JP4658495B2 - Solid oxide fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、固体電解質を用いた固体酸化物形燃料電池(SOFC)に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid electrolyte.

従来より、固体酸化物形燃料電池のセルデザインとして、平板型(スタック型)、円筒型(チューブ型)などが提案されている。   Conventionally, as a cell design of a solid oxide fuel cell, a flat plate type (stack type), a cylindrical type (tube type), and the like have been proposed.

平板型セルは、板状の電解質の表面及び裏面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、こうして形成されたセルはセパレーターを介して複数個積層された状態で使用される。セパレーターは各セルに供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを完全に分離する役割を果たしており、各セルとセパレーターとの間にはガスシールが施されている(例えば、特許文献1)。しかしながら、この平板型セルでは、セルに対して圧力をかけてガスシールを施すため、セルが振動や熱サイクルなどに対して脆弱であるなどの欠点があり、実用化に大きな課題を有している。   In the flat plate-type cell, a fuel electrode and an air electrode are respectively disposed on the front and back surfaces of a plate-like electrolyte, and a plurality of cells formed in this manner are used in a state where they are stacked via separators. The separator plays the role which completely isolate | separates the fuel gas and oxidant gas which are supplied to each cell, and the gas seal is given between each cell and the separator (for example, patent document 1). However, this flat cell has a drawback in that it is vulnerable to vibration, thermal cycle, etc. because it applies a gas seal by applying pressure to the cell. Yes.

一方、円筒型セルは、円筒形の電解質の外周面及び内周面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、円筒縦縞型、円筒横縞型などが提案されている(例えば、特許文献2)。ところが、円筒型セルは、ガスシール性に優れるという利点を有する一方、平板型セルに比べて構造が複雑であるため、製造プロセスが複雑になり、製造コストが高くなるという欠点がある。   On the other hand, a cylindrical cell has a fuel electrode and an air electrode arranged on the outer peripheral surface and inner peripheral surface of a cylindrical electrolyte, and a cylindrical vertical stripe type, a cylindrical horizontal stripe type, and the like have been proposed (for example, Patent Documents). 2). However, the cylindrical cell has an advantage of excellent gas sealing properties, but has a disadvantage that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high because the structure is more complicated than that of the flat plate cell.

さらに、次の問題もある。平板型セル及び円筒型セルのいずれも、性能を向上させるためには電解質を薄膜化することによる内部抵抗の低減が必要となるが、電解質が薄すぎると振動や熱サイクルなどに対して脆弱化してしまい、耐振性や耐久性が低下するという問題があった。   In addition, there are the following problems. In order to improve the performance of both flat and cylindrical cells, it is necessary to reduce the internal resistance by thinning the electrolyte. However, if the electrolyte is too thin, it becomes vulnerable to vibration and thermal cycles. As a result, there is a problem that vibration resistance and durability are lowered.

このため、上述した平板型、円筒型に代わる燃料電池として、燃料極及び空気極を固体電解質からなる基板の同一面上に配置し、燃料ガスおよび酸化剤ガスの混合ガスを供給することにより発電が可能な非隔膜式固体酸化物形燃料電池が提案されている(例えば、特許文献3)。この燃料電池によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する必要がないため、セパレーター及びガスシールが不要となり、構造及び製造工程の大幅な簡略化を図ることができる。   For this reason, as a fuel cell that replaces the flat plate type and the cylindrical type described above, the fuel electrode and the air electrode are arranged on the same surface of the substrate made of a solid electrolyte, and power is generated by supplying a mixed gas of fuel gas and oxidant gas. A non-diaphragm solid oxide fuel cell that can be used has been proposed (for example, Patent Document 3). According to this fuel cell, since it is not necessary to separate the fuel gas and the oxidant gas, the separator and the gas seal are not required, and the structure and the manufacturing process can be greatly simplified.

また、このような非隔膜式固体酸化物形燃料電池では、酸素イオンの伝導が主に固体電解質の表層付近で起こると考えられるため、燃料極と空気極との距離を固体電解質の同一面上にて近づけることにより、電池性能が向上する。したがって、電解質の厚みを必要以上に薄膜化する必要がなく、電池性能を維持したまま電解質の脆弱制を改善することが可能となる。
特開平5−3045号公報(第1頁、第6図) 特開平5−94830号公報(第1頁、第1図) 特開平8−264195号公報(第2−3頁、第1図)
In such a non-membrane type solid oxide fuel cell, oxygen ion conduction is considered to occur mainly near the surface layer of the solid electrolyte, so the distance between the fuel electrode and the air electrode is set on the same surface of the solid electrolyte. The battery performance is improved by approaching with. Therefore, it is not necessary to make the thickness of the electrolyte thinner than necessary, and it is possible to improve the weakness of the electrolyte while maintaining the battery performance.
JP-A-5-3045 (first page, FIG. 6) Japanese Patent Laid-Open No. 5-94830 (first page, FIG. 1) JP-A-8-264195 (page 2-3, FIG. 1)

しかしながら、上記特許文献3に記載の燃料電池では、隣接する電極体間において、対向する電極の対向面全体に亘ってインターコネクタを形成している。そのため、電解質上に占めるインターコネクタの割合が大きく、電解質上の集積度は必ずしも高いとは言えなかった。   However, in the fuel cell described in Patent Document 3, an interconnector is formed across the entire opposing surfaces of the opposing electrodes between adjacent electrode bodies. For this reason, the proportion of interconnectors on the electrolyte is large, and the degree of integration on the electrolyte is not necessarily high.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、集積度を高くすることにより電池性能を向上させることができる固形酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of improving battery performance by increasing the degree of integration.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、上記問題を解決するためになされたものであり、電解質と、前記電解質の一方面に形成され、燃料極及び空気極を有する少なくとも一つの電極体とを備え、前記各電極は、電極本体と、この電極本体から当該電極本体の平面方向へ突出する凸部とを備えており、前記凸部上に、インターコネクタ又は集電部が形成されている。 A solid oxide fuel cell according to the present invention has been made to solve the above problems, and includes an electrolyte and at least one electrode body formed on one surface of the electrolyte and having a fuel electrode and an air electrode. Each electrode includes an electrode main body and a convex portion projecting from the electrode main body in the planar direction of the electrode main body, and an interconnector or a current collector is formed on the convex portion. .

この構成によれば、各電極に凸部が形成されているため、この部分にインターコネクタを設ければ、従来例のように電極の一端部の全面に亘ってインターコネクタを形成する必要がない。したがって、インターコネクタが形成される面積を減少させることができ、燃料電池における電極の集積度を向上することができる。   According to this configuration, since each electrode is provided with a convex portion, if an interconnector is provided in this portion, it is not necessary to form an interconnector over the entire surface of one end of the electrode as in the conventional example. . Therefore, the area where the interconnector is formed can be reduced, and the degree of electrode integration in the fuel cell can be improved.

また、凸部を設けておくことで、インターコネクタや集電部を各電極に接続する際に、その位置決めを容易に行うことができる。特に、この燃料電池をセットする装置側にインターコネクタや集電体を設けておき、この燃料電池を装置にセットしたときに、各電極の必要箇所にインターコネクタや集電体が接続される構造を採用した場合には、有利である。また、インターコネクタを印刷法にて形成する際にも、位置決めを容易に行うことができる。   In addition, by providing the convex portion, when the interconnector or the current collector is connected to each electrode, the positioning can be easily performed. In particular, a structure is provided in which an interconnector or a current collector is provided on the side of the apparatus for setting the fuel cell, and when the fuel cell is set in the apparatus, the interconnector or the current collector is connected to a necessary portion of each electrode. Is advantageous. Also, positioning can be easily performed when the interconnector is formed by a printing method.

ここで、各電極の電極本体を帯状に形成し、凸部を電極本体の中央から突出するように構成すれば、次のような利点がある。すなわち、電極本体の中央に凸部を形成すると、この凸部に集電部が形成された場合、電子の移動距離、つまり、集電体とそこから最も離れた電極本体上の位置との距離は、電極本体の長さの半分になる。したがって、電子の移動距離は電極本体の長さの半分になるため、電子伝導時の損失を低減することができ、出力密度の向上を図ることができる。   Here, if the electrode main body of each electrode is formed in a strip shape and the convex portion protrudes from the center of the electrode main body, there are the following advantages. That is, when a convex portion is formed in the center of the electrode body, when a current collector is formed on the convex portion, the distance of movement of the electrons, that is, the distance between the current collector and the position on the electrode body farthest from the current collector Is half the length of the electrode body. Therefore, since the movement distance of electrons is half the length of the electrode body, loss during electron conduction can be reduced, and output density can be improved.

さらに、電極体を複数個設けた場合、隣接する電極体において、異極同士が凸部を対向させた状態で配置すると、凸部の長さだけインターコネクタを短くすることができる。したがって、電子伝導の損失を低減することができるとともに、インターコネクタに係るコストを低減することができる。   Further, when a plurality of electrode bodies are provided, the interconnectors can be shortened by the length of the convex portions when the adjacent electrode bodies are arranged with different polarities facing the convex portions. Therefore, the loss of electronic conduction can be reduced, and the cost related to the interconnector can be reduced.

本発明に係る固形酸化物形燃料電池によれば、集積度を向上することができるとともに、インターコネクタや集電部を形成する場合に、その位置決めを容易に行うことができる。   According to the solid oxide fuel cell of the present invention, the degree of integration can be improved, and when forming an interconnector or a current collector, the positioning can be easily performed.

(第1実施形態)
以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施形態に係る燃料電池の平面図である。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a fuel cell according to this embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池は、板状の電解質1と、この電解質1の一方面に配置される電極体Eとを備えている。この電極体Eは、帯状に形成された燃料極3及び空気極5を有しており、これらが所定間隔をおいて配置されている。この間隔は、例えば1〜1000μmであることが好ましく、10〜500μmであることがさらに好ましい。   As shown in FIG. 1, the fuel cell according to the present embodiment includes a plate-like electrolyte 1 and an electrode body E disposed on one surface of the electrolyte 1. The electrode body E has a fuel electrode 3 and an air electrode 5 formed in a band shape, and these are arranged at a predetermined interval. For example, the interval is preferably 1 to 1000 μm, and more preferably 10 to 500 μm.

また、各電極3,5は、帯状に形成された電極本体31,51と、この電極本体31,51から突出する凸部32,52とからなるL字形に形成されている。両電極3,5の電極本体31,51は、上記間隔をおいて平行に並んでおり、その端部から電極本体31,51の延びる方向とは垂直な方向に凸部32,52が突出している。本実施形態では、燃料極3と空気極5とで互いに異なる端部に凸部32,52が形成されている。すなわち、燃料極3においては図1の下側である一端部に凸部32が形成される一方、空気極5においては同図の上側である他端部51に凸部52が形成されている。そして、各凸部32,52上には、集電部71,72がそれぞれ形成されており、ここから電流が取り出されるようになっている。   Each of the electrodes 3 and 5 is formed in an L shape including electrode bodies 31 and 51 formed in a strip shape and convex portions 32 and 52 projecting from the electrode bodies 31 and 51. The electrode bodies 31 and 51 of both the electrodes 3 and 5 are arranged in parallel with the interval therebetween, and the protruding portions 32 and 52 protrude from the end portions in a direction perpendicular to the direction in which the electrode bodies 31 and 51 extend. Yes. In the present embodiment, convex portions 32 and 52 are formed at different end portions of the fuel electrode 3 and the air electrode 5. That is, in the fuel electrode 3, a convex portion 32 is formed at one end which is the lower side in FIG. 1, and in the air electrode 5, a convex portion 52 is formed at the other end 51 which is the upper side in FIG. . Current collectors 71 and 72 are formed on the convex portions 32 and 52, respectively, from which current is taken out.

次に、上記のように構成された燃料電池の材質について説明する。電解質1の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えば(Ce,Sm)O3,(Ce,Gd)O3等のセリア系酸化物,(La,Sr)(Ga,Mg)O3等のランタン・ガレード系酸化物,スカンジウム安定化ジルコニア(ScSZ),イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等のジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス系材料を用いることができる。電解質1は、基板として用いられるため、ある程度の強度が必要であることから、その厚みは、例えば200〜1000μmであることが好ましい。 Next, the material of the fuel cell configured as described above will be described. As the material of the electrolyte 1, those known as electrolytes for solid oxide fuel cells can be used. For example, ceria-based oxides such as (Ce, Sm) O 3 , (Ce, Gd) O 3 , ( Oxygen ion conductive ceramic materials such as La, Sr) (Ga, Mg) O 3 and other lanthanum galade oxides, scandium stabilized zirconia (ScSZ), yttria stabilized zirconia (YSZ) and other zirconia oxides Can be used. Since the electrolyte 1 is used as a substrate and needs a certain level of strength, the thickness is preferably, for example, 200 to 1000 μm.

燃料極3及び空気極5は、セラミックス粉末材料により形成することができる。このとき用いられる粉末の平均粒径は、好ましくは10nm〜100μmであり、さらに好ましくは50nm〜50μmであり、特に好ましくは100nm〜10μmである。なお、平均粒径は、例えば、JISZ8901にしたがって計測することができる。   The fuel electrode 3 and the air electrode 5 can be formed of a ceramic powder material. The average particle size of the powder used at this time is preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 50 nm to 50 μm, and particularly preferably 100 nm to 10 μm. In addition, an average particle diameter can be measured according to JISZ8901, for example.

燃料極3を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ニッケルと酸素イオン伝導性材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属は、ニッケルに限定されることなく、コバルトや貴金属(白金、ルテニウム、パラジウム等)の還元性雰囲気中で安定な金属を用いることができる。また、酸素イオン伝導性材料としては、例えば(Ce,Sm)O3,(Ce,Gd)O3などのセリア系酸化物、(La,Sr)(Ga,Mg)O3などのランタンガレード系酸化物、スカンジウム安定化ジルコニア(ScSZ)やイットリア安定化ジルコニア(YSZ)などのジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を挙げることができ、このようなセラミックス材料と、ニッケルとの混合物で燃料極5を形成することが好ましい。なお、酸素イオン伝導性セラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、1種を単独で、或いは2種以上を混合して使用することができる。 As the ceramic powder material forming the fuel electrode 3, for example, a mixture of nickel and an oxygen ion conductive material can be used. The metal used at this time is not limited to nickel, and a metal that is stable in a reducing atmosphere of cobalt or a noble metal (such as platinum, ruthenium, or palladium) can be used. Examples of the oxygen ion conductive material include ceria-based oxides such as (Ce, Sm) O 3 and (Ce, Gd) O 3, and lanthanum galades such as (La, Sr) (Ga, Mg) O 3. And oxygen ion conductive ceramic materials such as zirconia oxides such as scandium stabilized zirconia (ScSZ) and yttria stabilized zirconia (YSZ), and mixtures of such ceramic materials with nickel Preferably, the fuel electrode 5 is formed. The mixed form of the oxygen ion conductive ceramic material and nickel may be a physical mixed form or a form of powder modification to nickel. Moreover, the ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

空気極5を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型金属酸化物を使用することができる。具体的には(Sm,Sr)CoO3,(La,Sr)MnO3,(La,Sr)CoO3,(La,Sr)(Fe,Co)O3,(La,Sr)(Fe,Co,Ni)O3などを挙げることができる。これらセラミックス粉末は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を混合して使用することもできる。 As the ceramic powder material forming the air electrode 5, for example, a perovskite metal oxide can be used. Specifically, (Sm, Sr) CoO 3 , (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) CoO 3 , (La, Sr) (Fe, Co) O 3 , (La, Sr) (Fe, Co , Ni) O 3 and the like. These ceramic powders can be used alone or in a mixture of two or more.

また、集電体31,51は、Pt,Au,Ag,Ni,Cu,SUS等の導電性金属、或いは金属系材料,又はLa(Cr,Mg)O3,(La,Ca)CrO3,(La,Sr)CrO3などのランタン・クロマイト系等の導電性セラミックス材料によって形成することができ、これらのうちの1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。 The current collectors 31 and 51 are made of conductive metals such as Pt, Au, Ag, Ni, Cu, and SUS, or metal-based materials, or La (Cr, Mg) O 3 , (La, Ca) CrO 3 , (La, Sr) CrO 3 and other conductive ceramic materials such as lanthanum and chromite can be used. One of these may be used alone, or two or more may be used in combination. May be.

上記燃料極3、及び空気極5は、上述した材料を主成分として、さらにバインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。そして、これら燃料極3及び空気極5の膜厚は焼結後に1μm〜500μmとなるように形成するが、10μm〜100μmとすることが好ましい。また、集電体71,72も、上述した材料に上記添加物を加えることにより形成される。   The fuel electrode 3 and the air electrode 5 are formed by adding appropriate amounts of a binder resin, an organic solvent, and the like with the above-described material as a main component. The film thicknesses of the fuel electrode 3 and the air electrode 5 are formed so as to be 1 μm to 500 μm after sintering, but preferably 10 μm to 100 μm. The current collectors 71 and 72 are also formed by adding the above-described additives to the above-described materials.

次に、上述した燃料電池の製造方法の一例を説明する。まず、上述した材料からなる板状の電解質1を準備する。続いて、上述した燃料極3、及び空気極5用の粉末材料を主成分として、これらそれぞれにバインダー樹脂、感光性高分子、有機溶媒などを適量加えて混練し、燃料極ペースト、空気極ペーストをそれぞれ作成する。各ペーストの粘度は、次に説明するスクリーン印刷法に適合するように103〜106Pa・s程度であることが好ましい。同様に、インターコネクタ用ペーストも、上述した粉末材料にバインダー樹脂等の添加物を加えて作成しておく。このペーストの粘度は上述した燃料極ペースト等と同じである。 Next, an example of a method for manufacturing the above-described fuel cell will be described. First, a plate-like electrolyte 1 made of the above-described material is prepared. Subsequently, the powder material for the fuel electrode 3 and the air electrode 5 described above is used as a main component, and an appropriate amount of a binder resin, a photosensitive polymer, an organic solvent, etc. is added to each of them and kneaded to produce a fuel electrode paste and an air electrode paste. Create each. The viscosity of each paste is preferably about 10 3 to 10 6 Pa · s so as to be compatible with the screen printing method described below. Similarly, the interconnector paste is prepared by adding an additive such as a binder resin to the above-described powder material. The viscosity of this paste is the same as that of the fuel electrode paste described above.

続いて、電解質1上の図1に示す位置に、燃料極ペーストをスクリーン印刷法によりL字形に塗布した後、所定の時間及び温度で乾燥・焼結し、燃料極3を形成する。次に、電解質1上の燃料極3と対向する位置に、所定間隔をおいてL字形の空気極ペーストをスクリーン印刷法によって塗布し、所定時間及び温度で乾燥・焼結することにより、空気極5を形成する。こうして、電極体Eが形成される。そして、各燃料極3及び空気極5上の凸部32,52に集電体71,72を形成する。以上の工程により、図1に示すような燃料電池が完成する。なお、上記各ペーストに感光性高分子を使用する場合には、乾燥、露光工程を経た後、焼結する必要がある。   Subsequently, the fuel electrode paste is applied in an L shape at a position shown in FIG. 1 on the electrolyte 1 by screen printing, and then dried and sintered at a predetermined time and temperature to form the fuel electrode 3. Next, an L-shaped air electrode paste is applied to the position facing the fuel electrode 3 on the electrolyte 1 by a screen printing method at a predetermined interval, and dried and sintered at a predetermined time and temperature. 5 is formed. Thus, the electrode body E is formed. Then, current collectors 71 and 72 are formed on convex portions 32 and 52 on each fuel electrode 3 and air electrode 5. Through the above steps, a fuel cell as shown in FIG. 1 is completed. In addition, when using a photosensitive polymer for each said paste, it is necessary to sinter after passing through a drying and exposure process.

上記のように構成された燃料電池は、次のように発電が行われる。まず電極体Eが配置された電解質1の一方面上に、水素、又はメタン、エタンなどの炭化水素からなる燃料ガスと空気等の酸化剤ガスとの混合ガスを高温の状態(例えば、400〜1000℃)で供給する。これにより、各電極体Eにおける燃料極3と空気極5との間の電解質1の表層付近で、酸素イオン伝導が起こり発電が行われる。   The fuel cell configured as described above generates power as follows. First, on one surface of the electrolyte 1 on which the electrode body E is arranged, a mixed gas of hydrogen or a fuel gas made of hydrocarbon such as methane or ethane and an oxidant gas such as air is in a high temperature state (for example, 400 to 1000 ° C). Thereby, oxygen ion conduction occurs near the surface layer of the electrolyte 1 between the fuel electrode 3 and the air electrode 5 in each electrode body E, and power generation is performed.

以上のように本実施形態に係る燃料電池では、各電極3,5に凸部32,52が形成されているため、この部分に集電部71,72を設ければ、従来例のように電極の一端部の全面に亘ってインターコネクタや集電部を形成する必要がない。したがって、燃料電池における集積度を向上することができる。   As described above, in the fuel cell according to the present embodiment, since the convex portions 32 and 52 are formed on the electrodes 3 and 5, if the current collecting portions 71 and 72 are provided in this portion, as in the conventional example. There is no need to form an interconnector or a current collector over the entire surface of one end of the electrode. Therefore, the integration degree in the fuel cell can be improved.

また、このような凸部32,52を設けておくことで、集電部71,72を各電極3,5上に接続する際に、その位置決めを容易に行うことができる。本実施形態の燃料電池では、各電極3,5に集電部71,72を設けているが、集電部を設けない場合、例えば、燃料電池をセットする装置側にインターコネクタや集電体を設けておき、この燃料電池を装置にセットしたときに、各電極の必要箇所にインターコネクタや集電体が接続されるようにすることができる。このとき、接続すべき箇所が明確になるため、有利である。また、インターコネクタを印刷法にて形成する際にも、位置決めを容易に行うことができる。   Further, by providing such convex portions 32 and 52, when the current collecting portions 71 and 72 are connected to the electrodes 3 and 5, the positioning can be easily performed. In the fuel cell of the present embodiment, the current collectors 71 and 72 are provided on the electrodes 3 and 5, but when the current collector is not provided, for example, an interconnector or a current collector is provided on the device side where the fuel cell is set When the fuel cell is set in the apparatus, an interconnector or a current collector can be connected to a necessary portion of each electrode. At this time, the location to be connected becomes clear, which is advantageous. Also, positioning can be easily performed when the interconnector is formed by a printing method.

(第2実施形態)
次に、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第2実施形態について図面を参照しつつ説明する。図2は本実施形態に係る燃料電池の平面図である。本実施形態に係る燃料電池は、第1実施形態と異なり、複数の電極体を有している。なお、本実施形態に係る燃料電池を構成する材料は、第1実施形態と同様であるので、詳しい説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a plan view of the fuel cell according to the present embodiment. Unlike the first embodiment, the fuel cell according to the present embodiment has a plurality of electrode bodies. In addition, since the material which comprises the fuel cell which concerns on this embodiment is the same as that of 1st Embodiment, detailed description is abbreviate | omitted.

図2に示すように、本実施形態に係る燃料電池は、板状の電解質1上に3つの電極体E、つまり同図の左側から第1,第2,及び第3の電極体E1,E2,E3を備えている。各電極体E1,E2,E3は、所定間隔をおいて配置された燃料極3及び空気極5を備えている。そして、各電極3,5は、帯状に形成された電極本体31,51と、この電極本体31,51から突出する凸部32,52とからなるL字形に形成されている。各電極体E1,E2,E3においては同図の左側に燃料極3、右側に空気極5が配置された状態で、左から右へ平行に並んでおり、隣接する電極体E間では、凸部同士が対向した状態で配置されている。より詳細には、第1の電極体E1と第2の電極体E2との間では、各電極3,5において、同図の上側である一端部で凸部32,52が対向しており、第2の電極体E2と第3の電極体E3との間では、同図の下側である他端部で凸部32,52が同様に対向している。 As shown in FIG. 2, the fuel cell according to this embodiment includes three electrode bodies E on the plate-like electrolyte 1, that is, first, second, and third electrode bodies E 1 , E 2 and E 3 are provided. Each electrode body E 1 , E 2 , E 3 includes a fuel electrode 3 and an air electrode 5 arranged at a predetermined interval. Each of the electrodes 3 and 5 is formed in an L shape including electrode bodies 31 and 51 formed in a strip shape and convex portions 32 and 52 protruding from the electrode bodies 31 and 51. In each of the electrode bodies E 1 , E 2 , E 3 , the fuel electrode 3 is arranged on the left side of the figure and the air electrode 5 is arranged on the right side. Then, it arrange | positions in the state which convex parts oppose. More specifically, between the first electrode body E 1 and the second electrode body E 2 , in each electrode 3, 5, the convex portions 32, 52 are opposed to each other at one end portion on the upper side of FIG. In addition, between the second electrode body E 2 and the third electrode body E 3 , the convex portions 32 and 52 are similarly opposed at the other end portion on the lower side of the figure.

また、隣接する電極体Eは、インターコネクタ9によって直列に接続されている。すなわち、隣接する電極体Eにおいて対向している凸部32,52を結ぶようにインターコネクタ9が形成されている。また、両端に位置する凸部、つまり第1の電極体E1の燃料極3の凸部32、及び、第3の電極体E3の空気極5の凸部52上には、集電体71,72が形成されている。なお、インターコネクタ9の材料は、集電体と同じものを用いることができる。 Adjacent electrode bodies E are connected in series by an interconnector 9. That is, the interconnector 9 is formed so as to connect the convex portions 32 and 52 facing each other in the adjacent electrode body E. Further, on the convex portions located at both ends, that is, the convex portion 32 of the fuel electrode 3 of the first electrode body E 1 and the convex portion 52 of the air electrode 5 of the third electrode body E 3 , 71 and 72 are formed. The material of the interconnector 9 can be the same as that of the current collector.

以上のように、本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができるほか、次のような効果を得ることができる。すなわち、隣接する電極体Eにおいて、燃料極3と空気極5とが凸部32,52を対向させた状態で配置されているため、凸部32,52の長さだけインターコネクタ9を短くすることができる。したがって、電子伝導時の損失を低減することができるとともに、インターコネクタ9に係るコストを低減することができる。   As described above, according to this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the following effects can be obtained. That is, in the adjacent electrode body E, the fuel electrode 3 and the air electrode 5 are arranged with the convex portions 32 and 52 facing each other, so that the interconnector 9 is shortened by the length of the convex portions 32 and 52. be able to. Therefore, the loss at the time of electronic conduction can be reduced, and the cost related to the interconnector 9 can be reduced.

ところで、本実施形態では、第1実施形態と同様に、各電極3,5をL字形に形成しているが、例えば、次のように構成することもできる。図3に示すように、この例では、第1の電極体E1の燃料極3と、第3の電極体E3の空気極5とが、上記と同様にL字形に形成されている。但し、第1の電極体E1と第2の電極体E2との間、及び第2の電極体E2と第3の電極体E3との間で互いに対向している電極においては、電極本体31,51の中央に凸部32,52が形成されている。これにより、電極体Eの隣接部分では凸部32,52が互いに対向するように配置されている。そして、隣接する電極体Eにおいて対向している凸部32,52を結ぶようにインターコネクタ9が形成されている。 By the way, in this embodiment, although each electrode 3 and 5 is formed in L shape similarly to 1st Embodiment, it can also be comprised as follows, for example. As shown in FIG. 3, in this example, the fuel electrode 3 of the first electrode body E 1 and the air electrode 5 of the third electrode body E 3 are formed in an L shape in the same manner as described above. However, in the electrodes facing each other between the first electrode body E 1 and the second electrode body E 2 and between the second electrode body E 2 and the third electrode body E 3 , Protrusions 32 and 52 are formed at the centers of the electrode bodies 31 and 51. Thereby, in the adjacent part of the electrode body E, the convex parts 32 and 52 are arrange | positioned so that it may mutually oppose. And the interconnector 9 is formed so that the convex parts 32 and 52 which oppose in the adjacent electrode body E may be tied.

上述した構成によれば、次のような効果を得ることができる。すなわち、凸部32,52が電極本体31,51の中央から突出するように構成されているため、電子の移動距離、つまり、インターコネクタ9とそこから最も離れた電極本体31,51上の位置との距離は、電極本体31,51の長さの半分になる。したがって、電子の移動距離は電極本体31,51の長さの半分になるため、発電量を多くできるとともに、電子伝導時の損失を低減することができる。なお、上記の例では第1の電極体E1の燃料極3と、第3の電極体E3の空気極5とをL字形に形成した例を示したが、これらの各電極も他の電極と同様に中央部に凸部を有するように形成することができ、こうすることで電子伝導時の損失を低減させることが可能となる。 According to the configuration described above, the following effects can be obtained. That is, since the convex portions 32 and 52 are configured to protrude from the center of the electrode bodies 31 and 51, the electron moving distance, that is, the position on the interconnector 9 and the electrode body 31 and 51 farthest from the interconnector 9. Is half the length of the electrode bodies 31 and 51. Therefore, since the movement distance of the electrons is half of the length of the electrode bodies 31 and 51, the amount of power generation can be increased, and loss during electron conduction can be reduced. In the above example, the fuel electrode 3 of the first electrode body E 1 and the air electrode 5 of the third electrode body E 3 are formed in an L shape. Like the electrode, it can be formed so as to have a convex portion at the center, and this makes it possible to reduce loss during electron conduction.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、各ペーストの塗布にスクリーン印刷法を用いているが、これに限定されるものではなく、ドクターブレード法、スプレーコート法、リソグラフィー法、泳動電着法、ロールコート法、ディスペンサーコート法、CVD,EVD,スパッタリング法、転写法等の印刷方法等、その他一般的な印刷法を用いることができる。また、印刷後の後工程として、静水圧プレス、油圧プレス、その他の一般的なプレス工程を用いることができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible unless it deviates from the meaning. For example, in the above-described embodiment, the screen printing method is used for applying each paste, but is not limited thereto, doctor blade method, spray coating method, lithography method, electrophoretic electrodeposition method, roll coating method, Other general printing methods such as a dispenser coating method, CVD, EVD, sputtering method, printing method such as transfer method, and the like can be used. Moreover, as a post-process after printing, a hydrostatic press, a hydraulic press, and other general press processes can be used.

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, this invention is not limited to a following example.

ここでは、図1に示す構造を有する燃料電池を作成した。電解質材料としてはGDC(Ce0.9Gd0.11.9)からなる厚さ1mmの板体を使用した。また、燃料極材料としてNiO粉末(0.01〜10μm、平均1μm)、SDC(Ce0.8Sm0.21.9)粉末(粒径1〜10μm、平均0.1μm)を重量比で7:3となるように混合した後、セルロース系バインダー樹脂を混合し、燃料極ペーストを作製した。燃料極ペーストの粘度はスクリーン印刷に適した5×105mPa・sとした。空気極材料としてSSC(Sm0.5Sr0.5CoO3)粉末(0.1〜10μm、平均3μm)を使用し、セルロース系バインダー樹脂を混合し、空気極ペーストを作製した。空気極ペーストの粘度は、燃料極と同様にスクリーン印刷に適した5×105mPa・sとした。また、インターコネクタ及び集電体の材料として、Au粉末(0.1〜5μm、平均粒径2.5μm)をセルロース系バインダー樹脂と混合し、インターコネクタペースト及び集電体ペーストを作成した。これらの粘度は、上記と同様に5×105mPa・sとした。 Here, a fuel cell having the structure shown in FIG. 1 was prepared. As the electrolyte material, a 1 mm thick plate made of GDC (Ce 0.9 Gd 0.1 O 1.9 ) was used. Further, NiO powder (0.01 to 10 μm, average 1 μm) and SDC (Ce 0.8 Sm 0.2 O 1.9 ) powder (particle size 1 to 10 μm, average 0.1 μm) are used as the fuel electrode material at a weight ratio of 7: 3. After mixing as described above, a cellulose binder resin was mixed to prepare a fuel electrode paste. The viscosity of the fuel electrode paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. SSC (Sm 0.5 Sr 0.5 CoO 3 ) powder (0.1 to 10 μm, average 3 μm) was used as an air electrode material, and a cellulose binder resin was mixed to prepare an air electrode paste. The viscosity of the air electrode paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing as in the fuel electrode. Moreover, Au powder (0.1-5 micrometers, average particle diameter 2.5 micrometers) was mixed with cellulose-type binder resin as a material of an interconnector and an electrical power collector, and the interconnector paste and the electrical power collector paste were created. These viscosities were set to 5 × 10 5 mPa · s as described above.

次に、電解質上に、燃料極ペーストをスクリーン印刷法によって幅500μm、長さ7mm、塗布厚み50μmとなるようにL字形に塗布した。そして、130℃で15分間乾燥し後、1450℃で1時間で焼結し、燃料極を形成した。これに続いて、各燃料極と並ぶように、電解質上に空気極ペーストをスクリーン印刷法によって幅500μm、長さ7mm、塗布厚み50μmとなるようにL字形に塗布し、空気極同士が隣接するようにした。このとき、燃料極と空気極との位置関係は、図1に示すようにし、その間隔は200μmになるようにした。そして、130℃で15分間乾燥した後、1200℃で1時間焼結し、空気極を形成した。次に、燃料極及び空気極の各凸部にAuを主成分とするペーストを塗布し、集電部とした。こうして、実施例に係る燃料電池が形成された。   Next, the fuel electrode paste was applied in an L shape on the electrolyte so as to have a width of 500 μm, a length of 7 mm, and a coating thickness of 50 μm by screen printing. And after drying for 15 minutes at 130 degreeC, it sintered at 1450 degreeC for 1 hour, and formed the fuel electrode. Subsequently, an air electrode paste is applied on the electrolyte in an L-shape so as to have a width of 500 μm, a length of 7 mm, and an application thickness of 50 μm so as to be aligned with each fuel electrode, and the air electrodes are adjacent to each other. I did it. At this time, the positional relationship between the fuel electrode and the air electrode was as shown in FIG. 1, and the interval was 200 μm. And after drying for 15 minutes at 130 degreeC, it sintered at 1200 degreeC for 1 hour, and formed the air electrode. Next, a paste containing Au as a main component was applied to the convex portions of the fuel electrode and the air electrode to form a current collector. Thus, the fuel cell according to the example was formed.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第1実施形態の平面図である。1 is a plan view of a first embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention. 本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第2実施形態の平面図である。It is a top view of 2nd Embodiment of the solid oxide fuel cell which concerns on this invention. 本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第2実施形態の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of 2nd Embodiment of the solid oxide fuel cell which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 電解質
3 燃料極
5 空気極
7 集電部
9 インターコネクタ
1 Electrolyte 3 Fuel Electrode 5 Air Electrode 7 Current Collector 9 Interconnector

Claims (4)

電解質と、
前記電解質の一方面に形成され、燃料極及び空気極を有する少なくとも一つの電極体とを備え、
前記各電極は、電極本体と、この電極本体から当該電極本体の平面方向へ突出する凸部とを備えており、
前記凸部上に、インターコネクタ又は集電部が形成されている、固体酸化物形燃料電池。
Electrolyte,
Comprising at least one electrode body formed on one surface of the electrolyte and having a fuel electrode and an air electrode;
Each of the electrodes includes an electrode body and a convex portion protruding from the electrode body in the plane direction of the electrode body ,
A solid oxide fuel cell , wherein an interconnector or a current collector is formed on the convex portion .
前記各電極の電極本体は、帯状に形成されており、
前記凸部は、前記電極本体の中央から突出している、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
The electrode body of each electrode is formed in a strip shape,
The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the convex portion projects from a center of the electrode body.
前記電極体を複数個備え、
隣接する電極体においては、異極同士が前記凸部を対向させた状態で配置されている、請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池。
A plurality of the electrode bodies are provided,
3. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein, in adjacent electrode bodies, different polarities are arranged in a state where the convex portions are opposed to each other.
前記対向する凸部は、インターコネクタを介して接続されている、請求項に記載の固体酸化物形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 3 , wherein the opposing convex portions are connected via an interconnector.
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