JP2023151439A - 導電部材、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性が高い導電部材、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置を提供する。【解決手段】導電部材は、第１方向に延び、第１方向に沿う第１面および第１面に対向する第２面を有する。導電部材は、第１方向に沿って並ぶ第１部位と、第１部位よりも第１方向に直交する断面積が小さい第２部位とを有する。第１部位および第２部位は、少なくとも第１面に、耐酸化性を有する導電性の被膜を有する。被膜の第１方向の長さは、第２部位よりも第１部位の方が長い。【選択図】図３

Description

本開示は、導電部材、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガス等の燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとを用いて電力を得ることができるセルの一種である燃料電池セルを複数有する燃料電池セルスタック装置が種々提案されている。

特開２０１６－１１５５２２号公報

しかしながら、通電によりマイグレーションが発生し、導電部材の耐久性が低下する可能性があった。

実施形態の一態様は、耐久性が高い導電部材、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る導電部材は、第１方向に延び、前記第１方向に沿う第１面および前記第１面に対向する第２面を有する。導電部材は、前記第１方向に沿って並ぶ第１部位と、前記第１部位よりも前記第１方向に直交する断面積が小さい第２部位とを有する。前記第１部位および前記第２部位は、少なくとも前記第１面に、耐酸化性を有する導電性の被膜を有する。前記被膜の前記第１方向の長さは、前記第２部位よりも前記第１部位の方が長い。

また、実施形態の一態様に係る導電部材は、第１方向に延び、前記第１方向に沿う第１面および前記第１面に対向する第２面を有する。導電部材は、前記第１方向に沿って並ぶ第１部位と、前記第１部位よりも前記第１方向に直交する断面積が小さい第２部位とを有する。前記第１部位および前記第２部位は、少なくとも前記第１面に、耐酸化性を有する導電性の第１被膜を有する。前記第１被膜は、銀よりもイオン化エネルギーが小さい金属である。

また、本開示の電気化学セル装置は、上記に記載の導電部材と、導電部材に接続された電気化学セルとを備える。

また、本開示のモジュールは、上記に記載の電気化学セル装置と、電気化学セル装置を収納する収納容器とを備える。

また、本開示のモジュール収容装置は、上記に記載のモジュールと、モジュールの運転を行うための補機と、モジュールおよび補機を収容する外装ケースとを備える。

実施形態の一態様によれば、耐久性が高い導電部材、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置が提供可能となる。

図１Ａは、実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。 図１Ｂは、実施形態に係る電気化学セルの一例を空気極側からみた側面図である。 図１Ｃは、実施形態に係る電気化学セルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。 図２Ａは、実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａに示すＸ－Ｘ線の断面図である。 図２Ｃは、実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す上面図である。 図３は、図２Ｃに示す領域Ｙを拡大した平面図である。 図４は、図３に示す導電部材の側面図である。 図５は、図２Ｃに示す領域Ｚを拡大した平面図である。 図６は、図５に示す導電部材の側面図である。 図７は、実施形態に係るモジュールの一例を示す外観斜視図である。 図８は、実施形態に係るモジュール収容装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する導電部材、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの開示が限定されるものではない。

また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係、比率などが異なる部分が含まれている場合がある。

［実施形態］
＜セルの構成＞
まず、図１Ａ～図１Ｃを参照しながら、実施形態に係る電気化学セルとして、固体酸化物形の燃料電池セルの例を用いて説明する。電気化学セル装置は、複数の電気化学セルを有するセルスタックを備えていてもよい。複数の電気化学セルを有する電気化学セル装置を、単にセルスタック装置と称する。

図１Ａは、実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図であり、図１Ｂは、実施形態に係る電気化学セルの一例を空気極側からみた側面図であり、図１Ｃは、実施形態に係る電気化学セルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。なお、図１Ａ～図１Ｃは、電気化学セルの各構成の一部を拡大して示している。以下、電気化学セルを単にセルという場合もある。

図１Ａ～図１Ｃに示す例において、セル１は中空平板型で、細長い板状である。図１Ｂに示すように、セル１の全体を側面から見た形状は、たとえば、長さ方向Ｌの辺の長さが５ｃｍ～５０ｃｍで、この長さ方向Ｌに直交する幅方向Ｗの長さが、たとえば、１ｃｍ～１０ｃｍの長方形である。このセル１の全体の厚み方向Ｔの厚さは、たとえば、１ｍｍ～５ｍｍである。

図１Ａに示すように、セル１は、導電性の支持基板２と、素子部３と、インターコネクタ４とを備えている。支持基板２は、一対の対向する平坦面ｎ１、ｎ２、およびかかる平坦面ｎ１、ｎ２を接続する一対の円弧状の側面ｍを有する柱状である。

素子部３は、支持基板２の平坦面ｎ１上に位置している。素子部３は、燃料極５と、固体電解質層６と、空気極８とを有している。また、図１Ａに示す例では、セル１の平坦面ｎ２上にインターコネクタ４が位置している。なお、セル１は、固体電解質層６と空気極８との間に中間層７を備えていてもよい。

また、図１Ｂに示すように、空気極８はセル１の下端まで延びていない。セル１の下端部では、固体電解質層６のみが平坦面ｎ１の表面に露出している。また、図１Ｃに示すように、インターコネクタ４がセル１の下端まで延びていてもよい。セル１の下端部では、インターコネクタ４および固体電解質層６が表面に露出している。なお、図１Ａに示すように、セル１の一対の円弧状の側面ｍにおける表面では、固体電解質層６が露出している。インターコネクタ４は、セル１の下端まで延びていなくてもよい。

以下、セル１を構成する各構成部材について説明する。

支持基板２は、ガスが流れるガス流路２ａを内部に有している。図１Ａに示す支持基板２の例は、６つのガス流路２ａを有している。支持基板２は、ガス透過性を有し、ガス流路２ａに流れるガスを燃料極５まで透過させる。支持基板２は導電性を有していてもよい。導電性を有する支持基板２は、素子部で生じた電気をインターコネクタ４に集電する。

支持基板２の材料は、たとえば、鉄族金属成分および無機酸化物を含む。鉄族金属成分は、たとえば、Ｎｉ（ニッケル）および／またはＮｉＯであってもよい。無機酸化物は、たとえば、特定の希土類元素酸化物であってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される１以上の希土類元素を含んでよい。

燃料極５の材料には、一般的に公知のものを使用することができる。燃料極５は、多孔質の導電性セラミックス、たとえば酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ_２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとを含むセラミックスなどを用いてもよい。この希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される複数の希土類元素を含んでもよい。酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ_２を安定化ジルコニアと称する場合もある。安定化ジルコニアは、部分安定化ジルコニアも含む。

固体電解質層６は、電解質であり、燃料極５と空気極８との間のイオンの橋渡しをする。同時に、固体電解質層６は、ガス遮断性を有し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。

固体電解質層６の材料は、たとえば、３モル％～１５モル％の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ_２であってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される１以上の希土類元素を含んでよい。固体電解質層６は、たとえば、Ｙｂ、ＳｃまたはＧｄが固溶したＺｒＯ_２を含んでもよく、Ｌａ、ＮｄまたはＹｂが固溶したＣｅＯ_２を含んでもよく、ＳｃまたはＹｂが固溶したＢａＺｒＯ_３を含んでもよく、ＳｃまたはＹｂが固溶したＢａＣｅＯ_３を含んでもよい。

空気極８は、ガス透過性を有している。空気極８の開気孔率は、たとえば２０％～５０％、特に３０％～５０％の範囲であってもよい。空気極８の開気孔率を空気極８の空隙率と称する場合もある。

空気極８の材料は、一般的に空気極に用いられるものであれば特に制限はない。空気極８の材料は、たとえば、いわゆるＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物など導電性セラミックスでもよい。

空気極８の材料は、たとえば、ＡサイトにＳｒ（ストロンチウム）とＬａ（ランタン）が共存する複合酸化物であってもよい。このような複合酸化物の例としては、Ｌａ_ｘＳｒ_１－ｘＣｏ_ｙＦｅ_１－ｙＯ_３、Ｌａ_ｘＳｒ_１－ｘＭｎＯ_３、Ｌａ_ｘＳｒ_１－ｘＦｅＯ_３、Ｌａ_ｘＳｒ_１－ｘＣｏＯ_３などが挙げられる。なお、ｘは０＜ｘ＜１、ｙは０＜ｙ＜１である。

また、素子部３が中間層７を有する場合、中間層７は、拡散抑制層としての機能を有する。空気極８に含まれるＳｒ（ストロンチウム）が固体電解質層６に拡散すると、かかる固体電解質層６にＳｒＺｒＯ_３の抵抗層が形成される。中間層７は、Ｓｒを拡散させにくくすることで、ＳｒＺｒＯ_３が形成されにくくする。

中間層７の材料は、一般的にＳｒの拡散抑制層に用いられるものであれば特に制限はない。中間層７の材料は、たとえば、Ｃｅ（セリウム）を除く希土類元素が固溶した酸化セリウム（ＣｅＯ_２）を含んでもよい。かかる希土類元素としては、たとえば、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）などを用いてもよい。

また、インターコネクタ４は、緻密質であり、支持基板２の内部に位置するガス流路２ａを流通する燃料ガス、および支持基板２の外側を流通する酸素含有ガスのリークを生じにくくする。インターコネクタ４は、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していてもよい。

インターコネクタ４の材料には、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＳｒＴｉＯ_３系酸化物）などを用いてもよい。これらの材料は、導電性を有し、かつ水素含有ガスなどの燃料ガスおよび空気などの酸素含有ガスと接触しても還元も酸化もされにくい。

＜セルスタック装置の構成＞
次に、上述したセル１を用いた本実施形態に係るセルスタック装置１０について、図２Ａ～図２Ｃを参照しながら説明する。図２Ａは、第１の実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａに示すＸ－Ｘ線の断面図であり、図２Ｃは、第１の実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す上面図である。

図２Ａに示すように、セルスタック装置１０は、セル１の厚み方向Ｔ（図１Ａ参照）に配列（積層）された複数のセル１を有するセルスタック１１と、固定部材１２とを備える。

固定部材１２は、固定材１３と、支持部材１４とを有する。支持部材１４は、セル１を支持する。固定材１３は、セル１を支持部材１４に固定する。また、支持部材１４は、支持体１５と、ガスタンク１６とを有する。支持部材１４である支持体１５およびガスタンク１６は、金属製であり導電性を有している。

図２Ｂに示すように、支持体１５は、複数のセル１の下端部が挿入される挿入孔１５ａを有している。複数のセル１の下端部と挿入孔１５ａの内壁とは、固定材１３で接合されている。

ガスタンク１６は、挿入孔１５ａを通じて複数のセル１に反応ガスを供給する開口部と、かかる開口部の周囲に位置する凹溝１６ａとを有する。支持体１５の外周の端部は、ガスタンク１６の凹溝１６ａに充填された接合材２１によって、ガスタンク１６と接合されている。

図２Ａに示す例では、支持部材１４である支持体１５とガスタンク１６とで形成される内部空間２２に燃料ガスが貯留される。ガスタンク１６にはガス流通管２０が接続されている。燃料ガスは、このガス流通管２０を通してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６からセル１の内部のガス流路２ａ（図１Ａ参照）に供給される。ガスタンク１６に供給される燃料ガスは、後述する改質器１０２（図７参照）で生成される。

水素リッチな燃料ガスは、原燃料を水蒸気改質などすることによって生成することができる。水蒸気改質により燃料ガスを生成する場合には、燃料ガスは水蒸気を含む。

図２Ａに示す例は、２列のセルスタック１１、２つの支持体１５、およびガスタンク１６を備えている。２列のセルスタック１１は、複数のセル１をそれぞれ有する。各セルスタック１１は、各支持体１５に固定されている。ガスタンク１６は上面に２つの貫通孔を有している。各貫通孔には、各支持体１５が配置されている。内部空間２２は、１つのガスタンク１６と、２つの支持体１５とで形成される。

挿入孔１５ａの形状は、たとえば、上面視で長円形状である。挿入孔１５ａは、たとえば、セル１の配列方向すなわち厚み方向Ｔの長さが、セルスタック１１の両端に位置する２つの端部集電部材１７の間の距離よりも大きい。挿入孔１５ａの幅は、たとえば、セル１の幅方向Ｗ（図１Ａ参照）の長さよりも大きい。

図２Ｂに示すように、挿入孔１５ａの内壁とセル１の下端部との接合部には、固定材１３が充填され、ている。これにより、挿入孔１５ａの内壁と複数個のセル１の下端部とがそれぞれ接合・固定され、また、セル１の下端部同士が接合・固定されている。各セル１のガス流路２ａは、下端部で支持部材１４の内部空間２２と連通している。

固定材１３および接合材２１は、ガラスなどの導電性が低いものを用いることができる。固定材１３および接合材２１の具体的な材料としては、非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。

結晶化ガラスとしては、たとえば、ＳｉＯ_２－ＣａＯ系、ＭｇＯ－Ｂ_２Ｏ_３系、Ｌａ_２Ｏ_３－Ｂ_２Ｏ_３－ＭｇＯ系、Ｌａ_２Ｏ_３－Ｂ_２Ｏ_３－ＺｎＯ系、ＳｉＯ_２－ＣａＯ－ＺｎＯ系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にＳｉＯ_２－ＭｇＯ系の材料を用いてもよい。

また、図２Ｂに示すように、複数のセル１のうち隣接するセル１の間には、導電材１８が介在している。導電材１８は、隣接する一方のセル１の燃料極５と他方のセル１の空気極８とを電気的に直列に接続する。より具体的には、隣接する一方のセル１の燃料極５と電気的に接続されたインターコネクタ４と、他方のセル１の空気極８とを接続している。

また、図２Ｂに示すように、複数のセル１の配列方向における最も外側に位置するセル１に、端部集電部材１７が電気的に接続されている。端部集電部材１７は、セルスタック１１の外側に突出する導電部材１９に接続されている。導電部材１９は、セル１の発電により生じた電気を集電して外部に引き出す。なお、図２Ａでは、端部集電部材１７の図示を省略している。

また、図２Ｃに示すように、セルスタック装置１０は、２つのセルスタック１１Ａ、１１Ｂが直列に接続され、一つの電池として機能する。そのため、セルスタック装置１０の導電部材１９は、部材１９Ａ～１９Ｅに区別される。

部材１９Ａは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の正極であり、セルスタック１１Ａにおける正極側の端部集電部材１７に電気的に接続される正極端子である。部材１９Ｂは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の負極であり、セルスタック１１Ａにおける負極側の端部集電部材１７に電気的に接続される負極端子である。

部材１９Ｄは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の正極であり、セルスタック１１Ｂにおける正極側の端部集電部材１７に電気的に接続される正極端子である。部材１９Ｅは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の負極であり、セルスタック１１Ｂにおける負極側の端部集電部材１７に電気的に接続される負極端子である。

部材１９Ｃは、セルスタック１１Ａにおける負極端子である部材１９Ｂと、セルスタック１１Ｂにおける正極端子である部材１９Ｄとを電気的に接続する接続端子である。

＜導電部材の詳細＞
つづいて、実施形態に係る導電部材の詳細について、図３～図６を参照しながら説明する。図３は、図２Ｃに示す領域Ｙを拡大した平面図である。図４は、図３に示す導電部材の側面図である。なお、説明を分かりやすくするために、図３、図４には、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後述の説明に用いる他の図面でも示す場合がある。

図３および図４に示すように、部材１９Ａは、Ｘ軸方向に延び、Ｘ軸方向に沿って互いに対向する第１面３１および第２面３２を有する。Ｘ軸方向は、第１方向の一例である。

また、部材１９Ａは、第１面３１および第２面３２をつなぐ側面３３，３４と、セルスタック１１Ａ（図２Ｃ参照）から離れて位置する端部３５と、第１面３１および第２面３２を貫通する貫通孔３６とを有する。

部材１９Ａは、クロムを含有してもよく、鉄を含有してもよい。部材１９Ａは、たとえば、ステンレス鋼である。部材１９Ａは、たとえば、金属酸化物を含有してもよい。

部材１９Ａは、表面を覆う被膜４０を有する。被膜４０は、耐酸化性を有し、導電性の導電被膜である。被膜４０は、少なくとも第１面３１に位置している。第１面３１は、外部装置に電気的に接続された端子または導体と向かい合う側の面である。部材１９Ａは、たとえばボルトなど、貫通孔３６に挿入された締結部材によって外部装置と電気的に接続される。なお、部材１９Ａは、貫通孔３６を有さなくてもよい。かかる場合、部材１９Ａは、たとえば、クランプなどの固定化部材で固定することができる。

部材１９Ａは、第１面３１に被膜４０が位置する第１部位Ｐ１、第２部位Ｐ２および第３部位Ｐ３を有している。第２部位Ｐ２は、貫通孔３６が位置する部位である。第１部位Ｐ１は、第２部位Ｐ２よりもセルスタック１１Ａ（図２Ｃ参照）に近い部材１９Ａの基端側の部分である。第３部位Ｐ３は、第２部位Ｐ２を挟んで第１部位Ｐ１の反対側に位置する部位であり、端部３５と貫通孔３６との間に位置する部材１９Ａの先端側の部分である。

図３に示すように、Ｘ軸方向に沿う第１部位Ｐ１の長さＬ１は、第２部位Ｐ２の長さＬ２よりも長くてもよい。

上記したように、部材１９Ａは、正極端子である。たとえば、高湿環境下において電圧を印加すると、正極端子の構成成分がイオン化するマイグレーションが発生する場合がある。これに対し、長さＬ１を、長さＬ２よりも長くすることにより、Ｙ軸方向の長さが第２部位Ｐ２よりも長い第１部位Ｐ１側に電流が流れやすくなる。このため、たとえば第２部位Ｐ２に対する電流集中が生じにくくなることから、マイグレーションが発生しにくくなり、部材１９Ａの耐久性が高くなる。

また、Ｘ軸方向に沿う第２部位Ｐ２の長さＬ２は、第３部位Ｐ３の長さＬ３よりも長くてもよい。これにより、第２部位Ｐ２よりも端部３５側に位置する第３部位Ｐ３に対する電流集中が生じにくくなることから、マイグレーションが発生しにくくなり、部材１９Ａの耐久性が高くなる。

また、図４に示すように、第１部位Ｐ１に位置する被膜４０の厚みｔ１は、第２部位Ｐ２に位置する被膜４０の厚みｔ２よりも厚くてもよい。これにより、第２部位Ｐ２は、Ｘ軸に直交するＹＺ平面で切断したときの断面積が第１部位Ｐ１よりも小さくなり、第２部位Ｐ２よりも端部３５から離れた第１部位Ｐ１側に電流が流れやすくなる。このため、たとえば第２部位Ｐ２に対する電流集中が生じにくくなり、マイグレーションが発生しにくくなることで、部材１９Ａの耐久性が高くなる。

また、第２部位Ｐ２に位置する被膜４０の厚みｔ２は、第３部位Ｐ３に位置する被膜４０の厚みｔ３よりも厚くてもよい。これにより、第２部位Ｐ２よりも端部３５側に位置する第３部位Ｐ３に電流が流れにくくなることから、たとえば第３部位Ｐ３に対する電流集中が生じにくくなり、マイグレーションが発生しにくくなることで、部材１９Ａの耐久性が高くなる。

被膜４０は、貫通孔３６に位置してもよい。また、被膜４０は、第２部位Ｐ２の側面３３，３４に位置してもよい。貫通孔３６および／または第２部位Ｐ２の側面３３，３４に位置する被膜４０を有すると、たとえば第２部位Ｐ２における電気抵抗が小さくなり、対する電流集中が生じにくくなる。このため、マイグレーションが発生しにくくなることで、部材１９Ａの耐久性が高くなる。

また、被膜４０は、たとえば、銀よりもイオン化エネルギーが小さい金属またはその合金であってもよい。かかる被膜４０の材料として、たとえば、Ｐｄ、ＰｔまたはＡｕを使用することができる。これらの金属は、たとえばＡｇ等と比較して、マイグレーションが発生しにくい材料である。

上記したように、部材１９Ａは、正極端子であることから、第２部位Ｐ２は、第１部位Ｐ１よりも高電位側に位置している。このため、たとえばＡｇやＣｕなど、イオン化エネルギーが比較的大きい金属を使用すると、環境条件によってはマイグレーションが発生しやすくなる。これに対し、銀よりもイオン化エネルギーが小さい金属の被膜４０を有することにより、部材１９Ａが正極端子として使用された場合であっても、マイグレーションが発生しにくくなることから、部材１９Ａの耐久性が高くなる。

上記したように、部材１９Ａは、正極端子として使用した場合において、マイグレーションが発生しにくくなることから、耐久性が高くなる。すなわち、部材１９Ａは、図２Ｃに示す部材１９Ｄとして使用されてもよい。また、部材１９Ａは、図２Ｃに示す部材１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｅとして使用されてもよい。

図５は、図２Ｃに示す領域Ｚを拡大した平面図である。図６は、図５に示す導電部材の側面図である。

図５に示すように、部材１９Ｅは、被膜４０に代えて被膜４１を有する点で図３、図４に示す部材１９Ａと相違する。被膜４１は、耐酸化性を有し、導電性の導電被膜である。

被膜４１は、少なくとも第１面３１に位置している。部材１９Ｅは、第１面３１に被膜４１が位置する第１部位Ｐ４、第２部位Ｐ５および第３部位Ｐ６を有している。第２部位Ｐ５は、貫通孔３６が位置する部位である。第１部位Ｐ４は、第２部位Ｐ５よりもセルスタック１１Ｂ（図２Ｃ参照）に近い部材１９Ｅの基端側の部分である。第３部位Ｐ６は、第２部位Ｐ５を挟んで第１部位Ｐ４の反対側に位置する部位であり、端部３５と貫通孔３６との間に位置する部材１９Ｅの先端側の部分である。

図５に示すように、Ｘ軸方向に沿う第１部位Ｐ４の長さＬ４は、第２部位Ｐ５の長さＬ５よりも長くてもよい。長さＬ４を、長さＬ５よりも長くすることにより、第２部位Ｐ５よりも第１部位Ｐ４側に電流が流れやすくなる。このため、たとえば第１部位Ｐ４における電気抵抗が小さくなり、セルスタック装置１０の性能が向上する。

また、Ｘ軸方向に沿う第２部位Ｐ５の長さＬ５は、第３部位Ｐ６の長さＬ６よりも長くてもよい。これにより、たとえば第２部位Ｐ５における電気抵抗が小さくなり、セルスタック装置１０の性能が向上する。

また、図６に示すように、第１部位Ｐ４に位置する被膜４１の厚みｔ４は、第２部位Ｐ５に位置する被膜４１の厚みｔ５よりも厚くてもよい。これにより、第１部位Ｐ４は、Ｘ軸に直交するＹＺ平面で切断したときの断面積が第２部位Ｐ５よりも大きくなり、第２部位Ｐ５よりも端部３５から離れた第１部位Ｐ４側に電流が流れやすくなる。このため、たとえば第１部位Ｐ４における電気抵抗が小さくなり、セルスタック装置１０の性能が向上する。

また、第２部位Ｐ５に位置する被膜４１の厚みｔ５は、第３部位Ｐ６に位置する被膜４１の厚みｔ４よりも厚くてもよい。これにより、第３部位Ｐ６よりも端部３５から離れた第２部位Ｐ５を電流が流れやすくなることから、たとえば第２部位Ｐ５における電気抵抗が小さくなり、セルスタック装置１０の性能が向上する。

被膜４１は、貫通孔３６に位置してもよい。また、被膜４１は、第２部位Ｐ５の側面３３，３４に位置してもよい。貫通孔３６および／または第２部位Ｐ５の側面３３，３４に位置する被膜４１を有すると、たとえば第２部位Ｐ５における電気抵抗が小さくなり、セルスタック装置１０の性能が向上する。

上記したように、部材１９Ｅは、負極端子であることから、第２部位Ｐ２は、第１部位Ｐ１よりも低電位側に位置している。このため、たとえば、高湿環境下において電圧を印加した場合であっても、マイグレーションは発生しにくい。このため、被膜４１は、被膜４０と同じ材料のほか、被膜４０とは異なる材料、たとえば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｓｎなど、被膜４０よりイオン化エネルギーが大きい材料を使用してもよい。

＜モジュール＞
次に、上述したセルスタック装置１０を用いた本開示の実施形態に係るモジュール１００について、図７を用いて説明する。図７は、実施形態に係るモジュールを示す外観斜視図であり、収納容器１０１の一部である前面および後面を取り外し、内部に収納される燃料電池のセルスタック装置１０を後方に取り出した状態を示している。

図７に示すように、モジュール１００は、収納容器１０１、および収納容器１０１内に収納されたセルスタック装置１０を備えている。また、セルスタック装置１０の上方には、改質器１０２が配置されている。

かかる改質器１０２は、天然ガス、灯油などの原燃料を改質して燃料ガスを生成し、セル１に供給する。原燃料は、原燃料供給管１０３を通じて改質器１０２に供給される。なお、改質器１０２は、水を気化させる気化部１０２ａと、改質部１０２ｂとを備えていてもよい。改質部１０２ｂは、図示しない改質触媒を備えており、原燃料を燃料ガスに改質する。このような改質器１０２は、効率の高い改質反応である水蒸気改質を行うことができる。

そして、改質器１０２で生成された燃料ガスは、ガス流通管２０、ガスタンク１６、および支持部材１４を通じて、セル１のガス流路２ａ（図１Ａ参照）に供給される。

また、上述の構成のモジュール１００では、ガスの燃焼およびセル１の発電に伴い、通常発電時におけるモジュール１００内の温度が５００℃～１０００℃程度となる。

このようなモジュール１００においては、上述したように、耐久性が高いセルスタック装置１０を収納して構成されることにより、耐久性が高いモジュール１００とすることができる。

＜モジュール収容装置＞
図８は、実施形態に係るモジュール収容装置の一例を示す分解斜視図である。本実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、外装ケース１１１と、図５で示したモジュール１００と、図示しない補機と、を備えている。補機は、モジュール１００の運転を行う。モジュール１００および補機は、外装ケース１１１内に収容されている。なお、図８においては一部構成を省略して示している。

図８に示すモジュール収容装置１１０の外装ケース１１１は、支柱１１２と外装板１１３とを有する。仕切板１１４は、外装ケース１１１内を上下に区画している。外装ケース１１１内の仕切板１１４より上側の空間は、モジュール１００を収容するモジュール収容室１１５であり、外装ケース１１１内の仕切板１１４より下側の空間は、モジュール１００を運転する補機を収容する補機収容室１１６である。なお、図８では、補機収容室１１６に収容する補機を省略して示している。

また、仕切板１１４は、補機収容室１１６の空気をモジュール収容室１１５側に流すための空気流通口１１７を有している。モジュール収容室１１５を構成する外装板１１３は、モジュール収容室１１５内の空気を排気するための排気口１１８を有している。

このようなモジュール収容装置１１０においては、上述したように、耐久性が高いモジュール１００をモジュール収容室１１５に備えていることにより、耐久性が高いモジュール収容装置１１０とすることができる。

なお、上述の実施形態では、中空平板型の支持基板を用いた場合を例示したが、円筒型の支持基板、平板型の支持基板を用いたセルスタック装置に適用することもできる。また、上述の実施形態では、ガス流路を内部に有する支持基板を用いた場合を例示したが、外部のガス流路とセルとの間でガスを流通可能な、たとえば貫通孔または細孔を有する金属板を支持基板としてもよい。さらに、いわゆる平板型のセルスタック装置に適用することもできる。

＜その他の変形例＞
つづいて、実施形態のその他の変形例に係る電気化学セル装置について説明する。

上記実施形態では、「電気化学セル」、「電気化学セル装置」、「モジュール」および「モジュール収容装置」の一例として燃料電池セル、燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を示したが、他の例としてはそれぞれ、電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置であってもよい。また、上記実施形態では電気化学セルの電解質材料の一例として酸化物イオン伝導体または水素イオン伝導体を示したが、水酸化物イオン伝導体であってもよい。

以上、本開示について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

以上のように、実施形態に係る導電部材（部材１９Ａ）は、第１方向に延び、第１方向に沿う第１面３１および第１面３１に対向する第２面３２を有する。導電部材は、第１方向に沿って並ぶ第１部位Ｐ１と、第１部位Ｐ１よりも第１方向に直交する断面積が小さい第２部位Ｐ２とを有する。第１部位Ｐ１および第２部位Ｐ２は、少なくとも第１面３１に、耐酸化性を有する導電性の被膜４０を有する。被膜４０の第１方向の長さは、第２部位Ｐ２よりも第１部位の方が長い。これにより、導電部材の耐久性が高くなる。

また、実施形態に係る導電部材（部材１９Ａ）は、第１方向に延び、第１方向に沿う第１面３１および第１面３１に対向する第２面３２を有する。導電部材は、第１方向に沿って並ぶ第１部位Ｐ１と、第１部位Ｐ１よりも第１方向に直交する断面積が小さい第２部位Ｐ２とを有する。第１部位Ｐ１および第２部位Ｐ２は、少なくとも第１面３１に、耐酸化性を有する導電性の被膜４０を有する。被膜４０は、銀よりもイオン化エネルギーが小さい金属である。これにより、導電部材の耐久性が高くなる。

また、実施形態に係る電気化学セル装置は、上記に記載の導電部材と、導電部材に接続された電気化学セルとを備える。これにより、電気化学セル装置の耐久性が高くなる。

また、実施形態に係るモジュール１００は、上記に記載の電気化学セル装置と、電気化学セル装置を収納する収納容器１０１とを備える。これにより、耐久性が高いモジュール１００とすることができる。

また、実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、上記に記載のモジュール１００と、モジュール１００の運転を行うための補機と、モジュール１００および補機を収容する外装ケースとを備える。これにより。耐久性が高いモジュール収容装置１１０とすることができる。

今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１ セル
３ 素子部
５ 燃料極
６ 固体電解質層
７ 中間層
８ 空気極
１０ セルスタック装置
１１ セルスタック
１２ 固定部材
１３ 固定材
１４ 支持部材
１５ 支持体
１６ ガスタンク
１７ 端部集電部材
１８ 導電材
１９ 導電部材
１００ モジュール
１１０ モジュール収容装置

Claims (11)

1. 第１方向に延び、前記第１方向に沿う第１面および前記第１面に対向する第２面を有する導電部材であって、
   前記第１方向に沿って並ぶ第１部位と、前記第１部位よりも前記第１方向に直交する断面積が小さい第２部位とを有し、
   前記第１部位および前記第２部位は、少なくとも前記第１面に、耐酸化性を有する導電性の第１被膜を有し、
   前記第１被膜の前記第１方向の長さは、前記第２部位よりも前記第１部位の方が長い
   導電部材。
2. 前記第１被膜の厚さは、前記第２部位よりも前記第１部位の方が大きい
   請求項１に記載の導電部材。
3. 前記第２部位を挟んで前記第１部位とは反対側に位置し、前記第１方向に直交する断面積が前記第２部位以上前記第１部位以下である第３部位を有し、
   前記第１被膜の厚さは、前記第３部位よりも前記第２部位の方が大きい
   請求項１または２に記載の導電部材。
4. 前記第１面と前記第２面とをつなぐ側面を有し、
   前記第２部位の前記側面に位置する前記第１被膜を有する
   請求項１～３のいずれか１つに記載の導電部材。
5. 第１方向に延び、前記第１方向に沿う第１面および前記第１面に対向する第２面を有する導電部材であって、
   前記第１方向に沿って並ぶ第１部位と、前記第１部位よりも前記第１方向に直交する断面積が小さい第２部位とを有し、
   前記第１部位および前記第２部位は、少なくとも前記第１面に、耐酸化性を有する導電性の第１被膜を有し、
   前記第１被膜は、銀よりもイオン化エネルギーが小さい金属である
   導電部材。
6. 前記第２部位は、前記第１部位よりも高電位側に位置している
   請求項５に記載の導電部材。
7. 請求項１～６のいずれか１つに記載の導電部材と、
   前記導電部材に接続された電気化学セルと
   を備える電気化学セル装置。
8. 前記導電部材は、前記第２部位の電位が前記第１部位の電位よりも高い第１部材と、前記第２部位の電位が前記第１部位の電位よりも低い第２部材とを有し、
   前記第１部材が前記第１被膜を有し、前記第２部材が第２被膜を有し、前記第２被膜の材料は、前記第１被膜の材料とはイオン化エネルギーが異なる
   請求項７に記載の電気化学セル装置。
9. 電気化学セルと、
   前記電気化学セルにそれぞれ接続された、第１被膜を有する第１導電部材、および第２被膜を有し、前記第１導電部材の電位より低い電位を有する第２導電部材と
   を有し、
   前記第１被膜の材料は、前記第２被膜の材料より小さいイオン化エネルギーを有する
   電気化学セル装置。
10. 請求項７～９のいずれか１つに記載の電気化学セル装置と、
    前記電気化学セル装置を収納する収納容器と
    を備えるモジュール。
11. 請求項１０に記載のモジュールと、
    前記モジュールの運転を行うための補機と、
    前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースと
    を備えるモジュール収容装置。

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