JP5181600B2 - Solid oxide fuel cell, stack structure of solid oxide fuel cell, and manufacturing method of solid oxide fuel cell - Google Patents

Solid oxide fuel cell, stack structure of solid oxide fuel cell, and manufacturing method of solid oxide fuel cell Download PDF

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形燃料電池のスタック構造、及び固体酸化物形燃料電池の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell, a stack structure of a solid oxide fuel cell, and a method for manufacturing a solid oxide fuel cell.

燃料電池とは外部からの燃料供給と燃焼生成物の排気とを連続的に行いながら、燃料が酸化する際に発生する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる電池である。燃料電池の種類は電解質により分類され、電解質にイオン伝導性を持つ固体酸化物を用いたものを固体酸化物形燃料電池と呼んでいる。この固体酸化物形燃料電池は、電解質が平板形と、円筒形の2つのタイプに大別される。円筒形の固体酸化物形燃料電池として、例えば特許文献1には、円筒状の多孔質基体管上に空気極、電解質層、燃料極がこの順で形成されたものが開示されている。このような、円筒形の固体酸化物形燃料電池は、良好なガスシール性を有している。
特開2003−346843号公報
A fuel cell is a cell that can directly convert chemical energy generated when fuel is oxidized into electric energy while continuously supplying fuel from the outside and exhausting combustion products. The types of fuel cells are classified according to the electrolyte, and those using a solid oxide having ionic conductivity for the electrolyte are called solid oxide fuel cells. This solid oxide fuel cell is roughly classified into two types, that is, a flat plate type and a cylindrical type electrolyte. For example, Patent Document 1 discloses a cylindrical solid oxide fuel cell in which an air electrode, an electrolyte layer, and a fuel electrode are formed in this order on a cylindrical porous substrate tube. Such a cylindrical solid oxide fuel cell has a good gas sealing property.
JP 2003-346843 A

しかしながら、上記円筒形固体酸化物形燃料電池は、ガスシールが容易であるという利点があるものの、円筒形であるため、スタック化する際に安定性に欠けるという問題がある。   However, although the cylindrical solid oxide fuel cell has an advantage that gas sealing is easy, it has a problem that it lacks stability when being stacked because it is cylindrical.

そこで、本発明は、ガスシールが容易に行えつつ、安定したスタック構造とできる固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形燃料電池のスタック構造、及び固体酸化物形燃料電池の製造方法を提供することを課題とする。   Accordingly, the present invention provides a solid oxide fuel cell, a stack structure of a solid oxide fuel cell, and a method for manufacturing a solid oxide fuel cell that can be easily sealed and have a stable stack structure. This is the issue.

本発明に係る第1の固体酸化物形燃料電池は、上記課題を解決するためになされたものであり、導電性及び多孔質性を有する、断面矩形状の角筒状支持部材と、前記支持部材の一の外側面上を軸方向の一方端から他方端まで延びる、緻密性を有する第1のインターコネクタと、前記支持部材の残りの外側面を覆うよう前記支持部材の各外側面上にそれぞれ積層され、前記各外側面側から燃料極及び空気極のどちらか一方の電極、電解質、他方の電極の順で積層された自立膜式又は支持膜式の平板形単セルと、前記支持部材と前記各単セルとの間にそれぞれ介在して前記支持部材及び前記単セルと溶着した、パターン状に形成された導電性の溶着層と、隣接する前記単セルの他方の電極同士を接続するとともに、隣接する前記電解質間の境界部分を塞ぐように形成された、緻密性を有する第2のインターコネクタと、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する前記単セルとに接合するとともに、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する前記単セルとの間から露出する支持部材を覆うように設置された絶縁性のガスシールと、を備えている。   A first solid oxide fuel cell according to the present invention has been made to solve the above problems, and has a rectangular tube-shaped support member having a conductive and porous shape and a rectangular cross-section. A first interconnector having a denseness extending on one outer surface of the member from one end in the axial direction to the other end; and on each outer surface of the support member so as to cover the remaining outer surface of the support member A self-supporting membrane type or supporting membrane type flat single cell, each of which is laminated and laminated in the order of either the fuel electrode or the air electrode, the electrolyte, and the other electrode from the respective outer side surfaces, and the support member And a conductive welding layer formed in a pattern and welded to the support member and the single cell, and the other electrode of the adjacent single cell are connected to each other and interposed between the single cell and the single cell. And a boundary between adjacent electrolytes A second interconnector having a denseness formed so as to close the first interconnector, the first interconnector and the single cell adjacent to the first interconnector, and the first interconnector And an insulating gas seal installed so as to cover a support member exposed from between the single cell adjacent to the first interconnector.

この構成によると、まず、筒状の支持部材を使用しており、この筒状の支持部材を、第1のインターコネクタ、ガスシール及び単セルによって覆うとともに、隣接する単セル間における電解質と電解質との間の境界部分を第2のインターコネクタによって覆っている。これら第1及び第2のインターコネクタ、ガスシール、並びに単セルの電解質はガスを透過させないため、筒状の支持部材の中と外とでガスを分離して供給することができ、ガスシールを容易に行うことができる。また、筒状の支持部材を使用しているが、この支持部材は、断面が矩形状の角筒であるため、安定してこれら固体酸化物形燃料電池を積層することができ、ひいては、安定したスタック構造を得ることができる。   According to this configuration, first, a cylindrical support member is used. The cylindrical support member is covered with the first interconnector, the gas seal, and the single cell, and the electrolyte and the electrolyte between adjacent single cells. The boundary part between the two is covered by the second interconnector. Since the first and second interconnectors, the gas seal, and the single cell electrolyte do not transmit gas, the gas can be supplied separately inside and outside the cylindrical support member. It can be done easily. In addition, although a cylindrical support member is used, since this support member is a rectangular tube having a rectangular cross section, these solid oxide fuel cells can be stably stacked. Stack structure can be obtained.

また、従来は、筒状の支持部材上に燃料極や電解質、空気極を形成する方法としてディッピング法を採用していたため、支持部材が角筒状であると、その角部分においては、均一な厚さで燃料極などを形成することが困難であるという問題があった。しかし、上記第1の固体酸化物形燃料電池は、溶着層を介して単セルを支持部材に接合する構成をとっているため、厚さが不均一になりやすいという問題を解消することもできる。なお、本発明でいう緻密性とは、燃料電池の発電に用いられる燃料ガスや酸化剤ガスが透過しない程度の緻密性のことをいう。   Conventionally, since the dipping method has been adopted as a method of forming the fuel electrode, the electrolyte, and the air electrode on the cylindrical support member, if the support member has a rectangular tube shape, the corner portion is uniform. There is a problem that it is difficult to form a fuel electrode or the like with a thickness. However, since the first solid oxide fuel cell has a configuration in which the single cell is joined to the support member via the weld layer, the problem that the thickness tends to be non-uniform can be solved. . Note that the term “denseness” as used in the present invention refers to denseness that does not allow fuel gas and oxidant gas used for power generation of the fuel cell to permeate.

また、本発明に係る第2の固体酸化物形燃料電池は、上記課題を解決するためになされたものであり、導電性及び多孔質性を有する、断面矩形状の角筒状支持部材と、前記支持部材の一の外側面上を軸方向の一方端から他方端まで延びる、緻密性を有する第1のインターコネクタと、前記支持部材の残りの外側面を覆うよう前記支持部材の各外側面上にそれぞれ積層され、前記各外側面側から燃料極及び空気極のどちらか一方の電極、電解質、他方の電極の順で積層された自立膜式又は支持膜式の平板形単セルと、前記支持部材と前記各単セルとの間にそれぞれ介在して前記支持部材及び前記単セルと溶着した、導電性及び多孔質性を有する溶着シートと、隣接する前記単セルの他方の電極同士を接続するとともに、隣接する前記電解質間の境界部分を塞ぐように形成された、緻密性を有する第2のインターコネクタと、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する前記単セルとに接合するとともに、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する前記単セルとの間から露出する支持部材を覆うように設置された絶縁性のガスシールと、を備えている。   Further, a second solid oxide fuel cell according to the present invention is made to solve the above-described problems, and has a rectangular cross-sectional support member having a rectangular cross section having conductivity and porosity. A first interconnector having a denseness that extends from one end in the axial direction to the other end on one outer surface of the support member, and each outer surface of the support member so as to cover the remaining outer surface of the support member A self-supporting membrane type or support membrane type flat unit cell laminated in order of either one of the electrode of the fuel electrode and the air electrode, the electrolyte, and the other electrode from the respective outer side surfaces; Connected between the supporting member and each single cell, and welded to the supporting member and the single cell, and has a conductive and porous welding sheet, and the other electrode of the adjacent single cell connected to each other And between adjacent electrolytes The first interconnector formed so as to close the boundary portion and having a dense property, the first interconnector, and the single cell adjacent to the first interconnector are joined, and the first interconnector is joined. And an insulating gas seal installed so as to cover a support member exposed from between the interconnector and the single cell adjacent to the first interconnector.

この構成によると、まず、筒状の支持部材を使用しており、この筒状の支持部材を、第1のインターコネクタ、ガスシール及び単セルによって覆うとともに、隣接する単セル間における電解質と電解質との間の境界部分を第2のインターコネクタによって覆っている。これら第1及び第2のインターコネクタ、ガスシール、並びに単セルの電解質はガスを透過させないため、筒状の支持部材の中と外とでガスを分離して供給することができ、ガスシールを容易に行うことができる。また、筒状の支持部材を使用しているが、この支持部材は、断面が矩形状の角筒であるため、安定してこれら固体酸化物形燃料電池を積層することができ、ひいては、安定したスタック構造を得ることができる。   According to this configuration, first, a cylindrical support member is used. The cylindrical support member is covered with the first interconnector, the gas seal, and the single cell, and the electrolyte and the electrolyte between adjacent single cells. The boundary part between the two is covered by the second interconnector. Since the first and second interconnectors, the gas seal, and the single cell electrolyte do not transmit gas, the gas can be supplied separately inside and outside the cylindrical support member. It can be done easily. In addition, although a cylindrical support member is used, since this support member is a rectangular tube having a rectangular cross section, these solid oxide fuel cells can be stably stacked. Stack structure can be obtained.

また、従来は、筒状の支持部材上に燃料極や電解質、空気極を形成する方法としてディッピング法を採用していたため、支持部材が角筒状であると、その角部分においては、均一な厚さで燃料極などを形成することが困難であるという問題があった。しかし、上記第1の固体酸化物形燃料電池は、溶着シートを介して単セルを支持部材に接合する構成をとっているため、厚さが不均一になりやすいという問題を解消することもできる。   Conventionally, since the dipping method has been adopted as a method of forming the fuel electrode, the electrolyte, and the air electrode on the cylindrical support member, if the support member has a rectangular tube shape, the corner portion is uniform. There is a problem that it is difficult to form a fuel electrode or the like with a thickness. However, since the first solid oxide fuel cell has a structure in which the single cell is joined to the support member via the welding sheet, the problem that the thickness tends to be non-uniform can be solved. .

また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池のスタック構造は、上記課題を解決するためになされたものであり、第1又は第2の固体酸化物形燃料電池を複数備え、一の固体酸化物形燃料電池は、第1のインターコネクタが他の固体酸化物形燃料電池の他方の電極と接続されることで、他の固体酸化物形燃料電池と直列に接続されている。   In addition, the stack structure of the solid oxide fuel cell according to the present invention is made to solve the above problems, and includes a plurality of first or second solid oxide fuel cells, and a single solid oxide fuel cell. The physical fuel cell is connected in series with the other solid oxide fuel cell by connecting the first interconnector to the other electrode of the other solid oxide fuel cell.

この構成によれば、上記第1又は第2の固体酸化物形燃料電池を使用するため、上述したように、良好なガスシール性を有しつつ、安定したスタック構造とすることができる。また、一の燃料電池と他の燃料電池とを直列に接続することで、大きな電圧を得ることができる。   According to this configuration, since the first or second solid oxide fuel cell is used, as described above, a stable stack structure can be obtained while having good gas sealing properties. Also, a large voltage can be obtained by connecting one fuel cell and another fuel cell in series.

また、本発明に係る第1の固体酸化物形燃料電池の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、導電性及び多孔質性を有する、断面矩形状の角筒状支持部材を準備する工程と、燃料極、電解質及び空気極がこの順で積層された自立膜式又は支持膜式の単セルを3つ準備する工程と、前記支持部材の一の側面上を軸方向の一方端から他方端まで延びるよう、緻密性を有する第1のインターコネクタを形成する工程と、前記支持部材の残りの各外側面上又は前記各単セル上に、導電性を有する溶着層をパターン状に形成する工程と、前記支持部材の残りの各外側面上に、前記溶着層を介して、前記各単セルの燃料極及び空気極のどちらか一方の電極が前記各外側面側を向くように前記各単セルを積層する工程と、前記各単セルを支持部材の各側面上に積層した状態で、前記溶着層を溶融させて前記筒状支持部材及び単セルに溶着させる工程と、前記他方の電極同士を接続するとともに、隣接する前記電解質間の境界部分を塞ぐよう、緻密性を有する第2のインターコネクタを形成する工程と、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する単セルとに接合するとともに、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する単セルとの間から露出する支持部材を覆うように絶縁性のガスシールを設置する工程と、を備えている。   The first method for producing a solid oxide fuel cell according to the present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and has a rectangular cross-sectional support having a conductive and porous shape. A step of preparing a member, a step of preparing three self-supporting membrane type or support membrane type single cells in which a fuel electrode, an electrolyte and an air electrode are laminated in this order, and an axial direction on one side surface of the support member Forming a first interconnector having a denseness so as to extend from one end to the other end, and a conductive weld layer on each remaining outer surface of the support member or on each single cell. A step of forming a pattern; and on each remaining outer surface of the support member, either the fuel electrode or the air electrode of each unit cell is placed on the outer surface side through the weld layer. Laminating each single cell so that it faces, and each single cell In a state of being laminated on each side surface of the holding member, the step of melting the welding layer and welding it to the cylindrical support member and the single cell, and connecting the other electrode to each other and the boundary between the adjacent electrolytes Forming a dense second interconnector so as to close the portion, joining the first interconnector to a single cell adjacent to the first interconnector, and the first interconnector. And installing an insulating gas seal so as to cover the support member exposed from between the single cell adjacent to the first interconnector.

上記第1の製造方法によると、まず、筒状の支持部材を準備しており、第1のインターコネクタ、ガスシール及び単セルを支持部材を覆うように形成するとともに、隣接する単セル間における電解質と電解質との間の境界部分を塞ぐよう第2のインターコネクタを形成している。これら第1及び第2のインターコネクタ、ガスシール、並びに単セルの電解質はガスを透過させないため、筒状の支持部材の中と外とでガスを分離して供給することができ、ガスシールを容易に行うことができる。また、筒状の支持部材を使用しているが、この支持部材は、断面が矩形状の角筒であるため、安定してこれら固体酸化物形燃料電池を積層することができ、ひいては、安定したスタック構造を得ることができる。   According to the first manufacturing method, first, the cylindrical support member is prepared, and the first interconnector, the gas seal, and the single cell are formed so as to cover the support member, and between the adjacent single cells. A second interconnector is formed so as to block a boundary portion between the electrolyte and the electrolyte. Since the first and second interconnectors, the gas seal, and the single cell electrolyte do not transmit gas, the gas can be supplied separately inside and outside the cylindrical support member. It can be done easily. In addition, although a cylindrical support member is used, since this support member is a rectangular tube having a rectangular cross section, these solid oxide fuel cells can be stably stacked. Stack structure can be obtained.

また、従来は、筒状の支持部材上に燃料極や電解質、空気極を形成する方法としてディッピング法を採用していたため、支持部材が角筒状であると、その角部分においては、均一な厚さで燃料極などを形成することが困難であるという問題があった。しかし、上記第1の製造方法は、まず単セルを準備し、その単セルを溶着層を介して支持部材に接合する方法をとっているため、厚さが不均一になりやすいという問題を解消することもできる。   Conventionally, since the dipping method has been adopted as a method of forming the fuel electrode, the electrolyte, and the air electrode on the cylindrical support member, if the support member has a rectangular tube shape, the corner portion is uniform. There is a problem that it is difficult to form a fuel electrode or the like with a thickness. However, since the first manufacturing method uses a method in which a single cell is first prepared and the single cell is bonded to a support member via a welding layer, the problem that the thickness tends to be uneven is solved. You can also

また、本発明に係る第2の固体酸化物形燃料電池の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、導電性及び多孔質性を有する、断面矩形状の角筒状支持部材を準備する工程と、燃料極、電解質及び空気極がこの順で積層された自立膜式又は支持膜式の単セルを3つ準備する工程と、前記支持部材の一の側面上を軸方向の一方端から他方端まで延びるよう、緻密性を有する第1のインターコネクタを形成する工程と、前記支持部材の残りの各外側面上に、導電性及び多孔質性を有する溶着シートを介して、前記各単セルの燃料極及び空気極のどちらか一方の電極が前記各外側面側を向くように前記各単セルを積層する工程と、前記各単セルを支持部材の各側面上に積層した状態で、前記溶着シートを溶融させて前記筒状支持部材及び単セルに溶着させる工程と、前記他方の電極同士を接続するとともに、隣接する前記電解質間の境界部分を塞ぐよう、緻密性を有する第2のインターコネクタを形成する工程と、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する単セルとに接合するとともに、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する単セルとの間から露出する支持部材を覆うように絶縁性のガスシールを設置する工程と、を備えている。   The second method for producing a solid oxide fuel cell according to the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a rectangular cross-sectional support with a rectangular cross section having conductivity and porosity. A step of preparing a member, a step of preparing three self-supporting membrane type or support membrane type single cells in which a fuel electrode, an electrolyte and an air electrode are laminated in this order, and an axial direction on one side surface of the support member Forming a first interconnector having a denseness so as to extend from one end of the support member to the other end, and a welding sheet having conductivity and porosity on each remaining outer surface of the support member. , Stacking the single cells such that either one of the fuel electrode and the air electrode of each single cell faces the outer surface side, and stacking the single cells on each side surface of the support member In this state, the welding support sheet is melted to form the cylindrical support portion. And a step of welding to a single cell, a step of forming a second interconnector having a denseness so as to connect the other electrodes and close a boundary portion between the adjacent electrolytes, and the first Joining to the interconnector and the single cell adjacent to the first interconnector and covering the support member exposed from between the first interconnector and the single cell adjacent to the first interconnector And a step of installing an insulating gas seal.

上記第2の製造方法によると、まず、筒状の支持部材を準備しており、第1のインターコネクタ、ガスシール及び単セルを支持部材を覆うように形成するとともに、隣接する単セル間における電解質と電解質との間の境界部分を塞ぐよう第2のインターコネクタを形成している。これら第1及び第2のインターコネクタ、ガスシール、並びに単セルの電解質はガスを透過させないため、筒状の支持部材の中と外とでガスを分離して供給することができ、ガスシールを容易に行うことができる。また、筒状の支持部材を使用しているが、この支持部材は、断面が矩形状の角筒であるため、安定してこれら固体酸化物形燃料電池を積層することができ、ひいては、安定したスタック構造を得ることができる。   According to the second manufacturing method, first, the cylindrical support member is prepared, and the first interconnector, the gas seal and the single cell are formed so as to cover the support member, and between the adjacent single cells. A second interconnector is formed so as to block a boundary portion between the electrolyte and the electrolyte. Since the first and second interconnectors, the gas seal, and the single cell electrolyte do not transmit gas, the gas can be supplied separately inside and outside the cylindrical support member. It can be done easily. In addition, although a cylindrical support member is used, since this support member is a rectangular tube having a rectangular cross section, these solid oxide fuel cells can be stably stacked. Stack structure can be obtained.

また、従来は、筒状の支持部材上に燃料極や電解質、空気極を形成する方法としてディッピング法を採用していたため、支持部材が角筒状であると、その角部分においては、均一な厚さで燃料極などを形成することが困難であるという問題があった。しかし、上記第2の製造方法は、まず単セルを準備し、その単セルを溶着シートを介して支持部材に接合する方法をとっているため、厚さが不均一になりやすいという問題を解消することもできる。   Conventionally, since the dipping method has been adopted as a method of forming the fuel electrode, the electrolyte, and the air electrode on the cylindrical support member, if the support member has a rectangular tube shape, the corner portion is uniform. There is a problem that it is difficult to form a fuel electrode or the like with a thickness. However, since the second manufacturing method uses a method in which a single cell is first prepared and the single cell is joined to a support member via a welding sheet, the problem that the thickness tends to be uneven is solved. You can also

本発明によれば、ガスシールが容易に行えつつ、安定したスタック構造とできる固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形燃料電池のスタック構造、及び固体酸化物形燃料電池の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, there are provided a solid oxide fuel cell, a stack structure of a solid oxide fuel cell, and a method of manufacturing a solid oxide fuel cell, which can be easily gas-sealed and have a stable stack structure. be able to.

以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池及びこれを用いたスタック構造の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の正面断面図、図2は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の斜視図である。なお、軸方向とは、図1の紙面と垂直となる方向のことをいう。   Hereinafter, embodiments of a solid oxide fuel cell according to the present invention and a stack structure using the same will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front sectional view of a solid oxide fuel cell according to this embodiment, and FIG. 2 is a perspective view of the solid oxide fuel cell according to this embodiment. The axial direction means a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

図1及び図2に示すように、固体酸化物形燃料電池1は、断面が矩形状になっている角筒状の支持部材2を備えている。この支持部材2は多孔質性及び導電性を有している。支持部材2の上側面には、緻密性を有する第1のインターコネクタ3が軸方向の一方端から他方端まで延びるように形成されている。また、支持部材2の右側面を覆うように第1の単セル4aが、下側面を覆うように第2の単セル4bが、左側面を覆うように第3の単セル4cが積層されている。各単セル4は、支持体である緻密性の電解質41を有しており、電解質41の支持部材2の外側面と対向する側の面に燃料極42(一方の電極)が形成され、もう一方の面には空気極43(他方の電極)が形成された自立膜式である。これら各単セル4と支持部材2との間にはパターン状に形成された溶着層5が介在されており、この溶着層5が支持部材2と各単セル4とに溶着することで、各単セル4が支持部材2の各外側面上に固定されている。なお、上記支持部材2の上側面は、本発明における一の外側面に相当し、上記支持部材2の右側面、左側面及び下側面は、本発明に於ける残りの外側面に相当する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the solid oxide fuel cell 1 includes a support member 2 having a rectangular tube shape whose cross section is rectangular. This support member 2 has porosity and conductivity. On the upper surface of the support member 2, a dense first interconnector 3 is formed so as to extend from one end to the other end in the axial direction. Further, the first single cell 4a is laminated so as to cover the right side surface of the support member 2, the second single cell 4b is laminated so as to cover the lower side surface, and the third single cell 4c is laminated so as to cover the left side surface. Yes. Each single cell 4 has a dense electrolyte 41 as a support, and a fuel electrode 42 (one electrode) is formed on the surface of the electrolyte 41 opposite to the outer surface of the support member 2. It is a self-supporting film type in which an air electrode 43 (the other electrode) is formed on one surface. A weld layer 5 formed in a pattern is interposed between each single cell 4 and the support member 2, and the weld layer 5 is welded to the support member 2 and each single cell 4. A single cell 4 is fixed on each outer surface of the support member 2. The upper surface of the support member 2 corresponds to one outer surface in the present invention, and the right side surface, left side surface, and lower surface of the support member 2 correspond to the remaining outer surface in the present invention.

隣接する各単セル4の空気極43同士を第2のインターコネクタ6が接続している。すなわち、第1の単セル4aの空気極43aと第2の単セル4bの空気極43bとは、第2のインターコネクタ6aによって接続され、第2の単セル4bの空気極43bと第3の単セル4cの空気極43cとは第2のインターコネクタ6bによって接続されている。また、第2のインターコネクタ6は、空気極43を電気的に接続するだけでなく、電解質41上を軸方向に端から端まで延びることによって、隣接する各電解質41間の境界部分Bを塞いでいる。   The second interconnector 6 connects the air electrodes 43 of the adjacent single cells 4 to each other. That is, the air electrode 43a of the first single cell 4a and the air electrode 43b of the second single cell 4b are connected by the second interconnector 6a, and the air electrode 43b of the second single cell 4b and the third The air electrode 43c of the single cell 4c is connected by the second interconnector 6b. In addition, the second interconnector 6 not only electrically connects the air electrode 43 but also extends from the end to the end in the axial direction on the electrolyte 41 to block the boundary portion B between the adjacent electrolytes 41. It is out.

また、第1のインターコネクタ3と、この第1のインターコネクタ3に隣接する第1の単セル4a及び第3の単セル4cとに接合するガスシール7が形成されている。より詳細には、第1のインターコネクタ3と第1の単セル4aとの間にできた空間を充填して、支持部材2が露出しないようにガスシール7aが設置されている。同様に、第1のインターコネクタ3と、第3の単セル4cとの間にできた空間を充填して支持部材2が露出しないようにガスシール7bが設置されている。なお、これらガスシール7は、支持部材2内を流れる燃料ガスの外部への漏出を防ぐ機能を有するとともに、第1のインターコネクタ3と、これに隣接する単セル4の空気極43とが電気的に接続するのを防止する機能を有するために、絶縁性を有している。   Moreover, the gas seal 7 joined to the 1st interconnector 3 and the 1st single cell 4a and the 3rd single cell 4c which adjoin this 1st interconnector 3 is formed. More specifically, a gas seal 7a is installed so as to fill a space formed between the first interconnector 3 and the first single cell 4a so that the support member 2 is not exposed. Similarly, a gas seal 7b is installed so that the space formed between the first interconnector 3 and the third single cell 4c is filled so that the support member 2 is not exposed. These gas seals 7 have a function of preventing leakage of fuel gas flowing in the support member 2 to the outside, and the first interconnector 3 and the air electrode 43 of the single cell 4 adjacent thereto are electrically connected. In order to have a function of preventing connection, it has an insulating property.

続いて、上記燃料電池を構成する材料について説明する。   Subsequently, materials constituting the fuel cell will be described.

多孔質からなる導電性の支持部材2は、ガス透過性及びその強度を考慮すると、その気孔率が20〜60%の範囲にあることが好ましい。そのような要件から、支持部材2を構成する材料としては、Fe,Ti,Cr,Cu,Ni,Ag,Au,Pt等の導電性金属を用いることができ、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合してもよい。例えば、ステンレス系耐熱材料などが使用でき、具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、インコネルやハステロイなどのニッケル基の耐熱合金などを用いることができる。また、導電性金属酸化物を用いることもでき、例えば、La(Cr,Mg)O3,(La,Ca)CrO3,(La,Sr)CrO3などのランタン・クロマイト系金属酸化物材料を用いることが可能である。なお、ここでいう多孔質とは、気孔が連結することで構成されているものを意味する。この支持部材2の肉厚は、200〜5000μmであることが好ましい。   In consideration of gas permeability and strength, the conductive support member 2 made of a porous material preferably has a porosity in the range of 20 to 60%. From such requirements, as the material constituting the support member 2, conductive metals such as Fe, Ti, Cr, Cu, Ni, Ag, Au, and Pt can be used, and one kind can be used alone. Alternatively, two or more kinds may be mixed. For example, stainless steel heat-resistant materials can be used, and specifically, austenitic stainless steel, ferritic stainless steel, nickel-based heat-resistant alloys such as Inconel and Hastelloy, and the like can be used. In addition, a conductive metal oxide can be used. For example, a lanthanum chromite-based metal oxide material such as La (Cr, Mg) O3, (La, Ca) CrO3, (La, Sr) CrO3 is used. Is possible. Here, the term “porous” means that the pores are connected to each other. The thickness of the support member 2 is preferably 200 to 5000 μm.

溶着層5の材料として、銀や、金、白金、銅、及びこれら金属を含む化合物等を挙げることができる。溶着層5は、溶融して支持部材2と単セル4とに溶着した後の厚さが、50μm〜1mmであることが好ましい。この溶着層5の融点は、支持部材2に熱的損傷を与えない程度の温度であることが好ましく、具体的には、1200℃以下であることが好ましい。   Examples of the material for the weld layer 5 include silver, gold, platinum, copper, and compounds containing these metals. The welded layer 5 preferably has a thickness of 50 μm to 1 mm after being melted and welded to the support member 2 and the single cell 4. The melting point of the weld layer 5 is preferably a temperature that does not cause thermal damage to the support member 2, and specifically, it is preferably 1200 ° C. or less.

電解質41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、サマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物(GDC)、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物(YSZ)などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。支持体として使用される際の電解質41の厚さは、200〜1000μmとすることが好ましい。   As the material of the electrolyte 41, those known as electrolytes for solid oxide fuel cells can be used. For example, ceria oxide (GDC) doped with samarium or gadolinium, lanthanum doped with strontium or magnesium An oxygen ion conductive ceramic material such as a galide oxide, zirconia oxide (YSZ) containing scandium or yttrium can be used. The thickness of the electrolyte 41 when used as a support is preferably 200 to 1000 μm.

燃料極42及び空気極43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 42 and the air electrode 43 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42は、例えば、金属触媒と酸化物イオン導電体からなるセラミックス粉末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触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属(白金、ルテニウム、パラジウム等)等の還元性雰囲気中で安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極42を形成することが好ましい。なお、酸化物イオン導電体からなる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またはセラミックス材料へのニッケル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種類を単独で、或いは2種類以上を混合して使用することができる。また、燃料極42は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。   As the fuel electrode 42, for example, a mixture of a metal catalyst and a ceramic powder material made of an oxide ion conductor can be used. As the metal catalyst used at this time, a material that is stable in a reducing atmosphere, such as nickel, iron, cobalt, or a noble metal (platinum, ruthenium, palladium, etc.) and has hydrogen oxidation activity can be used. In addition, as the oxide ion conductor, one having a fluorite structure or a perovskite structure can be preferably used. Examples of those having a fluorite structure include ceria-based oxides doped with samarium, gadolinium, and the like, and zirconia-based oxides containing scandium and yttrium. In addition, examples of those having a perovskite structure include lanthanum galide oxides doped with strontium and magnesium. Of the above materials, the fuel electrode 42 is preferably formed of a mixture of an oxide ion conductor and nickel. The mixed form of the ceramic material made of the oxide ion conductor and nickel may be a physical mixed form, or may be a powder modification to nickel or a nickel modification to ceramic material. Good. Moreover, the ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Further, the fuel electrode 42 can also be configured using a metal catalyst alone.

空気極43を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型構造等を有するCo,Fe,Ni,Cr又はMn等からなる金属酸化物を用いることができる。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などの酸化物が挙げられ、好ましくは、(La,Sr)(Fe,Co)O3である。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 air electrode 43, for example, a metal oxide made of Co, Fe, Ni, Cr, Mn or the like having a perovskite structure or the like can be used. Specifically, (Sm, Sr) CoO3, (La, Sr) MnO3, (La, Sr) CoO3, (La, Sr) (Fe, Co) O3, (La, Sr) (Fe, Co, Ni) O3 (La, Sr) (Fe, Co) O3 is preferable. The ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

上記燃料極42、及び空気極43は、例えば、ウエットコ−ティング法或いは、ドライコーティング法によって形成することができる。ウエットコ−ティング法としては、スクリーン印刷法、電気泳動(EPD)法、ドクターブレード法、スプレーコート法、インクジェット法、スピンコ−ト法、ディップコート法等が例示できる。その際、これら燃料極42、及び空気極43は、ペースト状にする必要があり、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。より詳細には、上記主成分とバインダー樹脂との混合において、上記主成分が50〜95重量%となるように、バインダー樹脂等を加えることが好ましい。また、ドライコーティング法としては、例えば蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、化学気相成長(CVD)法、電気化学気相成長法、イオンビーム法、レーザーアブレーション法、大気圧プラズマ成膜法、減圧プラズマ成膜法等で形成することもできる。燃料極42及び空気極43の膜厚は、5〜100μmとなるように形成するが、5〜50μmであることがさらに好ましい。   The fuel electrode 42 and the air electrode 43 can be formed by, for example, a wet coating method or a dry coating method. Examples of the wet coating method include a screen printing method, an electrophoresis (EPD) method, a doctor blade method, a spray coating method, an ink jet method, a spin coating method, and a dip coating method. At this time, the fuel electrode 42 and the air electrode 43 need to be formed in a paste form, and 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. More specifically, it is preferable to add a binder resin or the like so that the main component is 50 to 95% by weight in the mixing of the main component and the binder resin. Examples of dry coating methods include vapor deposition, sputtering, ion plating, chemical vapor deposition (CVD), electrochemical vapor deposition, ion beam, laser ablation, and atmospheric pressure plasma deposition. Alternatively, it can be formed by a low pressure plasma film forming method or the like. The fuel electrode 42 and the air electrode 43 are formed to have a film thickness of 5 to 100 μm, and more preferably 5 to 50 μm.

第1及び第2のインターコネクタ3,6は、導電性のある金属或いは金属酸化物材料からなり、Pt,Au,Ag,Ni,Fe,Cuなど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 first and second interconnectors 3 and 6 are made of a conductive metal or metal oxide material, and can be formed of Pt, Au, Ag, Ni, Fe, Cu, etc., and one of these is used. A seed | species may be used independently and 2 or more types may be mixed and used for it.

ガスシール7の材料としては、ガラス系材料等を挙げることができる。   Examples of the material for the gas seal 7 include glass-based materials.

次に上記のように構成された固体酸化物形燃料電池の製造方法について図面を参照しつつ説明する。図3は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の製造方法を示す説明図である。   Next, a method for manufacturing the solid oxide fuel cell configured as described above will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to this embodiment.

まず、角筒状の支持部材2を準備し、この支持部材2の上側面に第1のインターコネクタ3を形成する(図3(a))。第1のインターコネクタ3の形成方法についてより詳細に説明すると、まず上述したインターコネクタの材料に、バインダー樹脂、有機溶媒などを適量加えてペースト状にし、このインターコネクタ用ペーストを支持部材2の上側面にスクリーン印刷などによって塗布し、所定時間乾燥、焼結することによって第1のインターコネクタ3を支持部材2の上側面に形成する。なお、支持部材2は、公知の方法で形成することができるが、例えば、上述した支持部材2の材料をメチルセルロースなどのワックス系滑剤と混練して、押出成形法によって形成することができる。   First, a square cylindrical support member 2 is prepared, and a first interconnector 3 is formed on the upper side surface of the support member 2 (FIG. 3A). The method for forming the first interconnector 3 will be described in more detail. First, an appropriate amount of a binder resin, an organic solvent, or the like is added to the above-described interconnector material to form a paste, and this interconnector paste is placed on the support member 2. The first interconnector 3 is formed on the upper surface of the support member 2 by applying it to the side surface by screen printing or the like, and drying and sintering for a predetermined time. The support member 2 can be formed by a known method. For example, the support member 2 can be formed by an extrusion method by kneading the material of the support member 2 with a wax-based lubricant such as methylcellulose.

次に、燃料極42側に溶着層5がパターン状に形成された単セル4を3つ準備し、各単セル4の溶着層5が支持部材2と対向するように、第1の単セル4aを支持基板2の右側面に、第2の単セル4bを下側面に、第3の単セル4cを左側面にそれぞれ配置する(図3(b))。各単セル4は、公知の方法で形成することができるが、例えば、まず上記材料からなる電解質41を準備し、この電解質41の支持部材2と対向する面に上述した材料からなる燃料極ペーストをスクリーン印刷し、所定時間、乾燥・焼結して多孔質の燃料極42を形成する。次に、上述した材料からなる空気極ペーストをスクリーン印刷によって、電解質41のもう一方の面に塗布し、所定時間、乾燥・焼結して多孔質の空気極43を形成する。以上によって、単セル4を形成することができる。また、各単セル4にパターン状の溶着層5を形成する方法について説明すると、溶着層材料をペースト状にした溶着層ペーストを所定のパターンになるようにスクリーン印刷にて燃料極上に塗布し、所定時間、乾燥・焼結して形成する。なお、このパターン状に形成された溶着層5の形状は種々の形状をとることができるが、例えば、図6に示すように、蛇行形状(図6(a))や渦巻き形状(図6(b))、斑点形状(図6(c))とすることができる。   Next, three unit cells 4 each having a weld layer 5 formed in a pattern on the fuel electrode 42 side are prepared, and the first unit cell is arranged so that the weld layer 5 of each unit cell 4 faces the support member 2. 4a is arranged on the right side of the support substrate 2, the second single cell 4b is arranged on the lower side, and the third single cell 4c is arranged on the left side (FIG. 3B). Each unit cell 4 can be formed by a known method. For example, first, an electrolyte 41 made of the above material is prepared, and a fuel electrode paste made of the above material is provided on the surface of the electrolyte 41 facing the support member 2. Is screen-printed, dried and sintered for a predetermined time to form the porous fuel electrode 42. Next, the air electrode paste made of the above-described material is applied to the other surface of the electrolyte 41 by screen printing, and dried and sintered for a predetermined time to form the porous air electrode 43. Thus, the single cell 4 can be formed. Further, the method for forming the patterned weld layer 5 on each single cell 4 will be described. The weld layer paste in the form of a paste of the weld layer material is applied on the fuel electrode by screen printing so as to have a predetermined pattern, It is formed by drying and sintering for a predetermined time. In addition, although the shape of the welding layer 5 formed in this pattern shape can take various shapes, for example, as shown in FIG. 6, a meandering shape (FIG. 6A) or a spiral shape (FIG. 6 ( b)), a spot shape (FIG. 6C).

そして、このように支持部材2の各外側面に各単セル4を配置した状態で、各単セル4を支持基板2側に押し付けるよう圧力をかけながら、溶着層5の融点よりも高い温度となるよう加熱する。なお、溶着層5の材料によっても異なるが、溶着層5を銀で構成した場合は、800〜1000℃の温度で、1〜10時間加熱することが好ましい。また、圧力は、100〜10,000g/cmとすることが好ましい。以上の工程により、溶着層5が一旦溶融して支持部材2及び単セル4に溶着して単セル4を支持部材2に固定する(図3(c))。 And in the state which has arrange | positioned each single cell 4 to each outer side surface of the supporting member 2 in this way, while applying pressure so that each single cell 4 may be pressed on the support substrate 2 side, temperature higher than melting | fusing point of the welding layer 5 and Heat to In addition, although it changes with materials of the welding layer 5, when the welding layer 5 is comprised with silver, it is preferable to heat at the temperature of 800-1000 degreeC for 1 to 10 hours. Moreover, it is preferable that a pressure shall be 100-10,000 g / cm < 2 >. Through the above steps, the welded layer 5 is once melted and welded to the support member 2 and the single cell 4 to fix the single cell 4 to the support member 2 (FIG. 3C).

続いて、支持部材2に固定された各単セル4の空気極43を、隣接する他の単セル4の空気極43と電気的に接続するため、第2のインターコネクタ6a及び6bを形成する(図3(d))。この第2のインターコネクタ6a及び6bは、第1のインターコネクタ3と同様に、インターコネクタ用ペーストを形成して、これを刷毛塗りして所定時間、乾燥・焼結することによって形成される。また、第2のインターコネクタ6をそれぞれ形成することによって、第1の単セル4aの電解質41aと第2の単セル4bの電解質41bとの間の隙間部分B及び、第2の単セル4bの電解質41bと第3の単セル4cの電解質41cとの間の隙間部分Bを塞いでいる。   Subsequently, in order to electrically connect the air electrode 43 of each single cell 4 fixed to the support member 2 to the air electrode 43 of another adjacent single cell 4, second interconnectors 6a and 6b are formed. (FIG. 3 (d)). Similar to the first interconnector 3, the second interconnectors 6a and 6b are formed by forming an interconnector paste, brushing it, and drying and sintering for a predetermined time. Further, by forming the second interconnector 6 respectively, the gap portion B between the electrolyte 41a of the first single cell 4a and the electrolyte 41b of the second single cell 4b, and the second single cell 4b A gap B between the electrolyte 41b and the electrolyte 41c of the third unit cell 4c is blocked.

最後に、第1のインターコネクタ3と、これに隣接する第1の単セル4a及び第3の単セル4cとの間の空間を充填するよう、ガスシール7a、7bを設置する(図3(e))。より詳細には、上記材料からなるガスシール7a、7bを、第1のインターコネクタ3及びこれに隣接する第1の単セル4a及び第3の単セル4cに塗布し、乾燥・焼結により接合させる。以上の工程により、固体酸化物形燃料電池1が完成する。   Finally, gas seals 7a and 7b are installed so as to fill the space between the first interconnector 3 and the first single cell 4a and the third single cell 4c adjacent to the first interconnector 3 (FIG. 3 ( e)). More specifically, the gas seals 7a and 7b made of the above materials are applied to the first interconnector 3 and the first single cell 4a and the third single cell 4c adjacent to the first interconnector 3, and bonded by drying and sintering. Let The solid oxide fuel cell 1 is completed through the above steps.

上記のように構成された燃料電池は、次のようにして発電が行われる。まず、燃料電池1の支持部材2の内部に水素、又はエタン、エタンなどの炭化水素からなる燃料ガスを供給する。このように支持部材2の内部に供給された燃料ガスは、支持部材2が多孔質性を有しガス透過性であるため、支持部材2内を透過し溶着層3側まで到達する。溶着層3はパターン状に形成されているため、溶着層3まで到着した燃料ガスは、溶着層3が形成されていない部分を通って燃料極42と接触する。また、これと平行して、空気などの酸化剤ガスを固体酸化物形燃料電池1の外側に供給する。各単セル4の空気極43が露出しているため、燃料電池1の外側に供給された酸化剤ガスは各単セル4の空気極43と接触する。こうして、燃料極42及び空気極43がそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスと接触するため、各単セル4の燃料極42と空気極43との間で、電解質41を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。このように各単セル4において発電が行われるが、支持部材2及び溶着層3が導電性を有しているため、各単セル4の燃料極42同士は、溶着層3及び支持部材2を介して電気的に接続されている。そして、各単セル4の空気極43同士も、第2のインターコネクタ6によって電気的に接続されている。このように各単セル4は並列に接続されているため、大きな電流を得ることができる。   The fuel cell configured as described above generates power as follows. First, a fuel gas composed of hydrogen or a hydrocarbon such as ethane or ethane is supplied into the support member 2 of the fuel cell 1. Thus, the fuel gas supplied to the inside of the support member 2 passes through the support member 2 and reaches the weld layer 3 side because the support member 2 is porous and gas permeable. Since the weld layer 3 is formed in a pattern, the fuel gas that has reached the weld layer 3 comes into contact with the fuel electrode 42 through a portion where the weld layer 3 is not formed. In parallel with this, an oxidant gas such as air is supplied to the outside of the solid oxide fuel cell 1. Since the air electrode 43 of each single cell 4 is exposed, the oxidant gas supplied to the outside of the fuel cell 1 comes into contact with the air electrode 43 of each single cell 4. Thus, since the fuel electrode 42 and the air electrode 43 come into contact with the fuel gas and the oxidant gas, respectively, oxygen ion conduction through the electrolyte 41 occurs between the fuel electrode 42 and the air electrode 43 of each unit cell 4. Power generation is performed. As described above, power generation is performed in each single cell 4. However, since the support member 2 and the weld layer 3 have conductivity, the fuel electrodes 42 of the single cells 4 connect the weld layer 3 and the support member 2 to each other. Is electrically connected. The air electrodes 43 of the single cells 4 are also electrically connected by the second interconnector 6. Since the single cells 4 are thus connected in parallel, a large current can be obtained.

また、上記のように構成された燃料電池のスタック構造について図面を参照しつつ説明する。図4は、本実施形態に係る燃料電池のスタック構造を示す正面断面図である。   The stack structure of the fuel cell configured as described above will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a front sectional view showing the stack structure of the fuel cell according to the present embodiment.

図4に示すように、燃料電池のスタック構造10は、上下に2つ積層された固体酸化物形燃料電池の列が左右に3列並んでいる。上下に積層された各燃料電池1は、下側に配置された燃料電池1の第1のインターコネクタ3が、その上側に積層された燃料電池1の第2の単セル4bの空気極43bと接触することによって、互いに直列接続されている。このように、上下に積層されて直列接続された燃料電池の列は、その上側に配置された燃料電池1の第1のインターコネクタ3に集電体8aが、下側に配置された燃料電池1の第2の単セル4bの空気極43bに集電体8bがそれぞれ接続されている。この集電体8a、8bによって、各燃料電池1で発電された電力を外部へ取り出している。そして、これら左右に3列に並べられた燃料電池の列を並列接続するよう、各燃料電池の列の上に配置された集電体8a同士を導電性の連結部材9aによって、下に配置された集電体8b同士を導電性の連結部材9bによってそれぞれ連結している。   As shown in FIG. 4, the fuel cell stack structure 10 has three rows of solid oxide fuel cells stacked on the left and right. Each fuel cell 1 stacked vertically includes a first interconnector 3 of the fuel cell 1 disposed on the lower side and an air electrode 43b of the second single cell 4b of the fuel cell 1 stacked on the upper side. They are connected in series with each other by contact. As described above, the fuel cell array in which the fuel cells are stacked one above the other is connected to the first interconnector 3 of the fuel cell 1 disposed on the upper side, and the current collector 8a is disposed on the lower side. The current collector 8b is connected to the air electrode 43b of the first second single cell 4b. Electric power generated by each fuel cell 1 is taken out by the current collectors 8a and 8b. Then, the current collectors 8a arranged on the fuel cell rows are arranged below by the conductive connecting members 9a so that the fuel cell rows arranged in three rows on the left and right are connected in parallel. The current collectors 8b are connected to each other by conductive connecting members 9b.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明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、パターン状に形成された溶着層5を介して、支持部材2に各単セル4を固定していたが、図5に示すように、パターン状に形成された溶着層5の代わりに、シート状の溶着シート51を採用することもできる。この場合は、溶着シート51は導電性を有するとともに、ガスを透過させるよう多孔質性を有している必要がある。この溶着シート51を採用した場合の製造方法は、上記溶着層5を採用した場合の製造方法とほぼ同じである。異なる点は、上記溶着層5を採用した製造方法は、各単セル4の燃料極側に一旦溶着層5を形成していたが、溶着シート51を採用した場合は、この溶着層5の形成工程がない。すなわち、各単セル4を溶着シート51を介して、燃料極42が支持部材2側を向くように配置し、溶着シート51を溶融させることで溶着シート51が単セル4及び支持部材2に溶着し、各単セル4を支持部材2に固定する。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention. For example, in the above embodiment, each single cell 4 is fixed to the support member 2 via the weld layer 5 formed in a pattern, but as shown in FIG. 5, the weld layer formed in a pattern. Instead of 5, a sheet-like welding sheet 51 may be employed. In this case, the welding sheet 51 needs to be conductive and have a porous property to allow gas to pass therethrough. The manufacturing method in the case where the welding sheet 51 is employed is substantially the same as the manufacturing method in the case where the welding layer 5 is employed. The difference is that in the manufacturing method employing the above-described welded layer 5, the welded layer 5 is once formed on the fuel electrode side of each unit cell 4, but when the welded sheet 51 is employed, this welded layer 5 is formed. There is no process. That is, each single cell 4 is disposed with the fuel electrode 42 facing the support member 2 side through the welding sheet 51, and the welding sheet 51 is welded to the single cell 4 and the supporting member 2 by melting the welding sheet 51. Then, each single cell 4 is fixed to the support member 2.

また、上記実施形態では、燃料極42が支持部材2側を向くように各単セル4が配置されているが、空気極43が支持部材2側を向くように各単セル4を配置することもできる。すなわち、全ての単セル4が燃料極42を支持部材2側に向けるか、若しくは全ての単セル4が空気極43を支持部材2側に向けていれば、どちらの電極が支持部材2側を向いていてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although each single cell 4 is arrange | positioned so that the fuel electrode 42 may face the support member 2 side, each single cell 4 is arrange | positioned so that the air electrode 43 may face the support member 2 side. You can also. That is, if all the unit cells 4 have the fuel electrode 42 directed to the support member 2 side or all the unit cells 4 have the air electrode 43 directed to the support member 2 side, which electrode faces the support member 2 side. May be suitable.

また、上記実施形態では、スタック構造10が、燃料電池1が上下に2つ積層された列が左右に3列並べられているが、この数は特に限定されるものではなく、種々の数にすることができる。例えば、燃料電池1が左右1列のみの直列接続のみのスタック構造とすることもできる。   In the above-described embodiment, the stack structure 10 has two rows of fuel cells 1 stacked one above the other in three rows on the left and right. However, this number is not particularly limited, and various numbers are available. can do. For example, the fuel cell 1 may have a stack structure in which only the left and right columns are connected in series.

また、上記実施形態では、電解質41を支持体とした自立膜式の単セル4としているが、燃料極42や空気極43を支持体とした支持膜式の単セル4を採用することもできる。   Moreover, in the said embodiment, although it is set as the self-supporting membrane type single cell 4 which used the electrolyte 41 as the support body, the support membrane type single cell 4 which used the fuel electrode 42 and the air electrode 43 as a support body is also employable. .

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の実施形態を示す正面図である。1 is a front view showing an 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実施形態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an 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製造方法の実施形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows embodiment of the manufacturing method 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スタック構造の実施形態を示す正面図である1 is a front view showing an embodiment of a stack structure 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他の実施形態を示す正面図である。It is a front view which shows other embodiment of the solid oxide fuel cell which concerns on this invention. 他の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の単セルを溶着層側から見た図である。It is the figure which looked at the single cell of the solid oxide fuel cell which concerns on other embodiment from the welding layer side.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体酸化物形燃料電池
2 角筒状支持部材
3 第1のインターコネクタ
4 単セル
41 電解質
42 燃料極
43 空気極
5 溶着層
6 第2のインターコネクタ
7 ガスシール
10 固体酸化物形燃料電池のスタック構造
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid oxide fuel cell 2 Square cylindrical support member 3 1st interconnector 4 Single cell 41 Electrolyte 42 Fuel electrode 43 Air electrode 5 Welded layer 6 Second interconnector 7 Gas seal 10 Solid oxide fuel cell Stack structure

Claims (5)

導電性及び多孔質性を有する、断面矩形状の角筒状支持部材と、
前記支持部材の一の外側面上を軸方向の一方端から他方端まで延びる、緻密性を有する第1のインターコネクタと、
前記支持部材の残りの外側面を覆うよう前記支持部材の各外側面上にそれぞれ積層され、前記各外側面側から燃料極及び空気極のどちらか一方の電極、電解質、他方の電極の順で積層された自立膜式又は支持膜式の平板形単セルと、
前記支持部材と前記各単セルとの間にそれぞれ介在して前記支持部材及び前記単セルと溶着した、パターン状に形成された導電性の溶着層と、
隣接する前記単セルの他方の電極同士を接続するとともに、隣接する前記電解質間の境界部分を塞ぐように形成された、緻密性を有する第2のインターコネクタと、
前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する前記単セルとに接合するとともに、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する前記単セルとの間から露出する支持部材を覆うように設置された絶縁性のガスシールと、
を備えた、固体酸化物形燃料電池。
A rectangular tube-shaped support member having a rectangular cross section having conductivity and porosity;
A first interconnector having a denseness extending from one end in the axial direction to the other end on one outer surface of the support member;
It is laminated | stacked on each outer side surface of the said supporting member so that the remaining outer side surface of the said supporting member may be covered, respectively, and the electrode of one of a fuel electrode and an air electrode from the said each outer surface side, electrolyte, and the other electrode in order. Laminated self-supporting membrane type or supporting membrane type flat single cell,
A conductive weld layer formed in a pattern, which is interposed between the support member and each single cell and welded to the support member and the single cell,
A second interconnector having a denseness, which is formed so as to connect the other electrodes of the adjacent single cells and to close a boundary portion between the adjacent electrolytes;
The first interconnector is joined to the single cell adjacent to the first interconnector, and is exposed from between the first interconnector and the single cell adjacent to the first interconnector. An insulating gas seal installed to cover the support member;
A solid oxide fuel cell comprising:
導電性及び多孔質性を有する、断面矩形状の角筒状支持部材と、
前記支持部材の一の外側面上を軸方向の一方端から他方端まで延びる、緻密性を有する第1のインターコネクタと、
前記支持部材の残りの外側面を覆うよう前記支持部材の各外側面上にそれぞれ積層され、前記各外側面側から燃料極及び空気極のどちらか一方の電極、電解質、他方の電極の順で積層された自立膜式又は支持膜式の平板形単セルと、
前記支持部材と前記各単セルとの間にそれぞれ介在して前記支持部材及び前記単セルと溶着した、導電性及び多孔質性を有する溶着シートと、
隣接する前記単セルの他方の電極同士を接続するとともに、隣接する前記電解質間の境界部分を塞ぐように形成された、緻密性を有する第2のインターコネクタと、
前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する前記単セルとに接合するとともに、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する前記単セルとの間から露出する支持部材を覆うように設置された絶縁性のガスシールと、
を備えた、固体酸化物形燃料電池。
A rectangular tube-shaped support member having a rectangular cross section having conductivity and porosity;
A first interconnector having a denseness extending from one end in the axial direction to the other end on one outer surface of the support member;
It is laminated | stacked on each outer side surface of the said supporting member so that the remaining outer side surface of the said supporting member may be covered, respectively, and the electrode of one of a fuel electrode and an air electrode from the said each outer surface side, electrolyte, and the other electrode in order. Laminated self-supporting membrane type or supporting membrane type flat single cell,
A welded sheet having electrical conductivity and porosity, which is interposed between the support member and each single cell and welded to the support member and the single cell;
A second interconnector having a denseness, which is formed so as to connect the other electrodes of the adjacent single cells and to close a boundary portion between the adjacent electrolytes;
The first interconnector is joined to the single cell adjacent to the first interconnector, and is exposed from between the first interconnector and the single cell adjacent to the first interconnector. An insulating gas seal installed to cover the support member;
A solid oxide fuel cell comprising:
請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池を複数備え、
一の固体酸化物形燃料電池は、第1のインターコネクタが他の固体酸化物形燃料電池の他方の電極と接続されることで、他の固体酸化物形燃料電池と直列に接続されている、固体酸化物形燃料電池のスタック構造。
A plurality of the solid oxide fuel cells according to claim 1 or 2,
One solid oxide fuel cell is connected in series with another solid oxide fuel cell by connecting the first interconnector to the other electrode of the other solid oxide fuel cell. , Stack structure of solid oxide fuel cell.
導電性及び多孔質性を有する、断面矩形状の角筒状支持部材を準備する工程と、
燃料極、電解質及び空気極がこの順で積層された自立膜式又は支持膜式の単セルを3つ準備する工程と、
前記支持部材の一の側面上を軸方向の一方端から他方端まで延びるよう、緻密性を有する第1のインターコネクタを形成する工程と、
前記支持部材の残りの各外側面上又は前記各単セル上に、導電性を有する溶着層をパターン状に形成する工程と、
前記支持部材の残りの各外側面上に、前記溶着層を介して、前記各単セルの燃料極及び空気極のどちらか一方の電極が前記各外側面側を向くように前記各単セルを積層する工程と、
前記各単セルを支持部材の各側面上に積層した状態で、前記溶着層を溶融させて前記筒状支持部材及び単セルに溶着させる工程と、
前記他方の電極同士を接続するとともに、隣接する前記電解質間の境界部分を塞ぐよう、緻密性を有する第2のインターコネクタを形成する工程と、
前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する単セルとに接合するとともに、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する単セルとの間から露出する支持部材を覆うように絶縁性のガスシールを設置する工程と、
を備えた、固体酸化物形燃料電池の製造方法。
Preparing a rectangular cylindrical support member having a rectangular cross section having conductivity and porosity;
Preparing three self-supporting membrane type or supporting membrane type single cells in which a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode are laminated in this order;
Forming a first interconnector having a denseness so as to extend from one end in the axial direction to the other end on one side surface of the support member;
Forming a conductive weld layer in a pattern on each remaining outer surface of the support member or on each single cell;
Each single cell is disposed on each remaining outer surface of the support member via the weld layer such that one of the fuel electrode and the air electrode of each single cell faces the outer surface side. Laminating steps;
In the state where each single cell is laminated on each side surface of the support member, the step of melting the weld layer and welding to the cylindrical support member and the single cell;
Forming the second interconnector having a denseness so as to connect the other electrodes and close a boundary portion between the adjacent electrolytes;
A support member that is joined to the first interconnector and the single cell adjacent to the first interconnector and is exposed from between the first interconnector and the single cell adjacent to the first interconnector. Installing an insulating gas seal so as to cover
A method for producing a solid oxide fuel cell.
導電性及び多孔質性を有する、断面矩形状の角筒状支持部材を準備する工程と、
燃料極、電解質及び空気極がこの順で積層された自立膜式又は支持膜式の単セルを3つ準備する工程と、
前記支持部材の一の側面上を軸方向の一方端から他方端まで延びるよう、緻密性を有する第1のインターコネクタを形成する工程と、
前記支持部材の残りの各外側面上に、導電性及び多孔質性を有する溶着シートを介して、前記各単セルの燃料極及び空気極のどちらか一方の電極が前記各外側面側を向くように前記各単セルを積層する工程と、
前記各単セルを支持部材の各側面上に積層した状態で、前記溶着シートを溶融させて前記筒状支持部材及び単セルに溶着させる工程と、
前記他方の電極同士を接続するとともに、隣接する前記電解質間の境界部分を塞ぐよう、緻密性を有する第2のインターコネクタを形成する工程と、
前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する単セルとに接合するとともに、前記第1のインターコネクタと前記第1のインターコネクタに隣接する単セルとの間から露出する支持部材を覆うように絶縁性のガスシールを設置する工程と、
を備えた、固体酸化物形燃料電池の製造方法。
Preparing a rectangular cylindrical support member having a rectangular cross section having conductivity and porosity;
Preparing three self-supporting membrane type or supporting membrane type single cells in which a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode are laminated in this order;
Forming a first interconnector having a denseness so as to extend from one end in the axial direction to the other end on one side surface of the support member;
On each remaining outer surface of the support member, either the fuel electrode or the air electrode of each unit cell faces the respective outer surface side through a conductive and porous welding sheet. Stacking the single cells as described above,
In the state where each single cell is laminated on each side surface of the support member, the step of melting the welding sheet and welding to the cylindrical support member and the single cell;
Forming the second interconnector having a denseness so as to connect the other electrodes and close a boundary portion between the adjacent electrolytes;
A support member that is joined to the first interconnector and the single cell adjacent to the first interconnector and is exposed from between the first interconnector and the single cell adjacent to the first interconnector. Installing an insulating gas seal so as to cover
A method for producing a solid oxide fuel cell.
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