JP2019197692A - 燃料電池セル - Google Patents
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Abstract
Description
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を内部に有する。各ガス流路21は、互いに実質的に平行に延びる。
燃料電池セル301は、支持基板20の第1主面22側に配置された4つの発電素子部10と、第2主面24側に配置された4つの発電素子部10とを備える。図2では、支持基板20の第1主面22側に配置された3つの発電素子部10と、第2主面24側に配置された2つの発電素子部10とが図示されている。
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。
燃料極集電部41は、凹部23内に配置される。詳細には、燃料極集電部41は、凹部23内に充填されており、凹部23と同様の外形を有する。各燃料極集電部41は、第2主面411を有する。本実施形態において、第2主面411は、支持基板20の第1主面22と実質的に同一面上にある。すなわち、支持基板20の第1主面22と、各燃料極集電部41の第2主面411とによって、一つの平面が構成される。ただし、第2主面411は、第1主面22と完全に同一面上になくてもよい。例えば、第1主面22と第2主面411との間に、20μm以下程度の段差があってもよい。第2主面411は平坦面を構成しており、第2主面411上に凹部は形成されていない。
燃料極活性部42は、燃料極集電部41に埋設されていない。燃料極活性部42は、燃料極集電部41の第2主面411と支持基板20の第1主面22とに跨って配置されている。すなわち、長手方向(x軸方向)において、燃料極活性部42の一端縁は、燃料極集電部41の一端縁の外側に延ばされている。
固体電解質5は、燃料極4を覆うように配置される。詳細には、固体電解質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まで支持基板20の長手方向(x軸方向)に延びる。支持基板20の長手方向において交互に配置される固体電解質5とインターコネクタ31とによって、ガスバリア層が構成される。
反応防止膜7は、緻密な材料から構成される。反応防止膜7は、固体電解質5と後述する空気極活性部61との間に配置される。反応防止膜7は、固体電解質5内のYSZと空気極活性部61内のSrとが反応して電気抵抗の大きい反応層が形成されることを抑制するために設けられる。反応防止膜7は、例えば、GDC=(Ce,Gd)O2(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。本実施形態において、反応防止膜7は、固体電解質5と後述する空気極集電部62との間にも配置されているが、固体電解質5と空気極集電部62との間には配置されていなくてもよい。
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。空気極6は、固体電解質5を介して、燃料極4と反対側に配置される。空気極6は、空気極活性部61と空気極集電部62とを有する。
空気極活性部61は、反応防止膜7上に配置される。空気極活性部61は、酸化物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よりも酸化物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における、気孔部分を除いた全体積に対する酸化物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化物イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
空気極集電部62は、空気極活性部61上に配置される。空気極集電部62は、空気極活性部61から、隣の発電素子部10に向かって延びる。空気極集電部62は、インターコネクタ31を覆うように配置される。本実施形態において、空気極集電部62は、インターコネクタ31の全体を覆うように配置されているが、インターコネクタ31の一部のみを覆っていてもよい。
インターコネクタ31は、支持基板20の長手方向(x軸方向)において隣り合う2つの発電素子部10を電気的に接続するように構成される。詳細には、インターコネクタ31は、一方の発電素子部10の燃料極集電部41と、他方の発電素子部10の空気極集電部62とを電気的に接続する。
次に、上述したように構成された燃料電池セル301の製造方法について説明する。図3から図9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。
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。
本発明に係る燃料極活性部は、図10に示すように、電解質支持型の燃料電池セル302に適用可能である。燃料電池セル302は、固体電解質100、燃料極活性部101、燃料極集電部102、及び空気極103を有する。各部材の構成材料などは、上記実施形態に記載したのと同様である。
本発明に係る燃料極活性部は、図11に示すように、カソード支持型の燃料電池セル303に適用可能である。燃料電池セル303は、空気極104、固体電解質105、燃料極活性部106、及び燃料極集電部107を有する。各部材の構成材料などは、上記実施形態に記載したのと同様である。
42 :燃料極活性部
42a :第1部分
42b :第2部分
5 :固体電解質
6 :空気極
20 :支持基板
22 :第1主面(主面の一例)
23 :凹部
301 :燃料電池セル
100 :固体電解質(支持基板の一例)
100S :第1主面(主面の一例)
101 :燃料極活性部
101a :第1部分
101b :第2部分
102 :燃料極集電部
103 :空気極
302 :燃料電池セル
104 :空気極(支持基板の一例)
105 :固体電解質(膜の一例)
106 :燃料極活性部
106a :第1部分
106b :第2部分
107 :燃料極集電部
303 :燃料電池セル
Claims (3)
- 燃料極集電部と、
前記燃料極集電部上に配置される燃料極活性部と、
前記燃料極活性部上に配置される固体電解質と、
を備え、
前記燃料極活性部の平均Zr濃度は、前記燃料極集電部の平均Zr濃度より高く、かつ、前記固体電解質の平均Zr濃度より低く、
前記燃料極活性部は、前記燃料極集電部と前記固体電解質との間に配置される第1部分と、前記燃料極集電部から露出する第2部分とを有する、
燃料電池セル。 - 主面と、前記主面に形成された凹部とを有する支持基板を備え、
前記燃料極集電部は、前記凹部内に配置され、
前記燃料極活性部の前記第2部分は、前記主面上に配置される、
請求項1に記載の燃料電池セル。 - 前記固体電解質は、主面を有する支持基板もしくは支持基板上に形成された膜であり、
前記燃料極活性部は、前記主面上に配置される、
請求項1に記載の燃料電池セル。
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