JP2020107533A - 固体酸化物形燃料電池セルスタック - Google Patents
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Abstract
Description
上記単セルの一方のセル面側に配置された金属部材(3)と、
上記単セルと上記金属部材との間に配置され、上記単セルと上記金属部材とを結合する電気伝導性の結合層(4)と、を有しており、
上記結合層は、上記単セルおよび上記金属部材よりも融点が低い材料より構成されている、
固体酸化物形燃料電池セルスタック(1)にある。
実施形態1の固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、図1および図2を用いて説明する。図1に例示されるように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セルスタック1(以下、単に、「セルスタック」ということがある。)は、単セル2と、金属部材3と、結合層4と、を有している。
実施形態2の固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、図3を用いて説明する。なお、実施形態2以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
実施形態3の固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、図4を用いて説明する。
アノード、固体電解質、中間層、および、カソードがこの順に積層された平板状の単セルを準備した。なお、アノードは、NiOと8mol%のY2O3を含むイットリア安定化ジルコニア(8YSZ)からなり、厚みは400μmである。固体電解質は、8YSZからなり、厚みは10μmである。中間層は、10mol%のGdがドープされたCeO2(10GDC)からなり、厚みは5μmである。カソードは、La0.6Sr0.4CoO3(LSC)からなり、厚みは100μmである。
金属板のセル支持面部の表面に、結合層形成用シート、単セルをこの順に積層し、積層体を得た。なお、積層体において、結合層形成用シートと金属板とは互いの貫通孔の位置が合わされた状態で積層されている。また、単セルは、アノード表面側を結合層形成用シートに向けて積層した。
NiO粉末(平均粒子径:0.4μm)と、ポリビニルブチラールと、酢酸イソアミルと、1−ブタノールとをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。上記スラリーを、ドクターブレード法を用いて、樹脂シート上に層状に塗工し、乾燥させた後、樹脂シートを剥離することにより、緻密層形成用シート(厚み70μm)を準備した。準備した緻密層形成用シートには、レーザー加工により厚み方向に貫通する貫通孔を複数形成した。試料1の作製において、結合層形成シートと単セルとの間に緻密層形成用シートを積層した以外は試料1の作製と同様にして、試料2のスタック部材を作製した。本実験例では、緻密層の面積は、単セルの面内方向に垂直な方向から見て、結合層の面積よりも大きくした。具体的には、アノード表面と緻密層との界面を単セル側から見たときに、緻密層によって結合層が隠れて見えないように緻密層を形成した。但し、緻密層によって結合層の貫通孔が塞がれないようにした。なお、本実験例では、緻密層を上述した方法にて形成したが、緻密層は、単セルのアノード表面または結合層形成用シートの表面に、スクリーン印刷法にて、緻密層形成用ペーストを塗布して形成した積層体を焼成することによって形成することもできる。
試料1の作製において、結合層を形成することなく金属部材のセル支持面部に単セルのアノード表面を当接させ、試料1Cのスタック部材を得た。
試料1、2について、単セル、結合層、および、金属部材を含む試料を切り出した。次いで、電気炉を用いて試料を850℃まで加熱し、その温度にて5時間保持した後に室温まで降温した。降温後の試料を目視にて確認したところ、単セルのアノード、固体電解質、カソードと金属部材には融けた形跡が認めらなかったが、結合層に融けた形跡が認められた。したがって、試料1、2では、結合層が、単セルおよび金属部材よりも融点が低い材料より構成されているといえる。
各試料を用い、700℃の電池作動温度で5時間、発電試験を行った。その結果、試料1Cでは、単セルにカソード側が凸となる反りが生じ、単セルのアノード表面が金属部材から浮き上がり、金属部材と単セルとの間で導電経路の途切れが生じた。一方、試料1、試料2では、試料1Cほどではないが単セルにカソード側が凸となる反りが生じた。しかしながら、試料1、試料2では、単セルと金属部材とに結合したままの状態で結合層が単セルの変形に追従し、単セルの変形を逃がすことができたため、金属部材と単セルとの間の導電経路の途切れは見られなかった。また、試料1、試料2では、単セルの割れも確認されなかった。
2 単セル
21 アノード
22 固体電解質
23 カソード
3 金属部材
4 結合層
Claims (9)
- アノード(21)、固体電解質(22)、および、カソード(23)がこの順に積層された単セル(2)と、
上記単セルの一方のセル面側に配置された金属部材(3)と、
上記単セルと上記金属部材との間に配置され、上記単セルと上記金属部材とを結合する電気伝導性の結合層(4)と、を有しており、
上記結合層は、上記単セルおよび上記金属部材よりも融点が低い材料より構成されている、
固体酸化物形燃料電池セルスタック(1)。 - 上記単セルの一方のセル面は、上記アノード表面または上記カソード表面のいずれか一方の電極表面より構成されており、
上記電極表面のうち上記結合層の表面と対向する対向面(20)が、上記アノードまたは上記カソードよりも緻密質な電気伝導性の緻密層(5)によって少なくとも覆われている、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。 - 上記結合層は、大気雰囲気中、700℃で100時間保持した後の電気伝導度が1.1×103S/m以上である電気伝導性材料を含む、請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。
- 上記電気伝導性材料は、Ag、Au、Pt族、および、これらの合金からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。
- 上記結合層は、非晶質ガラスを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。
- 上記金属部材は、上記単セルの一方のセル面を支持するセル支持面部(30)を有しており、
上記セル支持面部には、複数の貫通孔(31)が形成されており、
上記結合層は、上記貫通孔を塞がないように設けられている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。 - 上記単セルの面内方向に垂直な方向から見て、
上記結合層の面積は、上記単セルの一方のセル面の面積の80%以下とされている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。 - 上記金属部材は、上記単セル側の表面に溝部(32)を有しており、
上記結合層は、上記溝部に形成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。 - 上記金属部材は、上記単セル側の表面に溝部(32)を有しており、
上記結合層は、上記溝部内に形成されており、
上記溝部は、上記緻密層によって塞がれている、請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。
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