JP2019200879A - Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack - Google Patents

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Abstract

To restrain performance deterioration of electricity generation unit, and to restrain breakdown of a single cell due to stress in a first direction.SOLUTION: An electrochemical reaction unit comprises a single cell, first and second interconnectors placed to face the fuel electrode and the air electrode of the single cell, respectively, a first collector member interposed between the fuel electrode and the first interconnector, and a second collector member interposed between the air electrode and the second interconnector. Furthermore, a first spacer placed in contact with the surface of the first interconnector facing part side in the first electrode facing part of the first collector member, and a second spacer placed in contact with the surface of the second interconnector facing part side in the second electrode facing part of the second collector member are provided. The fuel electrode contains Ni, the first spacer is formed of a metallic substance, and the second spacer is formed of mica.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単位に関する。   The technology disclosed herein relates to electrochemical reaction units.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の1つとして、固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFCの構成単位である燃料電池発電単位(以下、「発電単位」という)は、燃料電池単セル(以下、「単セル」という)を備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向に互いに対向する2つの電極(空気極および燃料極)とを含む。   A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOFC”) is known as one type of fuel cell that generates electricity using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. A fuel cell power generation unit (hereinafter referred to as “power generation unit”), which is a constituent unit of SOFC, includes a fuel cell single cell (hereinafter referred to as “single cell”). The single cell includes an electrolyte layer and two electrodes (an air electrode and a fuel electrode) facing each other in a predetermined direction with the electrolyte layer interposed therebetween.

また、発電単位は、隣り合う他の発電単位との電気的接続を確保しつつ反応ガスの混合を防止するインターコネクタと、インターコネクタと電極との間に配置されて両者を電気的に接続する金属製の集電部材とを備える。集電部材は、インターコネクタと電気的に接続されたインターコネクタ対向部と、電極と電気的に接続された電極対向部とを含む。発電単位は、さらに、電極対向部におけるインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置されたスペーサを含む(例えば、特許文献1参照)。   In addition, the power generation unit is disposed between the interconnector and the electrode so as to prevent mixing of the reaction gas while ensuring electrical connection with another adjacent power generation unit, and electrically connects the two. A metal current collecting member. The current collecting member includes an interconnector facing portion electrically connected to the interconnector, and an electrode facing portion electrically connected to the electrode. The power generation unit further includes a spacer disposed so as to be in contact with the surface on the interconnector facing portion side in the electrode facing portion (see, for example, Patent Document 1).

また、発電単位において、インターコネクタと空気極との間に配置された集電部材に接するように剛体スペーサが配置された技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, in a power generation unit, a technique is known in which a rigid spacer is disposed so as to be in contact with a current collecting member disposed between an interconnector and an air electrode (see, for example, Patent Document 2).

特開2014−26974号公報JP 2014-26974 A 特開2007−35498号公報JP 2007-35498 A

発電単位には、発電単位に第1の方向の応力が発生した際に、単セルが損傷することを抑制するために、当該応力を緩和可能なマイカで形成されたスペーサを含んでいることが好ましい。しかしながら、マイカで形成されたスペーサからはSi系化合物が放出または拡散するおそれがあり、このSi系化合物が燃料極に付着し、燃料極を汚染するおそれがある。このSiのような燃料極を汚染する物質(以下「汚染物質」ともいう)により燃料極に含まれるNiが被毒すると、発電単位の性能が低下するおそれがある。このため、燃料極がNiを含む発電単位において、第1の方向の応力によって単セルが損傷することを抑制しつつ、発電単位の性能が低下することを抑制することが困難である、という課題がある。   The power generation unit may include a spacer formed of mica that can relieve the stress in order to suppress damage to the single cell when stress in the first direction is generated in the power generation unit. preferable. However, the Si compound may be released or diffused from the spacer formed of mica, and this Si compound may adhere to the fuel electrode and contaminate the fuel electrode. When Ni contained in the fuel electrode is poisoned by a substance such as Si that pollutes the fuel electrode (hereinafter also referred to as “pollutant”), the performance of the power generation unit may be reduced. For this reason, in the power generation unit in which the fuel electrode includes Ni, it is difficult to suppress the deterioration of the performance of the power generation unit while suppressing the single cell from being damaged by the stress in the first direction. There is.

なお、このような課題は、燃料電池発電単位に限らず、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」という)の構成単位である電解セル単位にも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて、電気化学反応単位と呼ぶ。また、このような課題は、固体酸化物形に限らず、他のタイプの電気化学反応単位にも共通の課題である。   Such a problem is not limited to a fuel cell power generation unit, but is a constituent unit of a solid oxide electrolytic cell (hereinafter referred to as “SOEC”) that generates hydrogen using an electrolysis reaction of water. This is a problem common to electrolytic cell units. In the present specification, the fuel cell power generation unit and the electrolysis cell unit are collectively referred to as an electrochemical reaction unit. Such a problem is not limited to the solid oxide form, but is common to other types of electrochemical reaction units.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。   In this specification, the technique which can solve the subject mentioned above is disclosed.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。   The technology disclosed in the present specification can be realized as, for example, the following forms.

(1)本明細書に開示される電気化学反応単位は、電解質層と前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記燃料極に対向するように配置された第1のインターコネクタと、前記電気化学反応単セルの前記空気極に対向するように配置された第2のインターコネクタと、前記燃料極と前記第1のインターコネクタとの間に配置された導電性の第1の集電部材であって、前記第1のインターコネクタと電気的に接続された第1のインターコネクタ対向部と、前記燃料極と電気的に接続された第1のセル対向部電極対向部と、前記第1のインターコネクタ対向部と前記第1のセル対向部電極対向部とを結ぶ第1の連接部と、を含む、第1の集電部材と、前記第1の集電部材の前記第1のセル対向部電極対向部における前記第1のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第1のスペーサと、を備える電気化学反応単位において、さらに、前記空気極と前記第2のインターコネクタとの間に配置された導電性の第2の集電部材であって、前記第2のインターコネクタと電気的に接続された第2のインターコネクタ対向部と、前記空気極と電気的に接続された第2のセル対向部電極対向部と、前記第2のインターコネクタ対向部と前記第2のセル対向部電極対向部とを結ぶ第2の連接部と、を含む、第2の集電部材と、前記第2の集電部材の前記第2のセル対向部電極対向部における前記第2のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第2のスペーサと、を備え、前記燃料極は、Niを含有し、前記第1のスペーサは、金属材料から形成されており、前記第2のスペーサは、マイカから形成されている。本電気化学反応単位によれば、燃料極がNiを含有しており、かつ、燃料極と第1のインターコネクタとの間に配置された第1の集電部材に接する第1のスペーサは金属材料から形成されている。このため、燃料極としてNiを含有する材料が用いられている場合であっても、第1のスペーサが燃料極を汚染する汚染物質を揮発しないため、燃料極の被毒を抑制することができる。また、本電気化学反応単位では、第2のスペーサがマイカから形成されている。このため、本電気化学反応単位に第1の方向の応力が発生した際に、第2のスペーサにより応力を緩和することによって電気化学反応単セルが損傷(割れ等)することを抑制することができる。従って、本電気化学反応単位によれば、電気化学反応発電単位の性能低下を抑制することができ、かつ、第1の方向の応力によって電気化学反応単セルが損傷することを抑制することができる。 (1) An electrochemical reaction unit disclosed in the present specification includes an electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween; A first interconnector disposed to face the fuel electrode of the chemical reaction unit cell; a second interconnector disposed to face the air electrode of the electrochemical reaction unit cell; and the fuel. A conductive first current collector disposed between a pole and the first interconnector, the first interconnector facing portion being electrically connected to the first interconnector; A first cell facing electrode facing portion electrically connected to the fuel electrode; a first connecting portion connecting the first interconnector facing portion and the first cell facing portion electrode facing portion; A first current collecting member comprising: An electrochemical reaction unit comprising: a first spacer disposed so as to contact a surface of the first current collector facing electrode side of the first current collecting member facing the first interconnector facing portion; A conductive second current collecting member disposed between the air electrode and the second interconnector, and facing the second interconnector electrically connected to the second interconnector A second cell connecting portion, a second cell facing portion electrode facing portion electrically connected to the air electrode, and a second interconnecting portion connecting the second interconnector facing portion and the second cell facing portion electrode facing portion. A second current collecting member, and a surface of the second current collecting member facing the second interconnector facing portion in the second cell facing portion electrode facing portion of the second current collecting member. A second spacer, Serial fuel electrode contains Ni, the first spacer is formed from a metallic material, the second spacer is formed from mica. According to the present electrochemical reaction unit, the fuel electrode contains Ni, and the first spacer in contact with the first current collecting member disposed between the fuel electrode and the first interconnector is a metal. Formed from material. For this reason, even when a material containing Ni is used as the fuel electrode, the first spacer does not volatilize the pollutant that contaminates the fuel electrode, so that poisoning of the fuel electrode can be suppressed. . In the electrochemical reaction unit, the second spacer is formed from mica. For this reason, when stress in the first direction is generated in the electrochemical reaction unit, it is possible to suppress damage (cracking, etc.) of the electrochemical reaction unit cell by relaxing the stress by the second spacer. it can. Therefore, according to this electrochemical reaction unit, the performance degradation of the electrochemical reaction power generation unit can be suppressed, and the electrochemical reaction unit cell can be prevented from being damaged by the stress in the first direction. .

(2)上記電気化学反応単位において、さらに、前記燃料極に面する燃料室を構成する燃料室用孔が形成された燃料極側フレーム部材、を備え、前記燃料極側フレーム部材は、前記第1のスペーサを形成する金属材料と同一種類の金属材料から形成されている構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第1の方向における第1のスペーサの熱膨張率と燃料極側フレーム部材の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して電気化学反応単セルが損傷することを抑制することができる。 (2) The electrochemical reaction unit further includes a fuel electrode side frame member in which a fuel chamber hole forming a fuel chamber facing the fuel electrode is formed, wherein the fuel electrode side frame member is It is good also as a structure formed from the metal material of the same kind as the metal material which forms one spacer. According to the present electrochemical reaction unit, the thermal expansion coefficient of the first spacer and the thermal expansion coefficient of the fuel electrode side frame member in the first direction can be made substantially equal, and the difference in thermal expansion coefficient between the two is It is possible to suppress the electrochemical reaction single cell from being damaged.

(3)上記電気化学反応単位において、さらに、前記空気極に面する空気室を構成する空気室用孔が形成された空気極側フレーム部材、を備え、前記空気極側フレーム部材は、マイカから形成されている構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第1の方向における第2のスペーサの熱膨張率と空気極側フレーム部材の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して電気化学反応単セルが損傷することを抑制することができる。 (3) The electrochemical reaction unit further includes an air electrode side frame member having an air chamber hole forming an air chamber facing the air electrode, wherein the air electrode side frame member is made of mica. It is good also as the structure currently formed. According to this electrochemical reaction unit, the thermal expansion coefficient of the second spacer and the thermal expansion coefficient of the air electrode side frame member in the first direction can be made substantially equal, and the difference between the two thermal expansion coefficients It is possible to suppress the electrochemical reaction single cell from being damaged.

(4)上記電気化学反応単位において、前記第1の方向視において、前記第1のスペーサの少なくとも一部分は、前記第2のスペーサの少なくとも一部分と重なっている構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、複数の電気化学反応単位を組み立てて電気化学反応セルスタックとして構成する際や、電気化学反応セルスタックの運転中に、電気化学反応単セルにおいて燃料極側スペーサと空気極側スペーサとが対向していない部分に応力が集中することによって電気化学反応単セルが損傷し、ひいては、電気化学反応単位の性能低下が発生することを低減する。また、燃料極側スペーサと空気極側スペーサとの重なっている部分に応力がかかることにより、電気化学反応単セルと第1の集電部材との間、および、電気化学反応単セルと第2の集電部材との間における良好な固着が実現される。 (4) In the electrochemical reaction unit, at least a part of the first spacer may overlap with at least a part of the second spacer in the first direction view. According to this electrochemical reaction unit, when assembling a plurality of electrochemical reaction units to form an electrochemical reaction cell stack, or during operation of the electrochemical reaction cell stack, the fuel electrode side spacer and The stress is concentrated on the portion where the air electrode side spacer is not opposed, and thus the electrochemical reaction unit cell is damaged, thereby reducing the occurrence of degradation of the performance of the electrochemical reaction unit. Further, stress is applied to the overlapping portion of the fuel electrode side spacer and the air electrode side spacer, so that the electrochemical reaction single cell and the first current collecting member, and the electrochemical reaction single cell and the second Good adhesion to the current collecting member is realized.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単位(燃料電池発電単位または電解セル単位)、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック(燃料電池スタックまたは電解セルスタック)、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。   Note that the technology disclosed in this specification can be realized in various forms, for example, an electrochemical reaction unit (a fuel cell power generation unit or an electrolysis cell unit), and an electricity provided with a plurality of electrochemical reaction units. It can be realized in the form of a chemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolytic cell stack), a manufacturing method thereof, and the like.

本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an external configuration of a fuel cell stack 100 in the present embodiment. 図1のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-section structure of the fuel cell stack 100 in the position of II-II of FIG. 図1のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of a fuel cell stack 100 at a position of III-III in FIG. 1. 図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows XZ cross-section structure of the two electric power generation units 102 adjacent to each other in the same position as the cross section shown in FIG. 図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-section structure of the two electric power generation units 102 adjacent to each other in the same position as the cross section shown in FIG. 図7および図8のVI−VIの位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the YZ cross-section structure of the two electric power generation units 102 mutually adjacent in the position of VI-VI of FIG. 7 and FIG. 図4〜図6のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows XY cross-sectional structure of the electric power generation unit 102 in the position of VII-VII of FIGS. 図4〜図6のVIII−VIIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XY cross-section structure of the electric power generation unit 102 in the position of VIII-VIII of FIGS. 変形例における空気極側集電部材134の構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the structure of the air electrode side current collection member 134 in a modification.

A.第1実施形態:
A−1.装置構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1(および後述する図7および図8)のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1(および後述する図7および図8)のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。また、本明細書では、Z軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。
A. First embodiment:
A-1. Device configuration:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a fuel cell stack 100 in the present embodiment, and FIG. 2 is a diagram of the fuel cell stack 100 at a position II-II in FIG. 1 (and FIGS. 7 and 8 described later). FIG. 3 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. 1 (and FIGS. 7 and 8 described later). In each figure, XYZ axes orthogonal to each other for specifying the direction are shown. In this specification, for the sake of convenience, the positive direction of the Z axis is referred to as the upward direction, and the negative direction of the Z axis is referred to as the downward direction. However, the fuel cell stack 100 is actually different from such an orientation. It may be installed. The same applies to FIG. In this specification, a direction perpendicular to the Z-axis direction is referred to as a plane direction.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」という)102と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のエンドプレート104,106は、7つの発電単位102から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。   The fuel cell stack 100 includes a plurality (seven in this embodiment) of fuel cell power generation units (hereinafter simply referred to as “power generation units”) 102 and a pair of end plates 104 and 106. The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in the present embodiment). The pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an assembly composed of seven power generation units 102 from above and below. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims.

図1に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(各発電単位102、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの外周の4つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート104から他方のエンドプレート106にわたって上下方向に延びるボルト孔109を構成している。各ボルト孔109にはボルト22が挿入されており、各ボルト22および図示しないナットによって燃料電池スタック100は締結されている。   As shown in FIG. 1, each layer (each power generation unit 102, end plates 104, 106) constituting the fuel cell stack 100 penetrates each layer vertically in the periphery of four corners around the Z-axis direction. Holes are formed, and holes corresponding to each other formed in each layer communicate with each other in the vertical direction to constitute a bolt hole 109 extending in the vertical direction from one end plate 104 to the other end plate 106. Bolts 22 are inserted into the respective bolt holes 109, and the fuel cell stack 100 is fastened by the respective bolts 22 and nuts (not shown).

また、図1〜図3に示すように、各発電単位102のZ軸方向回りの外周辺の付近には、各発電単位102を上下方向に貫通する孔が形成されており、各発電単位102に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位102にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために各発電単位102に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。   As shown in FIGS. 1 to 3, a hole penetrating each power generation unit 102 in the vertical direction is formed near the outer periphery of each power generation unit 102 around the Z-axis direction. The holes corresponding to each other are communicated in the vertical direction to form a communication hole 108 extending in the vertical direction across the plurality of power generation units 102. In the following description, a hole formed in each power generation unit 102 to configure the communication hole 108 may also be referred to as the communication hole 108.

図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の付近に位置する連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102の後述する空気室166に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の付近に位置する連通孔108は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へと排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。酸化剤ガスOGとしては、例えば空気が使用される。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the fuel cell stack 100 is located in the vicinity of one side (side on the X axis positive direction side of two sides parallel to the Y axis) on the outer periphery around the Z axis direction. The communication hole 108 is supplied with an oxidant gas OG from the outside of the fuel cell stack 100, and an oxidant gas introduction manifold 161 serving as a gas flow path for supplying the oxidant gas OG to an air chamber 166 described later of each power generation unit 102. The communication hole 108 located near the opposite side of the side (the side on the negative X-axis side of the two sides parallel to the Y-axis) extends from the air chamber 166 of each power generation unit 102. It functions as an oxidant gas discharge manifold 162 that is a gas flow path for discharging the oxidant off-gas OOG that is the discharged gas to the outside of the fuel cell stack 100. For example, air is used as the oxidant gas OG.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102の後述する燃料室176に供給するガス流路である燃料ガス導入マニホールド171として機能し、上述した酸化剤ガス導入マニホールド161として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔108は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へと排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド172として機能する。燃料ガスFGとしては、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。   Further, as shown in FIGS. 1 and 3, in the vicinity of the side that forms the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction, the side closest to the communication hole 108 that functions as the oxidant gas discharge manifold 162 described above. The other communication hole 108 located in is provided with a fuel gas introduction, which is a gas passage through which the fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 and supplies the fuel gas FG to a fuel chamber 176 described later of each power generation unit 102. The other communication hole 108 that functions as the manifold 171 and is located near the side closest to the communication hole 108 that functions as the oxidant gas introduction manifold 161 described above is gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102. As a fuel gas discharge manifold 172 that is a gas flow path for discharging a certain fuel off-gas FOG to the outside of the fuel cell stack 100 To function. As the fuel gas FG, for example, hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas is used.

(エンドプレート104,106の構成)
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。図2および図3に示すように、下側のエンドプレート106には、4つの流路用貫通孔107が形成されている。4つの流路用貫通孔107は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス導入マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。
(Configuration of end plates 104 and 106)
The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members, and are formed of, for example, stainless steel. One end plate 104 is disposed on the upper side of the power generation unit 102 located on the uppermost side, and the other end plate 106 is disposed on the lower side of the power generation unit 102 located on the lowermost side. A plurality of power generation units 102 are held in a pressed state by a pair of end plates 104 and 106. The upper end plate 104 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower end plate 106 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100. As shown in FIGS. 2 and 3, four passage through holes 107 are formed in the lower end plate 106. The four flow passage through holes 107 communicate with the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas introduction manifold 171, and the fuel gas discharge manifold 172, respectively.

(ガス通路部材27等の構成)
図2および図3に示すように、燃料電池スタック100は、さらに、下側のエンドプレート106に対して複数の発電単位102とは反対側(すなわち、下側)に配置された4つのガス通路部材27を備える。4つのガス通路部材27は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス導入マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172と上下方向に重なる位置に配置されている。各ガス通路部材27は、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107に連通する孔が形成された本体部28と、本体部28の側面から分岐した筒状の分岐部29とを有している。分岐部29の孔は本体部28の孔と連通している。各ガス通路部材27の分岐部29には、ガス配管(図示せず)が接続される。なお、各ガス通路部材27の本体部28とエンドプレート106との間には、絶縁シート26が配置されている。絶縁シート26は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。
(Configuration of gas passage member 27 and the like)
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell stack 100 further includes four gas passages arranged on the opposite side (that is, the lower side) of the plurality of power generation units 102 with respect to the lower end plate 106. A member 27 is provided. The four gas passage members 27 are respectively arranged at positions that overlap the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas introduction manifold 171, and the fuel gas discharge manifold 172 in the vertical direction. Each gas passage member 27 has a main body portion 28 in which a hole communicating with the flow passage through hole 107 of the lower end plate 106 is formed, and a cylindrical branch portion 29 branched from the side surface of the main body portion 28. doing. The hole of the branch part 29 communicates with the hole of the main body part 28. A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27. An insulating sheet 26 is disposed between the main body 28 of each gas passage member 27 and the end plate 106. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass ceramic composite agent, or the like.

(発電単位102の構成)
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図6は、後述する図7および図8のVI−VIの位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。また、図7は、図4〜図6のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図8は、図4〜図6のVIII−VIIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。
(Configuration of power generation unit 102)
4 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. 5 is adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 6 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at a position VI-VI in FIGS. 7 and 8 described later. It is. 7 is an explanatory diagram showing an XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position VII-VII in FIGS. 4 to 6, and FIG. 8 is a power generation unit at the position VIII-VIII in FIGS. 4 to 6. It is explanatory drawing which shows XY cross-section structure of 102. FIG.

図4〜図6に示すように、発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、空気極側フレーム部材130と、空気極側集電部材134と、燃料極側フレーム部材140と、燃料極側集電部材144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。セパレータ120、空気極側フレーム部材130、燃料極側フレーム部材140、インターコネクタ150におけるZ軸方向回りの周縁部には、上述した各マニホールド161,162,171,172として機能する連通孔108を構成する孔や、各ボルト孔109を構成する孔が形成されている。   As shown in FIGS. 4 to 6, the power generation unit 102 includes a single cell 110, a separator 120, an air electrode side frame member 130, an air electrode side current collecting member 134, a fuel electrode side frame member 140, and a fuel. A pole-side current collecting member 144 and a pair of interconnectors 150 constituting the uppermost layer and the lowermost layer of the power generation unit 102 are provided. In the separator 120, the air electrode side frame member 130, the fuel electrode side frame member 140, and the peripheral portion around the Z-axis direction in the interconnector 150, the communication holes 108 functioning as the manifolds 161, 162, 171, and 172 described above are formed. And holes constituting each bolt hole 109 are formed.

一対のインターコネクタ150は、具体的には、ある発電単位102における燃料極116に対向するように配置された第1のインターコネクタ151と、その発電単位102における空気極114に対向するように配置された第2のインターコネクタ152とにより構成されている。以下では、第1のインターコネクタ151と、第2のインターコネクタ152とを、特に区別することを要しない場合には、単にインターコネクタ150ということもある。インターコネクタ150は、Z軸方向視で単セル110より大きい略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。また、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における第1のインターコネクタ151は、その発電単位102の燃料極116側(下側)に隣接する他の発電単位102における第2のインターコネクタ152と同一部材である。また、燃料電池スタック100は一対のエンドプレート104,106を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない(図2および図3参照)。   Specifically, the pair of interconnectors 150 is disposed so as to face the first interconnector 151 disposed so as to face the fuel electrode 116 in the power generation unit 102 and the air electrode 114 in the power generation unit 102. The second interconnector 152 is configured. Hereinafter, the first interconnector 151 and the second interconnector 152 may be simply referred to as an interconnector 150 when it is not necessary to distinguish between them. The interconnector 150 is a substantially rectangular flat plate-shaped conductive member larger than the single cell 110 as viewed in the Z-axis direction, and is formed of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generation units 102 and prevents reaction gas from being mixed between the power generation units 102. In this embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by two adjacent power generation units 102. That is, the first interconnector 151 in a power generation unit 102 is the same member as the second interconnector 152 in another power generation unit 102 adjacent to the fuel electrode 116 side (lower side) of the power generation unit 102. Further, since the fuel cell stack 100 includes the pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top in the fuel cell stack 100 does not include the upper interconnector 150 and is located at the bottom. The power generation unit 102 does not include the lower interconnector 150 (see FIGS. 2 and 3).

単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向(発電単位102が並ぶ配列方向)に互いに対向する空気極(カソード)114および燃料極(アノード)116とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で電解質層112および空気極114を支持する燃料極支持形の単セルである。   The unit cell 110 includes an electrolyte layer 112, and an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 that face each other in the vertical direction (the arrangement direction in which the power generation units 102 are arranged) with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The single cell 110 of the present embodiment is a fuel electrode-supported single cell that supports the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 with the fuel electrode 116.

電解質層112は、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層112は、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極114は、Z軸方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極114は、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄))により形成されている。燃料極116は、Z軸方向視で電解質層112と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極116は、例えば、Niと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子(例えば、YSZ)とからなるサーメットにより形成されている。このように、本実施形態の単セル110(発電単位102)は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。   The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular flat plate member as viewed in the Z-axis direction, and is a dense layer. The electrolyte layer 112 is formed of a solid oxide such as YSZ (yttria stabilized zirconia), ScSZ (scandia stabilized zirconia), SDC (samarium doped ceria), GDC (gadolinium doped ceria), perovskite oxide, and the like. Yes. The air electrode 114 is a substantially rectangular flat plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is a porous layer. The air electrode 114 is made of, for example, a perovskite oxide (for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide), LSM (lanthanum strontium manganese oxide), LNF (lanthanum nickel iron)). The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat plate member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 as viewed in the Z-axis direction, and is a porous layer. The fuel electrode 116 is formed of, for example, a cermet made of Ni and oxide ion conductive ceramic particles (for example, YSZ). Thus, the single cell 110 (power generation unit 102) of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte.

セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、ステンレス等の金属材料により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、電解質層112(単セル110)と接合されている。セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。なお、単セル110とセパレータ120との接合箇所付近に、空気室166と燃料室176との間をシールするシール部材(例えば、ガラスシール部材)がさらに設けられてもよい。   The separator 120 is a frame-like member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is made of a metal material such as stainless steel, for example. The peripheral part of the hole 121 in the separator 120 is opposed to the peripheral part of the surface of the electrolyte layer 112 on the air electrode 114 side. The separator 120 is bonded to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a bonding portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag brazing) disposed in the facing portion. The separator 120 divides the air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, and gas leaks from one electrode side to the other electrode side in the peripheral portion of the single cell 110. It is suppressed. A seal member (for example, a glass seal member) that seals between the air chamber 166 and the fuel chamber 176 may be further provided in the vicinity of the joint portion between the single cell 110 and the separator 120.

図4〜図7に示すように、空気極側フレーム部材130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の空気室用孔131が形成されたフレーム状の部材である。空気極側フレーム部材130は、絶縁体であるマイカにより形成されている。空気極側フレーム部材130は、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。空気極側フレーム部材130に形成された空気室用孔131によって、空気極114に面する空気室166が構成される。また、空気極側フレーム部材130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム部材130には、酸化剤ガス導入マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通流路132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通流路133とが形成されている。   As shown in FIGS. 4 to 7, the air electrode side frame member 130 is a frame-like member in which a substantially rectangular air chamber hole 131 penetrating in the vertical direction is formed near the center. The air electrode side frame member 130 is formed of mica that is an insulator. The air electrode side frame member 130 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. Yes. An air chamber 166 facing the air electrode 114 is configured by the air chamber hole 131 formed in the air electrode side frame member 130. Further, the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102 is electrically insulated by the air electrode side frame member 130. In addition, the air electrode side frame member 130 is connected to the oxidizing gas supply communication channel 132 that communicates the oxidizing gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and the oxidizing gas that communicates the air chamber 166 and the oxidizing gas discharge manifold 162. An agent gas discharge communication channel 133 is formed.

図4〜図6および図8に示すように、燃料極側フレーム部材140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の燃料室用孔141が形成されたフレーム状の部材である。燃料極側フレーム部材140は、例えばステンレス材やアルミ添加ステンレス材等の金属材料により形成されている。燃料極側フレーム部材140は、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。燃料極側フレーム部材140に形成された燃料室用孔141によって、燃料極116に面する燃料室176が構成される。また、燃料極側フレーム部材140には、燃料ガス導入マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通流路142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通流路143とが形成されている。   As shown in FIGS. 4 to 6 and 8, the fuel electrode side frame member 140 is a frame-like member in which a substantially rectangular fuel chamber hole 141 penetrating in the vertical direction is formed near the center. The fuel electrode side frame member 140 is formed of a metal material such as a stainless material or an aluminum-added stainless material. The fuel electrode side frame member 140 is in contact with the peripheral portion of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the peripheral portion of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116. A fuel chamber hole 176 that faces the fuel electrode 116 is configured by the fuel chamber hole 141 formed in the fuel electrode side frame member 140. Further, the fuel electrode side frame member 140 is connected to the fuel gas supply manifold 171 and the fuel chamber 176, the fuel gas supply communication channel 142, and the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. A flow path 143 is formed.

図4〜図6および図8に示すように、燃料極側集電部材144は、インターコネクタ150と単セル110の燃料極116との間に配置された導電性部材であり、例えば、ニッケルまたはニッケル合金の箔またはメッシュ等の金属により形成されている。燃料極側集電部材144は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における燃料極側集電部材144は、下側のエンドプレート106に接触している。燃料極側集電部材144は、このような構成であり、燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)とを電気的に接続する。燃料極側集電部材144の構成については、後にさらに詳述する。本実施形態における燃料極側集電部材144は、特許請求の範囲における第1の集電部材に相当する。   As shown in FIGS. 4 to 6 and FIG. 8, the fuel electrode side current collecting member 144 is a conductive member disposed between the interconnector 150 and the fuel electrode 116 of the single cell 110, for example, nickel or It is made of a metal such as a nickel alloy foil or mesh. The fuel electrode side current collecting member 144 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116. However, as described above, the lowermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not include the lower interconnector 150, and therefore the fuel electrode side current collecting member 144 in the power generation unit 102 has a lower side. It is in contact with the end plate 106. The fuel electrode side current collecting member 144 has such a configuration, and electrically connects the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106). The configuration of the fuel electrode side current collecting member 144 will be described in detail later. The fuel electrode side current collecting member 144 in the present embodiment corresponds to the first current collecting member in the claims.

なお、燃料極側集電部材144と燃料極116とは、導電性の接合層により接合されていてもよく、その場合には、燃料極側集電部材144が燃料極116の表面に接するとは、燃料極側集電部材144と燃料極116との間を接合する接合層を介して両者が接する状態を含む。   The fuel electrode side current collecting member 144 and the fuel electrode 116 may be joined by a conductive joining layer. In this case, when the fuel electrode side current collecting member 144 is in contact with the surface of the fuel electrode 116. Includes a state in which the fuel electrode side current collecting member 144 and the fuel electrode 116 are in contact with each other via a bonding layer.

図4〜図7に示すように、空気極側集電部材134は、インターコネクタ150と単セル110の空気極114との間に配置された導電性部材であり、例えば、フェライト系ステンレス等の金属により形成されている。空気極側集電部材134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面(換言すれば、インターコネクタ150の表面の内、燃料極側集電部材144が接する一方の面(本実施形態では上面)とは反対側の他方の面(同下面))とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における空気極側集電部材134は、上側のエンドプレート104に接触している。空気極側集電部材134は、このような構成であり、空気極114とインターコネクタ150(またはエンドプレート104)とを電気的に接続する。空気極側集電部材134の構成については、後にさらに詳述する。本実施形態における空気極側集電部材134は、特許請求の範囲における第2の集電部材に相当する。   As shown in FIGS. 4 to 7, the air electrode side current collecting member 134 is a conductive member disposed between the interconnector 150 and the air electrode 114 of the single cell 110, such as ferritic stainless steel. It is made of metal. The air electrode side current collecting member 134 includes a surface of the air electrode 114 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and a surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114 (in other words, the interconnector 150 of the interconnector 150). Of the surface, the fuel electrode side current collecting member 144 is in contact with one surface (the upper surface in the present embodiment) opposite to the other surface (the lower surface). However, as described above, the uppermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not include the upper interconnector 150, and therefore the air electrode side current collecting member 134 in the power generation unit 102 includes the upper end plate. 104 is in contact. The air electrode side current collecting member 134 has such a configuration, and electrically connects the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104). The configuration of the air electrode side current collecting member 134 will be described in detail later. The air electrode side current collecting member 134 in the present embodiment corresponds to the second current collecting member in the claims.

また、本実施形態では、空気極側集電部材134と空気極114とは、導電性の接合層138により接合されている。接合層138は、例えば、MnCoOやMnCo、ZnCo、ZnMnCoO、CuMnといったスピネル型酸化物により形成されている。接合層138は、例えば、接合層用ペーストを空気極側集電部材134に印刷し、該接合層用ペーストを空気極114の表面に押し付けた状態で所定の条件で焼成を行うことにより、形成することができる。本明細書において、空気極側集電部材134が空気極114の表面に接するとは、空気極側集電部材134と空気極114との間を接合する接合層138を介して両者が接する状態を含む。 In the present embodiment, the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114 are bonded by the conductive bonding layer 138. The bonding layer 138 is formed of, for example, a spinel oxide such as Mn 2 CoO 4 , MnCo 2 O 4 , ZnCo 2 O 4 , ZnMnCoO 4 , or CuMn 2 O 4 . The bonding layer 138 is formed, for example, by printing the bonding layer paste on the air electrode side current collecting member 134 and firing the bonding layer paste against the surface of the air electrode 114 under a predetermined condition. can do. In this specification, when the air electrode side current collecting member 134 is in contact with the surface of the air electrode 114, the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114 are in contact with each other via a bonding layer 138 that bonds the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114. including.

なお、上述したように、本実施形態では、1つのインターコネクタ150が隣接する2つの発電単位102に共有されているため、1つのインターコネクタ150に注目すると、該インターコネクタ150の一方側(例えば上側)の表面上に位置する燃料極側集電部材144は、一の発電単位102を構成する単セル110の燃料極116と電気的に接続されており、該インターコネクタ150の他方側(例えば下側)の表面上に位置する空気極側集電部材134は、他の発電単位102を構成する単セル110の空気極114と電気的に接続されている。   As described above, in the present embodiment, since one interconnector 150 is shared by two adjacent power generation units 102, when attention is paid to one interconnector 150, one side of the interconnector 150 (for example, The fuel electrode side current collecting member 144 located on the upper surface is electrically connected to the fuel electrode 116 of the single cell 110 constituting one power generation unit 102, and the other side of the interconnector 150 (for example, The air electrode side current collecting member 134 located on the lower surface is electrically connected to the air electrode 114 of the single cell 110 constituting the other power generation unit 102.

A−2.燃料電池スタック100の動作:
図2、図4および図7に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29、本体部28、および、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通流路132を介して、空気室166に供給される。また、図3、図5および図8に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29、本体部28、および、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通流路142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of the fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2, 4, and 7, the oxidant gas is connected through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. When the OG is supplied, the oxidant gas OG is supplied to the oxidant gas introduction manifold 161 through the branch portion 29 of the gas passage member 27, the main body portion 28, and the flow path through hole 107 of the lower end plate 106. And is supplied from the oxidant gas introduction manifold 161 to the air chamber 166 through the oxidant gas supply communication channel 132 of each power generation unit 102. Further, as shown in FIGS. 3, 5, and 8, the fuel gas is connected through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. When FG is supplied, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 through the branch portion 29 of the gas passage member 27, the main body portion 28, and the flow passage through hole 107 of the lower end plate 106. Then, the fuel gas is supplied from the fuel gas introduction manifold 171 to the fuel chamber 176 via the fuel gas supply communication channel 142 of each power generation unit 102.

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGに含まれる酸素と燃料ガスFGに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。後述するように、各発電単位102において、単セル110の空気極114は空気極側集電部材134を介して一方のインターコネクタ150に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電部材144を介して他方のインターコネクタ150に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するエンドプレート104,106から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば700℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。   When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, oxygen contained in the oxidant gas OG and hydrogen contained in the fuel gas FG in the single cell 110. Power is generated by an electrochemical reaction. This power generation reaction is an exothermic reaction. As will be described later, in each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to one interconnector 150 via the air electrode side current collecting member 134, and the fuel electrode 116 is connected to the fuel electrode side current collector. It is electrically connected to the other interconnector 150 via the member 144. The plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function as output terminals of the fuel cell stack 100. Since SOFC generates power at a relatively high temperature (for example, 700 ° C. to 1000 ° C.), the fuel cell stack 100 is heated by a heater (after the start-up until the high temperature can be maintained by the heat generated by the power generation. (Not shown).

各発電単位102の空気室166から排出された酸化剤オフガスOOGは、図2、図4および図7に示すように、酸化剤ガス排出連通流路133を介して酸化剤ガス排出マニホールド162に排出され、さらに下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。また、各発電単位102の燃料室176から排出された燃料オフガスFOGは、図3、図5および図8に示すように、燃料ガス排出連通流路143を介して燃料ガス排出マニホールド172に排出され、さらに下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、燃料ガス排出マニホールド172の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示しない)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。   The oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 is discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 via the oxidant gas discharge communication channel 133 as shown in FIGS. Further, it is connected to the branch portion 29 via the flow passage through hole 107 of the lower end plate 106 and the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas discharge manifold 162. It is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 through the gas pipe (not shown). Further, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 via the fuel gas discharge communication channel 143 as shown in FIGS. 3, 5 and 8. Further, the flow passage through hole 107 of the lower end plate 106 and the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas discharge manifold 172 are connected to the branch portion 29. The gas is discharged outside the fuel cell stack 100 through a gas pipe (not shown).

なお、本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102では、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向(図7に示すように、X軸正方向側からX軸負方向側に向かう方向)と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向(図8に示すように、X軸負方向側からX軸正方向側に向かう方向)とが、略反対方向(互いに対向する方向)となっている。すなわち、本実施形態の発電単位102(燃料電池スタック100)は、カウンターフロータイプのSOFCである。   In each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 (as shown in FIG. 7, from the X axis positive direction side to the X axis negative direction side). ) And the main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 (the direction from the X-axis negative direction side to the X-axis positive direction side as shown in FIG. 8) are substantially opposite directions (directions facing each other). ). That is, the power generation unit 102 (fuel cell stack 100) of this embodiment is a counter flow type SOFC.

A−3.燃料極側集電部材144の詳細構成:
次に、燃料極側集電部材144の詳細構成について説明する。図4〜図6および図8に示すように、燃料極側集電部材144は、インターコネクタ対向部146と、複数の燃料極対向部145と、複数の連接部147とを有している。
A-3. Detailed configuration of fuel electrode side current collecting member 144:
Next, the detailed configuration of the fuel electrode side current collecting member 144 will be described. As shown in FIGS. 4 to 6 and 8, the fuel electrode side current collecting member 144 includes an interconnector facing portion 146, a plurality of fuel electrode facing portions 145, and a plurality of connecting portions 147.

燃料極側集電部材144のインターコネクタ対向部146は、インターコネクタ150(またはエンドプレート106、以下同様)における燃料極116に対向する側の表面に接する板状部分である。インターコネクタ対向部146には、インターコネクタ対向部146を厚さ方向に貫通する(すなわち、Z軸方向に延びる)複数の貫通孔40が形成されている。燃料極側集電部材144のインターコネクタ対向部146は、特許請求の範囲における第1のインターコネクタ対向部に相当する。   The interconnector facing portion 146 of the fuel electrode side current collecting member 144 is a plate-like portion that is in contact with the surface of the interconnector 150 (or the end plate 106, hereinafter the same) facing the fuel electrode 116. The interconnector facing portion 146 is formed with a plurality of through holes 40 penetrating the interconnector facing portion 146 in the thickness direction (that is, extending in the Z-axis direction). The interconnector facing portion 146 of the fuel electrode side current collecting member 144 corresponds to the first interconnector facing portion in the claims.

燃料極側集電部材144の各燃料極対向部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接し、かつ、燃料極116と電気的に接続された板状部分である。Z軸方向視での各燃料極対向部145の形状は、略矩形である。また、複数の燃料極対向部145は、Z軸方向視で、X方向およびY方向に沿った格子状に配置されている。各燃料極対向部145は、Z軸方向においてインターコネクタ対向部146と重なるように配置されている。各燃料極対向部145のY軸負方向側の端部43は、自由端となっている。燃料極側集電部材144の燃料極対向部145は、特許請求の範囲における第1の電極対向部に相当する。   Each fuel electrode facing portion 145 of the fuel electrode side current collecting member 144 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and is electrically connected to the fuel electrode 116. Part. The shape of each fuel electrode facing portion 145 when viewed in the Z-axis direction is substantially rectangular. Further, the plurality of fuel electrode facing portions 145 are arranged in a lattice shape along the X direction and the Y direction as viewed in the Z-axis direction. Each fuel electrode facing portion 145 is disposed so as to overlap with the interconnector facing portion 146 in the Z-axis direction. The end 43 on the Y-axis negative direction side of each fuel electrode facing portion 145 is a free end. The fuel electrode facing portion 145 of the fuel electrode side current collecting member 144 corresponds to a first electrode facing portion in the claims.

燃料極側集電部材144の各連接部147は、各燃料極対向部145におけるY軸負方向側の端部42とインターコネクタ対向部146における貫通孔40に面する端部41とを結ぶ板状部分である。燃料極側集電部材144の連接部147は、特許請求の範囲における第1の連接部に相当する。   Each connecting portion 147 of the fuel electrode side current collecting member 144 is a plate that connects the end portion 42 of each fuel electrode facing portion 145 on the Y axis negative direction side and the end portion 41 facing the through hole 40 in the interconnector facing portion 146. It is a shaped part. The connecting portion 147 of the fuel electrode side current collecting member 144 corresponds to the first connecting portion in the claims.

このような構成の燃料極側集電部材144は、例えば、図8における部分拡大図に示すように、燃料極側集電部材144作製用の平板材料に対して抜き打ち加工を行うことによって、完成状態において各燃料極対向部145および各連接部147となる矩形領域のそれぞれの3辺に切り込みを入れ、次に、抜き打ち加工後の平板材料に対して折り曲げ加工を行うことによって各燃料極対向部145および各連接部147を形成することにより、作製することができる。なお、図8における部分拡大図では、燃料極側集電部材144の作製方法を示すため、一部、折り曲げ加工前の状態が示されている。   The fuel electrode side current collecting member 144 having such a configuration is completed by punching a flat plate material for producing the fuel electrode side current collecting member 144, for example, as shown in the partial enlarged view in FIG. In the state, each fuel electrode facing portion is formed by making cuts in three sides of each rectangular region that becomes each fuel electrode facing portion 145 and each connecting portion 147 and then bending the flat plate material after the punching process. 145 and each connecting portion 147 can be formed. In addition, in the partial enlarged view in FIG. 8, in order to show the manufacturing method of the fuel electrode side current collection member 144, the state before a bending process is partially shown.

燃料極側集電部材144の各燃料極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、燃料極側スペーサ149が配置されている。燃料極側スペーサ149は、例えばステンレス材やアルミ添加ステンレス材等の金属材料により形成されている。すなわち、本実施形態において、燃料極側フレーム部材140は、燃料極側スペーサ149と同一種類の金属材料から形成されている。ここで、燃料極側スペーサ149を形成する金属材料は、燃料極116を汚染する汚染物質(例えば、ケイ素(Si)、リン(P)、ホウ素(B)、塩素(Cl)系の化合物)を揮発しない金属材料であることが好ましい。また、燃料極側スペーサ149を形成する金属材料は、形状維持の観点から、剛体金属であることが好ましい。なお、本明細書において、剛体金属とは、ヤング率(縦弾性係数)が100GPa以上である金属を意味する。燃料極側スペーサ149の存在により、燃料極側集電部材144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電部材144を介した燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)との電気的接続が良好に維持される。   A fuel electrode side spacer 149 is disposed between each fuel electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146 of the fuel electrode side current collecting member 144. The fuel electrode side spacer 149 is formed of a metal material such as a stainless material or an aluminum-added stainless material. That is, in this embodiment, the fuel electrode side frame member 140 is formed of the same type of metal material as the fuel electrode side spacer 149. Here, the metal material forming the fuel electrode side spacer 149 is a contaminant that contaminates the fuel electrode 116 (for example, silicon (Si), phosphorus (P), boron (B), chlorine (Cl) based compounds). A metal material that does not volatilize is preferable. Moreover, it is preferable that the metal material which forms the fuel electrode side spacer 149 is a rigid metal from a viewpoint of shape maintenance. In the present specification, the rigid metal means a metal having a Young's modulus (longitudinal elastic modulus) of 100 GPa or more. Due to the presence of the fuel electrode side spacer 149, the fuel electrode side current collecting member 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and the reaction gas pressure fluctuation, and the fuel electrode 116 and the interconnector via the fuel electrode side current collecting member 144 are connected. Good electrical connection with 150 (or end plate 106) is maintained.

A−4.空気極側集電部材134の詳細構成:
次に、空気極側集電部材134の詳細構成について説明する。図4〜図7に示すように、空気極側集電部材134は、インターコネクタ対向部136と、複数の空気極対向部135と、複数の連接部137とを有している。
A-4. Detailed configuration of air electrode side current collecting member 134:
Next, a detailed configuration of the air electrode side current collecting member 134 will be described. As shown in FIGS. 4 to 7, the air electrode side current collecting member 134 has an interconnector facing portion 136, a plurality of air electrode facing portions 135, and a plurality of connecting portions 137.

空気極側集電部材134のインターコネクタ対向部136は、インターコネクタ150(またはエンドプレート104、以下同様)における空気極114に対向する側の表面に接する板状部分である。インターコネクタ対向部136には、インターコネクタ対向部136を厚さ方向に貫通する(すなわち、Z軸方向に延びる)複数の貫通孔30が形成されている。図7に示すように、本実施形態では、インターコネクタ対向部136に形成された各貫通孔30は、X軸方向に長い形状の孔である。また、インターコネクタ対向部136において、複数の貫通孔30はY軸方向に並ぶように配置されている。空気極側集電部材134のインターコネクタ対向部136は、特許請求の範囲における第2のインターコネクタ対向部に相当する。   The interconnector facing portion 136 of the air electrode side current collecting member 134 is a plate-like portion that is in contact with the surface of the interconnector 150 (or the end plate 104, the same applies hereinafter) on the side facing the air electrode 114. The interconnector facing portion 136 is formed with a plurality of through holes 30 penetrating the interconnector facing portion 136 in the thickness direction (that is, extending in the Z-axis direction). As shown in FIG. 7, in the present embodiment, each through hole 30 formed in the interconnector facing portion 136 is a hole that is long in the X-axis direction. In the interconnector facing portion 136, the plurality of through holes 30 are arranged in the Y-axis direction. The interconnector facing portion 136 of the air electrode side current collecting member 134 corresponds to a second interconnector facing portion in the claims.

空気極側集電部材134の各空気極対向部135は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接し、かつ、空気極114と電気的に接続された板状部分である。Z軸方向視での各空気極対向部135の形状は、略矩形である。また、複数の空気極対向部135は、Z軸方向視で、X方向およびY方向に沿った格子状に配置されている。各空気極対向部135は、Z軸方向においてインターコネクタ対向部136に形成された貫通孔30と重なるように配置されている。各空気極対向部135のY軸正方向側の端部33は、自由端となっている。空気極側集電部材134の空気極対向部135は、特許請求の範囲における第2の電極対向部に相当する。   Each air electrode facing portion 135 of the air electrode side current collecting member 134 is in contact with the surface of the air electrode 114 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and is electrically connected to the air electrode 114. Part. The shape of each air electrode facing portion 135 when viewed in the Z-axis direction is substantially rectangular. Further, the plurality of air electrode facing portions 135 are arranged in a lattice shape along the X direction and the Y direction as viewed in the Z-axis direction. Each air electrode facing portion 135 is disposed so as to overlap with the through hole 30 formed in the interconnector facing portion 136 in the Z-axis direction. The end 33 on the Y-axis positive direction side of each air electrode facing portion 135 is a free end. The air electrode facing portion 135 of the air electrode side current collecting member 134 corresponds to the second electrode facing portion in the claims.

空気極側集電部材134の各連接部137は、各空気極対向部135におけるY軸負方向側の端部32と、インターコネクタ対向部136における貫通孔30に面する端部31と、を結ぶ板状部分である。空気極側集電部材134の連接部137は、特許請求の範囲における第2の連接部に相当する。   Each connecting portion 137 of the air electrode side current collecting member 134 includes an end portion 32 of each air electrode facing portion 135 on the Y axis negative direction side and an end portion 31 facing the through hole 30 in the interconnector facing portion 136. It is a plate-like part to tie. The connecting portion 137 of the air electrode side current collecting member 134 corresponds to the second connecting portion in the claims.

このような構成の空気極側集電部材134は、例えば、図7における部分拡大図に示すように、空気極側集電部材134作製用の平板部材に対して打ち抜き加工を行うことによって、完成状態において各空気極対向部135および各連接部137となる部分を残しつつ各貫通孔30の外形に対応する孔をあけ、次に、孔あけ後の平板部材に対して折り曲げ加工を行うことによって各空気極対向部135および各連接部137を形成することにより、作製することができる。   The air electrode side current collecting member 134 having such a configuration is completed, for example, by punching a flat plate member for producing the air electrode side current collecting member 134 as shown in the partial enlarged view in FIG. By making holes corresponding to the outer shape of each through-hole 30 while leaving the portions that become the air electrode facing portions 135 and the connecting portions 137 in the state, and then bending the flat plate member after the holes are formed It can be manufactured by forming each air electrode facing portion 135 and each connecting portion 137.

空気極側集電部材134の各空気極対向部135とインターコネクタ150との間には、空気極側スペーサ139が配置されている。空気極側スペーサ139は、絶縁体であり、かつ、弾性体(弾性材料)であるマイカにより形成されている。すなわち、本実施形態において、空気極側フレーム部材130は、空気極側スペーサ139と同一種類の材料から形成されている。なお、本明細書において、弾性体とは、ヤング率(縦弾性係数)が100GPa未満である材料を意味する。図6および図7に示すように、各空気極側スペーサ139は、略直方体形状の部材であり、Z軸方向において、インターコネクタ150の表面から各空気極対向部135の表面まで延びるような形状となっている。各空気極側スペーサ139におけるインターコネクタ150側の一部分は、空気極側集電部材134のインターコネクタ対向部136に形成された貫通孔30内に収容されている。空気極側スペーサ139の存在により、空気極側集電部材134が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、空気極側集電部材134を介した空気極114とインターコネクタ150(またはエンドプレート104)との電気的接続が良好に維持される。さらに、空気極側スペーサ139の存在により、単セル110にかかるZ軸方向の応力を緩和することができ、単セル110の損傷(割れ等)の発生を抑制することができる。   An air electrode side spacer 139 is disposed between each air electrode facing portion 135 of the air electrode side current collecting member 134 and the interconnector 150. The air electrode side spacer 139 is an insulator and is formed of mica that is an elastic body (elastic material). That is, in this embodiment, the air electrode side frame member 130 is formed of the same type of material as the air electrode side spacer 139. In this specification, an elastic body means a material having a Young's modulus (longitudinal elastic modulus) of less than 100 GPa. As shown in FIGS. 6 and 7, each air electrode side spacer 139 is a substantially rectangular parallelepiped member and has a shape extending from the surface of the interconnector 150 to the surface of each air electrode facing portion 135 in the Z-axis direction. It has become. A part of each air electrode side spacer 139 on the interconnector 150 side is accommodated in a through hole 30 formed in the interconnector facing portion 136 of the air electrode side current collecting member 134. Due to the presence of the air electrode side spacer 139, the air electrode side current collecting member 134 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle or the reaction gas pressure fluctuation, and the air electrode 114 and the interconnector via the air electrode side current collecting member 134. Good electrical connection with 150 (or end plate 104) is maintained. Furthermore, the presence of the air electrode side spacer 139 can relieve the stress in the Z-axis direction applied to the single cell 110, and can prevent the single cell 110 from being damaged (such as cracking).

また、燃料極側スペーサ149の少なくとも一部分は、図6における部分拡大図に示すように、Z軸方向視において、空気極側スペーサ139の少なくとも一部分と重なっている。具体的には、燃料極側スペーサ149の内の一部分である燃料極側重複部分149aの空気極側スペーサ139側の表面は、Z軸方向視における符号Aの範囲内において、空気極側スペーサ139の内の一部分である空気極側重複部分139aの燃料極側スペーサ149側の表面と重なっている。   Further, at least a part of the fuel electrode side spacer 149 overlaps with at least a part of the air electrode side spacer 139 in the Z-axis direction view, as shown in a partially enlarged view in FIG. Specifically, the surface on the air electrode side spacer 139 side of the fuel electrode side overlapping portion 149a, which is a part of the fuel electrode side spacer 149, is within the range of the symbol A as viewed in the Z-axis direction. Is overlapped with the surface on the fuel electrode side spacer 149 side of the air electrode side overlapping portion 139a.

A−5.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102は、単セル110と、第1のインターコネクタ151と、第2のインターコネクタ152と、燃料極側集電部材144と、燃料極側スペーサ149と、空気極側集電部材134と、空気極側スペーサ139とを備える。単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んでZ軸方向に互いに対向する空気極114および燃料極116とを含む。第1のインターコネクタ151は、単セル110の燃料極116に対向するように配置されており、第2のインターコネクタ152は、単セル110の空気極114に対向するように配置されている。燃料極側集電部材144は、燃料極116と第1のインターコネクタ151との間に配置された導電性の部材であり、インターコネクタ対向部146と、燃料極対向部145と、インターコネクタ対向部146と燃料極対向部145とを結ぶ連接部147とを含む。インターコネクタ対向部146は第1のインターコネクタ151と電気的に接続されている。燃料極対向部145は燃料極116と電気的に接続されている。燃料極側スペーサ149は、燃料極側集電部材144の燃料極対向部145におけるインターコネクタ対向部146側の表面に接するように配置されている。空気極側集電部材134は、空気極114と第2のインターコネクタ152との間に配置された導電性の部材であり、インターコネクタ対向部136と、空気極対向部135と、インターコネクタ対向部136と空気極対向部135とを結ぶ連接部137とを含む。インターコネクタ対向部136は第2のインターコネクタ152と、空気極対向部135は空気極114と、それぞれ、電気的に接続されている。空気極側スペーサ139は、空気極側集電部材134の空気極対向部135におけるインターコネクタ対向部136側の表面に接するように配置されている。また、本実施形態の発電単位102では、燃料極116はNiを含有し、燃料極側スペーサ149は金属材料から形成されており、かつ、空気極側スペーサ139はマイカから形成されている。本実施形態の発電単位102は、上述した構成であるため、以下に説明するように、汚染物質により燃料極116に含まれるNiが被毒すること(燃料極116の被毒)を原因とする発電単位102の性能低下を抑制することができ、かつ、Z軸方向の応力によって単セル110が損傷することを抑制することができる。
A-5. Effects of this embodiment:
As described above, each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of this embodiment includes the single cell 110, the first interconnector 151, the second interconnector 152, and the fuel electrode side current collecting member. 144, a fuel electrode side spacer 149, an air electrode side current collecting member 134, and an air electrode side spacer 139. The single cell 110 includes an electrolyte layer 112 and an air electrode 114 and a fuel electrode 116 that face each other in the Z-axis direction with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The first interconnector 151 is disposed so as to face the fuel electrode 116 of the single cell 110, and the second interconnector 152 is disposed so as to face the air electrode 114 of the single cell 110. The fuel electrode side current collecting member 144 is a conductive member disposed between the fuel electrode 116 and the first interconnector 151, and is connected to the interconnector facing portion 146, the fuel electrode facing portion 145, and the interconnector. A connecting portion 147 connecting the portion 146 and the fuel electrode facing portion 145. The interconnector facing portion 146 is electrically connected to the first interconnector 151. The fuel electrode facing portion 145 is electrically connected to the fuel electrode 116. The fuel electrode side spacer 149 is disposed so as to be in contact with the surface on the interconnector facing portion 146 side of the fuel electrode facing portion 145 of the fuel electrode side current collecting member 144. The air electrode side current collecting member 134 is a conductive member disposed between the air electrode 114 and the second interconnector 152, and is connected to the interconnector facing portion 136, the air electrode facing portion 135, and the interconnector. A connecting portion 137 connecting the portion 136 and the air electrode facing portion 135. The interconnector facing portion 136 is electrically connected to the second interconnector 152, and the air electrode facing portion 135 is electrically connected to the air electrode 114. The air electrode side spacer 139 is disposed so as to be in contact with the surface on the interconnector facing portion 136 side of the air electrode facing portion 135 of the air electrode side current collecting member 134. Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the fuel electrode 116 contains Ni, the fuel electrode side spacer 149 is made of a metal material, and the air electrode side spacer 139 is made of mica. Since the power generation unit 102 of the present embodiment has the above-described configuration, as described below, the cause is that Ni contained in the fuel electrode 116 is poisoned by the pollutant (poisoning of the fuel electrode 116). The performance degradation of the power generation unit 102 can be suppressed, and damage to the single cell 110 due to the stress in the Z-axis direction can be suppressed.

上述したように、本実施形態の発電単位102では、燃料極116がNiを含有しており、かつ、燃料極116と第1のインターコネクタ151との間に配置された燃料極側集電部材144に接する燃料極側スペーサ149は金属材料から形成されている。このため、燃料極116としてNiを含有する材料が用いられている場合であっても、燃料極側スペーサ149が燃料極を汚染する汚染物質を揮発しないため、燃料極116の被毒を抑制することができる。また、本実施形態の発電単位102では、空気極側スペーサ139がマイカから形成されている。このため、本実施形態の発電単位102にZ軸方向の応力が発生した際に、空気極側スペーサ139により応力を緩和することによって単セル110が損傷(割れ等)することを抑制することができる。従って、本実施形態の発電単位102によれば、発電単位102の性能低下を抑制することができ、かつ、Z軸方向の応力によって単セル110が損傷することを抑制することができる。   As described above, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the fuel electrode 116 contains Ni, and the fuel electrode-side current collecting member disposed between the fuel electrode 116 and the first interconnector 151. The fuel electrode side spacer 149 in contact with 144 is made of a metal material. For this reason, even when a material containing Ni is used as the fuel electrode 116, the fuel electrode side spacer 149 does not volatilize pollutants that contaminate the fuel electrode, so that poisoning of the fuel electrode 116 is suppressed. be able to. Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the air electrode side spacer 139 is formed from mica. For this reason, when stress in the Z-axis direction is generated in the power generation unit 102 of the present embodiment, it is possible to suppress damage (cracking, etc.) of the single cell 110 by relaxing the stress by the air electrode side spacer 139. it can. Therefore, according to the power generation unit 102 of this embodiment, the performance degradation of the power generation unit 102 can be suppressed, and damage to the single cell 110 due to stress in the Z-axis direction can be suppressed.

また、本実施形態の発電単位102では、燃料極116に面する燃料室176を構成する燃料室用孔141が形成された燃料極側フレーム部材140を備え、燃料極側フレーム部材140が燃料極側スペーサ149を形成する金属材料と同一種類の金属材料から形成されている。このような構成とすることにより、Z軸方向における燃料極側スペーサ149の熱膨張率と燃料極側フレーム部材140の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して単セル110が損傷することを抑制することができる。   Further, the power generation unit 102 of the present embodiment includes a fuel electrode side frame member 140 in which a fuel chamber hole 141 constituting a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 is formed, and the fuel electrode side frame member 140 is a fuel electrode. The side spacer 149 is formed of the same type of metal material as that of the metal material. With this configuration, the thermal expansion coefficient of the fuel electrode side spacer 149 and the thermal expansion coefficient of the fuel electrode side frame member 140 in the Z-axis direction can be made substantially equal, and the difference between the thermal expansion coefficients of the two. It is possible to prevent the single cell 110 from being damaged due to the above.

また、本実施形態の発電単位102では、空気極114に面する空気室166を構成する空気室用孔131が形成された空気極側フレーム部材130を備え、空気極側フレーム部材130がマイカから形成されている。このような構成とすることにより、Z軸方向における空気極側スペーサ139の熱膨張率と空気極側フレーム部材130の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して単セル110が損傷することを抑制することができる。   Further, the power generation unit 102 of the present embodiment includes an air electrode side frame member 130 in which an air chamber hole 131 forming an air chamber 166 facing the air electrode 114 is formed, and the air electrode side frame member 130 is made of mica. Is formed. By adopting such a configuration, the thermal expansion coefficient of the air electrode side spacer 139 and the thermal expansion coefficient of the air electrode side frame member 130 in the Z-axis direction can be made substantially equal, and the difference in thermal expansion coefficient between the two. It is possible to prevent the single cell 110 from being damaged due to the above.

また、本実施形態の発電単位102では、Z軸方向視において、燃料極側スペーサ149の少なくとも一部分が、空気極側スペーサ139の少なくとも一部分と重なっている。このような構成を採用することにより、複数の発電単位102を組み立てて燃料電池スタック100として構成する際や、燃料電池スタック100の運転中に、単セル110において燃料極側スペーサ149と空気極側スペーサ139とが対向していない部分に応力が集中することによって単セル110が損傷し、ひいては、発電単位102の性能低下が発生することを低減する。また、燃料極側スペーサ149と空気極側スペーサ139との重なっている部分に応力がかかることにより、単セル110と燃料極側集電部材144との間、および、単セル110と空気極側集電部材134との間における良好な固着が実現される。   In the power generation unit 102 of the present embodiment, at least a part of the fuel electrode side spacer 149 overlaps at least a part of the air electrode side spacer 139 when viewed in the Z-axis direction. By adopting such a configuration, when assembling a plurality of power generation units 102 to form the fuel cell stack 100, or during operation of the fuel cell stack 100, the fuel electrode side spacer 149 and the air electrode side in the single cell 110 are used. The stress is concentrated on the portion where the spacer 139 does not face, and thereby the single cell 110 is damaged, and as a result, the deterioration of the performance of the power generation unit 102 is reduced. In addition, stress is applied to the overlapping portion of the fuel electrode side spacer 149 and the air electrode side spacer 139, so that the unit cell 110 and the fuel electrode side current collecting member 144, and the unit cell 110 and the air electrode side Good adhesion to the current collecting member 134 is realized.

B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Variations:
The technology disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be modified into various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

上記実施形態における発電単位102の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、上記実施形態の発電単位102では、空気極側集電部材134に対して図9に示す構成を適用してもよい。すなわち、空気極側集電部材134は、空気極対向部135と、インターコネクタ対向部136と、連接部137と、から構成される。具体的には、空気極側集電部材134のインターコネクタ対向部136は、インターコネクタ150(またはエンドプレート104、以下同様)における空気極114に対向する側の表面に接する板状部分である。空気極側集電部材134の空気極対向部135は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接し、かつ、空気極114と電気的に接続された板状部分である。Z軸方向視での各空気極対向部135の形状は、略矩形である。また、複数の空気極対向部135は、Z軸方向視で、X方向およびY方向に沿った格子状に配置されている。空気極側集電部材134は、一の空気極対向部135に対して2つの連接部137を有する。2つの連接部137は、空気極対向部135におけるY軸負方向側の端部32と、インターコネクタ対向部136におけるY軸正方向側の端部31と、を結ぶ板状部分と、空気極対向部135におけるY軸正方向側の端部33と、インターコネクタ対向部136におけるY軸負方向側の端部であり、Y軸方向において端部31と略同軸に位置する端部(図示せず)と、を結ぶ板状部分である。このような構成の空気極側集電部材134は、例えば、空気極側集電部材134作製用の平板部材に対して、完成状態において各空気極対向部135および各連接部137となる部分が残るように、すなわち、空間部34に対応する孔が形成されるように、打ち抜き加工を行い、次に、打ち抜き加工後の平板部材に対して折り曲げ加工を行うことによって各空気極対向部135および各連接部137を形成することにより、作製することができる。このとき、空気極側スペーサ139は、空気極側集電部材134の各空気極対向部135とインターコネクタ150との間に配置される。   The configuration of the power generation unit 102 in the above embodiment is merely an example, and can be variously changed. For example, in the power generation unit 102 of the above embodiment, the configuration illustrated in FIG. 9 may be applied to the air electrode side current collecting member 134. That is, the air electrode side current collecting member 134 includes an air electrode facing portion 135, an interconnector facing portion 136, and a connecting portion 137. Specifically, the interconnector facing portion 136 of the air electrode side current collecting member 134 is a plate-like portion that is in contact with the surface of the interconnector 150 (or the end plate 104, the same applies hereinafter) facing the air electrode 114. The air electrode facing portion 135 of the air electrode side current collecting member 134 is in contact with the surface of the air electrode 114 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and is electrically connected to the air electrode 114. It is. The shape of each air electrode facing portion 135 when viewed in the Z-axis direction is substantially rectangular. Further, the plurality of air electrode facing portions 135 are arranged in a lattice shape along the X direction and the Y direction as viewed in the Z-axis direction. The air electrode side current collecting member 134 has two connecting portions 137 with respect to one air electrode facing portion 135. The two connecting portions 137 include a plate-like portion connecting the end 32 on the Y-axis negative direction side in the air electrode facing portion 135 and the end 31 on the Y-axis positive direction side in the interconnector facing portion 136, and the air electrode The end portion 33 on the Y-axis positive direction side in the facing portion 135 and the end portion on the Y-axis negative direction side in the interconnector facing portion 136, and an end portion (not shown) positioned substantially coaxially with the end portion 31 in the Y-axis direction. Z)). The air electrode side current collecting member 134 having such a configuration has, for example, portions that become the air electrode facing portions 135 and the connecting portions 137 in a completed state with respect to the flat plate member for producing the air electrode side current collecting member 134. Punching is performed so that the hole corresponding to the space portion 34 is formed, and then the flat plate member after punching is bent to perform each air electrode facing portion 135 and It can be manufactured by forming each connecting portion 137. At this time, the air electrode side spacer 139 is disposed between each air electrode facing portion 135 of the air electrode side current collecting member 134 and the interconnector 150.

上記実施形態の発電単位102において、空気極側集電部材134に対して燃料極側集電部材144の構造を適用してもよく、また、燃料極側集電部材144に対して空気極側集電部材134の構造を適用してもよい。また、空気極側集電部材134の構造と燃料極側集電部材144の構造とは、同じであってもよく、また、異なっていてもよい。   In the power generation unit 102 of the above embodiment, the structure of the fuel electrode side current collecting member 144 may be applied to the air electrode side current collecting member 134, and the air electrode side to the fuel electrode side current collecting member 144. The structure of the current collecting member 134 may be applied. Further, the structure of the air electrode side current collecting member 134 and the structure of the fuel electrode side current collecting member 144 may be the same or different.

上記実施形態の発電単位102において、燃料極側フレーム部材140に対して燃料極側スペーサ149を形成する金属材料と同一種類の金属材料を適用したが、これに限定されず、燃料極側フレーム部材140に対して燃料極側スペーサ149を形成する金属材料と異なる種類の金属材料を適用してもよい。   In the power generation unit 102 of the above embodiment, the same type of metal material as the metal material forming the fuel electrode side spacer 149 is applied to the fuel electrode side frame member 140. However, the present invention is not limited to this, and the fuel electrode side frame member is used. A metal material different from the metal material forming the fuel electrode side spacer 149 with respect to 140 may be applied.

上記実施形態の発電単位102において、空気極側フレーム部材130に対して空気極側スペーサ139を形成する材料と同一種類の材料であるマイカを適用したが、これに限定されず、空気極側フレーム部材130に対して空気極側スペーサ139を形成する材料と異なる種類の材料を適用してもよい。   In the power generation unit 102 of the above embodiment, mica, which is the same type of material as the material forming the air electrode side spacer 139, is applied to the air electrode side frame member 130. However, the present invention is not limited to this. A material different from the material forming the air electrode side spacer 139 may be applied to the member 130.

上記実施形態の発電単位102において、Z軸方向視において、燃料極側スペーサ149の少なくとも一部分が、空気極側スペーサ139の少なくとも一部分と重なっている構成としたが、これに限定されず、燃料極側スペーサ149と空気極側スペーサ139とがZ軸方向において重なっていない構成としてもよい。   In the power generation unit 102 of the above-described embodiment, at least a part of the fuel electrode side spacer 149 overlaps with at least a part of the air electrode side spacer 139 when viewed in the Z-axis direction. The side spacer 149 and the air electrode side spacer 139 may be configured not to overlap in the Z-axis direction.

なお、本実施形態において、空気極側集電部材134またはインターコネクタ150を、導電性のコートによって覆う構成としてもよい。コートは、例えば、MnCoOやMnCo、ZnCo、ZnMnCoO、CuMnといったスピネル型酸化物により形成されうる。空気極側集電部材134へのコートの形成は、例えば、スプレーコート、インクジェット印刷、スピンコート、ディップコート、めっき、スパッタリング、溶射等の周知の方法で実行されうる。コートの存在により、空気極側集電部材134に含まれる汚染物質(例えば、Cr)の放出・拡散が抑制され、空気極114の被毒の発生が抑制される。 In the present embodiment, the air electrode side current collecting member 134 or the interconnector 150 may be covered with a conductive coat. The coat may be formed of, for example, a spinel oxide such as Mn 2 CoO 4 , MnCo 2 O 4 , ZnCo 2 O 4 , ZnMnCoO 4 , or CuMn 2 O 4 . The formation of the coating on the air electrode side current collecting member 134 can be performed by a known method such as spray coating, ink jet printing, spin coating, dip coating, plating, sputtering, or thermal spraying. Due to the presence of the coat, the release and diffusion of contaminants (for example, Cr) contained in the air electrode side current collecting member 134 are suppressed, and the occurrence of poisoning of the air electrode 114 is suppressed.

また、上記実施形態では、空気極側集電部材134と空気極114との間に接合層138が介在しているが、空気極側集電部材134と空気極114との間に接合層138が介在しないとしてもよい。   In the above embodiment, the bonding layer 138 is interposed between the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114, but the bonding layer 138 is provided between the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114. May not intervene.

また、上記実施形態では、ボルト孔109が、各マニホールド用の連通孔108とは独立して設けられているが、独立したボルト孔109を設けず、各マニホールド用の連通孔108がボルト孔としても用いられるとしてもよい。また、上記実施形態では、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向とが略反対方向であるカウンターフロータイプを例に挙げて説明しているが、本発明は、他のタイプ(上記2つの流れ方向が略同一方向であるコフロータイプや上記2つの流れ方向が交差するクロスフロータイプ等)にも適用可能である。   In the above embodiment, the bolt holes 109 are provided independently of the manifold communication holes 108. However, the independent bolt holes 109 are not provided, and the manifold communication holes 108 are used as bolt holes. May also be used. In the above embodiment, the counter flow type in which the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 and the main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 are substantially opposite to each other is described as an example. However, the present invention can also be applied to other types (such as a co-flow type in which the two flow directions are substantially the same direction or a cross flow type in which the two flow directions intersect).

また、上記実施形態において、燃料電池スタック100に含まれる発電単位102の個数は、あくまで一例であり、発電単位102の個数は燃料電池スタック100に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態において、空気極114と電解質層112との間に中間層が配置されていてもよい。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。   In the above embodiment, the number of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 is merely an example, and the number of power generation units 102 is appropriately determined according to the output voltage required for the fuel cell stack 100 or the like. In the above embodiment, an intermediate layer may be disposed between the air electrode 114 and the electrolyte layer 112. Moreover, the material which comprises each member in the said embodiment is an illustration to the last, and each member may be comprised with the other material.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(SOEC)の構成単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開2016−81813号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替え、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔108を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、連通孔108を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様の構成の集電部材等の構成を採用すると、汚染物質により燃料極116に含まれるNiが被毒すること(燃料極116の被毒)を原因とする発電単位102の性能低下を抑制することができ、かつ、Z軸方向の応力によって単セル110が損傷することを抑制することができる。   In the above embodiment, the SOFC that generates electricity using the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidant gas is targeted. The present invention can be similarly applied to an electrolytic cell unit that is a constituent unit of a solid oxide electrolytic cell (SOEC) that generates hydrogen by using hydrogen, and an electrolytic cell stack including a plurality of electrolytic cell units. The configuration of the electrolytic cell stack is well known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-81813, and thus will not be described in detail here. However, the configuration is generally the same as that of the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. It is a configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment may be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 may be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 may be read as an electrolytic single cell. However, when the electrolysis cell stack is operated, a voltage is applied between the two electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode). Water vapor as a source gas is supplied. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolysis cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and hydrogen is taken out of the electrolysis cell stack through the communication hole. Also in the electrolytic cell unit and the electrolytic cell stack having such a configuration, when a configuration such as a current collecting member having the same configuration as that of the above embodiment is adopted, Ni contained in the fuel electrode 116 is poisoned by the pollutant (fuel) The performance degradation of the power generation unit 102 caused by the poisoning of the electrode 116 can be suppressed, and damage to the single cell 110 due to the stress in the Z-axis direction can be suppressed.

22:ボルト 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 30:貫通孔 31:端部 32:端部 33:端部 34:空間部 40:貫通孔 41:端部 42:端部 43:端部 100:燃料電池スタック 102:燃料電池発電単位 104:エンドプレート 106:エンドプレート 107:流路用貫通孔 108:連通孔 109:ボルト孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム部材 131:空気室用孔 132:酸化剤ガス供給連通流路 133:酸化剤ガス排出連通流路 134:空気極側集電部材 135:空気極対向部 136:インターコネクタ対向部 137:連接部 138:接合層 139:空気極側スペーサ 139a:空気極側重複部分 140:燃料極側フレーム部材 141:燃料室用孔 142:燃料ガス供給連通流路 143:燃料ガス排出連通流路 144:燃料極側集電部材 145:燃料極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 149:燃料極側スペーサ 149a:燃料極側重複部分 150:インターコネクタ 151:第1のインターコネクタ 152:第2のインターコネクタ 161:酸化剤ガス導入マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス導入マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 22: Bolt 26: Insulating sheet 27: Gas passage member 28: Body part 29: Branch part 30: Through hole 31: End part 32: End part 33: End part 34: Space part 40: Through hole 41: End part 42: End 43: End 100: Fuel cell stack 102: Fuel cell power generation unit 104: End plate 106: End plate 107: Through hole for flow path 108: Communication hole 109: Bolt hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Fuel electrode 120: Separator 121: Hole 124: Joint part 130: Air electrode side frame member 131: Air chamber hole 132: Oxidant gas supply communication channel 133: Oxidant gas discharge communication channel 134: Air Electrode-side current collecting member 135: Air electrode facing portion 136: Interconnector facing portion 137: Connection portion 138: Bonding layer 39: Air electrode side spacer 139a: Air electrode side overlapping portion 140: Fuel electrode side frame member 141: Fuel chamber hole 142: Fuel gas supply communication channel 143: Fuel gas discharge communication channel 144: Fuel electrode side current collecting member 145: Fuel electrode facing portion 146: Interconnector facing portion 147: Connecting portion 149: Fuel electrode side spacer 149a: Fuel electrode side overlapping portion 150: Interconnector 151: First interconnector 152: Second interconnector 161: Oxidation Agent gas introduction manifold 162: Oxidant gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber

Claims (5)

電解質層と前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、
前記電気化学反応単セルの前記燃料極に対向するように配置された第1のインターコネクタと、
前記電気化学反応単セルの前記空気極に対向するように配置された第2のインターコネクタと、
前記燃料極と前記第1のインターコネクタとの間に配置された導電性の第1の集電部材であって、前記第1のインターコネクタと電気的に接続された第1のインターコネクタ対向部と、前記燃料極と電気的に接続された第1の電極対向部と、前記第1のインターコネクタ対向部と前記第1の電極対向部とを結ぶ第1の連接部と、を含む、第1の集電部材と、
前記第1の集電部材の前記第1の電極対向部における前記第1のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第1のスペーサと、
を備える電気化学反応単位において、さらに、
前記空気極と前記第2のインターコネクタとの間に配置された導電性の第2の集電部材であって、前記第2のインターコネクタと電気的に接続された第2のインターコネクタ対向部と、前記空気極と電気的に接続された第2の電極対向部と、前記第2のインターコネクタ対向部と前記第2の電極対向部とを結ぶ第2の連接部と、を含む、第2の集電部材と、
前記第2の集電部材の前記第2の電極対向部における前記第2のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第2のスペーサと、
を備え、
前記燃料極は、Niを含有し、
前記第1のスペーサは、金属材料から形成されており、
前記第2のスペーサは、マイカから形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
An electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction across the electrolyte layer;
A first interconnector arranged to face the fuel electrode of the electrochemical reaction single cell;
A second interconnector arranged to face the air electrode of the electrochemical reaction single cell;
A conductive first current collecting member disposed between the fuel electrode and the first interconnector, the first interconnector facing portion being electrically connected to the first interconnector And a first electrode facing portion electrically connected to the fuel electrode, and a first connecting portion connecting the first interconnector facing portion and the first electrode facing portion, 1 current collecting member;
A first spacer disposed so as to be in contact with a surface of the first current collector member facing the first interconnector in the first electrode facing portion;
An electrochemical reaction unit comprising:
A conductive second current collecting member disposed between the air electrode and the second interconnector, wherein the second interconnector facing portion is electrically connected to the second interconnector. And a second electrode facing portion electrically connected to the air electrode, and a second connecting portion connecting the second interconnector facing portion and the second electrode facing portion, Two current collecting members;
A second spacer disposed so as to be in contact with the surface on the second interconnector facing portion side in the second electrode facing portion of the second current collecting member;
With
The fuel electrode contains Ni,
The first spacer is made of a metal material,
The second spacer is formed from mica.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
請求項1に記載の電気化学反応単位において、さらに、
前記燃料極に面する燃料室を構成する燃料室用孔が形成された燃料極側フレーム部材、
を備え、
前記燃料極側フレーム部材は、前記第1のスペーサを形成する金属材料と同一種類の金属材料から形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
The electrochemical reaction unit according to claim 1, further comprising:
A fuel electrode side frame member in which a fuel chamber hole that constitutes a fuel chamber facing the fuel electrode is formed;
With
The fuel electrode side frame member is formed of the same metal material as that of the metal material forming the first spacer.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
請求項1または請求項2に記載の電気化学反応単位において、さらに、
前記空気極に面する空気室を構成する空気室用孔が形成された空気極側フレーム部材、
を備え、
前記空気極側フレーム部材は、マイカから形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
The electrochemical reaction unit according to claim 1 or 2, further comprising:
An air electrode side frame member in which an air chamber hole forming an air chamber facing the air electrode is formed;
With
The air electrode side frame member is formed from mica,
An electrochemical reaction unit characterized by that.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記第1の方向視において、前記第1のスペーサの少なくとも一部分は、前記第2のスペーサの少なくとも一部分と重なっている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 3,
In the first direction view, at least a part of the first spacer overlaps at least a part of the second spacer;
An electrochemical reaction unit characterized by that.
前記第1の方向に並べて配列された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも1つは、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In an electrochemical reaction cell stack comprising a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction,
At least one of the plurality of electrochemical reaction units is the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 4.
An electrochemical reaction cell stack characterized by that.
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