JP2023023049A - Electrochemical reaction single cell and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単セルおよび電気化学反応単セルの製造方法に関する。 The technology disclosed by this specification relates to an electrochemical reaction single cell and a method for manufacturing an electrochemical reaction single cell.
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種類の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単セル(以下、単に「単セル」という。)は、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という。)に互いに対向する燃料極および空気極とを備える。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one type of fuel cell that generates power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. A fuel cell single cell (hereinafter simply referred to as "single cell"), which is a structural unit of SOFC, has an electrolyte layer containing a solid oxide and a predetermined direction (hereinafter referred to as "first direction") across the electrolyte layer. .) with an anode and an air electrode facing each other.
単セルの一形態として、金属支持型(メタルサポート型)の単セルが知られている(例えば、特許文献1参照)。金属支持型の単セルは、燃料極と空気極との一方(以下、「特定電極」という。)に対して電解質層とは反対側に配置された金属支持体を備え、金属支持体によって単セルにおける他の部分(電解質層等)を支持する。一般に、金属支持型の単セルは、他のタイプ(例えば燃料極支持型)の単セルと比較して、熱衝撃による割れが生じにくく、また起動性が高い。 As one form of a single cell, a metal-supported single cell is known (see, for example, Patent Document 1). A metal-supported single cell has a metal support disposed on the side opposite to the electrolyte layer with respect to one of the fuel electrode and the air electrode (hereinafter referred to as "specific electrode"). Supports other parts of the cell (such as the electrolyte layer). In general, metal-supported single cells are less likely to crack due to thermal shock and have higher startability than other types of single cells (for example, fuel electrode-supported cells).
金属支持型の単セルでは、金属支持体に、発電に供される反応ガスを通過させるために、金属支持体の一方の表面から他方の表面まで貫通する複数の貫通孔が形成されている。複数の貫通孔は、第1の方向視で特定電極と重なるように位置している。従来の金属支持型の単セルでは、金属支持体の貫通孔を画定する表面(以下、「孔内表面」という。)の表面粗さは均一であり、特定電極の貫通孔内に位置する部分(以下、「孔内部」という。)は、このような表面粗さを有する金属支持体の孔内表面に接している。 In a metal-supported single cell, a plurality of through-holes extending from one surface of the metal support to the other surface are formed in the metal support in order to pass the reaction gas used for power generation. The plurality of through holes are positioned so as to overlap the specific electrodes when viewed from the first direction. In a conventional metal-supported single cell, the surface of the metal support that defines the through-hole (hereinafter referred to as the “inner surface of the hole”) has a uniform surface roughness. (hereinafter referred to as "inside the pore") is in contact with the pore inner surface of the metal support having such surface roughness.
上記従来の金属支持型の単セルでは、金属支持体と特定電極とを引き離す力(第1の方向に略平行な力)が作用したときに、金属支持体からの特定電極の剥離が生じるおそれがある。 In the conventional metal-supported single cell described above, when a force (a force substantially parallel to the first direction) is applied to separate the metal support and the specific electrode, the specific electrode may be separated from the metal support. There is
なお、このような課題は、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の電解セル(以下、「SOEC」という。)の構成単位である電解単セルにも共通の問題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて、電気化学反応単セルと呼ぶ。 Such problems are also common to electrolytic single cells, which are structural units of solid oxide electrolytic cells (hereinafter referred to as "SOEC") that generate hydrogen using the electrolysis reaction of water. It is a problem. In this specification, the fuel cell single cell and the electrolysis single cell are collectively referred to as an electrochemical reaction single cell.
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。 This specification discloses a technology capable of solving the above-described problems.
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 this specification can be implemented, for example, in the following forms.
(1)本明細書に開示される電気化学反応単セルは、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燃料極および空気極と、前記燃料極と前記空気極との一方である特定電極に対して前記電解質層とは反対側に位置する金属支持体であって、前記第1の方向視で前記特定電極と重なる位置において前記第1の方向に貫通する複数の貫通孔を有する金属支持体と、を備える電気化学反応単セルにおいて、前記特定電極は、前記複数の貫通孔の少なくとも1つである特定貫通孔内に位置する電極孔内部を備え、前記電気化学反応単セルの前記第1の方向に沿った少なくとも1つの断面である特定断面において、前記金属支持体の前記特定貫通孔を画定する1対の輪郭線の一方である特定輪郭線のうち、前記特定電極側の端を含む第1部分の表面粗さをA1(μm)とし、前記特定輪郭線のうち、前記特定電極とは反対側において前記第1部分と連続する第2部分の表面粗さをA2(μm)としたときに、数式:A1>A2を満たし、かつ、前記電極孔内部は、前記金属支持体の前記第1部分の少なくとも一部に接している。 (1) The electrochemical reaction single cell disclosed in the present specification includes an electrolyte layer, a fuel electrode and an air electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween, and the fuel electrode and the air electrode. A metal support located on the side opposite to the electrolyte layer with respect to one specific electrode, and a plurality of metal supports penetrating in the first direction at a position overlapping the specific electrode when viewed in the first direction and a metal support having through holes, wherein the specific electrode has an electrode hole inside located in at least one specific through hole of the plurality of through holes, and the electrochemical In a specific cross section that is at least one cross section of the reaction unit cell along the first direction, of a pair of specific contour lines that define the specific through-hole of the metal support, the Let A1 (μm) be the surface roughness of the first portion including the end on the side of the specific electrode, and the surface roughness of the second portion of the specific contour line that is continuous with the first portion on the side opposite to the specific electrode. is A2 (μm), the formula: A1>A2 is satisfied, and the inside of the electrode hole is in contact with at least a part of the first portion of the metal support.
本電気化学反応単セルでは、A1>A2を満たすことにより、金属支持体と特定電極とを引き離す力(第1の方向に略平行な力)が作用したときに、電極孔内部が金属支持体の特定輪郭線(金属支持体の貫通孔を画定する輪郭線)の第1部分(特定電極側の端を含む部分)に係合してアンカーとして効果的に機能する。そのため、本電気化学反応単セルによれば、A1とA2が同等である構成と比較して、特定電極と金属支持体とにおける第1の方向のうち、特定電極と金属支持体とが離れる方向の位置ずれを抑制することができ、ひいては、金属支持体からの特定電極の剥離を抑制することができる。 In the present electrochemical reaction single cell, by satisfying A1>A2, when a force (a force substantially parallel to the first direction) separating the metal support and the specific electrode acts, the inside of the electrode hole becomes the metal support. (the contour line defining the through-hole of the metal support) of the first portion (the portion including the end on the side of the specific electrode) to effectively function as an anchor. Therefore, according to the present electrochemical reaction single cell, compared with the configuration in which A1 and A2 are equal, of the first directions in the specific electrode and the metal support, the direction in which the specific electrode and the metal support separate can be suppressed, and in turn, peeling of the specific electrode from the metal support can be suppressed.
更に、本電気化学反応単セルでは、A1>A2を満たすことにより、A1とA2が同等である構成と比較して、金属支持体の貫通孔内において特定輪郭線の第2部分に沿って流れる反応ガスの流通性を向上させることができる。 Furthermore, in this electrochemical reaction single cell, by satisfying A1>A2, the flow along the second portion of the specific contour line in the through hole of the metal support compared to the configuration in which A1 and A2 are equal It is possible to improve the flowability of the reaction gas.
以上の説明から明らかなように、本電気化学反応単セルによれば、A1とA2が同等である構成と比較して、金属支持体からの特定電極の剥離を抑制することができ、かつ、金属支持体の貫通孔内を通る反応ガスの流通性を向上させることができ、これにより、上記電気化学反応単セルの性能を向上させることができる。 As is clear from the above description, according to the present electrochemical reaction single cell, peeling of the specific electrode from the metal support can be suppressed compared to the configuration in which A1 and A2 are equal, and It is possible to improve the flowability of the reaction gas passing through the through-holes of the metal support, thereby improving the performance of the electrochemical reaction single cell.
(2)上記電気化学反応単セルにおいて、数式:A1/A2≧1.2を満たす構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、より効果的に、特定電極と金属支持体とにおける第1の方向のうち、特定電極と金属支持体とが離れる方向の位置ずれを抑制することができ、ひいては、より効果的に、金属支持体からの特定電極の剥離を抑制することができる。 (2) The electrochemical reaction single cell may have a configuration that satisfies the formula: A1/A2≧1.2. According to the present electrochemical reaction single cell, it is possible to more effectively suppress positional deviation in the first direction between the specific electrode and the metal support in the direction in which the specific electrode and the metal support separate, As a result, peeling of the specific electrode from the metal support can be suppressed more effectively.
(3)上記電気化学反応単セルにおいて、前記金属支持体は、前記特定輪郭線の前記第1部分を有する第1の金属部材と、前記特定輪郭線の前記第2部分を有する第2の金属部材と、を含む構成としてもよい。 (3) In the above electrochemical reaction single cell, the metal support comprises a first metal member having the first portion of the specific contour and a second metal member having the second portion of the specific contour. It is good also as a structure containing a member.
金属支持体が単一の金属部材よりなる構成では、上記電気化学反応単セルの製造において、異なる2種の表面粗さ(A1,A2)を有する表面を、単一の金属部材に(尚且つ、同一の貫通孔を画定する各部について)形成しなければならないため、このような表面粗さとする加工が容易ではない。これに対し、特定輪郭線の第1部分を有する第1の金属部材と、特定輪郭線の第2部分を有する第2の金属部材とを含む構成である本電気化学反応単セルにおいては、1種の表面粗さ(A1またはA2)を各金属部材(第1の金属部材、第2の金属部材)に形成する加工を施し、それらを組み付けるだけで、異なる2種の表面粗さ(A1,A2)を有する金属支持体を作製することができる。従って、このような構成である本電気化学反応単セルは、容易に製造することができる。 In a configuration in which the metal support is made of a single metal member, surfaces having two different types of surface roughness (A1, A2) are formed on the single metal member (and , for each portion defining the same through-hole), it is not easy to process to achieve such surface roughness. On the other hand, in the present electrochemical reaction unit cell, which is configured to include the first metal member having the first portion of the specific contour line and the second metal member having the second portion of the specific contour line, 1 Each metal member (first metal member, second metal member) is processed to have different surface roughness (A1 or A2), and only by assembling them, two different surface roughnesses (A1, A2) can be obtained. A metal support with A2) can be made. Therefore, the present electrochemical reaction single cell having such a configuration can be easily manufactured.
(4)上記電気化学反応単セルにおいて、前記特定断面において、前記特定貫通孔は、前記電極孔内部の前記第1の方向の前記電解質層とは反対側に空間を有する構成としてもよい。 (4) In the above electrochemical reaction single cell, in the specific cross section, the specific through hole may have a space on the side opposite to the electrolyte layer in the first direction inside the electrode hole.
本電気化学反応単セルにおいては、上述したように、A1>A2を満たすことにより、金属支持体からの特定電極の剥離を抑制することができ、かつ、金属支持体の貫通孔内を通る反応ガスの流通性を向上させることができ、これらにより、上記電気化学反応単セルの性能を向上させることができる。本電気化学反応単セルによれば、このような効果が得られるものでありながら、上述したように金属支持体の貫通孔が電極孔内部の第1の方向の電解質層とは反対側に空間を有することにより、金属支持体の貫通孔が当該空間を有さない構成(例えば貫通孔の全体に渡って特定電極が充填された構成)と比較して、貫通孔を通る反応ガスの流通性を向上させることができ、ひいては、上記電気化学反応単セルの性能を向上させることができる。 In the present electrochemical reaction single cell, as described above, by satisfying A1>A2, the separation of the specific electrode from the metal support can be suppressed, and the reaction passing through the through holes of the metal support can be suppressed. It is possible to improve gas flowability, thereby improving the performance of the electrochemical reaction single cell. According to the present electrochemical reaction single cell, although such an effect can be obtained, as described above, the through-hole of the metal support is a space on the opposite side of the electrolyte layer in the first direction inside the electrode hole. By having the through-hole of the metal support, compared to a configuration in which the through-hole does not have the space (for example, a configuration in which the entire through-hole is filled with the specific electrode), the flow of the reaction gas through the through-hole can be improved, and thus the performance of the electrochemical reaction single cell can be improved.
(5)上記電気化学反応単セルにおいて、前記特定断面において、前記金属支持体の前記特定輪郭線の前記第1部分と、前記特定電極と、が接合される接合部(以下、「第1接合部」という。)の前記第1の方向の長さは、前記金属支持体の前記特定輪郭線の前記第2部分と、前記特定電極と、が接合される接合部(以下、「第2接合部」という。)の前記第1の方向の長さよりも大きい構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、より効果的に、特定電極と金属支持体とにおける第1の方向のうち、特定電極と金属支持体とが離れる方向の位置ずれを抑制することができ、ひいては、より効果的に、金属支持体からの特定電極の剥離を抑制することができる。 (5) In the electrochemical reaction single cell, in the specific cross section, a joint portion where the first portion of the specific contour line of the metal support and the specific electrode are joined (hereinafter referred to as “first joint The length in the first direction of the second portion of the specific contour line of the metal support and the specific electrode are joined to the joint portion (hereinafter referred to as the “second joint (referred to as "part") in the first direction. According to the present electrochemical reaction single cell, it is possible to more effectively suppress positional deviation in the first direction between the specific electrode and the metal support in the direction in which the specific electrode and the metal support separate, As a result, peeling of the specific electrode from the metal support can be suppressed more effectively.
(6)上記電気化学反応単セルの製造方法において、前記金属支持体と、前記特定電極を形成するためのペースト状材料とを準備する第1工程と、前記ペースト状材料を前記金属支持体に配置する第2工程であって、前記金属支持体に形成された前記特定貫通孔に対し、前記第1部分側から前記第2部分側に流し込む第2工程と、少なくとも前記ペースト状材料を硬化させることにより、前記電極孔内部を備える前記特定電極と、前記金属支持体とを備え、かつ、前記特定貫通孔が前記電極孔内部の前記第1の方向の前記電解質層とは反対側に空間を有する部材を得る第3工程と、を備える構成としてもよい。 (6) In the method for producing an electrochemical reaction single cell, a first step of preparing the metal support and a paste material for forming the specific electrode; a second step of disposing, the second step of pouring from the first portion side to the second portion side into the specific through-hole formed in the metal support; and curing at least the paste-like material. Thus, the specific electrode having the inside of the electrode hole and the metal support are provided, and the specific through hole forms a space inside the electrode hole on the side opposite to the electrolyte layer in the first direction. and a third step of obtaining a member having.
本電気化学反応単セルの製造方法における金属支持体は、上述したように、A1>A2を満たす。換言すれば、金属支持体の特定輪郭線(金属支持体の貫通孔を画定する輪郭線)の第1部分(特定電極側の端を含む部分)の表面粗さ(A1)は比較的高く、金属支持体の特定輪郭線の第2部分の表面粗さ(A2)は比較的低い。そのため、A1とA2が同等である製造方法と比較すると、第2工程において、ペースト状材料を、金属支持体に形成された貫通孔に対し、第1部分側から第2部分側に向かって流し込んだ際に、表面粗さが高い第1部分においてはペースト状材料が留まりやすく、一方、表面粗さ(A2)が低い第2部分においてはペースト状材料が留まりにくくなる。このような第2工程を経て、第3工程ST13においてペースト状材料を硬化させる。従って、本製造方法によれば、A1とA2が同等である製造方法と比較して容易または確実に、金属支持体の貫通孔が電極孔内部の第1の方向の電解質層とは反対側に空間を有する構成を実現(製造)することができる。 The metal support in the manufacturing method of the present electrochemical reaction single cell satisfies A1>A2 as described above. In other words, the surface roughness (A1) of the first portion (the portion including the end on the side of the specific electrode) of the specific contour line of the metal support (the contour line defining the through-hole of the metal support) is relatively high, The surface roughness (A2) of the second portion of the specific contour line of the metal support is relatively low. Therefore, compared to the manufacturing method in which A1 and A2 are equivalent, in the second step, the paste-like material is poured from the first portion side toward the second portion side into the through holes formed in the metal support. However, the paste-like material tends to stay in the first portion with high surface roughness, while the paste-like material does not easily stay in the second portion with low surface roughness (A2). After such a second step, the paste material is cured in a third step ST13. Therefore, according to the present manufacturing method, compared with the manufacturing method in which A1 and A2 are equal, the through hole of the metal support is easily or reliably positioned on the opposite side of the electrolyte layer in the first direction inside the electrode hole. Spatial configurations can be realized (manufactured).
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、電気化学反応単セル(燃料電池単セルまたは電解単セル)、電気化学反応単セルの製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technology disclosed in the present specification can be implemented in various forms. It is possible to implement it in the form of
A.実施形態:
A-1.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のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ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。
A. Embodiment:
A-1. Configuration of fuel cell stack 100:
FIG. 1 is a perspective view showing the external configuration of the
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Z軸方向)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。上記配列方向(Z軸方向)は、特許請求の範囲における第1の方向の一例である。
The
燃料電池スタック100を構成する各層(発電単位102、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの周縁部には、Z軸方向に貫通する複数の(本実施形態では8つの)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Z軸方向に連通して、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Z軸方向に延びる貫通孔108を構成している。以下の説明では、貫通孔108を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、貫通孔108と呼ぶ場合がある。
A plurality of holes (eight in this embodiment) penetrating in the Z-axis direction are formed in the peripheral edge portion around the Z-axis direction of each layer (the
各貫通孔108にはZ軸方向に延びるボルト22が挿通されており、ボルト22とボルト22の両側に嵌められたナット24とによって、燃料電池スタック100は締結されている。なお、図2および図3に示すように、ナット24と各エンドプレート104,106(または後述するガス通路部材27)との間には、絶縁シート26が介在している。
A
各ボルト22の軸部の外周面と各貫通孔108の内周面との間には、空間が確保されている。図1および図2に示すように、1つのボルト22(ボルト22A)と当該ボルト22Aが挿通された貫通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOG(例えば空気)が導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102の空気室166に供給するガス流路である空気極側ガス供給マニホールド161として機能し、他の1つのボルト22(ボルト22B)と当該ボルト22Bが挿通された貫通孔108とにより形成された空間は、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空気極側ガス排出マニホールド162として機能する。また、図1および図3に示すように、他の1つのボルト22(ボルト22D)と当該ボルト22Dが挿通された貫通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFG(例えば水素リッチなガス)が導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102の燃料室176に供給する燃料極側ガス供給マニホールド171として機能し、他の1つのボルト22(ボルト22E)と当該ボルト22Eが挿通された貫通孔108とにより形成された空間は、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燃料極側ガス排出マニホールド172として機能する。
A space is secured between the outer peripheral surface of the shaft portion of each
燃料電池スタック100には、4つのガス通路部材27が設けられている。各ガス通路部材27は、中空筒状の本体部28と、本体部28の側面から分岐した中空筒状の分岐部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の本体部28の孔は、各ガス通路部材27の設置位置に設けられた各マニホールド161,162,171,172に連通している。
Four
(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、Z軸方向に略直交する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、当該発電単位102と電気的に接続されている。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、当該発電単位102と電気的に接続されている。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。
(Configuration of
The pair of
(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YZ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 the XZ cross-sectional configuration of two
図4および図5に示すように、発電単位102は、燃料電池単セル(以下、「単セル」という。)110と、セパレータ120と、空気極側フレーム部材130と、空気極側集電体134と、燃料極側フレーム部材140と、燃料極側集電体144と、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の周縁部には、上述したボルト22が挿通される貫通孔108に対応する孔が形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
インターコネクタ150は、Z軸方向に略直交する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。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。なお、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における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。また、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)。
The
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とを備える。単セル110は、さらに、燃料極116(より詳細には、後述する燃料極116の基部117)に対して電解質層112とは反対側(下側)に配置された金属支持体180を備える。
The
金属支持体180は、Z軸方向に略直交する平板形状の導電性部材であり、金属(例えばステンレス)により形成されている。金属支持体180は、単セル110における他の構成要素(電解質層112等)を支持している。このように、本実施形態の単セル110は、金属支持体180によって単セル110の機械的強度を確保する、いわゆる金属支持型(メタルサポート型)の単セルである。金属支持型の単セルは、他のタイプ(例えば燃料極支持型)の単セルと比較して、熱衝撃による割れが生じにくく、また起動性が高い。金属支持体180には、燃料ガスFGを通過させるための複数の貫通孔50が形成されている(図6参照)。この複数の貫通孔50は、金属支持体180の上面(後述する上面S11)から下面(後述する下面S22)までZ軸方向に貫通している。
The
電解質層112は、Z軸方向に略直交する平板形状部材であり、緻密な層である。本実施形態では、電解質層112は、燃料極116における上側の表面と、金属支持体180における上側の表面の内、燃料極116に覆われていない領域とを連続的に覆うように形成されている。電解質層112は、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)等の固体酸化物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。空気極114は、Z軸方向に略直交する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))により形成されている。燃料極116は、Z軸方向に略直交する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。本実施形態では、燃料極116は、特許請求の範囲における特定電極に相当する。
The
セパレータ120は、中央付近にZ軸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、例えばステンレスにより形成されている。セパレータ120における孔121を取り囲む部分は、例えばロウ材を含む接合部124により、単セル110(電解質層112)の周縁部と接合されている。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とが区画される。
The
空気極側フレーム部材130は、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えばマイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム部材130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する。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。空気極側フレーム部材130には、空気極側ガス供給マニホールド161と空気室166とを連通する空気極側ガス供給連通流路132と、空気室166と空気極側ガス排出マニホールド162とを連通する空気極側ガス排出連通流路133とが形成されている。
The air electrode-
燃料極側フレーム部材140は、中央付近にZ軸方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えばステンレスにより形成されている。燃料極側フレーム部材140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。燃料極側フレーム部材140には、燃料極側ガス供給マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料極側ガス供給連通流路142と、燃料室176と燃料極側ガス排出マニホールド172とを連通する燃料極側ガス排出連通流路143とが形成されている。
The fuel electrode-
空気極側集電体134は、空気室166内に配置された複数の略四角柱状の集電体要素135から構成されており、例えばステンレスにより形成されている。空気極側集電体134は、空気極114とインターコネクタ150とを電気的に接続する。ただし、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体134は、空気極114と上側のエンドプレート104とを電気的に接続する(図2および図3参照)。なお、空気極側集電体134とインターコネクタ150とが一体の部材として構成されていてもよい。
The air electrode side
燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置された複数の略四角柱状の集電体要素145から構成されており、例えばステンレスにより形成されている。燃料極側集電体144は、金属支持体180とインターコネクタ150とを電気的に接続する。ただし、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体144は、金属支持体180と下側のエンドプレート106とを電気的に接続する(図2および図3参照)。なお、燃料極側集電体144とインターコネクタ150とが一体の部材として構成されていてもよい。
The fuel electrode side
A-2.燃料電池スタック100の動作:
図2および図4に示すように、酸化剤ガスOGは、空気極側ガス供給マニホールド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)から、当該ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して空気極側ガス供給マニホールド161に供給され、空気極側ガス供給マニホールド161から各発電単位102の空気極側ガス供給連通流路132を介して、空気室166に供給される。また、図3および図5に示すように、燃料ガスFGは、燃料極側ガス供給マニホールド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)から、当該ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して燃料極側ガス供給マニホールド171に供給され、燃料極側ガス供給マニホールド171から各発電単位102の燃料極側ガス供給連通流路142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant gas OG is supplied from a gas pipe (not shown) connected to the
各発電単位102において、空気室166に供給された酸化剤ガスOGが多孔質な空気極114内に進入し、かつ、燃料室176に供給された燃料ガスFGが金属支持体180に形成された複数の貫通孔50を通って多孔質な燃料極116内に進入すると、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。各発電単位102において、単セル110の空気極114は、空気極側集電体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、金属支持体180および燃料極側集電体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。
In each
図2および図4に示すように、各発電単位102の空気室166から空気極側ガス排出連通流路133を介して空気極側ガス排出マニホールド162に排出された酸化剤オフガスOOGは、空気極側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)から燃料電池スタック100の外部に排出される。また、図3および図5に示すように、各発電単位102の燃料室176から燃料極側ガス排出連通流路143を介して燃料極側ガス排出マニホールド172に排出された燃料オフガスFOGは、燃料極側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)から燃料電池スタック100の外部に排出される。
As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant offgas OOG discharged from the
A-3.単セル110の詳細構成:
図6は、単セル110の一部分(図5のX1部)のYZ断面構成を拡大して示す説明図である。図6に示す断面は、特許請求の範囲における特定断面の一例である。
A-3. Detailed configuration of single cell 110:
FIG. 6 is an explanatory view showing an enlarged YZ cross-sectional configuration of a portion (X1 portion in FIG. 5) of the
(金属支持体180)
上述したように、金属支持体180には、燃料ガスFGを通過させるための複数の貫通孔50が形成されている。金属支持体180において、各貫通孔50は、燃料極116(より詳細には、後述する基部117)に接する上面S11から、上面S11とは反対側の下面S22まで、Z軸方向に貫通している。各貫通孔50は、Z軸方向視で燃料極116と重なるように位置している。
(Metal support 180)
As described above, the
金属支持体180は、2枚の板状部材(第1の金属部材181および第2の金属部材182)がZ軸方向に積層された構成を有している。第2の金属部材182は、第1の金属部材181の下側に配置されており、例えば溶接によって第1の金属部材181と接合されている。第1の金属部材181の厚さと第2の金属部材182の厚さとは、略同一である。
The
金属支持体180に形成された各貫通孔50は、金属支持体180の上面S11における開口53を含む上側部51を有している。各貫通孔50の上側部51は、金属支持体180を構成する第1の金属部材181に形成されている。各上側部51は、第1の金属部材181における燃料極116に接する上面S11から、上面S11とは反対側の下面S12まで貫通している。
Each through-
また、金属支持体180に形成された各貫通孔50は、上側部51に加えて、上側部51に連通する下側部52を有している。下側部52は、金属支持体180の下面(後述する第2の金属部材182の下面S22)における開口54を含む部分である。各下側部52は、第2の金属部材182における第1の金属部材181に接する上面S21から、上面S21とは反対側の下面S22まで貫通している。Z軸方向視において下側部52の輪郭線は上側部51の輪郭線と重なっている。すなわち、各貫通孔50は、上側部51と下側部52とから構成されている。
Each through-
以下、単セル110のZ軸方向に沿った断面(例えば、図6に示す断面)において、金属支持体180の貫通孔50を画定する1対の輪郭線の一方を輪郭線501といい、他方を輪郭線502という。
Hereinafter, in a cross section along the Z-axis direction of the unit cell 110 (for example, the cross section shown in FIG. 6), one of a pair of contour lines defining the through
金属支持体180の輪郭線501のうち、第1の金属部材181により形成された部分を第1部分5011といい、第2の金属部材182により形成された部分を第2部分5012という。換言すれば、輪郭線501の第1部分5011は、輪郭線501のうち、燃料極116側の端を含む部分であり、輪郭線501の第2部分5012は、輪郭線501のうち、燃料極116とは反対側において第1部分5011と連続する部分である。なお、第2部分5012は、輪郭線501のうち、燃料極116とは反対側の端部を構成している。
A portion of the
金属支持体180の輪郭線501の第1部分5011の表面粗さをA11(μm)とし、輪郭線501の第2部分5012の表面粗さをA21(μm)としたときに、本実施形態の単セル110は、数式:A11>A21を満たす。A11やA21の有効数字は3桁である。なお、本実施形態では、単セル110のZ軸方向に沿った任意の断面において当該数式を満たす。
When the surface roughness of the
金属支持体180の輪郭線501の各部(第1部分5011,第2部分5012)の表面粗さの特定は、例えば次のように行う。まず、単セル110におけるZ軸方向に平行な断面(但し、金属支持体180の貫通孔50、燃料極116が表れる位置)を任意に設定し、該断面における任意の位置(但し、金属支持体180の輪郭線501が表れる位置)で、燃料極116が写ったSEM(加速電圧15kV)におけるSEM画像(例えば1000倍)を得る。なお、レーザー顕微鏡における画像を用いてもよい。
The surface roughness of each portion (the
上記SEM画像において、輪郭線501の第1部分5011(または第2部分5012)の画像解析を行うことにより、輪郭線501の第1部分5011(または第2部分5012)における算術平均粗さRaに相当する表面粗さの値を算出する。この比に基づいて、第1の部分5011(または第2部分5012)の表面粗さを推測することにより特定する。なお、もう一方の輪郭線502の第1部分5021や第2部分5022の表面粗さの特定についても同様である。
In the SEM image, by performing image analysis of the first portion 5011 (or second portion 5012) of the
金属支持体180の輪郭線501の各部(第1部分5011,第2部分5012)の表面粗さの調整は、例えば、エッチングを行うことにより金属支持体180に貫通孔50を形成する際に、エッチングの条件(エッチング液の種類など)を適宜変更することにより、実現することができる。
The adjustment of the surface roughness of each part (the
また、もう一方の輪郭線502の構成についても、上述した輪郭線501の構成と同様である。すなわち、もう一方の輪郭線502の構成は以下の通りである。
The configuration of the
輪郭線502の第1部分5021の表面粗さをA12(μm)とし、輪郭線502の第2部分5012の表面粗さをA22(μm)としたときに、本実施形態の単セル110は、数式:A12>A22を満たす。A12やA22の有効数字は3桁である。なお、本実施形態では、単セル110のZ軸方向に沿った任意の断面において当該数式を満たす。
When the surface roughness of the
(燃料極116等)
燃料極116は、平板形状である基部117と、複数の孔内部118とを備える。各孔内部118は、基部117に連なり、かつ、金属支持体180の各貫通孔50内に位置している。
(
The
燃料極116の各孔内部118は、各貫通孔50のうち、上側部51のみに位置している。燃料極116の各孔内部118は、金属支持体180の輪郭線501,502の第1部分5011,5012に接している一方で、第2部分5011,5012には接していない。金属支持体180の輪郭線501,502の第1部分5011,5012の略全体(第1の金属部材181のうち、貫通孔50を画定する面)に接合されている。従って、燃料極116の孔内部118は、金属支持体180の輪郭線501,502の第1部分5011,5012の略全体に接している。
Each
従って、単セル110のZ軸方向に沿った断面(例えば、図6に示す断面)において、金属支持体180の輪郭線501の第1部分5011と、燃料極116と、が接合される接合部のZ軸方向の長さは、金属支持体180の輪郭線501の第2部分5012と、燃料極116と、が接合される接合部のZ軸方向の長さよりも大きい。更に、金属支持体180の輪郭線502の第1部分5021と、燃料極116と、が接合される接合部のZ軸方向の長さも、金属支持体180の輪郭線502の第2部分5022と、燃料極116と、が接合される接合部のZ軸方向の長さよりも大きい。
Therefore, in the cross section along the Z-axis direction of the unit cell 110 (for example, the cross section shown in FIG. 6), the joint portion where the
各貫通孔50は、燃料極116の孔内部118のZ軸方向の電解質層112とは反対側に空間SPを有する。
Each through-
なお、本実施形態では、複数の貫通孔50は、Z軸方向視において金属支持体180と燃料極116とが重なる範囲の略全体にわたって配置されている。また、単セル110のXY断面における各貫通孔50の形状は、円形である。各貫通孔50の径は、金属支持体180の上面S11における開口53の位置から下面S22における開口54の位置にわたって略一定である。また、複数の貫通孔50の径は、互いに略同一である。
In addition, in the present embodiment, the plurality of through
燃料室176に供給された反応ガス(燃料ガスFG)は、各貫通孔50(空間SP)内を進行し、さらに燃料極116の基部117の空隙内を進行して、反応場に供給される。
The reaction gas (fuel gas FG) supplied to the
A-4.単セル110の製造方法:
図7は、単セル110の製造方法を示すフローチャートである。
A-4. Manufacturing method of single cell 110:
FIG. 7 is a flow chart showing a method for manufacturing the
単セル110は、例えば以下の工程により製造することができる。まず、金属支持体180と、燃料極116を形成するためのペースト状材料(以下、「燃料極用ペースト状材料」という。)とを準備する(ST11)。ST11の工程は、特許請求の範囲における第1工程の一例である。
The
金属支持体180は、例えば以下のように作製することができる。金属支持体180を構成する第1の金属部材181および第2の金属部材182を準備し、孔開け加工によって第1の金属部材181に各貫通孔50の上側部51を形成すると共に、第2の金属部材182に各貫通孔50の下側部52を形成する。次に、第1の金属部材181と第2の金属部材182とを、各上側部51が各下側部52と連通する(かつ、Z軸方向視における上側部51の輪郭線と下側部52の輪郭線とが重なる)ように位置を合わせて、例えば溶接によって接合することにより、金属支持体180を作製する。また、燃料極用ペースト状材料は、各種材料を調製することにより得ることができる。
The
次に、燃料極用ペースト状材料を金属支持体180に配置し、更に、金属支持体180に形成された複数の貫通孔50に対し、輪郭線501,502の第1部分5011側(上側)から第2部分5012側(下側)に流し込む(ST12)。これにより、燃料極116の孔内部118を形成するための燃料極用ペースト状材料が、金属支持体180に形成された複数の貫通孔50に充填される。このとき、各貫通孔50に上記空間(燃料極116の孔内部118のZ軸方向の電解質層112とは反対側の空間)SPが形成されるように、各貫通孔50内に充填される燃料極用ペースト状材料の充填量を調整する。ST12の工程は、特許請求の範囲における第2工程の一例である。
Next, the fuel electrode paste material is placed on the
次に、燃料極116の基部117を形成するための燃料極用ペースト状材料を、金属支持体180の上面S11に塗布することによって成膜する。以上の工程により、金属支持体180と燃料極用ペースト状材料とを備える積層体を得る。なお、燃料極116の孔内部118を形成するためのペースト状材料と、基部117を形成するためのペースト状材料とは、同一組成であってもよいし、互いに異なる組成であってもよい。
Next, a fuel electrode paste material for forming the
次に、電解質層112を形成するためのペースト状材料を配置する(ST13)。すなわち、電解質層112を形成するためのペースト状材料を調製し、燃料極116の基部117を形成するための燃料極用ペースト状材料の塗膜上に塗布することによって成膜する。
Next, a paste material for forming
次に、上記のようにして作製された積層体を所定の温度で焼成することにより、上述した各種ペースト状材料(少なくとも燃料極用ペースト状材料)を硬化させる(ST14)。これにより、各種ペースト状材料を硬化させることにより、燃料極116および電解質層112を形成し、金属支持体180と燃料極116と電解質層112とを備える積層体を得る。ST13の工程は、特許請求の範囲における第3工程の一例である。
Next, the laminate produced as described above is fired at a predetermined temperature to harden the above various paste materials (at least the fuel electrode paste materials) (ST14). Thus, by curing various paste-like materials, the
次に、空気極114を形成する(ST15)。すなわち、空気極114を形成するためのペースト状材料を調製し、電解質層112上に塗布することによって成膜する。このようにして作製された積層体を所定の温度で焼成することにより、空気極114を形成し、上述した単セル110(金属支持体180と燃料極116と電解質層112と空気極114とを備える単セル110)を得る。
Next, the
なお、ST13の工程(電解質層112を形成するためのペースト状材料を配置する工程)や、ST15の工程(空気極114を形成する工程)の全部または一部を行う順番を他の工程(ST11,ST12,ST14)と入れ替えてもよい。 The order of performing all or part of the step of ST13 (the step of disposing a paste material for forming the electrolyte layer 112) and the step of ST15 (the step of forming the air electrode 114) should be changed to another step (ST11). , ST12, ST14).
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燃料極116および空気極114と、燃料極116に対して電解質層112とは反対側に位置する金属支持体180とを備える。金属支持体180は、Z軸方向視で燃料極116と重なる位置においてZ軸方向に貫通する複数の貫通孔50を有する。燃料極116は、貫通孔50内に位置する孔内部118を備える。単セル110のZ軸方向に沿った少なくとも1つの断面(以下、「特定断面」という。)において、金属支持体180の貫通孔50を画定する1対の輪郭線(501,502)の一方である輪郭線501のうち、燃料極116側の端を含む第1部分5011の表面粗さをA11(μm)とし、輪郭線501のうち、燃料極116とは反対側において第1部分5011と連続する第2部分5012の表面粗さをA21(μm)としたときに、数式:A11>A21を満たす。燃料極116の孔内部118は、金属支持体180の第1部分5011の少なくとも一部に接している。
A-5. Effect of this embodiment:
As described above, each
本実施形態の単セル110では、A11>A21を満たすことにより、金属支持体180と燃料極116とを引き離す力(Z軸方向に略平行な力)が作用したときに、燃料極116の孔内部118が金属支持体180の輪郭線501(貫通孔50を画定する輪郭線)の第1部分5011(燃料極116側の端を含む部分)に係合してアンカーとして効果的に機能する。そのため、本実施形態の単セル110によれば、A11とA21が同等である構成と比較して、燃料極116と金属支持体180とにおけるZ軸方向のうち、燃料極116と金属支持体180とが離れる方向の位置ずれを抑制することができ、ひいては、金属支持体180からの燃料極116の剥離を抑制することができる。
In the
更に、本実施形態の単セル110では、A11>A21を満たすことにより、A11とA21が同等である構成と比較して、貫通孔50内において輪郭線501の第2部分5012(燃料極116とは反対の端を含む部分)に沿って流れる反応ガス(燃料ガスFG)の流通性を向上させることができる。
Furthermore, in the
以上の説明から明らかなように、本実施形態の単セル110によれば、A11とA21が同等である構成と比較して、金属支持体180からの燃料極116の剥離を抑制することができ、かつ、金属支持体180の貫通孔50内を通る反応ガス(燃料ガスFG)の流通性を向上させることができ、これにより、単セル110の性能を向上させることができる。
As is clear from the above description, according to the
また、本実施形態の単セル110では、数式:A11/A21≧1.2を満たす。そのため、本実施形態の単セル110によれば、より効果的に、燃料極116と金属支持体180とにおけるZ軸方向のうち、燃料極116と金属支持体180とが離れる方向の位置ずれを抑制することができ、ひいては、より効果的に、金属支持体180からの燃料極116の剥離を抑制することができる。
Further, the
また、本実施形態の単セル110では、金属支持体180は、輪郭線501の第1部分5011を有する第1の金属部材181と、輪郭線501の第2部分5012を有する第2の金属部材182と、を含む。
In addition, in the
金属支持体180が単一の金属部材よりなる構成では、単セル110の製造において、異なる2種の表面粗さ(A11,A21)を有する表面を、単一の金属部材に(尚且つ、同一の貫通孔50を画定する各部について)形成しなければならないため、このような表面粗さとする加工が容易ではない。これに対し、輪郭線501の第1部分5011を有する第1の金属部材181と、輪郭線501の第2部分5012を有する第2の金属部材182とを含む構成である本実施形態の単セル110においては、1種の表面粗さ(A11またはA21)を各金属部材(第1の金属部材181、第2の金属部材182)に形成する加工を施し、それらを組み付けるだけで、異なる2種の表面粗さ(A11,A21)を有する金属支持体180を作製することができる。従って、このような構成である本実施形態の単セル110は、容易に製造することができる。
In a configuration where the
また、本実施形態の単セル110では、特定断面において、貫通孔50は、燃料極116の孔内部118のZ軸方向の電解質層112とは反対側に空間SPを有する。
In addition, in the
本実施形態の単セル110においては、上述したように、A11>A21を満たすことにより、金属支持体180からの燃料極116の剥離を抑制することができ、かつ、金属支持体180の貫通孔50内を通る反応ガス(燃料ガスFG)の流通性を向上させることができ、これらにより、単セル110の性能を向上させることができる。本実施形態の単セル110によれば、このような効果が得られるものでありながら、上述したように貫通孔50が燃料極116の孔内部118のZ軸方向の電解質層112とは反対側に空間を有することにより、貫通孔50が当該空間を有さない構成(例えば貫通孔50の全体に渡って燃料極116が充填された構成)と比較して、貫通孔50を通る反応ガス(燃料ガスFG)の流通性を向上させることができ、ひいては、単セル110の性能を向上させることができる。
In the
また、本実施形態の単セル110においては、特定断面において、金属支持体180の輪郭線501の第1部分5011と、燃料極116と、が接合される接合部(以下、「第1接合部」という。)のZ軸方向の長さは、金属支持体180の輪郭線501の第2部分5012と、燃料極116と、が接合される接合部(以下、「第2接合部」という。)のZ軸方向の長さよりも大きい。本実施形態の単セル110によれば、より効果的に、燃料極116と金属支持体180とにおけるZ軸方向のうち、燃料極116と金属支持体180とが離れる方向の位置ずれを抑制することができ、ひいては、より効果的に、金属支持体180からの燃料極116の剥離を抑制することができる。
Further, in the
また、本実施形態の単セル110の製造方法では、第1工程ST11と、第2工程ST12と、第3工程ST13とを備える。第1工程ST11は、金属支持体180と、燃料極116を形成するためのペースト状材料とを準備する工程である。第2工程ST12は、ペースト状材料を金属支持体180に配置し、更に、金属支持体180に形成された貫通孔50に対し、第1部分5011側から第2部分5012側に流し込む工程である。第3工程ST13は、少なくともペースト状材料を硬化させることにより、孔内部118を備える燃料極116と、金属支持体180とを備え、かつ、貫通孔50が燃料極116の孔内部118のZ軸方向の電解質層112とは反対側に空間SPを有する部材を得る工程である。
Moreover, the manufacturing method of the
本実施形態の単セル110の製造方法における金属支持体180は、上述したように、A11>A21を満たす。換言すれば、金属支持体180の輪郭線501(貫通孔50を画定する輪郭線)の第1部分5011(燃料極116側の端を含む部分)の表面粗さ(A11)は比較的高く、金属支持体180の輪郭線501の第2部分5012(燃料極116とは反対の端を含む部分)の表面粗さ(A21)は比較的低い。そのため、A11とA21が同等である製造方法と比較すると、第2工程ST12において、ペースト状材料を、金属支持体180に形成された貫通孔50に対し、第1部分5011側から第2部分5012側に向かって流し込んだ際に、表面粗さが高い第1部分5011においてはペースト状材料が留まりやすく、一方、表面粗さ(A21)が低い第2部分5012においてはペースト状材料が留まりにくくなる。このような第2工程ST12を経て、第3工程ST13においてペースト状材料を硬化させる。従って、本製造方法によれば、A11とA21が同等である製造方法と比較して容易または確実に、貫通孔50が燃料極116の孔内部118のZ軸方向の電解質層112とは反対側に空間SPを有する構成を実現(製造)することができる。
The
上記では、本発明を、輪郭線501に関する構成に適用した部分による効果を説明したが、輪郭線502に関する構成に適用した部分についても同様の効果が得られる。
Although the effects of applying the present invention to the configuration relating to the
A-6.性能評価:
次に、本実施形態の性能評価について説明する。各特性が互いに異なる複数の単セル110のサンプルを作製し、当該サンプル(「単セル110の発電性能についての評価」については後述するボタンセル)を用いて性能評価を行った。図8は、性能評価結果を示す説明図である。
A-6. Performance evaluation:
Next, performance evaluation of this embodiment will be described. A plurality of
図8に示すように、本性能評価には、単セル110の6個のサンプル(サンプルSP1~SP6)が用いられた。
As shown in FIG. 8, six samples (samples SP1 to SP6) of the
各サンプルは、金属支持体180(第1の金属部材181)のうち、貫通孔50の上側部51を画定する表面の表面粗さは均一であるものとした。すなわち、単セル110のZ軸方向に沿った断面(例えば、図6に示す断面)において、金属支持体180の輪郭線501の第1部分5011の表面粗さA11(μm)と、もう一方の輪郭線502の第1部分5021の表面粗さA12(μm)とは同等であるものとした。以下、金属支持体180の輪郭線501,502の第1部分5011,5021の表面粗さA11,A12をまとめて「A1」(μm)という。
In each sample, the surface of the metal support 180 (first metal member 181) defining the
同様に、金属支持体180(第2の金属部材182)のうち、貫通孔50の下側部52を画定する表面の表面粗さは均一であるものとした。すなわち、単セル110のZ軸方向に沿った断面(例えば、図6に示す断面)において、金属支持体180の輪郭線501の第2部分5012の表面粗さA21(μm)と、もう一方の輪郭線502の第2部分5022の表面粗さA22(μm)とは同等であるものとした。以下、金属支持体180の輪郭線501,502の第2部分5012,5022の表面粗さA21,A22をまとめて「A2」(μm)という。
Similarly, the surface roughness of the surface of the metal support 180 (second metal member 182) defining the
各サンプルは、特性が互いに異なっている。具体的には、各サンプルは、金属支持体180の輪郭線501,502の第1部分5011,5021の表面粗さA1(μm)と、輪郭線501,502の第2部分5012,5022の表面粗さをA2(μm)との大小関係(図8の「A1とA2の大小関係」欄)と、A1/A2≧1.2を満たすか否かの成否(図8の「A1/A2≧1.2」欄)と、空間SP(貫通孔50のうち、燃料極116の孔内部118のZ軸方向の電解質層112とは反対側に形成された空間SP)の有無(図8の「空間SPの有無」欄)とのいずれかが互いに異なっている。
Each sample differs from each other in properties. Specifically, each sample has a surface roughness A1 (μm) of the
(燃料極116と金属支持体180との接合強度についての評価)
各サンプル(単セル110)について、燃料極116の表面に粘着テープを貼り、粘着テープを剥がす際の燃料極116と金属支持体180との剥離の有無を確認した。粘着テープを剥がした後に粘着テープに付着している燃料極116の量(面積)が所定の判定閾値(以下、「第1の判定閾値」という。)以下であったサンプルを「特に良い(◎)」と評価した。粘着テープに付着している燃料極116の量が、第1の判定閾値より大きく、かつ、第1の判定閾値よりも大きい所定の判定閾値(以下、「第2の判定閾値」という。)以下であったサンプルを「良い(〇)」と評価した。粘着テープに付着している燃料極116の量が第2の判定閾値より大きかったサンプルを「不合格(×)」と評価した。なお、第1の判定閾値として、燃料極116の表面のうち、粘着テープが貼られた部分の面積の10%の値を用い、第2の判定閾値として、燃料極116の表面のうち、粘着テープが貼られた部分の面積の30%の値を用いた。その評価結果は、図8の「燃料極116と金属支持体180との接合強度」欄に示されている通りである。
(Evaluation of bonding strength between
For each sample (single cell 110), an adhesive tape was attached to the surface of the
図8に示すように、サンプルSP1,SP4では、粘着テープに付着した燃料極116の量が第1の判定閾値以下であったため、「特に良い」と評価した。また、サンプルSP2,SP5では、粘着テープに付着した燃料極116の量が第1の判定閾値より大きく、かつ、第2の判定閾値以下であったため、「良い」と評価した。これに対し、サンプルSP3,SP6では、粘着テープに付着した燃料極116の量が第1の判定閾値より大きかったため、「不合格」と評価した。
As shown in FIG. 8, samples SP1 and SP4 were evaluated as "particularly good" because the amount of
サンプルSP3,SP6では、金属支持体180の輪郭線501,502の第1部分5011,5021の表面粗さA1(μm)は、輪郭線501,502の第2部分5012,5022の表面粗さA2(μm)より小さい。以上の結果から、金属支持体180の輪郭線501,502の第1部分5011,5021の表面粗さA1(μm)は、輪郭線501,502の第2部分5012,5022の表面粗さA2(μm)より大きい構成においては、粘着テープに付着する燃料極116の量が少なくなり、すなわち、燃料極116と金属支持体180との接合強度が高い単セル110が得られることが確認された。
In samples SP3 and SP6, the surface roughness A1 (μm) of the
また、サンプルSP1,SP4では、A1/A2≧1.2を満たす一方で、サンプルSP2,SP5では、A1/A2≧1.2を満たしていない。以上の結果から、A1/A2≧1.2を満たす構成においては、粘着テープに付着する燃料極116の量が特に少なくなり、すなわち、燃料極116と金属支持体180との接合強度が特に高い単セル110が得られることが確認された。
Further, while samples SP1 and SP4 satisfy A1/A2≧1.2, samples SP2 and SP5 do not satisfy A1/A2≧1.2. From the above results, in the configuration satisfying A1/A2≧1.2, the amount of the
(単セル110の発電性能についての評価)
本評価では、上記の単セル110の6個のサンプル(サンプルSP1~SP6)に換えて、上述した単セル110の製造方法に倣って作製した6個のボタンセルが用いられた。各サンプル(ボタンセル)は、上述した特性(「A1とA2の大小関係」など)が上記の単セル110の各サンプルと同様であるものであり、上下方向視で25mmの辺を有する四角形をなす金属支持体上180上に燃料極116および電解質層112が積層された積層体の上に、上下方向視で直径13mmの円形をなす空気極114が形成されたものである。下記において、便宜上、上記の単セル110のサンプルと特性(「A1とA2の大小関係」など)が同一であるボタンセルのサンプルを同じ符号を付して呼ぶ(例えばサンプルSP1)。
(Evaluation of power generation performance of single cell 110)
In this evaluation, instead of the six samples (samples SP1 to SP6) of the
各サンプル(単セル110)について、約700(℃)で空気極114に酸化剤ガスOGを供給し、燃料極116に燃料ガスFGを供給し、電流密度が0.55A/cm2のときの単セル110の出力電圧を測定し、その測定値が所定の判定閾値(以下、「第3の判定閾値」という。)以上であったサンプルを「合格(〇)」と評価し、測定値が第3の判定閾値より低かったサンプルを「不合格(×)」と評価した。その評価結果は、図8の「発電性能」欄に示されている通りである。
For each sample (single cell 110), the oxidant gas OG was supplied to the
図8に示すように、サンプルSP1,SP2,SP3では、測定値(単セル110の出力電圧)が第3の判定閾値以上であったため、「合格」と評価した。これに対し、サンプルSP4,SP5,SP6では、測定値が第3の判定閾値より低かったため、「不合格」と評価した。 As shown in FIG. 8, in samples SP1, SP2, and SP3, the measured value (the output voltage of the single cell 110) was equal to or higher than the third determination threshold, and thus was evaluated as "acceptable." On the other hand, samples SP4, SP5, and SP6 were evaluated as "failed" because the measured values were lower than the third determination threshold.
ここで、サンプルSP1,SP2,SP3では、空間SPが有る。一方、サンプルSP4,SP5,SP6では、空間SPが無い(貫通孔50の全体に燃料極116の孔内部118が充填されている)。以上の結果から、空間SPが有る構成においては、発電性能が特に高い単セル110が得られることが確認された。
Here, the samples SP1, SP2 and SP3 have a space SP. On the other hand, in samples SP4, SP5, and SP6, there is no space SP (the entire through
以上の評価により、金属支持体180の輪郭線501,502の第1部分5011,5021の表面粗さA1(μm)は、輪郭線501,502の第2部分5012,5022の表面粗さA2(μm)より大きい単セル110の構成が優れた効果を奏することが確認された。また、金属支持体180の2つの輪郭線501,502の一方のみがこのような表面粗さの条件を満たす構成においては、効果の程度がいくらか劣ることになる可能性があるものの、同様の効果(特に「燃料極116と金属支持体180との接合強度」についての効果)が得られると考えられる。
From the above evaluation, the surface roughness A1 (μm) of the
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. Variant:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.
上記実施形態における燃料電池スタック100や単セル110の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、金属支持体180に形成された各貫通孔50が、上側部51と下側部52とから構成されているが、貫通孔50の構成は、金属支持体180のZ軸方向の一方の面から他方の面まで貫通する限りにおいて、必ずしもこれに限られない。例えば、金属支持体180に形成された貫通孔50が、Z軸方向に直交する方向に延伸する部分を含んでいてもよい。
The configurations of the
上記実施形態(または変形例、以下同様)では、単セル110のXY断面における金属支持体180の各貫通孔50形状は、円形であるが、円形以外の形状(例えば矩形)であってもよい。また、上記実施形態では、各貫通孔50の径は、金属支持体180の上面S11における開口53の位置から下面S22における開口54の位置にわたって略一定であるが、いずれかの位置で異なっていてもよい。また、上記実施形態では複数の貫通孔50の構成は同様であるが、いずれかの貫通孔の構成が他の貫通孔の構成と異なっていてもよい。例えば、複数の貫通孔50の径は、互いに略同一であるが、互いに異なっていてもよい。
In the above embodiment (or modified example, the same applies hereinafter), each through-
上記実施形態では、金属支持体180は、金属(例えばステンレス)により形成されているが、金属(例えばステンレス)により形成された基材の表面が酸化被膜やコーティング膜等により覆われていてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、金属支持体180が、Z軸方向に積層された第1の金属部材181および第2の金属部材182から構成されているが、金属支持体180の構成はこれに限られない。例えば、金属支持体180が、1枚の板状部材から構成されていてもよいし、Z軸方向に積層された3枚以上の板状部材から構成されていてもよい。また、輪郭線501,502の第1部分5011,5021や第2部分5012,5022が複数の板状部材に跨って形成されていてもよい。また、金属支持体180がZ軸方向に積層された複数の板状部材から構成されている場合、各板状部材の厚さは互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、金属支持体180の輪郭線501,502の第2部分5012,5022は、輪郭線501,502のうち、燃料極116とは反対側の端部を構成しているが、第2部分5012,5022は、輪郭線501,502のうち、燃料極116とは反対側の端部でない、としてもよい。すなわち、第2部分5012,5022は、第1部分5011,5021と、燃料極116とは反対側の端部との間を構成する部分であるとしてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、金属支持体180は、数式:A1/A2≧1.2を満たしているが、数式:A1>A2を満たす限りにおいて、数式:A1/A2≧1.2を満たしていないとしてもよい。なお、A1は、単セル110のZ軸方向に沿った少なくとも1つの断面(以下、「特定断面」という。)において、金属支持体180の貫通孔50を画定する1対の輪郭線の一方である特定輪郭線501,502のうち、燃料極116側の端を含む第1部分5011,5012の表面粗さ(μm)である。A2は、特定輪郭線501,502のうち、燃料極116とは反対側において第1部分5011と連続する第2部分5012の表面粗さ(μm)である。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、燃料極116の孔内部118は、金属支持体180の輪郭線501,502の第1部分5011,5021の略全体に接しているが、金属支持体180の輪郭線501,502の第1部分5011,5021の少なくとも一部に接していればよい。また、上記実施形態では、燃料極116の孔内部118は、金属支持体180の輪郭線501,502の第2部分5012,5022に接していないが、金属支持体180の輪郭線501,502の第2部分5012,5022に接していてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、燃料極116の孔内部118は、金属支持体180の輪郭線501,502(金属支持体180のうち、貫通孔50を画定する面)に接合されているが、金属支持体180の輪郭線501,502に接しているのであれば、接合されていなくてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、燃料極116の孔内部118は、本実施形態では、燃料極116の孔内部118は、各貫通孔50の上側部51のみに位置しているが、燃料極116の孔内部118の配置はこれに限られるものではなく、例えば、下側部52に位置するものであってもよく、Z軸方向の全範囲に位置するものであってもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、金属支持体180が燃料極116に対して電解質層112とは反対側に位置する部材である燃料電池スタック100に本発明を適用したものである。また、金属支持体が空気極114に対して電解質層112とは反対側に位置する部材である燃料電池スタックに本発明を適用してもよい。なお、このような構成において、空気極114は、特許請求の範囲における特定電極の一例である。
In the above embodiment, the present invention is applied to the
上記実施形態において、必ずしも燃料電池スタック100に含まれる全ての単セル110において、上述した構成が実現されている必要はなく、燃料電池スタック100に含まれる少なくとも1つの単セル110において、上述した構成が実現されていればよい。例えば、上記実施形態では各単セル110が備える金属支持体180の構成は同様であるが、いずれかの単セルが備える金属支持体の構成が異なっていてもよい。また、上記実施形態では各単セル110が備える燃料極116の構成は同様であるが、いずれかの単セルが備える燃料極の構成が異なっていてもよい。
In the above embodiment, it is not necessary that all the
上記実施形態では、金属支持体180に形成された全ての貫通孔50(および、貫通孔50内に位置する燃料極116の孔内部118)について、本発明の特徴的構成をなす(数式:A11>A21を満たす、等)としているが、金属支持体180に形成された全ての貫通孔50(および、貫通孔50内に位置する燃料極116の孔内部118)のうちのいずれかのみが本発明の特徴的構成をなしているとしてもよい。
In the above-described embodiment, all the through
上記実施形態では、単セル110のZ軸方向に沿った任意の断面において本発明の特徴的構成をなす(数式:A11>A21を満たす、等)としているが、単セル110のZ軸方向に沿った少なくとも1つの断面で本発明の特徴的構成をなすとしてもよい。
In the above embodiment, any cross section of the
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。また、上記実施形態における単セル110の製造方法は、あくまで一例であり、種々変形可能である。
The materials constituting each member in the above embodiment are merely examples, and each member may be made of another material. Moreover, the manufacturing method of the
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固体酸化物形燃料電池(SOFC)を対象としているが、本明細書に開示される技術は、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単セルおよび複数の電解単セル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、貫通孔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、貫通孔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単セルにおいても、上記実施形態と同様の構成を採用することにより、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
In the above embodiment, the object is a solid oxide fuel cell (SOFC) that generates power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidant gas. The disclosed technology can also be applied to an electrolytic cell stack comprising an electrolytic single cell and a plurality of electrolytic single cells, which are constituent units of a solid oxide electrolysis cell (SOEC) that produces hydrogen using an electrolysis reaction of water. equally applicable. The configuration of the electrolysis cell stack is known, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-81813, so it will not be described in detail here. Configuration. That is, the
上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本明細書に開示される技術は、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった他のタイプの燃料電池(または電解セル)にも適用可能である。 In the above embodiments, a solid oxide fuel cell (SOFC) was described as an example, but the technology disclosed herein can be applied to other types of fuel cells (or electrolysis) such as molten carbonate fuel cells (MCFC). cell).
24:ナット 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 50:貫通孔 51:(貫通孔の)上側部 52:(貫通孔の)下側部 53:開口 54:開口 100:燃料電池スタック 102:発電単位 104,106:エンドプレート 108:貫通孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 117:(燃料極の)基部 118:(燃料極の)孔内部 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム部材 131:孔 132:空気極側ガス供給連通流路 133:空気極側ガス排出連通流路 134:空気極側集電体 135:集電体要素 140:燃料極側フレーム部材 141:孔 142:燃料極側ガス供給連通流路 143:燃料極側ガス排出連通流路 144:燃料極側集電体 145:集電体要素 150:インターコネクタ 161:空気極側ガス供給マニホールド 162:空気極側ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料極側ガス供給マニホールド 172:燃料極側ガス排出マニホールド 176:燃料室 180:金属支持体 181:第1の金属部材 182:第2の金属部材 501,502:輪郭線 5011,5021:(輪郭線の)第1部分 5012,5022:(輪郭線の)第2部分 A1,A11,A12:(第1部分の)表面粗さ A2,A21,A22:(第2部分の)表面粗さ FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス S11:上面 S12:下面 S21:上面 S22:下面 SP:空間 24: Nut 26: Insulating sheet 27: Gas passage member 28: Body portion 29: Branch portion 50: Through hole 51: Upper portion (of through hole) 52: Lower portion (of through hole) 53: Opening 54: Opening 100 : Fuel cell stack 102: Power generation unit 104, 106: End plate 108: Through hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Fuel electrode 117: Base (of fuel electrode) 118: Hole (of fuel electrode) Inside 120: Separator 121: Hole 124: Joint 130: Air electrode side frame member 131: Hole 132: Air electrode side gas supply communication channel 133: Air electrode side gas discharge communication channel 134: Air electrode side current collector 135 : Current collector element 140 : Fuel electrode side frame member 141 : Hole 142 : Fuel electrode side gas supply communication channel 143 : Fuel electrode side gas discharge communication channel 144 : Fuel electrode side current collector 145 : Current collector element 150 : Interconnector 161: Air electrode side gas supply manifold 162: Air electrode side gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel electrode side gas supply manifold 172: Fuel electrode side gas discharge manifold 176: Fuel chamber 180: Metal support 181: First metal member 182: Second metal member 501, 502: Contour lines 5011, 5021: First portion (of contour line) 5012, 5022: Second portion (of contour line) A1, A11, A12: (Second 1 part) surface roughness A2, A21, A22: (2nd part) surface roughness FG: Fuel gas FOG: Fuel off-gas OG: Oxidant gas OOG: Oxidant off-gas S11: Upper surface S12: Lower surface S21: Upper surface S22 : Lower surface SP: Space
Claims (6)
前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する燃料極および空気極と、
前記燃料極と前記空気極との一方である特定電極に対して前記電解質層とは反対側に位置する金属支持体であって、前記第1の方向視で前記特定電極と重なる位置において前記第1の方向に貫通する複数の貫通孔を有する金属支持体と、を備える電気化学反応単セルにおいて、
前記特定電極は、前記複数の貫通孔の少なくとも1つである特定貫通孔内に位置する電極孔内部を備え、
前記電気化学反応単セルの前記第1の方向に沿った少なくとも1つの断面である特定断面において、
前記金属支持体の前記特定貫通孔を画定する1対の輪郭線の一方である特定輪郭線のうち、前記特定電極側の端を含む第1部分の表面粗さをA1(μm)とし、前記特定輪郭線のうち、前記特定電極とは反対側において前記第1部分と連続する第2部分の表面粗さをA2(μm)としたときに、
数式:A1>A2を満たし、かつ、
前記電極孔内部は、前記金属支持体の前記第1部分の少なくとも一部に接している、
ことを特徴とする電気化学反応単セル。 an electrolyte layer;
a fuel electrode and an air electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween;
A metal support located on a side opposite to the electrolyte layer with respect to a specific electrode, which is one of the fuel electrode and the air electrode, and the metal support at a position overlapping the specific electrode when viewed in the first direction. and a metal support having a plurality of through-holes penetrating in one direction,
The specific electrode has an electrode hole interior positioned within a specific through hole that is at least one of the plurality of through holes,
In a specific cross section that is at least one cross section along the first direction of the electrochemical reaction unit cell,
Let A1 (μm) be the surface roughness of a first portion including an end on the side of the specific electrode of a specific contour line that is one of a pair of contour lines defining the specific through-hole of the metal support, and When the surface roughness of the second portion of the specific contour line, which is continuous with the first portion on the side opposite to the specific electrode, is A2 (μm),
Formula: satisfies A1>A2, and
the inside of the electrode hole is in contact with at least part of the first portion of the metal support;
An electrochemical reaction single cell characterized by:
数式:A1/A2≧1.2を満たす、
ことを特徴とする電気化学反応単セル。 The electrochemical reaction single cell according to claim 1,
Formula: satisfies A1/A2≧1.2,
An electrochemical reaction single cell characterized by:
前記金属支持体は、
前記特定輪郭線の前記第1部分を有する第1の金属部材と、
前記特定輪郭線の前記第2部分を有する第2の金属部材と、を含む、
ことを特徴とする電気化学反応単セル。 The electrochemical reaction single cell according to claim 1 or claim 2,
The metal support is
a first metal member having the first portion of the specific contour;
a second metal member having the second portion of the specific outline;
An electrochemical reaction single cell characterized by:
前記特定断面において、
前記特定貫通孔は、前記電極孔内部の前記第1の方向の前記電解質層とは反対側に空間を有する、
ことを特徴とする電気化学反応単セル。 The electrochemical reaction single cell according to any one of claims 1 to 3,
In the specific cross section,
The specific through-hole has a space inside the electrode hole on a side opposite to the electrolyte layer in the first direction,
An electrochemical reaction single cell characterized by:
前記特定断面において、
前記金属支持体の前記特定輪郭線の前記第1部分と、前記特定電極と、が接合される接合部の前記第1の方向の長さは、前記金属支持体の前記特定輪郭線の前記第2部分と、前記特定電極と、が接合される接合部の前記第1の方向の長さよりも大きい、
ことを特徴とする電気化学反応単セル。 The electrochemical reaction single cell according to claim 4,
In the specific cross section,
The length in the first direction of the joint portion where the first portion of the specific contour line of the metal support and the specific electrode are joined is the length of the first part of the specific contour line of the metal support. greater than the length in the first direction of the joint where the two parts and the specific electrode are joined;
An electrochemical reaction single cell characterized by:
前記金属支持体と、前記特定電極を形成するためのペースト状材料とを準備する第1工程と、
前記ペースト状材料を前記金属支持体に配置する第2工程であって、前記金属支持体に形成された前記特定貫通孔に対し、前記第1部分側から前記第2部分側に流し込む第2工程と、
少なくとも前記ペースト状材料を硬化させることにより、前記電極孔内部を備える前記特定電極と、前記金属支持体とを備え、かつ、前記特定貫通孔が前記電極孔内部の前記第1の方向の前記電解質層とは反対側に空間を有する部材を得る第3工程と、を備える、
ことを特徴とする電気化学反応単セルの製造方法。 A method for manufacturing an electrochemical reaction single cell according to claim 4 or 5,
a first step of preparing the metal support and a paste-like material for forming the specific electrode;
A second step of disposing the paste-like material on the metal support, wherein the paste material is poured from the first portion side to the second portion side into the specific through-hole formed in the metal support. and,
By curing at least the paste-like material, the specific electrode provided with the inside of the electrode hole and the metal support, and the specific through hole is the electrolyte in the first direction inside the electrode hole a third step of obtaining a member having a space on the opposite side of the layer;
A method for manufacturing an electrochemical reaction single cell, characterized by:
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