両側の弧状部mを覆うように燃料極層7が設けられており、さらに、この燃料極層7を覆うように、緻密質な固体電解質層9が積層されている。また、固体電解質層9の上には、中間層4を介して、燃料極層7と対面するように空気極層1が積層されている。また、燃料極層7および固体電解質層9が積層されていない平坦部nの他方の表面には、インターコネクタ2が形成されている。図1(a)および(b)から明らかな通り、燃料極層7および固体電解質層9は、両端の弧状部mを経由してインターコネクタ2の両サイドにまで延びており、導電性支持基板3の表面が外部に露出しないように構成されている。   As understood from the shape shown in FIG. 1A, the conductive support substrate 3 includes a flat portion n and arc-shaped portions m at both ends of the flat portion n. Both surfaces of the flat portion n are formed substantially parallel to each other, and a fuel electrode layer 7 is provided so as to cover one surface (lower surface) of the flat portion n and the arc-shaped portions m on both sides. A dense solid electrolyte layer 9 is laminated so as to cover the layer 7. Further, the air electrode layer 1 is laminated on the solid electrolyte layer 9 so as to face the fuel electrode layer 7 with the intermediate layer 4 interposed therebetween. An interconnector 2 is formed on the other surface of the flat portion n where the fuel electrode layer 7 and the solid electrolyte layer 9 are not stacked. As is apparent from FIGS. 1A and 1B, the fuel electrode layer 7 and the solid electrolyte layer 9 extend to both sides of the interconnector 2 via the arc-shaped portions m at both ends, and the conductive support substrate. 3 is configured so as not to be exposed to the outside.

ここで、セル10は、燃料極層7の空気極層1と対面(対向)している部分が燃料極層として機能して発電する。即ち、空気極層1の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、かつ導電性支持基板3内のガス通路5に燃料ガス(水素含有ガス)を流し、所定の作動温度まで加熱することにより発電する。そして、かかる発電によって生成した電流は、導電性支持基板3に取り付けられているインターコネクタ2を介して集電される。以下に、セル10を構成する各部材について順に説明する。   Here, in the cell 10, the portion of the fuel electrode layer 7 facing (facing) the air electrode layer 1 functions as a fuel electrode layer to generate power. That is, an oxygen-containing gas such as air is flowed outside the air electrode layer 1 and a fuel gas (hydrogen-containing gas) is flowed into the gas passage 5 in the conductive support substrate 3 to generate power by heating to a predetermined operating temperature. To do. The current generated by the power generation is collected via the interconnector 2 attached to the conductive support substrate 3. Below, each member which comprises the cell 10 is demonstrated in order.

導電性支持基板3は、燃料ガスを燃料極層7まで透過させるためにガス透過性であること、インターコネクタ2を介して集電を行うために導電性であることが要求されることから、例えば、鉄族金属成分と希土類元素酸化物とにより形成することができる。   Since the conductive support substrate 3 is required to be gas permeable in order to allow the fuel gas to pass to the fuel electrode layer 7 and to be conductive in order to collect current via the interconnector 2, For example, it can be formed of an iron group metal component and a rare earth element oxide.

鉄族金属成分としては、鉄族金属単体、鉄族金属酸化物、鉄族金属の合金もしくは合金酸化物等が挙げられる。より詳細には、例えば、鉄族金属としてはFe、Ni(ニッケル)およびCoがある。本実施形態では、何れも使用することができるが、安価であることおよび燃料ガス中で安定であることから、鉄族成分としてNiおよび/またはNiOを含有することができる。なお、複数の鉄族金属成分を含有することもできる。   Examples of the iron group metal component include an iron group metal element, an iron group metal oxide, an iron group metal alloy or an alloy oxide, and the like. More specifically, for example, iron group metals include Fe, Ni (nickel), and Co. In the present embodiment, any of them can be used, but Ni and / or NiO can be contained as an iron group component because it is inexpensive and stable in fuel gas. A plurality of iron group metal components can also be contained.

また、希土類元素酸化物とは、導電性支持基板3の熱膨張係数を固体電解質層9の熱膨張係数に近づけるために使用されるものであり、Y、Lu(ルテチウム)、Yb、Tm(ツリウム)、Er(エルビウム)、Ho(ホルミウム)、Dy(ジスプロシウム)、Gd、Sm、Pr(プラセオジム)からなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む希土類元素酸化物が、上記鉄族成分との組合せで使用される。このような希土類元素酸化物の具体例としては、Y、Lu、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd、Sm、Prを例示することができ、鉄族金属の酸化物との固溶、反応が殆どなく、また、熱膨張係数が固体電解質層9と殆ど同程度であり、かつ安価であるという点から、Y、Ybを用いることができる。 The rare earth element oxide is used to bring the coefficient of thermal expansion of the conductive support substrate 3 close to the coefficient of thermal expansion of the solid electrolyte layer 9, and Y, Lu (lutetium), Yb, Tm (thulium). ), Er (erbium), Ho (holmium), Dy (dysprosium), Gd, Sm, Pr (praseodymium), a rare earth element oxide containing at least one element selected from the group consisting of the iron group component and Used in combination. Specific examples of such rare earth element oxides include Y 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Er 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Gd 2. O 3 , Sm 2 O 3 , and Pr 2 O 3 can be exemplified, and there is almost no solid solution and reaction with the iron group metal oxide, and the thermal expansion coefficient is almost the same as that of the solid electrolyte layer 9. Y 2 O 3 and Yb 2 O 3 can be used because they are available and inexpensive.

また、導電性支持基板3の良好な導電率を維持し、かつ熱膨張係数を固体電解質層9と近似させるという点で、焼成−還元後における体積比率が、鉄族金属成分:希土類元素酸化物(例えば、Ni:Y)が、体積比で35:65〜65:35(例えば、鉄族金属成分/(鉄族金属成分+Y)がモル比で65〜86モル%)の範囲とすることができる。なお、導電性支持基板3中には、要求される特性が損なわれない限りの範囲で、他の金属成分や酸化物成分を含有していてもよい。 In addition, the volume ratio after firing-reduction is the iron group metal component: rare earth element oxide in that the good conductivity of the conductive support substrate 3 is maintained and the thermal expansion coefficient is approximated to that of the solid electrolyte layer 9. (For example, Ni: Y 2 O 3 ) is in a volume ratio of 35:65 to 65:35 (for example, iron group metal component / (iron group metal component + Y) is 65 to 86 mol% in molar ratio) can do. The conductive support substrate 3 may contain other metal components and oxide components as long as required characteristics are not impaired.

また、導電性支持基板3は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、通常、開気孔率は20%以上、特に25〜50%の範囲とすることができる。また、導電性支持基板3の導電率は、50S/cm以上、特には300S/cm以上、さらには440S/cm以上とすることができる。   Moreover, since the electroconductive support substrate 3 needs to have fuel gas permeability, the open porosity can usually be 20% or more, particularly 25 to 50%. Further, the conductivity of the conductive support substrate 3 can be 50 S / cm or more, particularly 300 S / cm or more, and further 440 S / cm or more.

図1に示す中空平板型のセル10において、導電性支持基板3の平坦部nの長さ(導電性支持基板3の幅方向の長さ)を15〜35mm、弧状部mの長さ(弧の長さ)を2〜8mmとした場合、導電性支持基板3の厚み(平坦部nの両面間の厚み)は1.5〜5mmとすることができる。   In the hollow plate cell 10 shown in FIG. 1, the length of the flat portion n of the conductive support substrate 3 (length in the width direction of the conductive support substrate 3) is 15 to 35 mm, and the length of the arc-shaped portion m (arc). Is 2 to 8 mm, the thickness of the conductive support substrate 3 (the thickness between both surfaces of the flat portion n) can be 1.5 to 5 mm.

燃料極層7は、電極反応を生じさせるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスにより形成することができる。例えば、希土類元素(Zrを除く)が固溶したZrOまたは希土類元素(Ceを除く)が固溶したCeOと、Niおよび/またはNiOとから形成することができる。 The fuel electrode layer 7 causes an electrode reaction, and can be formed of a well-known porous conductive ceramic. For example, it can be formed from ZrO 2 in which a rare earth element (excluding Zr) is dissolved or CeO 2 in which a rare earth element (excluding Ce) is dissolved, and Ni and / or NiO.

燃料極層7中の希土類元素(Zrを除く)が固溶したZrOまたは希土類元素(Ceを除く)が固溶したCeOの含有量と、NiあるいはNiOとの含有量は、焼成−還元後における体積比率が、Ni:希土類元素(Zrを除く)が固溶したZrO(Ni:YSZ)または希土類元素(Ceを除く)が固溶したCeOが、体積比で35:65〜65:35の範囲とすることができる。さらに、この燃料極層7の開気孔率は、15%以上、特に20〜40%の範囲とすることができ、その厚みは、1〜30μmとすることができる。例えば、燃料極層7の厚みを上記範囲とすることで、発電性能を高めることができ、また厚みを上記範囲とすることで、固体電解質層9と燃料極層7との間の熱膨張差による剥離等を抑制することができる。 The content of ZrO 2 in which the rare earth elements (excluding Zr) are dissolved in the fuel electrode layer 7 or CeO 2 in which the rare earth elements (excluding Ce) are dissolved, and the content of Ni or NiO are calcined and reduced. The volume ratio of Ni: rare earth elements (excluding Zr) ZrO 2 (Ni: YSZ) or CeO 2 in which rare earth elements (excluding Ce) are solid solution is 35:65 to 65 by volume ratio. : 35. Further, the open porosity of the fuel electrode layer 7 can be 15% or more, particularly 20 to 40%, and the thickness thereof can be 1 to 30 μm. For example, the power generation performance can be improved by setting the thickness of the fuel electrode layer 7 in the above range, and the difference in thermal expansion between the solid electrolyte layer 9 and the fuel electrode layer 7 by setting the thickness in the above range. It is possible to suppress peeling and the like.

また、図1(a)および図1(b)の例では、燃料極層7は、インターコネクタ2の両側面にまで延びているが、空気極層1に対面する位置に存在して燃料極層7が形成されていればよいため、例えば空気極層1が設けられている側の平坦部nにのみ燃料極層7が形成されていてもよい。また、インターコネクタ2は、固体電解質層9が設けられていない側の導電性支持基板3の平坦部分n上に直接設けることもでき、この場合にはインターコネクタ2と導電性支持基板3との間の電位降下を抑制できる。   Further, in the example of FIGS. 1A and 1B, the fuel electrode layer 7 extends to both side surfaces of the interconnector 2, but exists at a position facing the air electrode layer 1 so as to face the fuel electrode. Since the layer 7 only needs to be formed, the fuel electrode layer 7 may be formed only in the flat portion n on the side where the air electrode layer 1 is provided, for example. The interconnector 2 can also be provided directly on the flat portion n of the conductive support substrate 3 on the side where the solid electrolyte layer 9 is not provided. In this case, the interconnector 2 and the conductive support substrate 3 The potential drop between them can be suppressed.

燃料極層7上に設けられている固体電解質層9は、3〜15モル%のY(イットリウム)、Sc(スカンジウム)、Yb(イッテルビウム)等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ZrOからなる緻密質なセラミックスを用いることができる。また、希土類元素としては、安価であるという点からYを用いることができる。さらに、固体電解質層9は、ガス透過を防止するという点から、相対密度(アルキメデス法による)が93%以上、特に95%以上の緻密質とすることができ、かつその厚みを3〜50μmとすることができる。 The solid electrolyte layer 9 provided on the fuel electrode layer 7 is a partially stabilized or stabilized ZrO containing 3 to 15 mol% of rare earth elements such as Y (yttrium), Sc (scandium), Yb (ytterbium). A dense ceramic made of 2 can be used. Further, Y can be used as the rare earth element because it is inexpensive. Furthermore, the solid electrolyte layer 9 can have a relative density (according to Archimedes method) of 93% or more, particularly 95% or more in terms of preventing gas permeation, and a thickness of 3 to 50 μm. can do.

空気極層1は、図1に示すように、後述する中間層4を介して固体電解質層9の上に積層されており、二層構造をしている。固体電解質層9側に設けられた緻密質な層が第一層1aである。固体電解質層側と反対側に設けられた多孔質な層が第二層1bである。第一層1aは、イオン伝導性と電子伝導性を有するセラミック粒子と、電子伝導性を有するペロブスカイト型酸化物からなるセラミック粒子と、を混合した層である。第二層1bは、多数の導電性セラミック微粒子が集合した多孔質の粗粒子を三次元網目状に連結してなる電子伝導性を有するセラミック粒子を材料とする層である。   As shown in FIG. 1, the air electrode layer 1 is laminated on a solid electrolyte layer 9 via an intermediate layer 4 described later, and has a two-layer structure. A dense layer provided on the solid electrolyte layer 9 side is the first layer 1a. The porous layer provided on the side opposite to the solid electrolyte layer side is the second layer 1b. The first layer 1a is a layer in which ceramic particles having ion conductivity and electron conductivity and ceramic particles made of a perovskite oxide having electron conductivity are mixed. The second layer 1b is a layer made of ceramic particles having electronic conductivity formed by connecting porous coarse particles in which a large number of conductive ceramic fine particles are aggregated in a three-dimensional network.

イオン伝導性と電子伝導性を有するセラミック粒子としては、例えば、GdやSmが固溶したCeOである。その原料粉末は、(CeO1−x(SmO1.5または(CeO1−x(GdO1.5(xは0<x≦0.3を満足する数である)で表される組成を有していてもよい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、10〜20モル%のGdO1.5またはSmO1.5が固溶したCeOであってもよい。 The ceramic particles having ion conductivity and electron conductivity are, for example, CeO 2 in which Gd or Sm is dissolved. The raw material powder is (CeO 2 ) 1-x (SmO 1.5 ) x or (CeO 2 ) 1-x (GdO 1.5 ) x (x is a number satisfying 0 <x ≦ 0.3). ). Furthermore, CeO 2 in which 10 to 20 mol% of GdO 1.5 or SmO 1.5 is dissolved may be used from the viewpoint of reducing electric resistance.

電子伝導性を有するペロブスカイト型酸化物からなるセラミック粒子としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物であり、600〜1000℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からLaFeO系酸化物が使用されている。上記ペロブスカイト型酸化物においては、AサイトにLaと共にSrなどが存在していてもよいし、さらにBサイトには、FeとともにCoやMnが存在していてもよい。なお、例えば、LaSr1−yCoFe1−zで表わされる複合酸化物であり、yとzはそれぞれ、0.5≦y≦0.7、0.2≦z≦0.8の範囲であってもよい。 As ceramic particles made of perovskite type oxide having electron conductivity, LaFeO 3 type oxide is used because it is a transition metal perovskite type oxide and has high electrical conductivity at an operating temperature of about 600 to 1000 ° C. Has been. In the perovskite oxide, Sr and the like may exist together with La at the A site, and Co and Mn may exist together with Fe at the B site. For example, it is a composite oxide represented by La y Sr 1-y Co z Fe 1-z O 3 , and y and z are 0.5 ≦ y ≦ 0.7 and 0.2 ≦ z ≦ 0, respectively. May be in the range of .8.

第一層1aは、ガス透過性を有するように気孔率が15〜30%の範囲にあってもよい。また、第一層1aの厚みは10〜20μmであってもよい。第二層1bは、ガス透過性を有するように気孔率が40〜60%の範囲にあってもよい。また、第二層1bの厚みは50〜120μmであってもよい。   The first layer 1a may have a porosity of 15 to 30% so as to have gas permeability. Further, the thickness of the first layer 1a may be 10 to 20 μm. The second layer 1b may have a porosity of 40 to 60% so as to have gas permeability. The thickness of the second layer 1b may be 50 to 120 μm.

中間層4は、固体電解質層9と空気極層1との間に設けられている。中間層4は、GdやSmが固溶したCeOとすることができ、その原料粉末は、(CeO1−x(SmO1.5または(CeO1−x(GdO1.5(xは0<x≦0.3を満足する数である)で表される組成を有していてもよい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、10〜20モル%のGdO1.5またはSmO1.5が固溶したCeOであってもよい。 The intermediate layer 4 is provided between the solid electrolyte layer 9 and the air electrode layer 1. The intermediate layer 4 can be made of CeO 2 in which Gd and Sm are dissolved, and the raw material powder thereof is (CeO 2 ) 1-x (SmO 1.5 ) x or (CeO 2 ) 1-x (GdO 1 .5) x (x may have a composition represented by 0 <a number satisfying x ≦ 0.3). Furthermore, CeO 2 in which 10 to 20 mol% of GdO 1.5 or SmO 1.5 is dissolved may be used from the viewpoint of reducing electric resistance.

中間層4は、図示していないが、固体電解質層9側に位置する内層と、内層上に設けられて空気極層1側に位置する外層とから構成されていてもよく、内層は、外層よりも希土類元素のGdの濃度が高くなっていてもよい。内層の希土類元素の濃度は、外層の希土類元素の濃度の1.05倍〜3倍とすることができる。また、中間層4全体の厚みは3μm〜5μmで、第1の層4aの厚みは0.06μm〜2.5μmであってもよい。   Although not shown, the intermediate layer 4 may be composed of an inner layer located on the solid electrolyte layer 9 side and an outer layer provided on the inner layer and located on the air electrode layer 1 side. The concentration of rare earth element Gd may be higher. The concentration of the rare earth element in the inner layer can be 1.05 to 3 times the concentration of the rare earth element in the outer layer. The thickness of the entire intermediate layer 4 may be 3 μm to 5 μm, and the thickness of the first layer 4 a may be 0.06 μm to 2.5 μm.

インターコネクタ2は、導電性セラミックスにより形成することができるが、燃料ガス(水素ガス)および酸素含有ガス(空気)と接触するため、耐還元性、耐酸化性を有して
いることが必要である。このため、耐還元性、耐酸化性を有する導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型複合酸化物(LaCrO系酸化物)が使用される。また、導電性支持基板3の内部を通る燃料ガスおよび導電性支持基板3の外部を通る酸素含有ガスのリークを抑制するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好適である。
The interconnector 2 can be formed of conductive ceramics, but since it is in contact with the fuel gas (hydrogen gas) and the oxygen-containing gas (air), the interconnector 2 must have reduction resistance and oxidation resistance. is there. For this reason, lanthanum chromite-based perovskite complex oxides (LaCrO 3 -based oxides) are generally used as conductive ceramics having reduction resistance and oxidation resistance. Further, in order to suppress leakage of the fuel gas passing through the inside of the conductive support substrate 3 and the oxygen-containing gas passing through the outside of the conductive support substrate 3, such conductive ceramics must be dense, for example, 93% or more In particular, it is preferable to have a relative density of 95% or more.

また、インターコネクタ2の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗が大きくなりすぎないという点から、3〜200μmとすることができる。この範囲の厚みとすることで、ガスのリークが生じ難く、また電気抵抗が高くなりすぎないため、集電機能を高めることができる。   The thickness of the interconnector 2 can be set to 3 to 200 μm from the viewpoint of preventing gas leakage and preventing the electrical resistance from becoming too large. By setting the thickness within this range, gas leakage hardly occurs and the electrical resistance does not become too high, so that the current collecting function can be enhanced.

なお、インターコネクタ2と導電性支持基板3との間に、インターコネクタ2と導電性支持基板3との間の熱膨張係数差を軽減するために、燃料極層7と類似する組成の密着層8を形成しても良い。図1(a)および(b)では、インターコネクタ2と導電性支持基板3との間に、燃料極層7と類似する組成の密着層8を形成した状態を示している。   In addition, in order to reduce the difference in thermal expansion coefficient between the interconnector 2 and the conductive support substrate 3 between the interconnector 2 and the conductive support substrate 3, an adhesion layer having a composition similar to that of the fuel electrode layer 7 is used. 8 may be formed. 1A and 1B show a state in which an adhesion layer 8 having a composition similar to that of the fuel electrode layer 7 is formed between the interconnector 2 and the conductive support substrate 3.

また、インターコネクタ2の外面(上面)には、図示していないが、P型半導体層を設けることができる。集電部材を、P型半導体層を介してインターコネクタ2に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくでき、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。   Although not shown, a P-type semiconductor layer can be provided on the outer surface (upper surface) of the interconnector 2. By connecting the current collecting member to the interconnector 2 via the P-type semiconductor layer, the contact between the two becomes an ohmic contact, the potential drop can be reduced, and the deterioration of the current collecting performance can be effectively avoided. .

このようなP型半導体層としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタ2を構成するLaCrO系酸化物よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するLaMnO系酸化物、LaFeO系酸化物、LaCoO系酸化物などの少なくとも一種からなるP型半導体セラミックスを使用することができる。このようなP型半導体層の厚みは、一般に、30〜100μmの範囲とすることができる。 As such a P-type semiconductor layer, a layer made of a transition metal perovskite oxide can be exemplified. Specifically, those having higher electron conductivity than LaCrO 3 oxides constituting the interconnector 2, for example, LaMnO 3 oxides and LaFeO 3 oxides in which Mn, Fe, Co, etc. exist at the B site P-type semiconductor ceramics made of at least one of LaCoO 3 -based oxides can be used. The thickness of such a P-type semiconductor layer can generally be in the range of 30 to 100 μm.

ところで、上述する通り、空気極層1と中間層4とは材料が異なるため、其々の層の熱膨張係数が異なる。そのため、空気極層1と、空気極層1の直下の中間層4と、の接合面に熱応力が印加され、空気極層1の直下の中間層4にクラックが発生し、セル10の信頼性が低下するおそれがあった。   As described above, since the air electrode layer 1 and the intermediate layer 4 are made of different materials, the thermal expansion coefficients of the respective layers are different. Therefore, thermal stress is applied to the joint surface between the air electrode layer 1 and the intermediate layer 4 immediately below the air electrode layer 1, cracks are generated in the intermediate layer 4 immediately below the air electrode layer 1, and the reliability of the cell 10 is increased. There was a risk that the performance would decrease.

そこで、図2で示すように、本実施形態のセル10によれば、空気極層1は、第二層1bの表面から、少なくとも第一層1aの内部まで延びる空隙Xを有する。   Therefore, as shown in FIG. 2, according to the cell 10 of the present embodiment, the air electrode layer 1 has a gap X extending from the surface of the second layer 1b to at least the inside of the first layer 1a.

この構成により、空気極層1の積層方向に延びる空隙Xを有することで、空気極層1の積層方向と直交する方向に空気極層1が膨張又は収縮した場合であっても、空隙Xの存在により、熱応力が分散され、空気極層1との直下の層との接合面に発生する熱応力を低減できる。ひいては、セル10の信頼性を向上できる。   With this configuration, by having the gap X extending in the stacking direction of the air electrode layer 1, even if the air electrode layer 1 expands or contracts in a direction orthogonal to the stacking direction of the air electrode layer 1, Due to the presence, the thermal stress is dispersed, and the thermal stress generated on the joint surface with the layer immediately below the air electrode layer 1 can be reduced. As a result, the reliability of the cell 10 can be improved.

また、空隙Xは、空気極層1の積層方向における全長に亘って延びていてもよい。この構成により、空気極層1との直下の中間層4との接合面積を小さくできるため、接合面に発生する熱応力をさらに低減できる。   Further, the gap X may extend over the entire length in the stacking direction of the air electrode layer 1. With this configuration, it is possible to reduce the bonding area between the air electrode layer 1 and the intermediate layer 4 immediately below, so that the thermal stress generated on the bonding surface can be further reduced.

図3は、本実施形態のセル10の複数個の集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続して構成されるセルスタック13を備えてなるセルスタック装置15を収納容器12内に収納してなるモジュール11の一例を示す外観斜視図である。   FIG. 3 shows a cell stack device 15 including a cell stack 13 that is electrically connected in series via a plurality of current collecting members (not shown) of the cell 10 of the present embodiment. FIG. 2 is an external perspective view showing an example of a module 11 housed in 12.

セル10と集電部材とは、接着層Yによって接合されている。接着層Yは、セル10の空気極層1の直上に積層され、かつ空気極層1より熱膨張係数が小さい層である。なお、接着層Yを含めてセル10としてもよい。   The cell 10 and the current collecting member are joined by the adhesive layer Y. The adhesive layer Y is a layer that is laminated immediately above the air electrode layer 1 of the cell 10 and has a smaller thermal expansion coefficient than the air electrode layer 1. The cell 10 including the adhesive layer Y may be used.

接着層Yは、電子伝導性を有するペロブスカイト型酸化物からなるセラミック粒子を主成分(50質量%以上)とする材料から作製することができる。電子伝導性を有するペロブスカイト型酸化物からなるセラミック粒子としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物であり、600〜1000℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からLaFeO系酸化物が使用されている。上記ペロブスカイト型酸化物においては、AサイトにLaと共にSrなどが存在していてもよいし、さらにBサイトには、FeとともにCoやMnが存在していてもよい。なお、例えば、LaSr1−yCoFe1−zで表わされる複合酸化物であり、yとzはそれぞれ、0.5≦y≦0.7、0.2≦z≦0.8の範囲であってもよい。さらに、接着層Yの材料には、副成分として、電子伝導性を有するペロブスカイト型酸化物からなるセラミック粒子より熱膨張係数が小さいセラミック粒子を含有している。副成分としては、例えば、Al(アルミナ)、SiO(シリカ)、SiC(炭化ケイ素)を含有させることができる。 The adhesive layer Y can be made of a material mainly composed of ceramic particles made of a perovskite oxide having electronic conductivity (50 mass% or more). As ceramic particles made of perovskite type oxide having electron conductivity, LaFeO 3 type oxide is used because it is a transition metal perovskite type oxide and has high electrical conductivity at an operating temperature of about 600 to 1000 ° C. Has been. In the perovskite oxide, Sr and the like may exist together with La at the A site, and Co and Mn may exist together with Fe at the B site. For example, it is a composite oxide represented by La y Sr 1-y Co z Fe 1-z O 3 , and y and z are 0.5 ≦ y ≦ 0.7 and 0.2 ≦ z ≦ 0, respectively. May be in the range of .8. Further, the material of the adhesive layer Y contains ceramic particles having a smaller thermal expansion coefficient than that of ceramic particles made of perovskite oxide having electron conductivity as a subcomponent. The secondary component, for example, Al 2 O 3 (alumina), SiO 2 (silica), may be contained SiC (silicon carbide).

図2で示すように、空気極層1より熱膨張係数が小さい接着層Yが、第二層1bにおける固体電解質層9側と反対側の表面から第一層1aの内部まで延びる空隙に充填されていてもよい。この構成により、空気極層1より熱膨張・熱収縮しにくい接着層Yが空隙Xに深く充填されているため、空気極層1が熱膨張・熱収縮することを抑制できる。すなわち、空気極層1と中間層4との接合面に発生する熱応力を低減できる。なお、接着層Yは空隙Xの底部X1にまで充填されていてもよい。   As shown in FIG. 2, the adhesive layer Y having a smaller thermal expansion coefficient than that of the air electrode layer 1 is filled in the gap extending from the surface of the second layer 1b opposite to the solid electrolyte layer 9 to the inside of the first layer 1a. It may be. With this configuration, since the adhesive layer Y, which is less likely to thermally expand and contract than the air electrode layer 1, is deeply filled in the gap X, the air electrode layer 1 can be prevented from being thermally expanded and contracted. That is, the thermal stress generated at the joint surface between the air electrode layer 1 and the intermediate layer 4 can be reduced. The adhesive layer Y may be filled up to the bottom X1 of the gap X.

本実施形態において、「空隙」とは、空気極層1の隙間をさすものである。すなわち、当該空隙Xに接着層Yが充填されている場合であっても、本実施形態においては、空隙Xというものとする。   In the present embodiment, the “void” refers to a gap in the air electrode layer 1. That is, even in the case where the gap X is filled with the adhesive layer Y, it is referred to as the gap X in the present embodiment.

ここで、空気極層1の空隙に充填されている材料と空気極層1との熱膨張係数の比較方法の一例を以下で説明する。まず第一層1a及び第二層1bの任意の断面におけるEPMA解析による半定量マッピングにて、第一層1a及び第二層1bに含有されていない元素を含む部分を特定する。当該第一層1a及び第二層1bに含有されていない元素の酸化物の熱膨張係数が第一層1a及び第二層1bの材料の熱膨張係数より低い場合、空隙Xに充填された材料の熱膨張係数は空気極層より低いとみなすことができる。   Here, an example of a method for comparing the thermal expansion coefficient between the material filled in the gap of the air electrode layer 1 and the air electrode layer 1 will be described below. First, a portion including an element not contained in the first layer 1a and the second layer 1b is specified by semi-quantitative mapping by EPMA analysis in an arbitrary cross section of the first layer 1a and the second layer 1b. When the thermal expansion coefficient of the oxide of the element not contained in the first layer 1a and the second layer 1b is lower than the thermal expansion coefficient of the material of the first layer 1a and the second layer 1b, the material filled in the gap X It can be considered that the thermal expansion coefficient of is lower than that of the air electrode layer.

なお、空隙Xが、空気極層1の積層方向と直交する方向に延びていることで、さらに空気極層1と中間層4との接合面に発生する熱応力を低減できる。   Note that, since the gap X extends in a direction orthogonal to the stacking direction of the air electrode layer 1, thermal stress generated on the joint surface between the air electrode layer 1 and the intermediate layer 4 can be further reduced.

図示していないが、平面視における空気極層1の縁部より中央部の方が空隙Xの総面積が大きくてもよい。この構成により、空気極層1の中央部に空隙Xを集中させることで、縁部より温度が高く、熱応力がより大きい中央部における熱応力を低減することができる。なお、「縁部」とは平面視における空気極層1の全周の縁から20μmの環状の領域をいう。「中央部」とは、縁部以外の領域をいう。「総面積が大きい」とは、空気極層1の積層方向における空気極層1の任意の断面において、縁部における空隙の総面積より、中央部における空隙の総面積が大きいとこという。   Although not shown, the total area of the gap X may be larger at the center than at the edge of the air electrode layer 1 in plan view. With this configuration, by concentrating the gap X in the central portion of the air electrode layer 1, the thermal stress in the central portion where the temperature is higher than that of the edge portion and the thermal stress is larger can be reduced. The “edge” refers to an annular region of 20 μm from the edge of the entire circumference of the air electrode layer 1 in plan view. “Center” means a region other than the edge. “The total area is large” means that, in an arbitrary cross section of the air electrode layer 1 in the stacking direction of the air electrode layer 1, the total area of the air gap in the central portion is larger than the total area of the air gap in the edge portion.

なお、本実施形態においては、空気極層1の直下に中間層4が設けられているが、空気極層1の直下に固体電解質層等の空気極層1の熱膨張係数と異なる層が設けられているセルを用いることもできる。   In the present embodiment, the intermediate layer 4 is provided immediately below the air electrode layer 1, but a layer different from the thermal expansion coefficient of the air electrode layer 1 such as a solid electrolyte layer is provided immediately below the air electrode layer 1. It is also possible to use the cell that is provided.

本実施形態における空気極層1の製造方法を以下で説明する。第一層1aの複数の材料(上述する電子伝導性を有するペロブスカイト型酸化物からなるセラミック粉末及びイオン伝導性と電子伝導性を有するセラミック粉末)を混合し、得られたスラリーを、予め焼成された中間層の表面に塗布した後に乾燥させる。次に、第二層1bの複数の材料(Al等の低熱膨張係数材料及び上述する電子伝導性を有するペロブスカイト型酸化物からなるセラミック粉末)を混合して得られたスラリーを、第一層成形体の上に塗布する。次に、メッシュ状部材等を第一層成形体及び第二層成形体に押し当てる、又は針状部材を第一層成形体及び第二層成形体に突き刺す等の方法によって、第一層成形体及び第二層成形体に空隙Xを設ける。その後、焼成し、第一層1a及び第二層1bを有する空気極層を備えるセル10を作製することができる。 The manufacturing method of the air electrode layer 1 in this embodiment is demonstrated below. A plurality of materials of the first layer 1a (ceramic powder made of perovskite oxide having electronic conductivity and ceramic powder having ion conductivity and electron conductivity) described above are mixed, and the resulting slurry is fired in advance. After applying to the surface of the intermediate layer, it is dried. Next, a slurry obtained by mixing a plurality of materials of the second layer 1b (a ceramic powder made of a perovskite oxide having a low thermal expansion coefficient material such as Al 2 O 3 and the above-described electronic conductivity) A single layer is applied on the molded body. Next, the first layer molding is performed by a method such as pressing the mesh-shaped member or the like against the first layer molded body and the second layer molded body, or piercing the needle-shaped member into the first layer molded body and the second layer molded body. The space | gap X is provided in a body and a 2nd layer molded object. Then, it can bake and the cell 10 provided with the air electrode layer which has the 1st layer 1a and the 2nd layer 1b can be produced.

図3で示すように、セル10にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器16をセルスタック13の上方に配置している。そして、改質器16で生成された燃料ガスは、ガス流通管17を介してマニホールド14に供給され、マニホールド14を介してセル10の内部に設けられた燃料ガス流路5に供給される。   As shown in FIG. 3, in order to obtain fuel gas used in the cell 10, a reformer 16 for reforming raw fuel such as natural gas or kerosene to generate fuel gas is provided above the cell stack 13. Is arranged. The fuel gas generated by the reformer 16 is supplied to the manifold 14 via the gas flow pipe 17 and supplied to the fuel gas flow path 5 provided inside the cell 10 via the manifold 14.

このようなセルスタック13においては、信頼性が向上したセル10の複数個を電気的に直列に接続してなることから、信頼性が向上したセルスタック13とすることができる。   In such a cell stack 13, since a plurality of cells 10 with improved reliability are electrically connected in series, the cell stack 13 with improved reliability can be obtained.

なお、図3においては、収納容器12の一部(前後壁)を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置15および改質器16を後方に取り出した状態を示している。ここで、図3に示したモジュール11においては、セルスタック装置15を、収納容器12内にスライドして収納することが可能である。なお、セルスタック装置15は、改質器16を含むものとしても良い。   FIG. 3 shows a state in which a part (front and rear walls) of the storage container 12 is removed, and the cell stack device 15 and the reformer 16 housed inside are taken out rearward. Here, in the module 11 shown in FIG. 3, the cell stack device 15 can be slid and stored in the storage container 12. Note that the cell stack device 15 may include the reformer 16.

また収納容器12の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材18は、図3においてはマニホールド14に並置されたセルスタック13の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れに合わせて、セル10の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、セル10の下端部に酸素含有ガスを供給する。そして、セル10の燃料ガス流路5より排出される燃料ガスと酸素含有ガスとをセル10の上端部側で燃焼させることにより、セル10の温度を上昇させることができ、セルスタック装置15の起動を早めることができる。また、セル10の上端部側にて、セル10の燃料ガス流路5から排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、セル10(セルスタック13)の上方に配置された改質器16を温めることができる。それにより、改質器16で効率よく改質反応を行うことができる。   Further, in FIG. 3, the oxygen-containing gas introduction member 18 provided inside the storage container 12 is disposed between the cell stacks 13 juxtaposed to the manifold 14, and the oxygen-containing gas is adapted to the flow of the fuel gas. The oxygen-containing gas is supplied to the lower end portion of the cell 10 so that the side of the cell 10 flows from the lower end portion toward the upper end portion. The temperature of the cell 10 can be increased by burning the fuel gas and the oxygen-containing gas discharged from the fuel gas flow path 5 of the cell 10 on the upper end side of the cell 10. Start-up can be accelerated. Further, the fuel gas discharged from the fuel gas flow path 5 of the cell 10 and the oxygen-containing gas are combusted on the upper end side of the cell 10, so that the modification arranged above the cell 10 (cell stack 13) is performed. The quality device 16 can be warmed. Thereby, the reforming reaction can be efficiently performed in the reformer 16.

さらに、本発明のモジュール11においても、信頼性が向上したセル10を用いて構成されるセルスタック13を備えてなるセルスタック装置15を収納容器12内に収納してなることから、信頼性の向上したモジュール11とすることができる。   Further, in the module 11 of the present invention, since the cell stack device 15 including the cell stack 13 configured using the cell 10 with improved reliability is stored in the storage container 12, the reliability is improved. An improved module 11 can be obtained.

図4は、外装ケース内に図3で示したモジュール11と、セルスタック13(セルスタック装置15)を動作させるための補機(図示せず)とを収納してなる本実施形態の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図4においては一部構成を省略して示している。   FIG. 4 shows the fuel cell of this embodiment in which the module 11 shown in FIG. 3 and an auxiliary machine (not shown) for operating the cell stack 13 (cell stack device 15) are housed in an outer case. It is a disassembled perspective view which shows an example of an apparatus. In FIG. 4, a part of the configuration is omitted.

図4に示すモジュール収納装置19は、支柱20と外装板21から構成される外装ケース内を仕切板22により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール11を収納するモジュール収納室23とし、下方側をモジュール11を動作させるための補機類を収納す
る補機収納室24として構成されている。なお、補機収納室24に収納する補機類としては、モジュール11に水を供給するための水供給装置、燃料ガス、空気を供給するための供給装置等があるが、これらの補機類は省略して示している。
The module storage device 19 shown in FIG. 4 divides the inside of the exterior case composed of the support column 20 and the exterior plate 21 by a partition plate 22, and the upper side thereof serves as a module storage chamber 23 that houses the module 11 described above. The lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 24 for storing auxiliary equipment for operating the module 11. The auxiliary equipment stored in the auxiliary equipment storage chamber 24 includes a water supply device for supplying water to the module 11, a supply device for supplying fuel gas, air, and the like. Is omitted.

また、仕切板22には、補機収納室24の空気をモジュール収納室23側に流すための空気流通口25が設けられており、モジュール収納室23を構成する外装板21の一部に、モジュール収納室23内の空気を排気するための排気口26が設けられている。   In addition, the partition plate 22 is provided with an air circulation port 25 for allowing the air in the accessory storage chamber 24 to flow toward the module storage chamber 23, and a part of the exterior plate 21 constituting the module storage chamber 23 is An exhaust port 26 for exhausting air in the module storage chamber 23 is provided.

このようなモジュール収納装置19においては、上述したように、信頼性が向上したモジュール11をモジュール収納室23に収納して構成されることにより、信頼性が向上したモジュール収納装置19とすることができる。   In such a module storage device 19, as described above, the module storage device 19 with improved reliability can be obtained by storing the module 11 with improved reliability in the module storage chamber 23. it can.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に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、種々の変更、改良等が可能である。   Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、上記において、本実施形態のセル10として導電性支持基板3を有する中空平板型の燃料電池セルを用いて説明したが、導電性支持基板3を有さない平板型のセルとすることや、円筒型のセルとすることもできる。また、例えば、上記形態ではいわゆる縦縞型と呼ばれるセルを用いて説明したが、一般に横縞型と呼ばれる複数の発電素子部を支持基板上に設けてなる横縞型のセルを用いることもできる。 さらに、セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気(水)を電気分解することにより、水素と酸素(O)を生成する電解セル(SOEC)およびこの電解セルを備える電解セルスタック装置および電解モジュールならびにモジュール収容装置である電解装置にも適用することができる。 For example, in the above description, the hollow plate type fuel cell having the conductive support substrate 3 has been described as the cell 10 of the present embodiment. However, a flat plate type cell having no conductive support substrate 3 can be used. A cylindrical cell can also be used. Further, for example, in the above-described embodiment, a cell called a so-called vertical stripe type has been described, but a horizontal stripe type cell in which a plurality of power generation element portions generally called a horizontal stripe type are provided on a support substrate can also be used. Furthermore, by applying water vapor and voltage to the cell to electrolyze water vapor (water), an electrolysis cell (SOEC) that generates hydrogen and oxygen (O 2 ), and an electrolysis cell stack apparatus and electrolysis equipped with this electrolysis cell The present invention can also be applied to a module and an electrolytic device that is a module housing device.

1:空気極層
1a:第1層
1b:第2層
X:空隙
4:中間層
7:燃料極層
9:固体電解質層
10:セル
11:モジュール
15:セルスタック装置
19:モジュール収納装置
1: air electrode layer 1a: first layer 1b: second layer X: gap 4: intermediate layer 7: fuel electrode layer 9: solid electrolyte layer 10: cell 11: module 15: cell stack device 19: module storage device

Claims (8)

固体電解質層と、
該固体電解質層の上に積層され、前記固体電解質層側に設けられた緻密質である第一層と、前記固体電解質層側と反対側に設けられた多孔質である第二層と、を有する空気極層と、を備え、
該空気極層は、前記第二層の表面から、少なくとも前記第一層の内部まで延びる空隙を有することを特徴とするセル。
A solid electrolyte layer;
A dense first layer laminated on the solid electrolyte layer and provided on the solid electrolyte layer side; and a porous second layer provided on the opposite side of the solid electrolyte layer side. An air electrode layer having,
The cell, wherein the air electrode layer has a gap extending from the surface of the second layer to at least the inside of the first layer.
前記空隙が、前記空気極層の積層方向における全長に亘って延びていることを特徴とする請求項1に記載のセル。   The cell according to claim 1, wherein the gap extends over the entire length in the stacking direction of the air electrode layer. 前記空気極層より熱膨張係数が小さい材料が、前記第二層における固体電解質層側と反対側の前記空隙から前記第一層側の前記空隙まで延びて充填されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のセル。   The material having a smaller coefficient of thermal expansion than that of the air electrode layer is filled from the gap on the second layer opposite to the solid electrolyte layer side to the gap on the first layer side. Item 3. The cell according to item 1 or 2. 前記空隙は、前記空気極層の積層方向と直交する方向に延びていることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれかに記載のセル。   The cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the gap extends in a direction orthogonal to a stacking direction of the air electrode layers. 平面視における前記空気極層の縁部より中央部の方が前記空隙の総面積が大きいことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれかに記載のセル。   The cell according to any one of claims 1 to 4, wherein a total area of the gap is larger in a central portion than in an edge portion of the air electrode layer in a plan view. 請求項1〜5のいずれかに記載のセルを複数具備してなるとともに、該複数のセルを電気的に接続してなることを特徴とするセルスタック装置。   A cell stack device comprising a plurality of the cells according to claim 1 and electrically connecting the plurality of cells. 請求項6に記載のセルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とするモジュール。   A module comprising the cell stack device according to claim 6 stored in a storage container. 請求項7に記載のモジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とするモジュール収納装置。   A module storage device, wherein the module according to claim 7 and an auxiliary machine for operating the module are stored in an outer case.
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