JP4023669B2

JP4023669B2 - Electrochemical equipment

Info

Publication number: JP4023669B2
Application number: JP2002172368A
Authority: JP
Inventors: 崇龍; 重則伊藤; 壮太清水; 清志奥村; 満服部
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: JP2003203651A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学セル用保持部材、電気化学セルの保持構造および電気化学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質型燃料電池は、いわゆる平板型と円筒型とに大別される。平板型の固体電解質型燃料電池においては、いわゆるセパレータと発電層とを交互に積層することにより、発電用のスタックを構成する。平板型の単電池を積層して集合電池を形成する場合には、還元性ガスと酸化性ガスとを分離するのに適した構造が必要である。また、単電池、ガスマニホールド、およびセパレータ（インターコネクター）の各材料の間の熱応力を低減することが必要である。
【０００３】
特開平６−２９０７９８号公報に記載の固体電解質型燃料電池においては、円環形状（リング状）のセラミックス製単電池を複数積層し、集合電池を形成している。そして、各単電池をそれぞれ金属製の各セパレータによって保持する。このセパレータは、円板形状のガスマニホールドと、このガスマニホールドを包囲するフランジ部とを備えている。ガスマニホールドには、酸化性ガス用の貫通孔と還元性ガス用の貫通孔との２つを設けてある。また、フランジ部には、酸化性ガス用の溝と還元性ガス用の溝とを設ける。そして、上下に隣接する単電池の間にフランジ部を介在させる。ガスマニホールド部の酸化性ガス用貫通孔から酸化性ガスを供給すると、酸化性ガスはフランジ部の溝を流れ、単電池の空気極に接触する。また、ガスマニホールド部の還元性ガス用貫通孔から還元性ガスを供給すると、還元性ガスはフランジ部の溝を流れ、単電池の燃料極に接触し、発電が行われる。隣接するセパレータの間には絶縁板を挟み、セパレータ間の短絡が生じないようにする。
【０００４】
また、従来の平板型固体電解質燃料電池では、ガスシール部分がセルの外周部に位置している。例えば、特開平６−２９０７９８号公報の図１２には、平板型の固体電解質型燃料電池の分解斜視図が示されている。これによると、セラミックス製の固体電解質板、燃料極および空気極によって平板状の単電池を製造する。そして、このセラミックス製の単電池とセラミックス製のセパレータ板とを交互に積層することによって、スタックを構成する。この際、酸化性ガスを流すための溝と還元性ガスを流すための溝とが、立体的に直角方向に交差するようにする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平６−２９０７９８号公報に記載の固体電解質型燃料電池においては、セラミックスである電気化学セルと金属であるセパレータの熱膨張差が大きく、昇温−降温の熱サイクルを繰り返すと、電気化学セルとセパレータとの境界に熱膨張差に起因するクラックが発生し、ガスリーク量が増大する傾向がある。
【０００６】
また、従来の平板型固体電解質燃料電池においては、平板状の燃料電池構造体の外周部でガスシールを行うため、セル中心部分に発生した熱応力を逃がすことが出来ず、セルが割れる傾向にある。
【０００７】
本発明の課題は、いわゆる平板型の電気化学セルを積層し、集合セルを構成するのに際して、比較的容易に電気化学セルの集合化が可能であり、また昇温−降温の熱サイクルを繰り返したときにガスリークの可能性を少なくし、これによるセルの作動効率の低下を防止することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、貫通孔９ａを有する板状のセラミックス製の電気化学セル９、隣り合う前記電気化学セル９を電気的に接続するインターコネクター１５、および前記電気化学セル９を保持するセラミックス製の保持部材１を備えている電気化学装置を提供する。電気化学セル９が、一方の電極１１、他方の電極１３および一方の電極１１と他方の電極１３との間に挟まれている固体電解質層１２を備えており、保持部材１が、平板状の本体部分１ａ、およびこの本体部分１ａから突出する突出部１ｂを備えており、保持部材１の一方の主面５と他方の主面６との間を貫通する一方のガスの供給孔１６Ａおよび他方のガスの供給孔１６Ｂが形成されており、本体部分１ａに一方のガス供給孔１６Ａと連通する一方の供給路７が設けられており、突出部１ｂに前記他方のガスの供給孔１６Ｂと連通する他方の供給路８が設けられている。
【０００９】
インターコネクター１５と保持部材１とが交互に積層されており、インターコネクター１５が、隣接する保持部材のうち一方の保持部材１の前記本体部分９ａとシールされ、かつ他方の保持部材の前記突出部１ｂとシールされており、保持部材１の突出部１ｂが電気化学セル９の前記貫通孔１ａを貫通して突出している。本体部分１ａの突出部１ｂ側の平坦面１ｃと前記電気化学セル９の一方の電極１１がシールされており、突出部１ｂの外周面４と電気化学セルの側周面とがシールされており、電気化学セル９の一方の電極１１とインターコネクター１５との間に、一方の供給路７から前記一方のガスを流すための空間１９が形成されており、電気化学セル９の他方の電極１３と前記インターコネクター１５との間に、他方の供給路８から他方のガスを流すための空間２９が形成されている。一方のガスを流すための空間１９および他方のガスを流すための空間２９にそれぞれ通気性の導電性接続部材が配置されており、隣接する電気化学セルとインターコネクター１５とが導電性接続部材によって電気的に接続されている。
【００１０】
本発明においては、セラミックス製の保持部材によって各電気化学セルを保持することとした。これと共に、保持部材には、電気化学セルの貫通孔に挿通されるべき突出部を設け、突出部の周囲に電気化学セルを保持するのと共に、本体部分には、電気化学セルの主面に対するシール面を設けることとした。
【００１１】
このような保持構造であれば、セラミックス製の本体部分とセラミックス製の電気化学セルとが共にセラミックスであるので、保持部材が金属製の場合と比較して熱膨張差が少ない。したがって、電気化学セルと保持部材との熱膨張差による応力に基づく悪影響が及びにくく、電気化学セルとシール部分からのガスリークが長期間にわたって発生しにくい。また、インターコネクタのシール部分が中央部の保持部材にあり、セル外周部が固定されていないため、セルに発生した熱応力を外周方向に逃がすことが出来、セル内部にクラックが発生しにくい。
【００１２】
本発明の利点および作用効果、更には好適な実施形態について、図面を参照しつつ更に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る保持部材１を概略的に示す断面図である。図２（ａ）は、保持部材１を主面５側から見た平面図であり、図２（ｂ）は、保持部材１を主面６側から見た平面図である。
【００１４】
保持部材１の平面的形状は、例えば図２に示すように略真円形であるが、これには限定されず、楕円形、多角形であってよい。単電池内における熱応力を最小限とするという観点からは略真円形が好ましい。保持部材１は、相対的に径の大きい本体部分１ａと、相対的に径の小さい突出部１ｂとを備えている。本体部分１ａおよび突出部１ｂを貫通するように、主面５と６との間に一対の貫通孔２Ａ、２Ｂが形成されている。貫通孔２Ａは一方のガス用の供給孔であり、貫通孔２Ｂは他方のガス用の供給孔である。５、６は、後述するように、隣接するインターコネクターとのシール面であり、本例では平坦面である。１ｃ、４は、後述するように、電気化学セルとの間のシール面である。
【００１５】
本体部分１ａの主面５側には、一方のガス流路７が形成されており、突出部１ｂの主面６側には、他方のガス流路８が形成されている。流路７は、図２（ａ）に示すように主面５側に形成された溝であり、一方の供給孔２Ａに連通している。流路８は、図２（ｂ）に示すように主面６側に形成された溝であり、他方の供給孔２Ｂに連通している。
【００１６】
図３は、電気化学セル９を保持部材１によって保持した保持構造２０を示す。電気化学セル９は、例えば一方の電極１１、固体電解質層１２、他方の電極１３の三層構造からなる。電気化学セル９の貫通孔９ａ内に突出部１ｂが挿通されている。突出部１ｂの外周面４と電気化学セル９との間にはシール材１０Ｂが介在している。電気化学セル９の一方の主面９ｂと本体部分１ａのフランジ部のシール面１ｃとの間にはシール材１０Ａが介在している。
【００１７】
図４は、図３の保持構造２０に対して、平板形状のインターコネクター１５を積層した状態を示す断面図である。また、図５は、図４に示す保持構造２０およびインターコネクター１５を積層することによって得られた電気化学装置を示す概略断面図である。ただし、図５においては、紙面の制約から電気化学セル３層およびインターコネクター３層のみを図示したが、電気化学セルおよびインターコネクターの個数は自由に変更できる。
【００１８】
本例では、インターコネクター１５は平板形状であり、金属等の導電性材料からなっている。インターコネクター１５には、貫通孔２Ａ、２Ｂと適合する位置に一対の貫通孔１６Ａ、１６Ｂが形成されている。インターコネクター１５の主面１５ａは、保持部材１のシール面５に対してシール材１７を介して矢印Ａ方向に加圧され、シールされている。インターコネクター１５の主面１５ｂは、保持部材１の平坦なシール面６に対して、シール材１７を介して矢印Ａ方向に加圧され、シールされている。
【００１９】
複数のガス供給孔２Ａおよび１６Ａは連通し、電気化学装置の全体にわたるガス供給孔２１Ａを形成している。複数のガス供給孔２Ｂおよび１６Ｂは連通し、電気化学装置の全体にわたるガス供給孔２１Ｂを形成している。ガス供給孔２１Ａに対して矢印Ｂのように一方のガスを供給すると、このガスは矢印Ｃのように、ガス流路７を主面９ｂと略平行に流れ、空間１９に流入し、電気化学反応に寄与する。ガス供給孔２１Ｂに対して矢印Ｄのように他方のガスを供給すると、このガスは矢印Ｅのように、ガス流路８を主面９ｂと略平行に流れ、空間２９に流入し、電気化学反応に寄与する。ここでは図示しないが、空間19と29には、インターコネクタ15と電気化学セル9を電気的に接続するための導電性接続部材が挿入される。
【００２０】
本発明の保持構造によれば、セラミックス製の保持部材１によって各電気化学セル９を保持し、保持部材１には、電気化学セル９の貫通孔９ａに挿通されるべき突出部１ｂを設け、突出部１ｂの周囲に電気化学セル９を保持するのと共に、本体部分１ａには、電気化学セルの主面に対して平坦なシール面１ｃを設けた。
【００２１】
このような保持構造であれば、保持部材１および電気化学セル９が共にセラミックスであることによって、電気化学セルと保持部材との熱膨張差による応力に基づく悪影響がシール部分に及びにくく、シール部分からのガスリークが長期間にわたって発生しにくい。
【００２２】
本発明においては、図１−図５に示したように、保持部材の本体部分１ａが、一方の供給孔２Ａおよび電気化学セル９上の空間１９に連通する一方のガス流路７を備えている。このガス流路７は、前述の例のように、主面５側の表面から凹んだ溝ないし凹部とすることが最も好ましいが、本体部分１ａの内部の空洞であってもよい。
【００２３】
本発明においては、前述の例のように、保持部材の突出部１ｂが、他方の供給孔２Ｂおよび電気化学セル９上の空間29に連通する他方のガス流路８を備えている。保持部材の一方の主面５側に一方のガス流路を設け、保持部材の他方の主面６側に他方のガス流路を設けることによって、双方のガスを効率的に分離することができる。このガス流路８は、前述の例のように、主面６側の表面から凹んだ溝ないし凹部とすることが最も好ましいが、突出部１ｂの内部の空洞であってもよい。
【００２４】
好適な実施形態においては、前述の例のように、流路７、８が、それぞれ、電気化学セル９の一方の主面９ａと略平行に延びている。これによって、保持部材１の厚さを最小限とすることができる。ただし、流路７、８が、それぞれ、「電気化学セル９の一方の主面９ａと略平行に延びている」とは、幾何学的な厳密な意味での平行ではなく、組み立て時、製造時の裕度や誤差を許容する趣旨である。
【００２５】
好適な実施形態においては、前述の例のように、保持部材１が、インターコネクター１５に対して加圧されるべき平坦な第二のシール面５、６を備えている。特に好ましくは、本体部分１ａが、インターコネクター１５に対して加圧されるべき平坦な第二のシール面５を備えており、および／または、突出部１ｂが、インターコネクター１５に対して加圧されるべき平坦な第二のシール面６を備えている。このようなシール面を利用して加圧シールすることによって、熱サイクルによるガスリークの生じにくいシールを形成できる。
【００２６】
特に、シール面５、６は、加圧方向Ａに対して略垂直であることが好ましい。ここで、シール面が加圧方向に対して略垂直とは、幾何学的な厳密な意味での垂直ではなく、組み立て時、製造時の裕度や誤差を許容する趣旨である。
【００２７】
好適な実施形態においては、インターコネクターに、一方のシール材を受け入れるための一方の凹部および他方のシール材を受け入れるための他方の凹部を設ける。これによって、加圧時に各インターコネクターが横方向に位置ずれしにくくなる。
【００２８】
本発明外の参考例では、ガス流路はインターコネクター側に設ける。すなわち、保持部材の主面5 、6 は平坦とするかわりに、インターコネクター側に、図２（ａ）、（ｂ）で示したようなガス流路を設ける。
【００２９】
更に詳細に述べると、本発明者は、セラミックス製の保持部材にガス流路を設けた場合に、加熱および加圧時に、保持部材に割れ等の不良が生ずる場合があることを見いだした。この理由は以下のように考えられる。例えば図４を参照すると、保持部材のシール面５、６に対してガス流路７、８が開口している。この結果、シール面周辺において保持部材の強度が低下する傾向があるものと考えられる。また、保持部材は電気化学セルを保持するという機能を果たす必要があることから、ガス流路を設ける際に、設計上、空間的な余裕が少なく、このためにシール面付近での強度低下を防止できるような設計は困難である。
【００３０】
このため、インターコネクター側にガス供給路を設けることによって、ガス供給機能の少なくとも一部をインターコネクター側に移転することが、加熱および加圧下でのセラミックス製の保持部材の安定性を確保する上で有用である。
【００３１】
従って、参考例においては、インターコネクターに、保持部材の一方の供給孔および電気化学セル上の空間に連通する一方の供給路を設ける。この場合には、インターコネクター側に一方のガスの供給機能が移されているので、保持部材側の一方のガス流路を小さくするか、あるいは不要とすることができる。これによって、保持部材のシール面近傍の安定性が向上する。特に好ましくは、保持部材に一方のガス流路が設けられていない。
【００３２】
また、参考例においては、インターコネクターに、他方の供給孔および電気化学セル上の空間に連通する他方の供給路を設ける。この場合にも、保持部材側の他方のガス流路を小さくするか、あるいは不要とすることができる。特に好ましくは、保持部材に他方のガス流路が設けられていない。
【００３３】
インターコネクターの材質は、使用するガスに対して稼働温度で耐久性の材質であれば、特に限定されない。例えば、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物であることが好ましく、ランタンクロマイトであることが更に好ましい。
【００３４】
好適な実施形態においては、インターコネクターがステンレス、ニッケル基合金、コバルト基合金、鉄基合金等の金属からなる。この場合には、インターコネクターに種々の形状のガス供給路を形成可能であり、加熱および加圧下においてインターコネクターに破壊などの不良が生じにくい。
【００３５】
図６〜図８は、参考例に係る電気化学装置を示す。図６はインターコネクター１５Ａを示す断面図である。インターコネクター１５Ａは全体として略平板状である。インターコネクター１５Ａには、保持部材の各供給孔と連通するガス供給孔１５ｃ、１５ｄが設けられおり、またガス供給路１５ｅ、１５ｆが設けられている。ガス供給路１５ｅ、１５ｆは、矢印Ａ方向に対して略水平に伸びる部分と略垂直に伸びる部分とを有しており、折れ曲がっている。また、インターコネクター１５Ａには、各シール材を受け入れるような形態の凹部１５ｈ、１５ｇが設けられている。
【００３６】
好適な実施形態においては、インターコネクターに形成される供給路が曲折している。これによって、保持部材の外側においてガスが円周方向に広がり、その後セルの発電室に入る。こうすることで、セル全面に効率よくガスを供給することが可能である。
【００３７】
図７に示すように、各保持構造２０Ａ、インターコネクター１５Ａおよびシール材１７を積層し、スタック化する。本例では、保持部材１Ａには、空間１９、２９に連通するようなガス供給路は設けられていない。各シール材１７は、それぞれインターコネクタの凹部１５ｇ、１５ｈ内に収容され、固定されている。一方のガスは、矢印Ｂのように供給孔１６Ａを流れ、インターコネクター１５Ａ内の供給路１５ｅを矢印Ｅのように曲折しながら流れ、空間１９内に供給される。他方のガスは、矢印Ｄのようにガス供給孔１６Ｂを流れ、インターコネクター１５Ａ内のガス供給路１５ｆを矢印Ｆのように曲折しながら流れ、空間２９内に供給される。この際、ガス供給路15e, 15fから空間19,29に流れ出るガスは、セルに対して垂直方向に向かっているため、ガスが空間19,29に出ると同時に一度円周方向に広がって空間19,29全面に均等に供給される。これによってガスの利用効率が向上する。また、ガス供給路１５e 、15fは蛇行させても良い。さらに空間19、29に接するインターコネクタ面15a、15bには凹凸をつけたガス流路を形成させても良い。これにより、空間19、29を流れるガスを整流し、空間19、29全面にガスを行き渡らせることができる。
【００３８】
好適な実施形態においては、複数のインターコネクター、電気化学セルおよび保持部材によって集合電池を構成し、集合電池を加圧しながら保持する保持機構をもうける。この加圧機構は特に限定されない。例えば、ボルト等の締結部材、バネ等の付勢機構であってよい。
【００３９】
図８は、この実施形態に係る集合電池を示す模式図である。前述したようなインターコネクター１５Ａ、保持部材１Ａ、電気化学セル９、導電性接続部材を積層し、組み立てることによって、集合電池（スタック）２８が構成されている。この集合電池２８の上端と下端とに、それぞれ加圧板２３Ａ、２３Ｂが設置されており、これによって集合電池２８が挟まれている。加圧板２３Ａ、２３Ｂは締結機構２４によって締結されており、締結機構のボルトによって矢印Ａ方向の圧力が加えられている。ガス供給孔１６Ａ、１６Ｂには、それぞれ外部のガス管２６、２５が接続されており、ガスが供給可能となっている。ガス供給孔16A, 16Bに対し、スタック両端部にガス管を設けて両方向からガス供給を行うこともできる。上下に積層されたセル間でのガス供給を均一化させる効果がある。
【００４０】
好適な実施形態においては、一方のガスが酸化性ガスであり、他方のガスが還元性ガスである。
【００４１】
酸化性ガスは、酸素イオンを固体電解質膜へと供給可能なガスであれば特に限定されないが、空気、希釈空気、酸素、希釈酸素が挙げられる。
【００４２】
還元性ガスとしては、水素、一酸化炭素, メタンとこれらの混合ガスを例示できる。
【００４３】
本発明が対象とする電気化学セルは、電気化学反応を生じさせるためのセル一般を意味している。
【００４４】
例えば、電気化学セルは、酸素ポンプ、高温水蒸気電解セルとして使用できる。高温水蒸気電解セルは、水素の製造装置に使用でき、また水蒸気の除去装置に使用できる。また、電気化学セルを、ＮＯｘ、ＳＯｘの分解セルとして使用できる。この分解セルは、自動車、発電装置からの排ガスの浄化装置として使用できる。この場合には、固体電解質膜を通して排ガス中の酸素を除去するのと共に、ＮＯｘを電解して窒素と酸素とに分解し、この分解によって生成した酸素をも除去できる。また、このプロセスと共に、排ガス中の水蒸気が電解されて水素と酸素とを生じ、この水素がＮＯｘをＮ２へと還元する。また、好適な実施形態では、電気化学セルが、固体電解質型燃料電池である。
【００４５】
一方の電極、他方の電極は、それぞれ、陽極または陰極であってよい。
【００４６】
固体電解質層の材質は特に限定されず、あらゆる酸素イオン伝導体を利用できる。例えば、イットリア安定化ジルコニア又はイットリア部分安定化ジルコニアであってよく、ＮＯｘ分解セルの場合には、酸化セリウムも好ましい。
【００４７】
陽極の材質は、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物であることが好ましく、ランタンマンガナイト又はランタンコバルタイトであることが更に好ましく、ランタンマンガナイトが一層好ましい。ランタンコバルタイト及びランタンマンガナイトは、ストロンチウム、カルシウム、クロム、コバルト（ランタンマンガナイトの場合）、鉄、ニッケル、アルミニウム等をドープしたものであってよい。また、パラジウム、白金、ルテニウム、白金−ジルコニアサーメット、パラジウム−ジルコニアサーメット、ルテニウム−ジルコニアサーメット、白金−酸化セリウムサーメット、パラジウム−酸化セリウムサーメット、ルテニウム−酸化セリウムサーメットであってもよい。
【００４８】
陰極の材質としては、ニッケル、パラジウム、白金、ニッケル−ジルコニアサーメット、白金−ジルコニアサーメット、パラジウム−ジルコニアサーメット、ニッケル−酸化セリウムサーメット、白金−酸化セリウムサーメット、パラジウム−酸化セリウムサーメット、ルテニウム、ルテニウム−ジルコニアサーメット等が好ましい。
【００４９】
保持部材を形成するセラミックスの種類は特に限定されない。ただし、保持部材を導電性セラミックスによって形成すると、保持部材１によって、セルの陽極と陰極とが短絡するおそれがあるので、このセラミックスは絶縁性であることが好ましい。また、酸化性ガスおよび還元性ガスを使用する場合には、セルの作動温度で酸化性ガスおよび還元性ガスに耐性の材質が好ましい。この観点からは、マグネシア−アルミナスピネル、ジルコニアが好ましい。また、好ましくはセルと熱膨張係数が同等のセラミックスが好ましく、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３= 1 〜2.3(重量比) のマグネシア−アルミナスピネルが望ましい。
【００５０】
セルと保持部材間のシール材の材質は特に限定されないが、やはりセルの作動温度で酸化性ガスまたは還元性ガスに対して耐性のある材質が好ましく、またセルと熱膨張が近い材質が好ましい。この観点からは、ガラスシールが好ましい。インターコネクターと保持部材間は、ガスケットなどでメカニカルシールを行うことが好ましい。
【００５１】
電気化学セルの形態は特に限定されない。電気化学セルは、上述の例では、２つの電極と固体電解質層との３層を有している。しかし、電気化学セルは、電極および固体電解質層以外に、多孔質支持板を備えていてよい。
【００５２】
図５および図7においては、隣接するインターコネクタ15Aと電気化学セル９を電気的に接続する部材が図示されていないが、空間１９、２９内に通気性の導電性接続部材を配置することによって、隣接する電気化学セル９を電気的に接続する。例えば、図８の模式図においては、隣接する電気化学セル９間に通気性の導電性接続部材３０を挟むことによって、電気化学セル同士を直列接続している。このような通気性の導電性接続部材としては、フェルト、メッシュ、針状体、スポンジ状物を例示できる。
【００５３】
好適な実施形態においては、電気化学装置が、電気化学セルに接触する導電性接続部材を備えており、導電性接続部材が、通気性材料からなる。そして、この通気性材料がエンボス形状付与部分を備えている。また、好ましくは通気性材料が板状をなしている。
【００５４】
本実施形態においては、通気性材料からなる導電性接続部材を使用しているので、空間19, 29内にガスを効率的に供給することが出来る。さらに、通気性材料の表面から突出するエンボス形状付与部分を設けることによって、電気化学セルの電極面のうちガスと接触しない領域の面積を低減できる。また、エンボス形状付与部分の変形により、電気化学セルへの押しつけ加重を均等化し、電気化学セルのわずかな変形を許容し、片当たりを防止できる。また、スタックの組立時に発生する電気化学セル9とインターコネクタ１５Aの僅かな傾きを吸収し、セルに偏荷重がかかって割れることを防止できる。
【００５５】
図９は、この実施形態に係る導電性接続部材３１を示す平面図であり、図１０は、図９の部材３１の一部を拡大して示す断面図である。図１１は、部材3１を使用してインターコネクター３７と電気化学セル３８とを電気的に接続している状態を示し、図１２は、エンボス形状付与のなされていない網状の導電性接続部材４１を使用してセパレータ３７と電気化学セル３８とを電気的に接続している状態を示す。
【００５６】
導電性接続部材３１は網からなる。この網３１の平面形状は円形であるが、この平面形状は特に限定されない。網３１は、多数の導電線３２を編組することによって得られるものであり、多数の導電線３２の間には多数の網目（隙間）３３、３３Ａが形成されている。また、網３１の導電線３２の断面形状は円形であるが、形状は特に限定されず、真円形、楕円形、三角形、四辺形、六角形であってよい。また、図９の編組は平織りであるが、必要に応じて綾織、畳織、クランプ織り、ネット織りであってよい。網３１は、エンボス形状付与前には平坦な形状をしている。図１０、図１１に示すＪは、エンボス形状付与前の網の中心面を示しており、導電線３２はこの中心面Ｊに沿って編組されている。網３１には、所定個所にエンボス形状付与部分３１ｂが形成されている。３１ａは非エンボス形状付与部分であり、エンボス形状付与前の形態を保持している。本例では、エンボス形状付与部分３１ｂは、平面的に見て略円形をしている。３３Ａは、エンボス形状付与部分３１ｂ内の網目である。網目３３Ａの形状は、網目３３の形状と比べて若干湾曲している。
【００５７】
エンボス形状付与部分３１ｂは、エンボス形状付与前の中心面Ｊから見て、網３１の一方の面３１ｃ側に突出しているので、エンボス形状付与部分３１ｂの裏側（他方の面３１ｄ側）に空間３５が生成する。空間３５の形状および深さは、エンボス形状付与部分３１ｂの形状および高さによって決定される。空間３６は、エンボス形状付与部分３１ｂによって包囲された空間である。
【００５８】
図１１に示す参考例においては、溝付きのインターコネクター３７と電気化学セル３８との間の一方のガスの流路に網３１を挟む。即ち、インターコネクター３７には、一方のガスを供給するための細長い溝３７ａが形成されており、溝３７ａ内はガス通路４３Ａとして機能している。溝３７ａの間は細長い突起３７ｃになっている。電気化学セル３８は、例えば固体電解質膜４０と、一方の電極３９と、他方の電極４２とからなっており、全体として平板形状をしている。一方の電気化学セル３８が溝付きインターコネクター３７、特に突起３７ｃの表面３７ｂと対向している。溝付きインターコネクター３７の突起面３７ｂと一方の電極３９との間に、網３１からなる導電性接続部材が介在している。網３１の一方の面３１ｃがインターコネクター３７に対向しており、網３１の他方の面３１ｄが一方の電極３９に対して接触している。なお、他方の電極４２側には他方のガスの流路４４が形成されている。
【００５９】
本例においては、網３１に、一方の面３１ｃ側へと突出するエンボス形状付与部分３１ｂが形成されており、エンボス形状付与部分３１ｂの上端部がインターコネクター３７の突起面３７ｃに対して接触している。この結果、図１１に示すように、高さＨの空間４３Ｂ、４３Ｃが生成し、空間４３Ｂ、４３Ｃは一方のガスの流路として機能する。空間４３Ｂの高さＨは、図１０に示すように、網の非エンボス形状付与部分３１ａの幅ｄと、エンボス形状付与部分３１ｂの高さｈとの総和である。
【００６０】
こうした構造であれば、一方のガスは、流路４３Ａ内を流れるのと共に、網３１とインターコネクター３７とによって形成された流路４３Ｂ内を矢印Ｋのように流れる。そして、空間４３Ｂから矢印Ｍのように流れ、非エンボス形状付与部分３１ａの網目３３から一方の電極３９に対して接触する。これと同時に、空間４３Ｂを流れるガスは、エンボス形状付与部分３１ｂの網目３３Ａ内を矢印Ｌのように通過し、エンボス形状付与部分３１ｂと一方の電極３９との間の流路４３Ｃ（空間３５）内に流入し、流路４３Ｃ内で一方の電極３９に対して接触する。
【００６１】
一方、網にエンボス形状付与部分を設けない場合には、図１２に示すように、平坦に編組された網４１がインターコネクター３７と電気化学セル３８との間にはさまれる。網４１の一方の面４１ｃはインターコネクター３７の突起面３７ｂに接触する。網４１の他方の面４１ｄは一方の電極３９の表面に接触する。この状態で流路４３Ａにガスを供給すると、このガスは、流路４３Ａから矢印Ｎのように一方の電極３９に対して接触する。しかし、突起面３７ｂと電極３９との間の網目４３Ｄは導電線４２によって包囲されている。つまり、導電線４２によって、流路４３Ａから、突起面３７ｂと電極３９との間の隙間４３Ｄへのガスの流入が阻止されることになる。従って、流路４３Ａ（溝３７ａ）の部分では、電気化学セルの電極にガスを供給できるが、突起面３７ｂの領域では、電極にガスをほとんど供給できないことになる。
【００６２】
導電性接続部材の材質は、この部材が曝露されるガスに対して、電気化学セルの稼働温度において安定な材質である必要がある。具体的には、酸化ガスに対して安定な材質としては、白金、銀、金、パラジウムなどの貴金属、ステンレス、ニッケル基合金、コバルト基合金、鉄基合金等がある。還元性ガスに対して安定な材質としては、ニッケルおよびニッケル基合金がある。
【００６３】
通気性材料は、通気性を有していれば特に限定されないが、好ましくは加圧時に弾性変形可能な材質であることが好ましい。好ましくは、通気性材料が次のいずれかである。
（１）網（網状物）
（２）多数の通気孔が規則的に形成された金属板：好ましくは、パンチングメタル、エッチングメタル、エキスパンデッドメタル（エキスパンド）
【００６４】
エンボス形状付与部分とは、エンボス加工などの塑性変形をおこすことによって任意の形状を与える部分を意味している。エンボス形状付与とは、網の一部領域を押圧変形させ、前述のように突出部分（エンボス形状付与部分）と凹部３５とを形成するような形状付与であれば良く、その具体的実施方法は限定されない。典型的には型によって網をプレスする深絞り形状加工法などがある。
【００６５】
導電性接続部材を構成する板状体、例えば網において、エンボス形状付与部分の非エンボス形状付与部分からの高さｈ（図１０参照）は特に限定されないが、ガスの流通を良くするという観点からは0.3mm 以上が好ましく、0.5mm 以上が更に好ましい。ただし、高さｈが大きくなりすぎると、ガスの流通空間の体積が大きくなるので、セルによって利用されずに通過する無駄なガスの体積が多くなるおそれがあり、また単位体積当たりのセルの稼働効率が低下するおそれがある。この観点からは、ｈは5mm 以下が好ましく、3mm 以下が更に好ましい。
【００６６】
エンボス形状付与部分の平面的形状は特に限定されず、真円形、楕円形、三角形、四辺形、六角形であってよい。
【００６７】
好適な実施形態においては、エンボス形状付与部分が、網の一方の面側に突出する第一のエンボス形状付与部分と、網の他方の面側に突出する第二のエンボス形状付与部分とを備えている。これによってガスの流通に対する圧力損失を一層低減することができる。図１３、図１４はこの実施形態に係るものである。図１３は、網からなる導電性接続部材５１の一部の断面図であり、図１４は、電気化学セル３８とインターコネクター３７との間に網５１を挟んだ状態を示す。
【００６８】
網５１の平面形状は例えば円形である。網５１は、多数の導電線３２を編組することによって得られるものであり、多数の導電線３２の間には多数の網目（隙間）３３、３３Ａ、３３Ｂが形成されている。網５１は、エンボス形状付与前には平坦な形状をしており、非エンボス形状付与部分５１ａにおいては、導電線３２が中心面Ｊに沿って編組されている。
【００６９】
網５１には、所定個所にエンボス形状付与部分５１ｂ、５１ｅが形成されている。エンボス形状付与部分５１ｂは、エンボス形状付与前の中心面Ｊから見て、網５１の一方の面５１ｃ側に突出しており、エンボス形状付与部分５１ｂの裏側（他方の面５１ｄ側）に空間３５Ａが生成している。空間３５Ａの形状および深さは、エンボス形状付与部分５１ｂの形状および深さによって決定される。空間３６Ａは、エンボス形状付与部分５１ｂおよび非エンボス形状付与部分５１ａによって包囲された空間である。
【００７０】
エンボス形状付与部分５１ｅは、エンボス形状付与前の中心面Ｊから見て、網５１の他方の面５１ｄ側に突出しており、エンボス形状付与部分５１ｅの裏側（一方の面５１ｃ側）に空間３５Ｂが生成している。空間３５Ｂの形状および深さは、エンボス形状付与部分５１ｅの形状および深さによって決定される。空間３６Ｂは、エンボス形状付与部分５１ｅおよび非エンボス形状付与部分５１ａによって包囲された空間である。
【００７１】
図１４に示す例においては、インターコネクター３７の面３７ｄと一方の電極３９との間に、網５１からなる導電性接続部材が介在している。網５１の一方の面５１ｃがインターコネクター３７に対向しており、網５１の他方の面５１ｄが一方の電極３９に対して接触している。
【００７２】
本例においては、網５１に、一方の面５１ｃ側へと突出するエンボス形状付与部分５１ｂが形成されており、エンボス形状付与部分５１ｂの上端部がインターコネクター３７ｄに対して接触している。この結果、図１４に示すように、空間４３Ｂが生成し、空間４３Ｂはガス流路として機能する。また、網５１には、他方の面５１ｄ側へと突出するエンボス形状付与部分５１ｅが形成されており、エンボス形状付与部分５１ｅが一方の電極３９の表面に対して接触している。この結果、空間４３Ｅが生成し、空間４３Ｅはガス流路として機能する。
【００７３】
ガスは、網５１とインターコネクター３７とによって形成された流路４３Ｂ内を矢印Ｋのように流れる。そして、空間４３Ｂから、矢印Ｌのように、エンボス形状付与部分５１ｂの網目３３Ａ内を通過し、空間３５Ａによって形成される流路４３Ｃに流入し、更に流路４３Ｅに流入し、電極３９の表面に供給される。また、ガスは、空間４３Ｂから、矢印Ｑのように網目３３、３３Ｂを通過し、流路４３Ｅに入り、流路４３Ｅ中を矢印Ｐのように流れるのと共に電極３９の表面に接触する。
【００７４】
図１４に示すように、電気的接続を良くするため、インターコネクター３７を電気化学セル３８方向に押しつけると、A 点とB 点の接続が良くなる。インターコネクター３７を電気化学セル３８方向に更に強く押しつけると、導電性接続部材の変形がおこり、所定の加重以上は電気化学セル３８にかからないため、セルが破損しない。
【００７５】
以上のガスの流れから理解できるように、ガスと一方の電極３９との接触を妨げる部分はほとんど存在しない。さらに電気的接続を良好にしてセルの破損がなくなる。
【００７６】
図１５の導電性接続部材６１は、パンチングメタルからなる。パンチングメタル６１は、平板状部６１ａに多数の通気孔６１ｂが設けられている。そして平板状部６１ａから複数のエンボス形状付与部分６１ｃが突出しており，規則的に配列されている。６１ｄはエンボス形状付与部分６１ｃの裏面側の凹みである。
【００７７】
図１６の導電性接続部材７１は、いわゆるエキスパンド（perforated metal) からなる。エキスパンド７１は、格子状に成形された金属線７１ａからなり、金属線７１ａの間に通気孔７１ｂが多数形成されている。７２はエンボス形状付与部分である。
【００７８】
図１７−図２１は、ガス供給路の設けられた参考例のインターコネクターを示すものである。
【００７９】
図１７（ａ）は、インターコネクター６５Ａを示す平面図であり、図１７（ｂ）は、インターコネクター６５ＡのＸＶＩＩｂ−ＸＶＩＩｂ線断面図である。インターコネクター６５Ａには、ガス供給孔６５ｃ、６５ｄが設けられており、各ガス供給孔は、図示しない電気化学セルのガス供給孔と、前述のように連通する。各ガス供給孔は、略円形の凹部６５ｅと連通しており、凹部６５ｅがシール材の受け入れ部として機能する。また、ガス供給孔６５ｃには、細長いガス分配溝６５ｇ、６５ｈがガス供給路として設けられている。そして、インターコネクター６５Ａの主面６５ｂ側には凹部６５ｆが、インターコネクターのほぼ全面にわたって形成されており、凹部６５ｆに対して各ガス分配溝６５ｇ、６５ｈが連通する。凹部６５ｆは導電性接続部材の受け入れ部として機能するとともに、ガスを全面に行き渡らせる効果を有する。
【００８０】
一方のガスまたは他方のガスは、ガス供給孔６５ｃを流れ、ガス分配溝６５ｇ、６５ｈを通過し、リング状のガス分配用凹部６５ｆの全面にわたって流れる。凹部６５ｆにはガス流路を形成してもよい。インターコネクター６５Ａの主面６５ｂは、前述のようにして電気化学セルの電極と対向している。
【００８１】
図１８（ａ）は、インターコネクター６５Ｂを示す平面図であり、図１８（ｂ）は、インターコネクター６５ＢのＸＶＩＩＩｂ−ＸＶＩＩＩｂ線断面図である。インターコネクター６５Ｂにおいては、ガス供給孔６５ｃに連通する細長いガス分配溝６５ｊが更に設けられている。
【００８２】
図１９（ａ）は、インターコネクター６５Ｃを示す平面図であり、図１９（ｂ）は、インターコネクター６５ＣのＸＩＸｂ−ＸＩＸｂ線断面図である。インターコネクター６５Ｃにおいては、凹部６５ｅ内に細長いガス分配溝を設けず、その代わりに、弧状に形成されたガス分配溝６５ｋが設けられている。
【００８３】
図１７〜図１９の各インターコネクターにおいては、インターコネクター内に、一方のガスか他方のガス用のガス分配溝が形成されている。しかし、インターコネクター裏表にそれぞれのガスのガス分配溝を設けることができる。図２０、図２１はこの実施形態に係るものである。
【００８４】
図２０（ａ）は、インターコネクター６５Ｄを主面６５ｂ側から見た平面図であり、図２０（ｂ）は、インターコネクター６５ＤのＸＸｂ−ＸＸｂ線断面図であり、図２１は、インターコネクター６５Ｄを主面６５ａ側から見た平面図である。
【００８５】
インターコネクター６５Ｄには、ガス供給孔６５ｃ、６５ｄが設けられており、各ガス供給孔は、図示しない電気化学セルのガス供給孔と、前述のように連通する。各ガス供給孔は、主面６５ｂ側の略円形の凹部６５ｅと連通しており、かつ主面６５ａ側の略円形の凹部６５ｐと連通している。各凹部６５ｅ、６５ｐが、それぞれシール材の受け入れ部として機能する。また、凹部６５ｅ内には、細長いガス分配溝６５ｇ、６５ｈがガス供給路として設けられている。凹部６５ｐ内には、細長いガス分配溝６５ｍ、６５ｎがガス供給路として設けられている。
【００８６】
一方のガスは、ガス供給孔６５ｃを流れ、ガス分配溝６５ｇ、６５ｈを通過し、インターコネクター６５Ｄと電気化学セルとの間の空間を流れる。他方のガスは、ガス供給孔６５ｄを流れ、ガス分配溝６５ｍ、６５ｎを通過し、インターコネクター６５Ｄと電気化学セルとの間の空間を流れる。
【００８７】
【発明の効果】
以上述べたように，本発明によれば、比較的容易に電気化学セルの集合化が可能であり、また昇温−降温の熱サイクルを繰り返したときにガスリークの可能性を少なくし、これによるセルの作動効率の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る保持部材１の断面図である。
【図２】（ａ）は、保持部材１を主面５側から見た平面図であり、（ｂ）は、保持部材１を主面６側から見た平面図である。
【図３】保持部材１に電気化学セル９を保持して得られた保持構造２０を示す断面図である。
【図４】図３の保持構造２０とインターコネクター１５とを積層した状態を示す断面図である。
【図５】複数の保持構造２０およびインターコネクター１５を積層して得られた集合セルを示す。
【図６】本発明外の実施形態に係るインターコネクター１５Ａを示す断面図である。
【図７】インターコネクター１５Ａと保持構造２０Ａとの積層構造を示す。
【図８】インターコネクター１５Ａ、電気化学セル９および保持部材１Ａからなる集合電池の加圧機構を示す模式図である。
【図９】導電性接続部材として使用する網３１を示す平面図である。
【図１０】図９の網３１の一部を拡大して示す断面図である。
【図１１】インターコネクター３７と電気化学セル３８との間に網３１を介在させた状態を示す要部断面図である。
【図１２】エンボス形状付与されていない網４１をセパレータ３７と電気化学セル３８との間に介在させた状態を示す要部断面図である。
【図１３】他の網５１の一部を示す断面図である。
【図１４】インターコネクター３７と電気化学セル３８との間に網５１を介在させた状態を示す要部断面図である。
【図１５】パンチングメタルからなる導電性接続部材６１を示す斜視図である。
【図１６】エキスパンドからなる導電性接続部材７１を示す斜視図である。
【図１７】（ａ）は、インターコネクター６５Ａを示す平面図であり、（ｂ）は、インターコネクター６５ＡのＸＶＩＩｂ−ＸＶＩＩｂ線断面図である。
【図１８】（ａ）は、インターコネクター６５Ｂを示す平面図であり、（ｂ）は、インターコネクター６５ＢのＸＶＩＩＩｂ−ＸＶＩＩＩｂ線断面図である。
【図１９】（ａ）は、インターコネクター６５Ｃを示す平面図であり、（ｂ）は、インターコネクター６５ＣのＸＩＸｂ−ＸＩＸｂ線断面図である。
【図２０】（ａ）は、インターコネクター６５Ｄを主面６５ｂ側から見た平面図であり、（ｂ）は、インターコネクター６５ＤのＸＸｂ−ＸＸｂ線断面図である。
【図２１】インターコネクター６５Ｄを主面６５ａ側から見た平面図である。
【符号の説明】
１保持部材１ａ
本体部分１ｂ
突出部１ｃ平坦面２Ａ
一方の供給孔２Ｂ
他方の供給孔４側周面５
本体部分１ａ側の主面（インターコネクター１５に対するシール面）６
突出部１ｂ側の主面（インターコネクター１５に対するシール面）７
一方の供給路８
他方の供給路９
電気化学セル９ａ
貫通孔９ｂ
電気化学セルの一方の主面１１
一方の電極１２
固体電解質層１３
他方の電極１５、１５Ａ
インターコネクター１５ａ、１５ｂ
インターコネクターの主面１６Ａ
一方のガス供給孔１６Ｂ
他方のガス供給孔２０、２０Ａ
保持構造２１Ａ、２１Ｂ
ガス供給孔３１、５１エンボス形状付与部分を備える網３２導電線３３非エンボス形状付与部分３１ａの網目３３Ａ、３３Ｂエンボス形状付与部分の網目３５、３５Ａ、３５Ｂエンボス形状付与部分の裏面側に形成された空間３６、３６Ａ、３６Ｂ非エンボス形状付与部分とエンボス形状付与部分とによって形成される空間３７インターコネクター３７ａ溝（ガス流路）３７ｂ突起面３７ｃ突起３７ｄ面３８電気化学セル３９一方の電極４０固体電解質膜４２他方の電極４３Ａ溝によって形成される流路４３Ｂ、４３Ｅ空間３６、３６Ａ、３６Ｂによって形成される流路４３Ｃ、１３Ｄエンボス形状付与部分の裏面側に形成される流路４４他方のガスの流路６１パンチングメタルからなる導電性接続部材７１エキスパンドからなる導電性接続部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrochemical cell holding member, an electrochemical cell holding structure, and an electrochemical device.
[0002]
[Prior art]
Solid oxide fuel cells are roughly classified into so-called flat plate types and cylindrical types. In a flat type solid oxide fuel cell, a stack for power generation is configured by alternately stacking so-called separators and power generation layers. In the case of forming an assembled battery by stacking flat unit cells, a structure suitable for separating the reducing gas and the oxidizing gas is required. Moreover, it is necessary to reduce the thermal stress between each material of a cell, a gas manifold, and a separator (interconnector).
[0003]
In the solid oxide fuel cell described in JP-A-6-290798, a plurality of ring-shaped (ring-shaped) ceramic single cells are stacked to form an assembled battery. Each unit cell is held by each metal separator. The separator includes a disk-shaped gas manifold and a flange portion that surrounds the gas manifold. The gas manifold has two through holes for oxidizing gas and through holes for reducing gas. The flange portion is provided with a groove for oxidizing gas and a groove for reducing gas. And a flange part is interposed between the unit cells adjacent up and down. When the oxidizing gas is supplied from the oxidizing gas through hole of the gas manifold portion, the oxidizing gas flows through the groove of the flange portion and contacts the air electrode of the unit cell. Further, when reducing gas is supplied from the reducing gas through hole of the gas manifold portion, the reducing gas flows through the groove of the flange portion, contacts the fuel electrode of the unit cell, and power generation is performed. An insulating plate is sandwiched between adjacent separators so as not to cause a short circuit between the separators.
[0004]
Moreover, in the conventional flat type solid electrolyte fuel cell, the gas seal part is located in the outer peripheral part of a cell. For example, FIG. 12 of JP-A-6-290798 shows an exploded perspective view of a flat plate type solid oxide fuel cell. According to this, a flat unit cell is manufactured by a ceramic solid electrolyte plate, a fuel electrode and an air electrode. A stack is configured by alternately laminating the ceramic single cells and the ceramic separator plates. At this time, the groove for flowing the oxidizing gas and the groove for flowing the reducing gas are made to intersect three-dimensionally at right angles.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the solid oxide fuel cell described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-290798, the difference in thermal expansion between the electrochemical cell made of ceramic and the separator made of metal is large. Cracks due to the difference in thermal expansion occur at the boundary between the chemical cell and the separator, and the amount of gas leak tends to increase.
[0006]
Moreover, in the conventional flat type solid electrolyte fuel cell, gas sealing is performed at the outer periphery of the flat plate fuel cell structure, so that the thermal stress generated in the cell central portion cannot be released and the cell tends to break. is there.
[0007]
It is an object of the present invention to stack so-called flat plate-type electrochemical cells to form an assembly cell, which makes it possible to assemble the electrochemical cells relatively easily, and to repeat a temperature cycle of temperature increase and decrease. This is to reduce the possibility of gas leaks and prevent the cell operating efficiency from being lowered.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
 The present invention is a through hole.9aElectrochemical cell made of plate-like ceramics having9The adjacent electrochemical cell9Interconnector to electrically connect15And the electrochemical cell9Holding member made of ceramics1An electrochemical device is provided. Electrochemical cell9But one electrode11The other electrode13And one electrode11And the other electrode13Solid electrolyte layer sandwiched between12The holding member1Is a flat body part1aAnd this body part1aProtruding part protruding from1bThe holding member1One main surface of5Of one gas penetrating between the main surface 6 and the other main surface 6Hole 16AAnd other gas supplyHole 16BThe body part is formed1aInto one gas supplyHole 16AOne supply in communication withRoad 7Is provided with a protrusion1bSupply of the other gas toHole 16BThe other supply in communication withRoad 8Is provided.
[0009]
 Interconnector15And holding member1Are alternately stacked and interconnectors15Is one of the adjacent holding members1The body part of9aAnd the protruding portion of the other holding member1bAnd the holding member1Protrusion1bIs an electrochemical cell9Of the through hole1aIt protrudes through. Body part1aProtrusion1bSide flat surface1cAnd the electrochemical cell9ofon the other handElectrode11Is sealed and protruding1bOuter peripheral surface4And the side peripheral surface of the electrochemical cell are sealed.9One of the electrodes11And interconnector15And one supply betweenRoad 7Space for flowing the one gas from19The electrochemical cell that is formed9The other electrode of13And the interconnector15And the other supply betweenRoad 8Space for the other gas to flow from29Is formed.A gas-permeable conductive connecting member is disposed in the space 19 for flowing one gas and the space 29 for flowing the other gas, and the adjacent electrochemical cell and the interconnector 15 are connected by the conductive connecting member. Electrically connected.
[0010]
In the present invention, each electrochemical cell is held by a ceramic holding member. At the same time, the holding member is provided with a protruding portion to be inserted into the through hole of the electrochemical cell, holds the electrochemical cell around the protruding portion, and the main body portion has the main surface of the electrochemical cell. A sealing surface was provided.
[0011]
With such a holding structure, since the ceramic main body portion and the ceramic electrochemical cell are both ceramic, the difference in thermal expansion is small compared to the case where the holding member is made of metal. Therefore, adverse effects based on the stress due to the difference in thermal expansion between the electrochemical cell and the holding member are unlikely to occur, and gas leakage from the electrochemical cell and the seal portion is unlikely to occur over a long period of time. In addition, since the seal portion of the interconnector is in the holding member in the central portion and the cell outer peripheral portion is not fixed, the thermal stress generated in the cell can be released in the outer peripheral direction, and cracks are not easily generated inside the cell.
[0012]
Advantages and effects of the present invention, and further preferred embodiments will be further described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a holding member 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a plan view of the holding member 1 viewed from the main surface 5 side, and FIG. 2B is a plan view of the holding member 1 viewed from the main surface 6 side.
[0014]
The planar shape of the holding member 1 is, for example, a substantially perfect circle as shown in FIG. 2, but is not limited thereto, and may be an ellipse or a polygon. From the viewpoint of minimizing thermal stress in the unit cell, a substantially perfect circle is preferable. The holding member 1 includes a main body portion 1a having a relatively large diameter and a protruding portion 1b having a relatively small diameter. A pair of through holes 2A and 2B are formed between the main surfaces 5 and 6 so as to penetrate the main body portion 1a and the protruding portion 1b. The through hole 2A is a supply hole for one gas, and the through hole 2B is a supply hole for the other gas. As will be described later, 5 and 6 are sealing surfaces with adjacent interconnectors, which are flat surfaces in this example. 1c and 4 are sealing surfaces between the electrochemical cells, as will be described later.
[0015]
One gas flow path 7 is formed on the main surface 5 side of the main body portion 1a, and the other gas flow path 8 is formed on the main surface 6 side of the protrusion 1b. The flow path 7 is a groove formed on the main surface 5 side as shown in FIG. 2A, and communicates with one supply hole 2A. The flow path 8 is a groove formed on the main surface 6 side as shown in FIG. 2B, and communicates with the other supply hole 2B.
[0016]
FIG. 3 shows a holding structure 20 in which the electrochemical cell 9 is held by the holding member 1. The electrochemical cell 9 has, for example, a three-layer structure including one electrode 11, a solid electrolyte layer 12, and the other electrode 13. The protrusion 1b is inserted into the through hole 9a of the electrochemical cell 9. A sealing material 10B is interposed between the outer peripheral surface 4 of the protruding portion 1b and the electrochemical cell 9. A sealing material 10A is interposed between one main surface 9b of the electrochemical cell 9 and the sealing surface 1c of the flange portion of the main body portion 1a.
[0017]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the flat interconnector 15 is stacked on the holding structure 20 of FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an electrochemical device obtained by laminating the holding structure 20 and the interconnector 15 shown in FIG. However, in FIG. 5, only the three electrochemical cell layers and the interconnector three layers are illustrated due to space limitations, but the number of electrochemical cells and interconnectors can be freely changed.
[0018]
In this example, the interconnector 15 has a flat plate shape and is made of a conductive material such as metal. The interconnector 15 is formed with a pair of through holes 16A and 16B at positions matching the through holes 2A and 2B. The main surface 15a of the interconnector 15 is pressurized and sealed in the direction of arrow A via the sealing material 17 against the sealing surface 5 of the holding member 1. The main surface 15b of the interconnector 15 is pressurized and sealed against the flat sealing surface 6 of the holding member 1 in the direction of arrow A via the sealing material 17.
[0019]
The plurality of gas supply holes 2A and 16A communicate with each other to form a gas supply hole 21A throughout the electrochemical device. The plurality of gas supply holes 2B and 16B communicate with each other to form a gas supply hole 21B throughout the electrochemical device. When one gas is supplied to the gas supply hole 21A as indicated by an arrow B, the gas flows through the gas flow path 7 substantially parallel to the main surface 9b and flows into the space 19 as indicated by an arrow C. Contributes to the reaction. When the other gas is supplied to the gas supply hole 21B as shown by the arrow D, this gas flows through the gas flow path 8 substantially parallel to the main surface 9b as shown by the arrow E, and flows into the space 29, where it is electrochemical. Contributes to the reaction. Although not shown here, conductive connection members for electrically connecting the interconnector 15 and the electrochemical cell 9 are inserted into the spaces 19 and 29.
[0020]
According to the holding structure of the present invention, each electrochemical cell 9 is held by the ceramic holding member 1, and the holding member 1 is provided with a protruding portion 1b to be inserted into the through hole 9a of the electrochemical cell 9, The electrochemical cell 9 was held around the protrusion 1b, and the main body portion 1a was provided with a sealing surface 1c that was flat with respect to the main surface of the electrochemical cell.
[0021]
With such a holding structure, since both the holding member 1 and the electrochemical cell 9 are ceramics, it is difficult for the sealing portion to be adversely affected by the stress due to the difference in thermal expansion between the electrochemical cell and the holding member. The gas leak from is difficult to occur over a long period of time.
[0022]
 The present invention1 to 5, the main body portion 1 a of the holding member includes one gas flow path 7 communicating with one supply hole 2 A and the space 19 on the electrochemical cell 9. The gas flow path 7 is most preferably a groove or a recess recessed from the surface on the main surface 5 side as in the above example, but may be a cavity inside the main body portion 1a.
[0023]
 The present inventionAs in the above-described example, the protrusion 1b of the holding member includes the other gas flow path 8 communicating with the other supply hole 2B and the space 29 on the electrochemical cell 9. By providing one gas flow path on one main surface 5 side of the holding member and providing the other gas flow path on the other main surface 6 side of the holding member, both gases can be efficiently separated. . The gas flow path 8 is most preferably a groove or a recess recessed from the surface on the main surface 6 side as in the above-described example, but may be a cavity inside the protruding portion 1b.
[0024]
In a preferred embodiment, the flow paths 7 and 8 each extend substantially parallel to one main surface 9a of the electrochemical cell 9 as in the above example. Thereby, the thickness of the holding member 1 can be minimized. However, each of the flow paths 7 and 8 "extends substantially parallel to one main surface 9a of the electrochemical cell 9" is not parallel in the strict geometric sense, but is manufactured at the time of assembly. This is to allow time margin and error.
[0025]
In a preferred embodiment, the holding member 1 comprises flat second sealing surfaces 5, 6 to be pressed against the interconnector 15, as in the previous example. Particularly preferably, the body part 1 a comprises a flat second sealing surface 5 to be pressurized against the interconnector 15 and / or the protrusion 1 b is pressurized against the interconnector 15. A flat second sealing surface 6 is provided. By performing pressure sealing using such a sealing surface, it is possible to form a seal that is unlikely to cause gas leakage due to thermal cycling.
[0026]
In particular, the sealing surfaces 5 and 6 are preferably substantially perpendicular to the pressing direction A. Here, the fact that the seal surface is substantially perpendicular to the pressurizing direction is not vertical in a geometrically strict sense, but is intended to allow tolerances and errors during assembly and manufacturing.
[0027]
In a preferred embodiment, the interconnector is provided with one recess for receiving one seal and the other recess for receiving the other seal. This makes it difficult for each interconnector to be laterally displaced during pressurization.
[0028]
 Reference examples outside the present inventionThen, the gas flow path is provided on the interconnector side.Ru. That is, instead of flattening the main surfaces 5 and 6 of the holding member, a gas flow path as shown in FIGS. 2A and 2B is provided on the interconnector side.Ru.
[0029]
More specifically, the present inventor has found that when a gas flow path is provided in a ceramic holding member, a defect such as a crack may occur in the holding member during heating and pressurization. The reason is considered as follows. For example, referring to FIG. 4, gas flow paths 7 and 8 are open to the sealing surfaces 5 and 6 of the holding member. As a result, it is considered that the strength of the holding member tends to decrease around the seal surface. In addition, since the holding member needs to fulfill the function of holding the electrochemical cell, there is little space in design when providing the gas flow path, and this reduces the strength near the seal surface. It is difficult to prevent such a design.
[0030]
For this reason, by providing a gas supply path on the interconnector side, it is possible to transfer at least part of the gas supply function to the interconnector side in order to ensure the stability of the ceramic holding member under heating and pressure. It is useful in.
[0031]
 Therefore,Reference exampleThe interconnector is provided with one supply passage communicating with one supply hole of the holding member and a space on the electrochemical cell. In this case, since one gas supply function is moved to the interconnector side, one gas flow path on the holding member side can be made smaller or unnecessary. This improves the stability in the vicinity of the sealing surface of the holding member. Particularly preferably, one gas flow path is not provided in the holding member.
[0032]
 Also,Reference exampleThe interconnector is provided with the other supply passage communicating with the other supply hole and the space on the electrochemical cell. Also in this case, the other gas flow path on the holding member side can be made smaller or unnecessary. Particularly preferably, the other gas flow path is not provided in the holding member.
[0033]
The material of the interconnector is not particularly limited as long as the material is durable at the operating temperature with respect to the gas used. For example, a perovskite complex oxide containing lanthanum is preferable, and lanthanum chromite is more preferable.
[0034]
In a preferred embodiment, the interconnector is made of a metal such as stainless steel, nickel-base alloy, cobalt-base alloy, or iron-base alloy. In this case, various shapes of gas supply passages can be formed in the interconnector, and the interconnector is unlikely to be broken or damaged under heating and pressure.
[0035]
 6 to 8 areReference exampleThe electrochemical apparatus which concerns on is shown. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the interconnector 15A. The interconnector 15A has a substantially flat plate shape as a whole. The interconnector 15A is provided with gas supply holes 15c and 15d communicating with the supply holes of the holding member, and gas supply paths 15e and 15f. The gas supply passages 15e and 15f have a portion extending substantially horizontally with respect to the direction of the arrow A and a portion extending substantially vertically, and are bent. Further, the interconnector 15A is provided with recesses 15h and 15g configured to receive each sealing material.
[0036]
In a preferred embodiment, the supply path formed in the interconnector is bent. Thereby, the gas spreads in the circumferential direction outside the holding member, and then enters the power generation chamber of the cell. By doing so, it is possible to efficiently supply gas to the entire cell surface.
[0037]
As shown in FIG. 7, each holding structure 20A, the interconnector 15A, and the sealing material 17 are stacked and stacked. In this example, the holding member 1 A is not provided with a gas supply path that communicates with the spaces 19 and 29. Each sealing material 17 is housed and fixed in the recesses 15g and 15h of the interconnector. One gas flows through the supply hole 16 A as indicated by arrow B, flows while being bent as indicated by arrow E through the supply path 15 e in the interconnector 15 A, and is supplied into the space 19. The other gas flows through the gas supply hole 16B as indicated by the arrow D, flows while being bent as indicated by the arrow F through the gas supply path 15f in the interconnector 15A, and is supplied into the space 29. At this time, the gas flowing out from the gas supply passages 15e and 15f into the spaces 19 and 29 is directed in the direction perpendicular to the cells. 29, evenly supplied to the entire surface. This improves the gas utilization efficiency. Further, the gas supply paths 15e and 15f may be meandered. Further, a gas flow path having irregularities may be formed on the interconnector surfaces 15a and 15b in contact with the spaces 19 and 29. Thereby, the gas flowing through the spaces 19 and 29 can be rectified, and the gas can be spread over the entire surfaces of the spaces 19 and 29.
[0038]
In a preferred embodiment, an assembled battery is constituted by a plurality of interconnectors, electrochemical cells and holding members, and a holding mechanism for holding the assembled battery while applying pressure is provided. This pressurizing mechanism is not particularly limited. For example, a biasing mechanism such as a fastening member such as a bolt or a spring may be used.
[0039]
FIG. 8 is a schematic view showing an assembled battery according to this embodiment. A collective battery (stack) 28 is configured by laminating and assembling the interconnector 15A, the holding member 1A, the electrochemical cell 9, and the conductive connection member as described above. Pressure plates 23A and 23B are respectively installed at the upper end and the lower end of the collective battery 28, and the collective battery 28 is sandwiched therebetween. The pressure plates 23A and 23B are fastened by a fastening mechanism 24, and pressure in the direction of arrow A is applied by bolts of the fastening mechanism. External gas pipes 26 and 25 are connected to the gas supply holes 16A and 16B, respectively, so that gas can be supplied. It is also possible to supply gas from both directions by providing gas pipes at both ends of the stack for the gas supply holes 16A and 16B. There is an effect of making the gas supply uniform between cells stacked one above the other.
[0040]
In a preferred embodiment, one gas is an oxidizing gas and the other gas is a reducing gas.
[0041]
The oxidizing gas is not particularly limited as long as it is a gas that can supply oxygen ions to the solid electrolyte membrane, and examples thereof include air, diluted air, oxygen, and diluted oxygen.
[0042]
Examples of the reducing gas include hydrogen, carbon monoxide, methane, and a mixed gas thereof.
[0043]
The electrochemical cell targeted by the present invention means a general cell for causing an electrochemical reaction.
[0044]
For example, the electrochemical cell can be used as an oxygen pump or a high temperature steam electrolysis cell. The high-temperature steam electrolysis cell can be used for a hydrogen production apparatus and a steam removal apparatus. Moreover, an electrochemical cell can be used as a decomposition cell for NOx and SOx. This decomposition cell can be used as a purification device for exhaust gas from automobiles and power generation devices. In this case, oxygen in the exhaust gas is removed through the solid electrolyte membrane, and NOx is electrolyzed and decomposed into nitrogen and oxygen, and oxygen generated by this decomposition can also be removed. Also, along with this process, water vapor in the exhaust gas is electrolyzed to produce hydrogen and oxygen, which reduces NOx to N2. In a preferred embodiment, the electrochemical cell is a solid oxide fuel cell.
[0045]
One electrode and the other electrode may be an anode or a cathode, respectively.
[0046]
The material of the solid electrolyte layer is not particularly limited, and any oxygen ion conductor can be used. For example, it may be yttria stabilized zirconia or yttria partially stabilized zirconia, and in the case of a NOx decomposition cell, cerium oxide is also preferable.
[0047]
The material of the anode is preferably a perovskite complex oxide containing lanthanum, more preferably lanthanum manganite or lanthanum cobaltite, and even more preferably lanthanum manganite. Lanthanum cobaltite and lanthanum manganite may be doped with strontium, calcium, chromium, cobalt (in the case of lanthanum manganite), iron, nickel, aluminum or the like. Further, palladium, platinum, ruthenium, platinum-zirconia cermet, palladium-zirconia cermet, ruthenium-zirconia cermet, platinum-cerium oxide cermet, palladium-cerium oxide cermet, ruthenium-cerium oxide cermet may be used.
[0048]
The cathode material is nickel, palladium, platinum, nickel-zirconia cermet, platinum-zirconia cermet, palladium-zirconia cermet, nickel-cerium oxide cermet, platinum-cerium oxide cermet, palladium-cerium oxide cermet, ruthenium, ruthenium-zirconia. Cermet and the like are preferable.
[0049]
The type of ceramic forming the holding member is not particularly limited. However, since the holding member 1 may cause a short circuit between the anode and the cathode of the cell when the holding member is formed of conductive ceramics, it is preferable that this ceramic is insulative. Further, when an oxidizing gas and a reducing gas are used, a material resistant to the oxidizing gas and the reducing gas at the cell operating temperature is preferable. From this viewpoint, magnesia-alumina spinel and zirconia are preferable. Further, ceramics having the same thermal expansion coefficient as that of the cell are preferable, and magnesia-alumina spinel with MgO / Al2O3 = 1 to 2.3 (weight ratio) is preferable.
[0050]
The material of the sealing material between the cell and the holding member is not particularly limited. However, a material that is resistant to oxidizing gas or reducing gas at the operating temperature of the cell is preferable, and a material that is close in thermal expansion to the cell is preferable. From this viewpoint, a glass seal is preferable. It is preferable to perform a mechanical seal between the interconnector and the holding member with a gasket or the like.
[0051]
The form of the electrochemical cell is not particularly limited. In the above example, the electrochemical cell has three layers of two electrodes and a solid electrolyte layer. However, the electrochemical cell may include a porous support plate in addition to the electrode and the solid electrolyte layer.
[0052]
5 and FIG. 7, a member for electrically connecting the adjacent interconnector 15A and the electrochemical cell 9 is not shown. However, by arranging a breathable conductive connecting member in the spaces 19 and 29, FIG. Adjacent electrochemical cells 9 are electrically connected. For example, in the schematic diagram of FIG. 8, the electrochemical cells are connected in series by sandwiching a breathable conductive connection member 30 between adjacent electrochemical cells 9. Examples of such a breathable conductive connecting member include felts, meshes, needles, and sponges.
[0053]
In a preferred embodiment, the electrochemical device includes a conductive connection member that contacts the electrochemical cell, and the conductive connection member is made of a breathable material. And this air permeable material is provided with the embossed shape provision part. Preferably, the breathable material has a plate shape.
[0054]
In the present embodiment, since a conductive connecting member made of a breathable material is used, gas can be efficiently supplied into the spaces 19 and 29. Furthermore, by providing the embossed shape imparting portion that protrudes from the surface of the breathable material, the area of the electrode surface of the electrochemical cell that does not contact the gas can be reduced. Further, the deformation of the embossed shape imparting portion can equalize the pressing load on the electrochemical cell, allow slight deformation of the electrochemical cell, and prevent one-sided contact. Further, it is possible to absorb a slight inclination between the electrochemical cell 9 and the interconnector 15A generated at the time of assembling the stack, and to prevent the cell from being cracked due to an uneven load.
[0055]
FIG. 9 is a plan view showing the conductive connection member 31 according to this embodiment, and FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the member 31 of FIG. FIG. 11 shows a state in which the interconnector 37 and the electrochemical cell 38 are electrically connected using the member 31, and FIG. 12 shows a net-like conductive connecting member 41 that has not been given an embossed shape. A state where the separator 37 and the electrochemical cell 38 are electrically connected is shown.
[0056]
The conductive connection member 31 is made of a net. The planar shape of the net 31 is circular, but the planar shape is not particularly limited. The net 31 is obtained by braiding a large number of conductive wires 32, and a large number of meshes (clearances) 33 and 33 A are formed between the large number of conductive wires 32. Moreover, although the cross-sectional shape of the conductive wire 32 of the net | network 31 is circular, a shape is not specifically limited, A perfect circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, and a hexagon may be sufficient. Further, the braid of FIG. 9 is a plain weave, but may be a twill weave, a tatami mat, a clamp weave, or a net weave as necessary. The net 31 has a flat shape before embossing. J shown in FIGS. 10 and 11 indicates the center plane of the net before embossing, and the conductive wire 32 is braided along the center plane J. The net 31 is provided with an embossed shape imparting portion 31b at a predetermined location. Reference numeral 31a denotes a non-embossed shape imparting portion, which retains the form before imparting the embossed shape. In this example, the embossed shape imparting portion 31b has a substantially circular shape when seen in a plan view. 33A is a mesh in the embossed shape imparting portion 31b. The shape of the mesh 33A is slightly curved compared to the shape of the mesh 33.
[0057]
Since the embossed shape imparting portion 31b protrudes toward the one surface 31c side of the net 31 when viewed from the center plane J before the embossed shape imparted, the space 35 is provided on the back side (the other surface 31d side) of the embossed shape imparted portion 31b. Produces. The shape and depth of the space 35 are determined by the shape and height of the embossed shape imparting portion 31b. The space 36 is a space surrounded by the embossed shape imparting portion 31b.
[0058]
 As shown in FIG.referenceIn the example, the net 31 is sandwiched in one gas flow path between the grooved interconnector 37 and the electrochemical cell 38. That is, the interconnector 37 is formed with an elongated groove 37a for supplying one gas, and the groove 37a functions as a gas passage 43A. An elongated protrusion 37c is formed between the grooves 37a. The electrochemical cell 38 includes, for example, a solid electrolyte membrane 40, one electrode 39, and the other electrode 42, and has a flat plate shape as a whole. One electrochemical cell 38 faces the grooved interconnector 37, particularly the surface 37b of the protrusion 37c. A conductive connecting member made of a mesh 31 is interposed between the protruding surface 37 b of the grooved interconnector 37 and the one electrode 39. One surface 31 c of the mesh 31 faces the interconnector 37, and the other surface 31 d of the mesh 31 is in contact with one electrode 39. The other gas flow path 44 is formed on the other electrode 42 side.
[0059]
In this example, the net 31 is formed with an embossed shape imparting portion 31b that protrudes toward the one surface 31c, and the upper end of the embossed shape imparted portion 31b contacts the projecting surface 37c of the interconnector 37. ing. As a result, as shown in FIG. 11, spaces 43B and 43C having a height H are generated, and the spaces 43B and 43C function as a flow path for one gas. As shown in FIG. 10, the height H of the space 43B is the sum of the width d of the non-embossed shape imparting portion 31a of the net and the height h of the embossed shape imparted portion 31b.
[0060]
With such a structure, one gas flows in the flow path 43A and also flows in the flow path 43B formed by the net 31 and the interconnector 37 as indicated by an arrow K. Then, it flows as indicated by an arrow M from the space 43B and comes into contact with one electrode 39 from the mesh 33 of the non-embossed shape imparting portion 31a. At the same time, the gas flowing through the space 43B passes through the mesh 33A of the embossed shape imparting portion 31b as indicated by the arrow L, and the flow path 43C (space 35) between the embossed shape imparted portion 31b and one electrode 39. Into the flow path 43C and contact with one electrode 39 in the flow path 43C.
[0061]
On the other hand, when the embossed shape imparting portion is not provided in the net, the flatly braided net 41 is sandwiched between the interconnector 37 and the electrochemical cell 38 as shown in FIG. One surface 41 c of the net 41 contacts the protruding surface 37 b of the interconnector 37. The other surface 41 d of the net 41 is in contact with the surface of one electrode 39. When gas is supplied to the flow path 43A in this state, the gas comes into contact with one electrode 39 as indicated by an arrow N from the flow path 43A. However, the mesh 43 D between the projecting surface 37 b and the electrode 39 is surrounded by the conductive wire 42. That is, the conductive wire 42 prevents gas from flowing from the flow path 43 A into the gap 43 D between the protruding surface 37 b and the electrode 39. Therefore, gas can be supplied to the electrode of the electrochemical cell in the channel 43A (groove 37a), but almost no gas can be supplied to the electrode in the region of the projecting surface 37b.
[0062]
 The material of the conductive connecting member needs to be stable at the operating temperature of the electrochemical cell with respect to the gas to which the member is exposed. Specifically, materials that are stable against oxidizing gas include noble metals such as platinum, silver, gold, and palladium, stainless steel, nickel-base alloys, cobalt-base alloys, and iron-base alloys. Examples of materials that are stable against the reducing gas include nickel and nickel-base alloys.
[0063]
The breathable material is not particularly limited as long as it has breathability, but is preferably a material that can be elastically deformed when pressurized. Preferably, the breathable material is any of the following:
(1) Net (mesh)
(2) Metal plate on which a large number of ventilation holes are regularly formed: preferably punching metal, etching metal, expanded metal (expanded)
[0064]
The embossed shape imparting portion means a portion that gives an arbitrary shape by performing plastic deformation such as embossing. The emboss shape imparting may be any shape imparting by pressing and deforming a partial area of the net and forming the protruding portion (emboss shape imparting portion) and the concave portion 35 as described above. It is not limited. Typically, there is a deep drawing shape processing method in which a net is pressed by a die.
[0065]
In the plate-like body constituting the conductive connecting member, for example, the net, the height h (see FIG. 10) of the embossed shape imparting portion from the non-embossed shape imparting portion is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the gas circulation. Is preferably 0.3 mm or more, more preferably 0.5 mm or more. However, if the height h becomes too large, the volume of the gas circulation space increases, so there is a possibility that the volume of useless gas that passes without being used by the cell may increase, and the operation of the cell per unit volume Efficiency may be reduced. From this viewpoint, h is preferably 5 mm or less, and more preferably 3 mm or less.
[0066]
The planar shape of the embossed shape imparting portion is not particularly limited, and may be a perfect circle, an ellipse, a triangle, a quadrilateral, or a hexagon.
[0067]
In a preferred embodiment, the embossed shape imparting portion includes a first embossed shape imparting portion projecting on one surface side of the net and a second embossed shape imparting portion projecting on the other surface side of the net. ing. Thereby, the pressure loss with respect to the circulation of the gas can be further reduced. 13 and 14 relate to this embodiment. FIG. 13 is a cross-sectional view of a part of the conductive connecting member 51 made of a net, and FIG. 14 shows a state where the net 51 is sandwiched between the electrochemical cell 38 and the interconnector 37.
[0068]
The planar shape of the net 51 is, for example, a circle. The net 51 is obtained by braiding a large number of conductive wires 32, and a large number of meshes (gap) 33, 33 A, 33 B are formed between the large number of conductive wires 32. The net 51 has a flat shape before the embossed shape is imparted, and the conductive wire 32 is braided along the center plane J in the non-embossed shape imparted portion 51a.
[0069]
In the net 51, embossed shape imparting portions 51b and 51e are formed at predetermined positions. The embossed shape imparting portion 51b protrudes toward the one surface 51c side of the net 51 as viewed from the central plane J before embossed shape imparting, and a space 35A is provided on the back side (the other surface 51d side) of the embossed shape imparted portion 51b. Is generated. The shape and depth of the space 35A are determined by the shape and depth of the embossed shape imparting portion 51b. The space 36A is a space surrounded by the embossed shape imparting portion 51b and the non-embossed shape imparting portion 51a.
[0070]
The embossed shape imparting portion 51e protrudes toward the other surface 51d side of the net 51 as viewed from the center plane J before embossed shape imparting, and a space 35B is provided on the back side (one surface 51c side) of the embossed shape imparted portion 51e. Is generated. The shape and depth of the space 35B are determined by the shape and depth of the embossed shape imparting portion 51e. The space 36B is a space surrounded by the embossed shape imparting portion 51e and the non-embossed shape imparting portion 51a.
[0071]
In the example shown in FIG. 14, a conductive connecting member made of a net 51 is interposed between the surface 37 d of the interconnector 37 and one electrode 39. One surface 51 c of the net 51 faces the interconnector 37, and the other surface 51 d of the net 51 is in contact with one electrode 39.
[0072]
In this example, the net 51 is provided with an embossed shape imparting portion 51b that protrudes toward the one surface 51c, and the upper end portion of the embossed shape imparting portion 51b is in contact with the interconnector 37d. As a result, as shown in FIG. 14, a space 43B is generated, and the space 43B functions as a gas flow path. Further, the net 51 is provided with an embossed shape imparting portion 51 e that protrudes toward the other surface 51 d, and the embossed shape imparted portion 51 e is in contact with the surface of one electrode 39. As a result, a space 43E is generated, and the space 43E functions as a gas flow path.
[0073]
The gas flows in the flow path 43B formed by the net 51 and the interconnector 37 as indicated by an arrow K. Then, as indicated by an arrow L, the space 43B passes through the mesh 33A of the embossed shape imparting portion 51b, flows into the flow path 43C formed by the space 35A, and further flows into the flow path 43E. To be supplied. The gas passes from the space 43B through the meshes 33 and 33B as indicated by the arrow Q, enters the flow path 43E, flows through the flow path 43E as indicated by the arrow P, and contacts the surface of the electrode 39.
[0074]
As shown in FIG. 14, when the interconnector 37 is pressed toward the electrochemical cell 38 in order to improve the electrical connection, the connection between the points A and B is improved. When the interconnector 37 is pressed more strongly in the direction of the electrochemical cell 38, the conductive connecting member is deformed and the electrochemical cell 38 is not damaged beyond a predetermined load, so that the cell is not damaged.
[0075]
As can be understood from the above gas flow, there is almost no portion that prevents the gas from contacting the one electrode 39. Furthermore, the electrical connection is improved and the cell is not damaged.
[0076]
The conductive connecting member 61 in FIG. 15 is made of punching metal. The punching metal 61 is provided with a large number of air holes 61b in a flat plate-like portion 61a. A plurality of emboss shape imparting portions 61c protrude from the flat plate portion 61a and are regularly arranged. 61d is a recess on the back side of the embossed shape imparting portion 61c.
[0077]
The conductive connecting member 71 in FIG. 16 is made of a so-called expanded metal. The expand 71 is composed of metal wires 71a formed in a lattice shape, and a large number of air holes 71b are formed between the metal wires 71a. Reference numeral 72 denotes an embossed shape imparting portion.
[0078]
 17 to 21 are provided with gas supply paths.Reference exampleAn interconnector is shown.
[0079]
FIG. 17A is a plan view showing the interconnector 65A, and FIG. 17B is a cross-sectional view of the interconnector 65A taken along line XVIIb-XVIIb. The interconnector 65A is provided with gas supply holes 65c and 65d, and each gas supply hole communicates with a gas supply hole of an electrochemical cell (not shown) as described above. Each gas supply hole communicates with a substantially circular recess 65e, and the recess 65e functions as a seal material receiving portion. The gas supply hole 65c is provided with elongated gas distribution grooves 65g and 65h as gas supply paths. A recess 65f is formed on the main surface 65b side of the interconnector 65A over almost the entire surface of the interconnector, and the gas distribution grooves 65g and 65h communicate with the recess 65f. The recess 65f functions as a receiving portion for the conductive connection member and has an effect of spreading the gas over the entire surface.
[0080]
One gas or the other gas flows through the gas supply hole 65c, passes through the gas distribution grooves 65g and 65h, and flows over the entire surface of the ring-shaped gas distribution recess 65f. A gas flow path may be formed in the recess 65f. The main surface 65b of the interconnector 65A faces the electrode of the electrochemical cell as described above.
[0081]
18A is a plan view showing the interconnector 65B, and FIG. 18B is a cross-sectional view of the interconnector 65B taken along the line XVIIIb-XVIIIb. In the interconnector 65B, an elongated gas distribution groove 65j communicating with the gas supply hole 65c is further provided.
[0082]
FIG. 19A is a plan view showing the interconnector 65C, and FIG. 19B is a cross-sectional view of the interconnector 65C taken along the line XIXb-XIXb. In the interconnector 65C, an elongated gas distribution groove is not provided in the recess 65e, but instead, an arc-shaped gas distribution groove 65k is provided.
[0083]
In each interconnector of FIGS. 17-19, a gas distribution groove for one gas or the other gas is formed in the interconnector. However, gas distribution grooves for the respective gases can be provided on the back and front of the interconnector. 20 and 21 relate to this embodiment.
[0084]
FIG. 20A is a plan view of the interconnector 65D viewed from the main surface 65b side, FIG. 20B is a cross-sectional view of the interconnector 65D along the line XXb-XXb, and FIG. 21 is the interconnector 65D. It is the top view which looked at from the main surface 65a side.
[0085]
The interconnector 65D is provided with gas supply holes 65c and 65d, and each gas supply hole communicates with a gas supply hole of an electrochemical cell (not shown) as described above. Each gas supply hole communicates with a substantially circular recess 65e on the main surface 65b side, and communicates with a substantially circular recess 65p on the main surface 65a side. Each of the recesses 65e and 65p functions as a receiving portion for the sealing material. In the recess 65e, elongated gas distribution grooves 65g and 65h are provided as gas supply paths. In the recess 65p, elongated gas distribution grooves 65m and 65n are provided as gas supply paths.
[0086]
One gas flows through the gas supply hole 65c, passes through the gas distribution grooves 65g and 65h, and flows through the space between the interconnector 65D and the electrochemical cell. The other gas flows through the gas supply hole 65d, passes through the gas distribution grooves 65m and 65n, and flows through the space between the interconnector 65D and the electrochemical cell.
[0087]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, electrochemical cells can be assembled relatively easily, and the possibility of gas leakage is reduced when the temperature cycle of temperature increase / decrease is repeated. A decrease in the operating efficiency of the cell can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a holding member 1 according to an embodiment of the present invention.
2A is a plan view of the holding member 1 viewed from the main surface 5 side, and FIG. 2B is a plan view of the holding member 1 viewed from the main surface 6 side.
3 is a cross-sectional view showing a holding structure 20 obtained by holding the electrochemical cell 9 on the holding member 1. FIG.
4 is a cross-sectional view showing a state in which the holding structure 20 and the interconnector 15 in FIG. 3 are stacked. FIG.
FIG. 5 shows an assembly cell obtained by stacking a plurality of holding structures 20 and interconnectors 15;
[Fig. 6]Outside the present inventionIt is sectional drawing which shows the interconnector 15A which concerns on this embodiment.
FIG. 7 shows a laminated structure of an interconnector 15A and a holding structure 20A.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a pressurizing mechanism of an assembled battery composed of an interconnector 15A, an electrochemical cell 9 and a holding member 1A.
FIG. 9 is a plan view showing a net 31 used as a conductive connecting member.
10 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the net 31 of FIG.
11 is a cross-sectional view of a principal part showing a state in which a net 31 is interposed between an interconnector 37 and an electrochemical cell 38. FIG.
12 is a cross-sectional view of the main part showing a state in which a net 41 not provided with an embossed shape is interposed between a separator 37 and an electrochemical cell 38. FIG.
13 is a cross-sectional view showing a part of another net 51. FIG.
14 is a cross-sectional view of the main part showing a state in which a net 51 is interposed between the interconnector 37 and the electrochemical cell 38. FIG.
FIG. 15 is a perspective view showing a conductive connecting member 61 made of a punching metal.
FIG. 16 is a perspective view showing a conductive connecting member 71 made of an expand.
17A is a plan view showing an interconnector 65A, and FIG. 17B is a cross-sectional view of the interconnector 65A taken along line XVIIb-XVIIb.
18A is a plan view showing an interconnector 65B, and FIG. 18B is a cross-sectional view of the interconnector 65B taken along line XVIIIb-XVIIIb.
19A is a plan view showing an interconnector 65C, and FIG. 19B is a cross-sectional view of the interconnector 65C taken along line XIXb-XIXb.
20A is a plan view of the interconnector 65D viewed from the main surface 65b side, and FIG. 20B is a cross-sectional view of the interconnector 65D taken along the line XXb-XXb.
FIG. 21 is a plan view of the interconnector 65D as viewed from the main surface 65a side.
[Explanation of symbols]
 1 Holding member 1a
Body part 1b
Protrusion 1cflatSurface 2A
One supply hole 2B
The other supply hole 4Lateral circumferenceSurface 5
Main surface on the main body portion 1a side (seal surface for the interconnector 15) 6
Main surface on the protruding portion 1b side (seal surface for the interconnector 15) 7
OneSupplyRoad 8
The otherSupplyRoad 9
Electrochemical cell 9a
Through hole 9b
One main surface of the electrochemical cell 11
One electrode 12
Solid electrolyte layer 13
The other electrode 15, 15A
Interconnector 15a, 15b
Interconnector main surface 16A
One gasSupply hole 16B
The other gasSupply hole 20, 20A
Holding structure 21A, 21B
Gas supply hole 31, 51 Net provided with embossed shape imparting portion 32 Conductive wire 33 Mesh of non-embossed shape imparted portion 31a 33A, 33B Mesh of embossed shape imparted portion 35, 35A, 35B Formed on back side of embossed shape imparted portion Space 36, 36A, 36B Space formed by non-embossed shape imparting portion and embossed shape imparting portion 37 interconnector 37a groove (gas flow path) 37b projecting surface 37c projecting 37d surface 38 electrochemical cell 39 one electrode 40 solid electrolyte Membrane 42 Other electrode 43A Flow path formed by groove 43B, 43E Flow path formed by space 36, 36A, 36B 43C, 13D Embossed shape imparting portion Backside of the formed are flow paths 44 other in side gas flow path 61 conductive connection member made of a conductive connection member 71 expand consisting Perforated metal

Claims

A plate-shaped ceramic electrochemical cell 9 having a through-hole 9 a , an interconnector 15 for electrically connecting the adjacent electrochemical cells 9 , and a ceramic holding member 1 for holding the electrochemical cell 9 are provided. An electrochemical device comprising:
The electrochemical cell 9 includes one electrode 11 , the other electrode 13, and a solid electrolyte layer 12 sandwiched between the one electrode 11 and the other electrode 13, and the holding member 1 is , A plate-like main body portion 1 a and a protruding portion 1 b protruding from the main body portion 1 a , and one of the gases penetrating between one main surface 5 and the other main surface 6 of the holding member 1 . The supply hole 16A and the other gas supply hole 16B are formed, the main body portion 1a is provided with one supply path 7 communicating with the one gas supply hole 16A, and the protrusion 1b is provided with the other gas supply hole 16B. The other supply path 8 communicating with the gas supply hole 16B is provided,
The interconnector 15 and the holding member 1 are alternately laminated, and the interconnector 15 is sealed with the main body portion 1a of one holding member 1 among the adjacent holding members, and the other holding member said being projected portion 1b and the seal, the protruding portion 1b of the holding member 1 is projected through the through hole 9a of the electrochemical cell 9, the flat of the projecting portion 1b side of the main body portion 1a wherein the surface 1c and the one electrode 11 of the electrochemical cell 9 is sealed, and the outer peripheral surface 4 of the protruding portion 1b and the side peripheral surface of the electrochemical cell is sealed, the electrochemical cell 9 between the interconnector 15 and one electrode 11 above the space 19 for the flow of one the one gas from the supply passage 7 of being formed, the other of the electrochemical cell 9 Electrode 13 and between the interconnectors 15, from the other supply path 8 wherein are space 29 for flowing the other gas formation, the space 19 and the other for flowing said one gas A gas-permeable conductive connection member is disposed in each of the gas flow spaces 29, and the adjacent electrochemical cell 9 and the interconnector 15 are electrically connected by the conductive connection member. An electrochemical device characterized by