JP5015491B2 - Current collection structure of fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、Ｃｒを含有する集電部材を用いて集電する燃料電池の集電構造に関する。   The present invention relates to a current collecting structure for a fuel cell that collects current using a current collecting member containing Cr.

次世代エネルギーとして、近年、例えば、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。固体電解質形燃料電池は、複数の燃料電池セルを電気的に接続したセルスタックを収納容器内に収容して構成され、燃料電池セルの燃料極側に燃料ガス（水素）を流し、空気極（酸素極ともいう。）側に空気（酸素）を流して５５０〜９００℃の高温で発電する。燃料電池セル間を電気的に接続するためには、従来からフェルト状や板状の集電部材が用いられている。   In recent years, for example, various fuel cells in which a stack of fuel cells is accommodated in a storage container have been proposed as next-generation energy. A solid oxide fuel cell is configured by storing a cell stack in which a plurality of fuel cells are electrically connected in a storage container, and flowing a fuel gas (hydrogen) to the fuel electrode side of the fuel cell, and an air electrode ( Electric power is generated at a high temperature of 550 to 900 ° C. by flowing air (oxygen) to the oxygen electrode side. In order to electrically connect the fuel cells, a felt-shaped or plate-shaped current collecting member has been conventionally used.

このような集電部材としては、導電率の高い合金が採用され、さらに高温下で使用されることから、耐熱合金が望ましく採用され、このような導電率の高い耐熱合金として、Ｃｒを１０〜３０質量％含有する合金が一般的に用いられる。しかしながら、Ｃｒを含有する合金からなる集電部材を燃料電池セル間に介装し、複数の燃料電池セルを電気的に接続した場合、燃料電池を長期間発電させると、集電部材中のＣｒが集電部材の外部に拡散してしまい、拡散したＣｒは空気極と固体電解質との界面に達し、活性を劣化させてしまう。この現象は、いわゆるＣｒ被毒といわれ、燃料電池セルの発電能力の低下を招くこととなる。   As such a current collecting member, an alloy having a high electrical conductivity is employed, and since it is used at a high temperature, a heat resistant alloy is desirably employed. As such a heat resistant alloy having a high electrical conductivity, Cr is 10 to 10. An alloy containing 30% by mass is generally used. However, when a current collecting member made of an alloy containing Cr is interposed between the fuel cells and a plurality of fuel cells are electrically connected, if the fuel cell generates power for a long time, Cr in the current collecting member Diffuses to the outside of the current collector, and the diffused Cr reaches the interface between the air electrode and the solid electrolyte and degrades the activity. This phenomenon is referred to as so-called Cr poisoning, and causes a decrease in the power generation capacity of the fuel cell.

このようなＣｒ被毒を防止するため、従来、Ｃｒを含有する合金の表面をＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉで被覆することが行われている（特許文献１参照）。
特開平１１−３３４７８６号公報 In order to prevent such Cr poisoning, conventionally, the surface of an alloy containing Cr is coated with Mn, Fe, Co, and Ni (see Patent Document 1).
JP-A-11-334786

しかしながら、上記特許文献１に記載されているようにＣｒ含有合金の表面をＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉで被覆した場合、Ｃｒ含有合金中のＣｒが外部に拡散することをある程度抑制することができるものの、未だＣｒの拡散量が多いという問題があった。特に、集電部材のエッジ部周辺では露出面積が広いため、異常酸化によるＣｒの拡散（蒸発）が進み易く、これによって集電部材の劣化及びＣｒ被毒が生じやすいという問題があった。   However, when the surface of the Cr-containing alloy is coated with Mn, Fe, Co, or Ni as described in Patent Document 1, it is possible to suppress the diffusion of Cr in the Cr-containing alloy to some extent. However, there is still a problem that the diffusion amount of Cr is large. In particular, since the exposed area is large around the edge portion of the current collecting member, the diffusion (evaporation) of Cr due to abnormal oxidation is likely to proceed, thereby causing the problem of deterioration of the current collecting member and Cr poisoning.

以上の現状に鑑み、本発明の目的は、従来よりもＣｒの拡散を抑制することが可能な燃料電池の集電構造を提供する。   In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a current collecting structure for a fuel cell capable of suppressing the diffusion of Cr as compared with the conventional art.

上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、Ｃｒを含有する集電部材を介装して複数の燃料電池セルから集電する燃料電池の集電構造であって、前記集電部材のエッジ部分が丸められているとともに、前記集電部材は、前記燃料電池セル側の表面が導電性を有するＣｒ拡散防止層で被覆され、その他の表面が絶縁性を有するＣｒ拡散防止層で被覆されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following configurations.
The invention according to claim 1 is a current collecting structure for a fuel cell that collects current from a plurality of fuel cells via a current collecting member containing Cr, and an edge portion of the current collecting member is rounded. The current collecting member is characterized in that the surface on the fuel cell side is coated with a conductive Cr diffusion preventing layer, and the other surface is coated with an insulating Cr diffusion preventing layer. To do.

請求項２に係る発明は、請求項１記載の燃料電池の集電構造において、前記燃料電池セルの電極と前記集電部材とが間に導電性接合材を介して電気的に接合され、前記集電部材は、前記導電性接合材に接合される部分である前記燃料電池セル側の表面が、前記導電性を有するＣｒ拡散防止層で被覆され、前記導電性接合材に接合されない部分である前記その他の表面が、前記絶縁性を有するＣｒ拡散防止層で被覆されていることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the current collecting structure of a fuel cell according to claim 1, an electrode of the fuel cell and the current collector member is electrically connected through a conductive bonding material between the current collecting member, the fuel cell-side surface is a portion to be bonded to the conductive bonding material is coated with Cr diffusion preventing layer having the conductivity, it is not bonded portion to the conductive bonding material The other surface is covered with the insulating Cr diffusion preventing layer.

請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の燃料電池の集電構造において、前記絶縁性を有するＣｒ拡散防止層がＡｌ２Ｏ３からなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the current collecting structure for a fuel cell according to the first or second aspect , the Cr diffusion preventing layer having an insulating property is made of Al 2 O 3 .

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池の集電構造において、前記導電性を有するＣｒ拡散防止層がＦｅを含有するＺｎＯからなることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the current collector structure of the fuel cell according to any one of claims 1 to 3 , wherein the conductive Cr diffusion prevention layer is made of ZnO containing Fe. .

請求項１に係る発明によれば、集電部材は、エッジ部部分が丸められているため、エッジ部分における表面積を小さくすることができ、エッジ部分で顕著な異常酸化を抑制することができる。さらに、燃料電池セル側の表面が導電性を有するＣｒ拡散防止層で被覆され、その他の表面が、絶縁性を有するＣｒ拡散防止層で被覆されているため、燃料電池セルと集電部材とが導電性のＣｒ拡散防止層を介して電気的に接続されるとともに、その部分においてもＣｒの拡散を有効に抑制でき、さらに、燃料電池セルと集電部材とが電気的に接続される部分以外は、集電部材の表面が、絶縁性を有するＣｒ拡散防止層で覆われ、Ｃｒの拡散を有効に抑制できる。 According to the invention of claim 1, the current collecting member, because the edge portions are rounded, it is possible to reduce the surface area in the edge portion, Ru can be suppressed significant abnormal oxidation at edges . Furthermore, since the surface of the fuel cell side is covered with a conductive Cr diffusion preventing layer and the other surface is covered with an insulating Cr diffusion preventing layer, the fuel cell and the current collecting member are It is electrically connected via the conductive Cr diffusion prevention layer, and Cr diffusion can be effectively suppressed also in that portion, and further, other than the portion where the fuel cell and the current collecting member are electrically connected The surface of the current collecting member is covered with an insulating Cr diffusion preventing layer, and the diffusion of Cr can be effectively suppressed.

請求項２に係る発明によれば、燃料電池セルが、導電性接合材、導電性を有するＣｒ拡散防止層を介して集電部材と電気的に接続されるとともに、その部分においてもＣｒの拡散を有効に抑制でき、さらに、導電性接合材に接合されない部分である集電部材のその他の表面には、絶縁性を有するＣｒ拡散防止層が形成されているため、Ｃｒの拡散を有効に抑制できる。 According to the second aspect of the present invention, the fuel battery cell is electrically connected to the current collecting member through the conductive bonding material and the conductive Cr diffusion preventing layer, and the diffusion of Cr also in that portion. In addition, a Cr diffusion prevention layer with insulating properties is formed on the other surface of the current collecting member , which is not bonded to the conductive bonding material, so that Cr diffusion is effectively suppressed. it can.

請求項３に係る発明によれば、絶縁性を有するＣｒ拡散防止層がＡｌ２Ｏ３からなるため、Ｃｒが酸化して外部に拡散することを抑制することが可能な燃料電池の集電構造を実現することができる。 According to the invention of claim 3 , since the insulating Cr diffusion prevention layer is made of Al 2 O 3 , the current collecting structure of the fuel cell capable of suppressing the oxidation and diffusion of Cr to the outside Can be realized.

請求項４に係る発明によれば、導電性を有するＣｒ拡散防止層がＦｅを含有するＺｎＯからなるため、高温で高い導電性を有するとともに、Ｃｒの拡散を有効に防止することが可能な燃料電池の集電構造を実現することができる。 According to the invention of claim 4 , since the conductive Cr diffusion prevention layer is made of ZnO containing Fe, the fuel has high conductivity at high temperatures and can effectively prevent Cr diffusion. A current collecting structure of the battery can be realized.

以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明による燃料電池用集電部材の一実施例を示し、図２は図１に示す燃料電池用集電部材２０のエッジ部分の状態を示している。図１（ａ）は燃料電池用集電部材２０の平面図であり、図１（ｂ）は側面図である。図２（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ’線断面図であり、図２（ｂ）は図１（ｂ）に示す破線で囲まれた部分の拡大図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings showing examples. FIG. 1 shows an embodiment of a current collecting member for a fuel cell according to the present invention, and FIG. 2 shows a state of an edge portion of the current collecting member 20 for a fuel cell shown in FIG. FIG. 1A is a plan view of a current collecting member 20 for a fuel cell, and FIG. 1B is a side view. 2A is a cross-sectional view taken along line A-A ′ shown in FIG. 1A, and FIG. 2B is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line shown in FIG.

燃料電池用集電部材２０は、Ｃｒを含有する耐熱性合金からなり、図１に示すように、左右の平板２０１間に渡された複数のストライプ状の橋２０２を、交互に反対側に折り曲げてなる構成を有する。燃料電池用集電部材２０は、図２に示すように、エッジ部分が例えば強酸系のエッチング液を用いたエッチング等が施され、丸められている。他の方法により面取りされて丸められても良い。図２（ａ）は、橋２０２の４隅のエッジ部分２０２ｅが丸められ、図２（ｂ）は、平板２０１の外側のエッジ部分２０１ｅが丸められている様子を示す。さらに、平板２０１の内側の角等、その他のエッジ部分がさらに丸められていることが望ましい。このように構成することによって、エッジ部分で発生しやすい異常酸化を抑えることができ、Ｃｒの外部への拡散を抑制することができる。   The fuel cell current collecting member 20 is made of a heat-resistant alloy containing Cr, and as shown in FIG. 1, a plurality of striped bridges 202 passed between the left and right flat plates 201 are alternately bent to the opposite side. It has the composition which becomes. As shown in FIG. 2, the fuel cell current collecting member 20 has an edge portion that is rounded by, for example, etching using a strong acid-based etching solution. It may be chamfered and rounded by other methods. 2A shows a state where the edge portions 202e at the four corners of the bridge 202 are rounded, and FIG. 2B shows a state where the edge portion 201e outside the flat plate 201 is rounded. Further, it is desirable that other edge portions such as an inner corner of the flat plate 201 are further rounded. By comprising in this way, the abnormal oxidation which is easy to generate | occur | produce in an edge part can be suppressed, and the spreading | diffusion to the exterior can be suppressed.

図３は、エッジ部分での異常酸化を防止する集電部材２０ａの他の構成例についての説明図である。図３（ａ）は、絶縁性を有するＣｒ拡散防止層２０３が橋２０２及び平板２０１の全てのエッジ部分を覆う構成の一例を示す図であり、絶縁性のＣｒ拡散防止層２０３で覆われた部分を太線で記載した。このように構成することによって、エッジ部分で発生しやすい異常酸化及びそれによるＣｒの外部への拡散をさらに抑制することができる。尚、図３（ａ１）は、エッジ部が絶縁性を有するＣｒ拡散防止層２０３で被覆された状態を示す橋２０２の断面図である。   FIG. 3 is an explanatory diagram of another configuration example of the current collecting member 20a that prevents abnormal oxidation at the edge portion. FIG. 3A is a diagram illustrating an example of a configuration in which the insulating Cr diffusion prevention layer 203 covers all the edge portions of the bridge 202 and the flat plate 201, and is covered with the insulating Cr diffusion prevention layer 203. The part is indicated by a bold line. By comprising in this way, the abnormal oxidation which is easy to generate | occur | produce in an edge part, and the spreading | diffusion by the outside by it can be further suppressed. FIG. 3A1 is a cross-sectional view of the bridge 202 showing a state where the edge portion is covered with the Cr diffusion preventing layer 203 having an insulating property.

また、燃料電池用集電部材２０ｂのエッジ部分のみならず、エッジ部分以外の所定の領域をさらに絶縁性を有するＣｒ拡散防止層で覆うのでもよい。図３（ｂ）は、燃料電池用集電部材２０ｂの平板２０１の部分及び橋２０２の一部を、絶縁性を有するＣｒ拡散防止層２０４で覆った構成の一例を示す説明図である。図３（ｂ）において、黒く塗りつぶした部分が絶縁性を有するＣｒ拡散防止層２０４で覆われた部分であり、Ｃｒの外部への拡散をさらに防止しようとする部分である。このように構成することによって、エッジ部分以外の広い面積を有する部分からのＣｒの外部への拡散をも効果的に抑制することができる。
図３（ｂ）に示す燃料電池用集電部材２０ｂは、図４に示すように、燃料電池セル１間に配置され、導電性接合材２５により接合されるが、絶縁性を有するＣｒ拡散防止層２０４が形成された平板２０１以外の橋２０２の部分が、導電性接合材２５により両隣の燃料電池セル１に電気的に接続されるため、絶縁性のＣｒ拡散防止層２０４が形成されているとしても、燃料電池用集電部材２０による集電が妨げられることがない。尚、図４においては、燃料電池セル１を簡略化して示した。
絶縁性のＣｒ拡散防止層２０３、２０４が形成されている部分以外は、導電性のＣｒ拡散防止層を形成することが望ましい。言い換えれば、燃料電池セル１と電気的に接続する必要がある部分は、導電性のＣｒ拡散防止層が形成され、それ以外の部分には、絶縁性のＣｒ拡散防止層が形成されていることが望ましい。これは、絶縁性のＣｒ拡散防止層については、Ｃｒの拡散をほぼ確実に防止できるものの、従来の導電性のＣｒ拡散防止層については、Ｃｒの拡散を有効に防止できなかったため、導電性が要求される必要最小限の不可欠な部分にのみ、導電性のＣｒ拡散防止層を用いたものである。特に、エッジ部（角部）では、Ｃｒの拡散が進行し易いため、このエッジ部には、絶縁性のＣｒ拡散防止層を形成し、十分にＣｒの拡散を防止することができる。また、上記したように、エッジ部では異常酸化が生じやすいため、この部分の絶縁性のＣｒ拡散防止層は、平坦な部分に形成されたＣｒ拡散防止層よりも厚く形成することが望ましい。
図５は、このような導電性と絶縁性のＣｒ拡散防止層を形成した燃料電池用集電部材２０の燃料電池セル１への接合構造を示すもので、集電部材２０ｃの橋２０２は、燃料電池セル１に導電性接合材２５により接合されている。集電部材２０ｃの橋２０２には、燃料電池セル１側に導電性のＣｒ拡散防止層２０６が形成され、その他の橋２０２の表面には、絶縁性のＣｒ拡散防止層２０５が形成されており、導電性のＣｒ拡散防止層２０６側が導電性接合材２５中に埋設され、電気的に接合されている。
導電性接合材２５は、例えば、導電性の多孔質セラミック材料を用いることができ、特に空気極材料を用いることができる。導電性のＣｒ拡散防止層は、ＺｎとＦｅを含有するペーストを塗布して一定温度で熱処理することにより、形成することができる（特願２００６−１０１４２１号参照）。
Ｃｒ拡散防止層については、特願２００６−１０１４２１号に詳述されるが、例えば、燃料電池用集電部材２０をＺｎＯとＦｅ２Ｏ３を含有するペースト中に浸漬し、熱処理することにより、Ｚｎ−Ｍｎ系スピネルからなる実質的にＣｒの拡散を防止する層と、その表面に形成されたＺｎＯ中にＦｅを含有する導電性の層からなるＣｒ拡散防止層を形成することができる。 Further, not only the edge portion of the current collecting member 20b for the fuel cell but also a predetermined region other than the edge portion may be covered with a Cr diffusion preventing layer having an insulating property. FIG. 3B is an explanatory view showing an example of a configuration in which a portion of the flat plate 201 and a part of the bridge 202 of the current collecting member 20b for the fuel cell are covered with a Cr diffusion preventing layer 204 having an insulating property. In FIG. 3 (b), the blacked-out portion is a portion covered with an insulating Cr diffusion preventing layer 204, and is a portion to further prevent diffusion of Cr to the outside. By comprising in this way, the spreading | diffusion of Cr from the part which has a large area other than an edge part can also be suppressed effectively.
The fuel cell current collecting member 20b shown in FIG. 3B is disposed between the fuel cells 1 and joined by the conductive joining material 25 as shown in FIG. Since the portion of the bridge 202 other than the flat plate 201 on which the layer 204 is formed is electrically connected to the adjacent fuel cell 1 by the conductive bonding material 25, the insulating Cr diffusion prevention layer 204 is formed. However, the current collection by the fuel cell current collecting member 20 is not hindered. In FIG. 4, the fuel cell 1 is shown in a simplified manner.
Except for the portions where the insulating Cr diffusion prevention layers 203 and 204 are formed, it is desirable to form a conductive Cr diffusion prevention layer. In other words, a conductive Cr diffusion prevention layer is formed in the portion that needs to be electrically connected to the fuel cell 1, and an insulating Cr diffusion prevention layer is formed in the other portions. Is desirable. This is because the insulating Cr diffusion prevention layer can prevent the Cr diffusion almost certainly, but the conventional conductive Cr diffusion prevention layer cannot effectively prevent the Cr diffusion, so the conductivity is low. The conductive Cr diffusion prevention layer is used only in the necessary and indispensable essential part. In particular, since diffusion of Cr is likely to proceed at the edge (corner), an insulating Cr diffusion prevention layer can be formed on the edge to sufficiently prevent Cr diffusion. Further, as described above, abnormal oxidation is likely to occur at the edge portion. Therefore, it is desirable that the insulating Cr diffusion prevention layer in this portion is formed thicker than the Cr diffusion prevention layer formed in the flat portion.
FIG. 5 shows a joining structure of the current collecting member 20 for a fuel cell formed with such a conductive and insulating Cr diffusion preventing layer to the fuel cell 1, and a bridge 202 of the current collecting member 20 c is The fuel cell 1 is joined by a conductive joining material 25. A conductive Cr diffusion prevention layer 206 is formed on the bridge 202 of the current collecting member 20c on the fuel cell 1 side, and an insulating Cr diffusion prevention layer 205 is formed on the surface of the other bridge 202. The conductive Cr diffusion preventing layer 206 side is embedded in the conductive bonding material 25 and is electrically bonded.
As the conductive bonding material 25, for example, a conductive porous ceramic material can be used, and in particular, an air electrode material can be used. The conductive Cr diffusion preventing layer can be formed by applying a paste containing Zn and Fe and heat-treating at a constant temperature (see Japanese Patent Application No. 2006-101421).
The Cr diffusion prevention layer is described in detail in Japanese Patent Application No. 2006-101421. For example, by immersing the fuel cell current collecting member 20 in a paste containing ZnO and Fe 2 O 3 and performing a heat treatment, It is possible to form a Cr diffusion prevention layer consisting of a Zn-Mn spinel substantially preventing Cr diffusion and a conductive layer containing Fe in ZnO formed on the surface thereof.

ここで、上記の絶縁性を有するＣｒ拡散防止層としては、内部でのＣｒの酸化防止に寄与し、耐熱性を有する材料、例えばＡｌ２Ｏ３等のセラミックを用いることが望ましい。これによって、Ｃｒの異常酸化をさらに効果的に抑えることが可能となる。さらに、上記のセラミックとしては、被覆対象の集電部材よりも弾性率の高いものが好ましい。セラミックの弾性率が被覆対象の集電部材の弾性率よりも高いため、高温で集電部材の弾性率が低下し、集電部材が変形してしまうことを抑制することができる。尚、Ｃｒ拡散防止層、導電性接合材を形成する材料については、上記形態に限定されるものではない。 Here, as the Cr diffusion preventing layer having the insulating property, it is desirable to use a material having heat resistance, for example, ceramic such as Al 2 O 3 , which contributes to preventing oxidation of Cr inside. As a result, abnormal oxidation of Cr can be more effectively suppressed. Furthermore, as said ceramic, what has a higher elastic modulus than the current collection member to be coated is preferable. Since the elastic modulus of the ceramic is higher than the elastic modulus of the current collecting member to be coated, it is possible to suppress the elastic modulus of the current collecting member from decreasing at a high temperature and deforming the current collecting member. In addition, about the material which forms Cr spreading | diffusion prevention layer and an electroconductive joining material, it is not limited to the said form.

上記の絶縁性を有するＣｒ拡散防止層の被覆は、例えばスパッタ法、電子ビーム蒸着法等の成膜方法を用いて行うことができる。成膜に用いるマスクとしては、例えばポリイミド樹脂等の機械的強度が優れた材料からなるものを用い、絶縁性を有するＣｒ拡散防止層の膜厚としては、例えば１μｍ程度以下とし、動作温度下での熱膨張率の差による歪を緩和する。
例えば、図５に示す燃料電池用集電部材２０ｃは、ＺｎとＦｅを含有するペーストを塗布して一定温度で熱処理し、導電性のＣｒ拡散防止層２０６を形成し、この後、導電性のＣｒ拡散防止層２０６上に上記マスクをして、導電性のＣｒ拡散防止層２０６が形成された部分以外の集電部材２０ｃに、Ａｌ２Ｏ３をスパッタ法等で形成し、絶縁性を有するＣｒ拡散防止層を形成することができる。
尚、エッジ部が丸められ、その部分に絶縁性のＣｒ拡散防止層を形成することにより、さらにＣｒの拡散を防止できる。 The above-described Cr diffusion preventing layer having an insulating property can be coated by using a film forming method such as a sputtering method or an electron beam evaporation method. As a mask used for film formation, for example, a mask made of a material having excellent mechanical strength such as polyimide resin is used, and the film thickness of the insulating Cr diffusion preventing layer is, for example, about 1 μm or less at an operating temperature. Relieve the distortion caused by the difference in thermal expansion coefficient.
For example, the fuel cell current collecting member 20c shown in FIG. 5 is formed by applying a paste containing Zn and Fe and heat-treating it at a constant temperature to form a conductive Cr diffusion prevention layer 206. The above mask is formed on the Cr diffusion preventing layer 206, and Al 2 O 3 is formed by sputtering or the like on the current collecting member 20c other than the portion where the conductive Cr diffusion preventing layer 206 is formed. A Cr diffusion preventing layer can be formed.
The edge portion is rounded and an insulating Cr diffusion preventing layer is formed on the edge portion, thereby further preventing Cr diffusion.

図６は本発明による燃料電池セルの斜視図であり、図７は燃料電池セルを集電部材により電気的に接続してなるセルスタックの断面図である。本発明によるセルスタックは、図７に示すように、燃料電池用集電部材２０が、図６に示す燃料電池セル１間に配置されて複数の燃料電池セル１を電気的に接続する構成を有する。   FIG. 6 is a perspective view of a fuel battery cell according to the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view of a cell stack in which the fuel battery cells are electrically connected by a current collecting member. As shown in FIG. 7, the cell stack according to the present invention has a configuration in which a fuel cell current collecting member 20 is disposed between the fuel cells 1 shown in FIG. 6 to electrically connect a plurality of fuel cells 1. Have.

燃料電池セル１は、図６に示すように、平板状の支持基板１０と、平板状の支持基板１０の周囲に設けられた燃料極層２、固体電解質層３、空気極層４、インターコネクタ５、及び空気極材料層１４とを備え、支持基板１０は、さらに内部に、燃料電池セル１の積層方向に交わる方向（セル長さ方向）に伸びた複数の燃料ガス通路１６を有するように構成される。   As shown in FIG. 6, the fuel cell 1 includes a flat support substrate 10, a fuel electrode layer 2, a solid electrolyte layer 3, an air electrode layer 4, and an interconnector provided around the flat support substrate 10. 5 and the air electrode material layer 14, and the support substrate 10 further includes a plurality of fuel gas passages 16 extending in the direction intersecting the stacking direction of the fuel cells 1 (cell length direction). Composed.

支持基板１０は、例えば、多孔質かつ導電性の材料からなり、図６に示すように横断面が平坦部と平坦部の両端の弧状部とからなっている。平坦部の対向する面の一方とその両端の弧状部を覆うように多孔質の燃料極層２が設けられており、この燃料極層２を覆うように、緻密質な固体電解質層３が積層されており、さらに、この固体電解質層３の上には、燃料極層２に対向するように、多孔質の導電性セラミックからなる空気極層４が積層されている。また、支持基板１０の電極層２、４が設けられた支持基板１０の面に対向する面には、緻密なインターコネクタ５が形成されている。このインターコネクタ５の表面には、空気極材料からなる空気極材料層１４が形成されている。ここで、空気極材料は、例えばペロブスカイト構造のＬａ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３等の酸化物からなる。ただし、この空気極材料層１４については、必ずしも形成する必要はない。図６に示すように、燃料極層２及び固体電解質層３は、インターコネクタ５の両サイドまで延び、支持基板１０の表面が外部に露出しないように構成されている。 The support substrate 10 is made of, for example, a porous and conductive material, and has a flat section and arc-shaped portions at both ends of the flat portion as shown in FIG. A porous fuel electrode layer 2 is provided so as to cover one of the opposing surfaces of the flat portion and arc-shaped portions at both ends thereof, and a dense solid electrolyte layer 3 is laminated so as to cover the fuel electrode layer 2. Furthermore, an air electrode layer 4 made of a porous conductive ceramic is laminated on the solid electrolyte layer 3 so as to face the fuel electrode layer 2. A dense interconnector 5 is formed on the surface of the support substrate 10 that faces the surface of the support substrate 10 on which the electrode layers 2 and 4 are provided. An air electrode material layer 14 made of an air electrode material is formed on the surface of the interconnector 5. Here, the air electrode material is made of an oxide such as La (Fe, Mn) O 3 or (La, Sr) (Co, Fe) O 3 having a perovskite structure. However, the air electrode material layer 14 is not necessarily formed. As shown in FIG. 6, the fuel electrode layer 2 and the solid electrolyte layer 3 extend to both sides of the interconnector 5 and are configured so that the surface of the support substrate 10 is not exposed to the outside.

このような構造の燃料電池セル１は、燃料極層２の空気極層４と対面している部分が燃料極として作動して発電する。即ち、空気極層４の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持基板１０内のガス通路１６に燃料ガス（水素）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより、空気極層４で下記の式（１）の電極反応が生じ、また燃料極層２の燃料極となる部分では例えば下記の式（２）の電極反応が生じることによって発電する。
空気極： １／２Ｏ２＋２ｅ− → Ｏ２− （固体電解質） （１）
燃料極： Ｏ２− （固体電解質）＋ Ｈ２ → Ｈ２Ｏ＋２ｅ− （２）
かかる電極反応によって発生した電流は、支持基板１０に取り付けられているインターコネクタ５を介して集電される。 In the fuel cell 1 having such a structure, the portion of the fuel electrode layer 2 facing the air electrode layer 4 operates as a fuel electrode to generate electric power. That is, an oxygen-containing gas such as air is allowed to flow outside the air electrode layer 4, and a fuel gas (hydrogen) is allowed to flow through the gas passage 16 in the support substrate 10, and the air electrode layer 4 is heated to a predetermined operating temperature. Then, an electrode reaction of the following formula (1) occurs, and power is generated by, for example, an electrode reaction of the following formula (2) occurring in the portion that becomes the fuel electrode of the fuel electrode layer 2.
Air electrode: 1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (solid electrolyte) (1)
Fuel electrode: O 2− (solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e − (2)
The current generated by the electrode reaction is collected through the interconnector 5 attached to the support substrate 10.

このような複数の燃料電池セルの間には、図７に示すように、本発明による燃料電池用集電部材２０が介装されて電気的に接続され、これによりセルスタックが構成されている。即ち、燃料電池用集電部材２０が、一方の燃料電池セル１の空気極層４に多孔質の導電性セラミックからなる導電性接合材２５により接合されると共に、隣設する他方の燃料電池セル１の空気極材料層１４に導電性接合材２５により接合され、これにより、複数の燃料電池セル１が電気的に直列に接続され、セルスタックが構成されている。導電性接合材２５としては、例えば、ペロブスカイト構造のＬａ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３等から形成することができる。このように構成することによって、燃料電池用集電部材２０と燃料電池セル１との電気的接触を高くすることができる。尚、燃料電池セル１を燃料電池用集電部材２０により電気的に接続した形態について説明したが、燃料電池用集電部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより電気的に接続する場合も同様である。 As shown in FIG. 7, a fuel cell current collecting member 20 according to the present invention is interposed between and electrically connected to the plurality of fuel cells, thereby forming a cell stack. . That is, the fuel cell current collecting member 20 is bonded to the air electrode layer 4 of one fuel cell 1 by the conductive bonding material 25 made of porous conductive ceramic, and the other fuel cell adjacent to the fuel cell. A plurality of fuel cells 1 are electrically connected in series to form a cell stack by bonding to one air electrode material layer 14 with a conductive bonding material 25. The conductive bonding material 25 can be formed of, for example, La (Fe, Mn) O 3 , (La, Sr) (Co, Fe) O 3 having a perovskite structure. With this configuration, the electrical contact between the fuel cell current collecting member 20 and the fuel cell 1 can be increased. In addition, although the form which electrically connected the fuel cell 1 by the fuel cell current collection member 20 was demonstrated, the case where it electrically connects by the fuel cell current collection members 20a, 20b, and 20c is also the same.

このようなセルスタックは、図示しないが燃料ガスが供給されるマニホールドに配置され、マニホールド内に供給された燃料ガスが燃料電池セル１のガス通路１６内を通過していくことになる。   Although not shown, such a cell stack is arranged in a manifold to which fuel gas is supplied, and the fuel gas supplied into the manifold passes through the gas passage 16 of the fuel cell 1.

燃料電池は、上記のセルスタックを収納容器内に収容し、この収納容器に、都市ガス等の燃料ガスを供給する燃料ガス導入管及び空気を供給するための空気導入管を配設することにより構成される。   In the fuel cell, the cell stack is accommodated in a storage container, and a fuel gas introduction pipe for supplying fuel gas such as city gas and an air introduction pipe for supplying air are disposed in the storage container. Composed.

本発明による燃料電池用集電部材の一実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Example of the current collection member for fuel cells by this invention. 図１に示す燃料電池用集電部材２０のエッジ部分の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the edge part of the current collection member 20 for fuel cells shown in FIG. エッジ部分での異常酸化を防止する他の構成例についての説明図である。It is explanatory drawing about the other structural example which prevents the abnormal oxidation in an edge part. 燃料電池セル間に燃料電池用集電部材を介装し、燃料電池セル同士を電気的に接続した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which interposed the fuel cell current collection member between the fuel cells, and electrically connected the fuel cells. 導電性と絶縁性のＣｒ拡散防止層を形成した集電部材を用いて、燃料電池セル同士を電気的に接続した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which electrically connected fuel cell using the current collection member in which the electroconductive and insulating Cr diffusion prevention layer was formed. 本発明による燃料電池セルの斜視図である。1 is a perspective view of a fuel cell according to the present invention. 燃料電池セルを集電部材により電気的に接続してなるセルスタックの断面図である。It is sectional drawing of the cell stack formed by electrically connecting a fuel cell by a current collection member.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池セル
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 集電部材
２５ 導電性接合材
２０１ 平板
２０１ｅ、２０２ｅ エッジ部分
２０２ 橋
２０３、２０４、２０５ 絶縁性を有するＣｒ拡散防止層
２０６ 導電性を有するＣｒ拡散防止層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 20, 20a, 20b, 20c Current collecting member 25 Conductive joining material 201 Flat plate 201e, 202e Edge part 202 Bridge 203, 204, 205 Insulating Cr diffusion prevention layer 206 Conductive Cr diffusion prevention layer

Claims (4)

Ｃｒを含有する集電部材を介装して複数の燃料電池セルから集電する燃料電池の集電構造であって、前記集電部材のエッジ部分が丸められているとともに、前記集電部材は、前記燃料電池セル側の表面が導電性を有するＣｒ拡散防止層で被覆され、その他の表面が絶縁性を有するＣｒ拡散防止層で被覆されていることを特徴とする燃料電池の集電構造。 A current collecting structure for a fuel cell that collects current from a plurality of fuel cells via a current collecting member containing Cr, wherein an edge portion of the current collecting member is rounded, and the current collecting member is A fuel cell current collecting structure , wherein the surface on the fuel cell side is covered with a conductive Cr diffusion preventing layer, and the other surface is covered with an insulating Cr diffusion preventing layer . 前記燃料電池セルの電極と前記集電部材とが間に導電性接合材を介して電気的に接合され、前記集電部材は、前記導電性接合材に接合される部分である前記燃料電池セル側の表面が、前記導電性を有するＣｒ拡散防止層で被覆され、前記導電性接合材に接合されない部分である前記その他の表面が、前記絶縁性を有するＣｒ拡散防止層で被覆されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の集電構造。 Wherein between the electrode of the fuel cell and the current collecting member via the conductive bonding material is electrically connected, said current collecting member, said fuel cell is a portion which is bonded to the conductive bonding material the surface side is coated with Cr diffusion preventing layer having the conductive, the other surface is a portion which is not bonded to the conductive bonding material is coated with a Cr diffusion preventing layer having the insulating current collecting structure of a fuel cell according to claim 1 Symbol mounting characterized. 前記絶縁性を有するＣｒ拡散防止層がＡｌ２Ｏ３からなることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池の集電構造。 Current collecting structure of a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein Cr diffusion preventing layer having the insulation properties, characterized in that made of Al 2 O 3. 前記導電性を有するＣｒ拡散防止層がＦｅを含有するＺｎＯからなることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池の集電構造。 Current collecting structure of a fuel cell according to any one of claims 1 to 3 Cr diffusion preventing layer having the conductivity is characterized in that it consists of ZnO containing Fe.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5294649B2 (en) * 2008-02-26 2013-09-18 京セラ株式会社 Cell stack and fuel cell module
JP2010080266A (en) * 2008-09-26 2010-04-08 Kyocera Corp Fuel battery cell stack device, and fuel cell module equipped with the same, and fuel cell device
JP5305020B2 (en) * 2009-04-24 2013-10-02 トヨタ自動車株式会社 Gas channel metal plate of fuel cell, manufacturing apparatus and manufacturing method thereof
JP5709670B2 (en) * 2011-06-29 2015-04-30 京セラ株式会社 Fuel cell device
DE102012219141A1 (en) * 2012-10-19 2014-04-24 Robert Bosch Gmbh Chromium-resistant fuel cell system and method of operating the same
JP6122295B2 (en) * 2012-12-27 2017-04-26 京セラ株式会社 Current collecting member, cell stack device, and fuel cell
JP6599709B2 (en) * 2015-09-29 2019-10-30 京セラ株式会社 Cell stack, cell stack device, module and module housing device
JP6554587B1 (en) * 2018-06-12 2019-07-31 日本碍子株式会社 Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same
KR102158795B1 (en) * 2018-11-26 2020-09-22 에스퓨얼셀(주) A current collector for fuel cell and fuel cell stack including the same

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07153469A (en) * 1993-11-29 1995-06-16 Sanyo Electric Co Ltd Solid electrolyte fuel cell
JPH08185870A (en) * 1994-12-27 1996-07-16 Tonen Corp Separator for solid electrolyte fuel cell
JP2001196077A (en) * 2000-01-13 2001-07-19 Tokyo Gas Co Ltd Separator for solid electrolyte fuel cell
JP2004281105A (en) * 2003-03-13 2004-10-07 Ngk Insulators Ltd Chrome poisoning suppression material and electrochemical device
JP2006092837A (en) * 2004-09-22 2006-04-06 Kyocera Corp Current collecting member for fuel cell, its manufacturing method, fuel cell stack using it and the fuel cell
JP4818069B2 (en) * 2005-10-27 2011-11-16 京セラ株式会社 Heat-resistant conductive member, alloy member for fuel cell, current collecting member for fuel cell, cell stack, fuel cell
DE112006002956B4 (en) * 2005-10-27 2020-06-18 Kyocera Corporation Heat-resistant alloy element, collector element for a fuel cell, cell stack and fuel cell device
JP5080749B2 (en) * 2006-03-31 2012-11-21 京セラ株式会社 Current collecting member for fuel cell, cell stack, and fuel cell

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