JP5192092B1 - 燃料電池の構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平板状の支持基板の主面に形成された凹部12に埋設された燃料極(微細なドットで示した領域)の直線L1〜L6の各直線を含むそれぞれの断面形状について、「E≦2.0・d」という関係が成立する。値dは、「前記断面形状の輪郭のうち燃料極の外側面に対応する部分」から法線を引いたときの「法線における燃料極に含まれる範囲」の長さの最大値である。値Eは、支持基板の主面に対応する基準直線と平行であり且つ前記断面形状の面積を2等分する中立直線と、前記断面形状の輪郭における前記中立直線に対して内側に位置する部分のうち前記中立直線から最も離れた最深点との距離である。
【選択図】図15
Description
図1は、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池(SOFC)の構造体を示す。このSOFCの構造体は、長手方向(x軸方向)を有する平板状の支持基板10の上下面(互いに平行な両側の主面(平面))のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数(本例では、4つ)の同形の発電素子部Aが長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。
(1/2)・O2+2e−→O2− (於:空気極60) …(1)
H2+O2−→H2O+2e− (於:燃料極20) …(2)
次に、図1に示した「横縞型」のSOFCの構造体の製造方法の一例について図6〜図14を参照しながら簡単に説明する。図6〜図14において、各部材の符号の末尾の「g」は、その部材が「焼成前」であることを表す。
次に、図1に示した支持基板10の凹部12に埋設された燃料極20の形状について図15、16を参照しながら説明する。この説明の準備のため、直線L1〜L6(図15を参照)、並びに、値d、E(図16を参照)を、以下のように定義する。
以上、説明したように、上記本発明の実施形態に係る「横縞型」のSOFCの構造体では、支持基板10の上下面に形成されている、燃料極20を埋設するための複数の凹部12のそれぞれが、全周に亘って支持基板10の材料からなる周方向に閉じた側壁を有している。換言すれば、支持基板10において各凹部12を囲む枠体がそれぞれ形成されている。従って、この構造体は、支持基板10が外力を受けた場合に変形し難い。
Claims (2)
- ガス流路が内部に形成された平板状の多孔質の支持基板と、
前記平板状の支持基板の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも内側電極、固体電解質、及び外側電極が積層されてなる複数の発電素子部と、
1組又は複数組の隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とを電気的に接続する1つ又は複数の電気的接続部と、
を備えた燃料電池の構造体において、
前記平板状の支持基板の主面における前記複数の箇所に、前記支持基板の材料からなる底壁と全周に亘って前記支持基板の材料からなる周方向に閉じた側壁とを有する第1凹部がそれぞれ形成され、
前記各第1凹部に、対応する前記発電素子部の内側電極がそれぞれ埋設され、
前記支持基板の前記各第1凹部に対応する前記内側電極がそれぞれ埋設された状態で、前記支持基板と前記内側電極とが共焼結されていて、
前記各第1凹部に埋設された内側電極を前記支持基板の主面に垂直な方向からみたときの前記内側電極の外側面の平面形状について、
前記平面形状の代表長さに対応する線分と平行であり、且つ、前記平面形状の重心を通る直線を第1直線(L1)とし、
前記第1直線と平行であり、且つ、前記平面形状の輪郭における前記第1直線に対して一方側に位置する部分のうち前記第1直線から最も離れた点と前記第1直線との距離を2等分する直線を第2直線(L2)とし、
前記第1直線と平行であり、且つ、前記平面形状の輪郭における前記第1直線に対して前記一方側と反対の他方側に位置する部分のうち前記第1直線から最も離れた点と前記第1直線との距離を2等分する直線を第3直線(L3)とし、
前記第1直線と直交し、且つ、前記平面形状の重心を通る直線を第4直線(L4)とし、
前記第4直線と平行であり、且つ、前記平面形状の輪郭における前記第4直線に対して一方側に位置する部分のうち前記第4直線から最も離れた点と前記第4直線との距離を2等分する直線を第5直線(L5)とし、
前記第4直線と平行であり、且つ、前記平面形状の輪郭における前記第4直線に対して前記一方側と反対の他方側に位置する部分のうち前記第4直線から最も離れた点と前記第4直線との距離を2等分する直線を第6直線(L6)とし、
前記支持基板の厚さ方向に平行であり且つ前記第1〜第6直線の各直線を含む前記内側電極の断面の形状について、
前記断面形状の輪郭のうち前記内側電極の外側面に対応する部分から法線を引いたときの前記法線における前記内側電極に含まれる範囲の長さの最大値をdとし、
前記支持基板の主面に対応する基準直線と平行であり且つ前記断面形状の面積を2等分する中立直線と、前記断面形状の輪郭における前記中立直線に対して内側に位置する部分のうち前記中立直線から最も離れた最深点と、の距離をEとしたとき、
E≦2.0・dという関係が、前記第1〜第6直線の各直線を含むそれぞれの前記断面形状について成立する、燃料電池の構造体であり、
前記内側電極及び前記外側電極はそれぞれ、燃料極及び空気極であり、
前記各第1凹部に、対応する前記発電素子部の燃料極の集電部がそれぞれ埋設され、
前記各燃料極集電部の外側面に、前記支持基板の主面に対して外側に膨らんでいる凸部分と、前記支持基板の主面に対して内側に窪んでいる凹部分とが存在し、前記燃料極集電部の外側面を前記支持基板の主面に垂直な方向からみたとき、前記凸部分の最頂部は、前記第1直線と平行に延在し、前記凹部分の最底部は、前記凸部分の最頂部とは異なる位置において前記第1直線と平行に延在し、
前記埋設された各燃料極集電部の外側面における前記凹部分に対応する領域に、前記燃料極集電部の材料からなる底壁と全周に亘って前記燃料極集電部の材料からなる周方向に閉じた側壁とを有する第2凹部がそれぞれ形成され、
前記各第2凹部に、対応する前記発電素子部の燃料極の活性部であって対応する前記燃料極集電部に対して酸素イオン伝導性を有する物質の含有割合が大きい燃料極の活性部がそれぞれ埋設され、
前記各電気的接続部は、緻密な材料で構成された第1部分と、前記第1部分と接続され且つ多孔質の材料で構成された第2部分とで構成され、
前記埋設された各燃料極集電部の外側面における前記凸部分に対応する領域に、前記燃料極集電部の材料からなる底壁と全周に亘って前記燃料極集電部の材料からなる周方向に閉じた側壁とを有する第3凹部がそれぞれ形成され、
前記各第3凹部に、対応する前記電気的接続部の前記第1部分がそれぞれ埋設された、燃料電池の構造体。 - 請求項1に記載の燃料電池の構造体において、
前記支持基板の厚さ方向における、前記各燃料極集電部の外側面の凸部分の最頂部と凹部分の最底部との距離は、500μm以下である、燃料電池の構造体。
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