JP5444022B2 - Horizontally-striped solid oxide fuel cell stack and fuel cell - Google Patents

Horizontally-striped solid oxide fuel cell stack and fuel cell Download PDF

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Description

本発明は、横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックおよびそれを用いた燃料電池に関する。   The present invention relates to a horizontal stripe type solid oxide fuel cell stack and a fuel cell using the same.

近年、エネルギー変換段数を少なくし、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する高い発電効率を有する発電方法として、燃料電池が注目されている。とりわけ、固体酸化物形燃料電池は、発電温度が600℃〜1000℃と高く、電池内の内部抵抗が小さいため、燃料電池の中で最も発電効率が高く、さらに残燃料を利用してガスタービンによるさらなる発電、あるいはコージェネレーション用の熱源として用いることができ、化学エネルギーを高い変換効率で電気エネルギーに変換できる特性を有する。特に横縞型固体酸化物形燃料電池は、少ない燃料電池セルスタックの本数で高い電圧を得られるが、室温と高い稼動温度との間のヒートサイクルによって生じる熱応力に強い燃料電池セルスタックとする必要がある。   In recent years, fuel cells have attracted attention as a power generation method having high power generation efficiency in which the number of energy conversion stages is reduced and chemical energy is directly converted into electric energy. In particular, a solid oxide fuel cell has a high power generation temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. and a low internal resistance in the cell, and therefore has the highest power generation efficiency among fuel cells. It can be used as a heat source for further power generation or cogeneration, and has the property of converting chemical energy into electrical energy with high conversion efficiency. In particular, a horizontal stripe solid oxide fuel cell can obtain a high voltage with a small number of fuel cell stacks, but it needs to be a fuel cell stack resistant to thermal stress caused by a heat cycle between room temperature and a high operating temperature. There is.

従来の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックは、長手方向に沿って燃料ガスを流すためのガス流路を内部に備え、一端側に前記ガス流路の燃料ガス導入口を有し、他端側に前記ガス流路の燃料ガス排出口を有してなる電気絶縁性の多孔質支持体上に、燃料極層、固体電解質層および空気極層が順次積層された多層構造の燃料電池セルを複数個有する。   A conventional horizontally-striped solid oxide fuel cell stack includes a gas flow path for flowing a fuel gas along the longitudinal direction, and has a fuel gas inlet for the gas flow path at one end. A fuel cell having a multilayer structure in which a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, and an air electrode layer are sequentially laminated on an electrically insulating porous support having the fuel gas discharge port of the gas flow path on the end side Have a plurality.

このような横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックでは、上記のようなヒートサイクルの繰り返しによって、燃料ガス排出口である他端側が破壊する場合があるという問題がある。例えば、発電までの起動時間を短くするために急激に900℃付近の温度まで加熱し、室温まで降温する操作(ヒートサイクル)を繰り返したり、あるいは、燃料ガス排出口から排出される燃料ガスを燃焼させ、ついで燃料ガスの供給を止めて室温まで降温させる操作(ヒートサイクル)を繰り返したりすると、燃料ガス排出口である他端側が早期に破壊する場合がある。   In such a horizontal stripe type solid oxide fuel cell stack, there is a problem that the other end side which is the fuel gas discharge port may be destroyed by the repetition of the above heat cycle. For example, in order to shorten the start-up time until power generation, an operation (heat cycle) in which the temperature is suddenly heated to around 900 ° C. and lowered to room temperature is repeated, or the fuel gas discharged from the fuel gas discharge port is burned Then, if the operation (heat cycle) for stopping the supply of the fuel gas and lowering the temperature to room temperature is repeated, the other end side that is the fuel gas discharge port may be destroyed at an early stage.

このような問題を解決するために、特許文献1には、多孔質支持体の燃料ガス排出側の端面の角部を面取りすることが提案されている。
特許文献2には、燃料ガス排出口の周囲における多孔質支持体にジルコニアを主成分とする無機成分を含浸させることが提案されている。
In order to solve such a problem, Patent Document 1 proposes chamfering the corner of the end surface of the porous support on the fuel gas discharge side.
Patent Document 2 proposes impregnating a porous support around a fuel gas discharge port with an inorganic component mainly composed of zirconia.

また、特許文献3には、酸素含有ガスによる酸化膨張を防止するために、燃料ガス排出側の端面および燃料ガス排出口近傍の多孔質支持体における燃料ガス流路の内面に、Y23が固溶したZrO2(以下、YSZという場合がある。)等の緻密な無機被覆膜を形成することが提案されている。 Further, in Patent Document 3, in order to prevent oxidative expansion due to an oxygen-containing gas, Y 2 O 3 is provided on the end surface on the fuel gas discharge side and the inner surface of the fuel gas flow path in the porous support near the fuel gas discharge port. It has been proposed to form a dense inorganic coating film such as ZrO 2 (hereinafter sometimes referred to as YSZ) in which is dissolved.

特開2004−234969号JP 2004-234969 A 特開2004−259604号JP 2004-259604 A 特開2006−59789号JP 2006-59789 A

しかしながら、特許文献1〜3に記載のような燃料電池では、前記したようなヒートサイクルの繰り返しにより、燃料ガス排出側の多孔質支持体端部が破壊される(具体的には縦割れする)のを抑制するのに充分でなく、当該端部が破壊されやすいという問題がある。   However, in the fuel cells described in Patent Documents 1 to 3, the end of the porous support on the fuel gas discharge side is broken (specifically, vertically cracked) by repeating the heat cycle as described above. There is a problem in that the end portion is not sufficient to suppress the erosion and the end portion is easily broken.

そこで、本発明は、ヒートサイクルの繰り返しによって燃料ガス排出側の多孔質支持体端部が破壊されにくい横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック及びそれを用いた燃料電池を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a horizontally-striped solid oxide fuel cell stack in which the end of the porous support on the fuel gas discharge side is not easily broken by repeated heat cycles and a fuel cell using the same. To do.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねる過程で、上記のように、ヒートサイクルにより燃料ガス排出側の多孔質支持体端部が破壊されるのは、燃焼中に多孔質支持体の端部側とそれ以外の領域との間で大きな温度差を伴うことで端部側に熱応力が生じ、多孔質支持体が強度的に耐えられなくなるためではないかと推測した。従って、燃料ガス排出側の多孔質支持体の端部破壊を抑制するためには、当該多孔質支持体端部の高強度化および低熱膨張化が必要であると考え、鋭意研究を重ねた。その結果、多孔質支持体のガス排出側端部領域上の少なくとも一部に、周期律表第2族元素のうち少なくとも1種を含んでなるケイ酸塩を主成分として含有する無機被膜を設けることにより、燃料ガス排出側の端部破壊が抑制された横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを提供することができるという知見を得て、本発明を完成するに至った。   As described above, the inventor of the present invention, in the process of earnestly researching to solve the above-mentioned problems, destroys the end of the porous support on the fuel gas discharge side by the heat cycle. It was speculated that a large temperature difference between the end portion side of the body and the other region caused thermal stress on the end portion side, and the porous support could not withstand the strength. Therefore, in order to suppress the end portion breakage of the porous support on the fuel gas discharge side, it was considered necessary to increase the strength and the low thermal expansion of the end portion of the porous support. As a result, an inorganic coating containing, as a main component, a silicate containing at least one of Group 2 elements of the periodic table is provided on at least a part of the end region on the gas discharge side of the porous support. As a result, the inventors have obtained the knowledge that a laterally striped solid oxide fuel cell stack in which end destruction on the fuel gas discharge side is suppressed can be provided, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下の構成からなる。
(1)長手方向に沿って燃料ガスを流すためのガス流路を内部に備え、一端側に前記ガス流路の燃料ガス導入口を有し、他端側に前記ガス流路の燃料ガス排出口を有してなる電気絶縁性の多孔質支持体上に、燃料極層、固体電解質層および空気極層が順次積層された多層構造を有する燃料電池セルが、前記多孔質支持体の長手方向に沿って複数配置されてなる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックであって、前記多孔質支持体の他端側の前記ガス流路の内面から前記多孔質支持体の他端側の端面を経て前記多孔質支持体の外面に、フォルステライト(Mg 2 SiO 4 )、ステアタイト(MgSiO 3 )およびワラストナイト(CaSiO 3 )から選ばれる一種を主成分として含有する無機被膜が設けられていることを特徴とする横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
(2)前記多孔質支持体の他端における外周の角部が、面取りされていることを特徴とする前記(1)に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
(3)前記無機被膜が、前記フォルステライト(Mg 2 SiO 4 )、ステアタイト(MgSiO 3 )およびワラストナイト(CaSiO 3 )から選ばれる一種を、85mol%以上含有することを特徴とする前記(1)または(2)に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック
)前記無機被膜が、前記フォルステライト(Mg 2 SiO 4 )、ステアタイト(MgSiO 3 )およびワラストナイト(CaSiO 3 )から選ばれる一種を主成分として含有するスラリーを焼成して形成されたものである前記(1)〜()のいずれかに記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
)前記(1)〜()のいずれかに記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを収納容器内に複数収容してなることを特徴とする燃料電池。
That is, the present invention has the following configuration.
(1) A gas flow path for flowing fuel gas along the longitudinal direction is provided inside, the fuel gas introduction port of the gas flow path is provided on one end side, and the fuel gas discharge of the gas flow path is provided on the other end side. A fuel cell having a multilayer structure in which a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer and an air electrode layer are sequentially laminated on an electrically insulating porous support having an outlet is provided in the longitudinal direction of the porous support. A plurality of horizontally-striped solid oxide fuel cell stacks arranged along the inner surface of the gas flow channel on the other end side of the porous support member, and an end surface on the other end side of the porous support member. An inorganic coating containing, as a main component, one type selected from forsterite (Mg 2 SiO 4 ), steatite (MgSiO 3 ) and wollastonite (CaSiO 3 ) is provided on the outer surface of the porous support. Horizontal stripes characterized by Oxide fuel cell stack.
(2) The laterally striped solid oxide fuel cell stack according to (1), wherein corners of the outer periphery at the other end of the porous support are chamfered.
(3) The inorganic coating contains 85 mol% or more of one type selected from the forsterite (Mg 2 SiO 4 ), steatite (MgSiO 3 ), and wollastonite (CaSiO 3 ) ( The horizontally-striped solid oxide fuel cell stack according to 1) or (2) .
( 4 ) The inorganic coating was formed by firing a slurry containing as a main component one selected from the forsterite (Mg 2 SiO 4 ), steatite (MgSiO 3 ), and wollastonite (CaSiO 3 ) . The horizontally-striped solid oxide fuel cell stack according to any one of (1) to ( 3 ), wherein
( 5 ) A fuel cell comprising a plurality of horizontally-striped solid oxide fuel cell stacks according to any one of (1) to ( 4 ) in a storage container.

本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックは、ヒートサイクルを繰り返しても、多孔質支持体の燃料ガス排出側端部が破壊されにくく、耐久性、信頼性が向上するという効果がある。   The horizontally-striped solid oxide fuel cell stack of the present invention has an effect that durability and reliability are improved because the end portion on the fuel gas discharge side of the porous support is not easily broken even if the heat cycle is repeated. .

本発明の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの一部を破断して示す斜視図である。It is a perspective view which fractures | ruptures and shows a part of horizontal stripe type solid oxide fuel cell stack concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料ガス排出側の一端部を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows the one end part by the side of the fuel gas discharge | emission of the horizontal stripe type solid oxide fuel cell stack concerning one Embodiment of this invention. 本発明の他の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料ガス排出側の一端部を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows the one end part by the side of the fuel gas discharge | emission of the horizontal stripe type solid oxide fuel cell stack concerning other one Embodiment of this invention. 本発明のさらに他の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料ガス排出側の一端部を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows the one end part by the side of the fuel gas discharge | emission of the horizontal stripe type solid oxide fuel cell stack concerning other one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる多孔質支持体成形体を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the porous support body molded object concerning one Embodiment of this invention. (a)〜(i)は、本発明の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの製造方法を示す工程図である。(A)-(i) is process drawing which shows the manufacturing method of the horizontal stripe type solid oxide fuel cell stack concerning one Embodiment of this invention.

以下、本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックおよびそれを用いた燃料電池の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of a horizontal stripe solid oxide fuel cell stack of the present invention and a fuel cell using the same will be described in detail with reference to the drawings.

<横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック>
図1は、本実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック(以下、単に燃料電池セルスタックという場合がある。)の一部を破断して示す斜視図である。図2は、本実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料ガス排出側の端部の一部を拡大して示す縦断面図である。
<Horizontal stripe type solid oxide fuel cell stack>
FIG. 1 is a perspective view showing a part of a horizontally-striped solid oxide fuel cell stack (hereinafter sometimes simply referred to as a fuel cell stack) according to the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged vertical cross-sectional view showing a part of the end portion on the fuel gas discharge side of the horizontally striped solid oxide fuel cell stack according to the present embodiment.

図1に示すように、この燃料電池セルスタック1aは、中空平板状の電気絶縁性の多孔質支持体11の表裏面に、複数の燃料電池セル13を多孔質支持体11の長手方向に沿って複数個配置し、それらをセル間接続部材17を介して直列に接続した「横縞型」といわれるものである。   As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 1 a has a plurality of fuel cells 13 along the longitudinal direction of the porous support 11 on the front and back surfaces of a hollow flat plate-like electrically insulating porous support 11. And a plurality of them are connected in series via the inter-cell connecting member 17 and are called “horizontal stripe type”.

複数の燃料電池セル13は、図1に示すように、多孔質支持体11の表裏面に、その長手方向に所定間隔をおいて、配列されている。それぞれの燃料電池セル13は、集電燃料極層13d、活性燃料極層13a、固体電解質層13bおよび空気極層13cを順次積層した層構造となっており、活性燃料極層13a上にインターコネクタ17aが配置されている。   As shown in FIG. 1, the plurality of fuel cells 13 are arranged on the front and back surfaces of the porous support 11 at predetermined intervals in the longitudinal direction. Each fuel cell 13 has a layered structure in which a current collecting fuel electrode layer 13d, an active fuel electrode layer 13a, a solid electrolyte layer 13b, and an air electrode layer 13c are sequentially stacked, and an interconnector is formed on the active fuel electrode layer 13a. 17a is arranged.

多孔質支持体11の表裏面における互いに隣接する燃料電池セル13同士は、セル間接続部材17により直列に接続されている(図2参照)。すなわち、一方の燃料電池セル13の活性燃料極層13aの上にインターコネクタ17aが形成され、このインターコネクタ17aは、長手方向両端部を含めその周囲が固体電解質層13bによりガスシール状態で被覆され、固体電解質層13bから帯状に露出している。このインターコネクタ17aの露出した部分がセル接続材17bにより被覆され、このセル接続材17bが、他方の燃料電池セル13の空気極層13c上に形成され、これにより、燃料電池セル13同士が直列に電気的に接続された構造となっている。   Adjacent fuel cells 13 on the front and back surfaces of the porous support 11 are connected in series by an inter-cell connecting member 17 (see FIG. 2). That is, an interconnector 17a is formed on the active fuel electrode layer 13a of one fuel battery cell 13, and the interconnector 17a is covered with the solid electrolyte layer 13b in a gas-sealed state, including both ends in the longitudinal direction. The strip is exposed from the solid electrolyte layer 13b. The exposed portion of the interconnector 17a is covered with a cell connecting material 17b, and this cell connecting material 17b is formed on the air electrode layer 13c of the other fuel cell 13 so that the fuel cells 13 are connected in series. It is the structure electrically connected to.

多孔質支持体11は多孔質であり、さらにその内部には、内径の小さな複数のガス流路12が、隔壁51で隔てられて長手方向に延びるようにして貫通して設けられている。前記ガス流路12の数は、発電性能および構造強度の点から、例えば3〜20個が好ましく、6〜17個であるのがより好ましい。このように、多孔質支持体11の内部にガス流路12を複数形成することにより、多孔質支持体11の内部に大きなガス流路を1本形成する場合に比べて、多孔質支持体11を扁平板状とすることができ、燃料電池セル1の体積当たりの燃料電池セル13の面積を増加し発電量を大きくすることができる。よって、必要とする発電量を得るための燃料電池セル本数を減らすことができる。   The porous support 11 is porous, and a plurality of gas flow passages 12 having a small inner diameter are provided through the porous support 11 so as to extend in the longitudinal direction separated by the partition walls 51. The number of the gas flow paths 12 is preferably 3 to 20, for example, and more preferably 6 to 17, in terms of power generation performance and structural strength. In this way, by forming a plurality of gas flow paths 12 inside the porous support 11, the porous support 11 is compared with the case where one large gas flow path is formed inside the porous support 11. Can be made into a flat plate shape, and the area of the fuel cell 13 per volume of the fuel cell 1 can be increased to increase the amount of power generation. Therefore, the number of fuel cells for obtaining the required power generation amount can be reduced.

このガス流路12内に燃料ガス(水素ガス)を流し、かつ空気極層13cを空気等の酸素含有ガスに曝すことにより、活性燃料極層13aおよび空気極層13c間で下記式(i)および(ii)に示す電極反応が生じ、両極間に電位差が発生し、発電するようになっている。   By flowing fuel gas (hydrogen gas) through the gas flow path 12 and exposing the air electrode layer 13c to an oxygen-containing gas such as air, the following formula (i) is established between the active fuel electrode layer 13a and the air electrode layer 13c. And the electrode reaction shown to (ii) arises, a potential difference generate | occur | produces between both poles, and it generates electric power.

Figure 0005444022
Figure 0005444022

また、燃料電池セルスタック1aの燃料ガス排出側の多孔質支持体11のガス流路12の内部を含めた端部領域上の少なくとも一部に、周期律表第2族元素のうち少なくとも1種を含んでなるケイ酸塩を主成分として含有する無機被膜25が設けられている。
ここで、上記端部領域とは、図2に示すように、多孔質支持体11の燃料ガス排出側の端部おけるガス流路12の内面から端面を経て外面を含む領域をいう。本発明においては、これらの領域の全面に無機被膜25を設けてもよいが、ヒートサイクルにおいて、多孔質支持体の燃料ガス排出側端部の破壊を抑制しうる限り、該領域の少なくとも一部、例えば上記端部の端面もしくはガス流路12の内面のみ、または端面とガス流路12の内面の両方、もしくは端面と外面の両方であってもよい。
In addition, at least a part of the group 2 elements of the periodic table are formed on at least a part of the end region including the inside of the gas flow path 12 of the porous support 11 on the fuel gas discharge side of the fuel cell stack 1a. An inorganic coating 25 containing a silicate containing as a main component is provided.
Here, the end region refers to a region including the outer surface from the inner surface of the gas flow path 12 at the end of the porous support 11 on the fuel gas discharge side, as shown in FIG. In the present invention, the inorganic coating 25 may be provided on the entire surface of these regions. However, at least a part of the regions may be provided as long as the destruction of the end portion on the fuel gas discharge side of the porous support can be suppressed in the heat cycle. For example, only the end surface of the end portion or the inner surface of the gas flow channel 12, or both the end surface and the inner surface of the gas flow channel 12, or both the end surface and the outer surface may be used.

さらに、燃料電池セルスタック1aは、図3および図4に示すように、多孔質支持体11の燃料ガス排出側の端面の外縁の角部が面取りされている形状とすることが好ましい。
図3に示す燃料電池セルスタック1bは、多孔質支持体11の燃料ガス排出側の端面の外縁の角部に、C面形状となるような面取りが施され、その表面に無機被膜25が設けられている。
図4に示す燃料電池セルスタック1cは、多孔質支持体11の燃料ガス排出側の端面の外縁の角部に、R面形状となるような面取りが施され、その表面に無機被膜25が設けられている。
具体的には、無機被膜25は、前述したとおりに設けられている。
Furthermore, as shown in FIGS. 3 and 4, the fuel cell stack 1 a preferably has a shape in which the corner of the outer edge of the end surface on the fuel gas discharge side of the porous support 11 is chamfered.
The fuel cell stack 1b shown in FIG. 3 has a chamfered chamfered corner at the outer edge of the end surface of the porous support 11 on the fuel gas discharge side, and an inorganic coating 25 is provided on the surface. It has been.
The fuel cell stack 1c shown in FIG. 4 is chamfered so as to have an R-surface shape at the outer edge corner of the end surface of the porous support 11 on the fuel gas discharge side, and an inorganic coating 25 is provided on the surface. It has been.
Specifically, the inorganic coating film 25 is provided as described above.

多孔質支持体11の燃料ガス排出側の端面の外縁の角部を面取りすることにより、燃料ガス排出側の端部に熱応力が集中するのを緩和し、燃料電池セルスタックの製造時において、無機被膜25にクラックが生じることを抑制できる。さらに、燃料電池セルスタックの作製時や燃料電池セルスタックを収納してなる燃料電池装置の運転時に、燃料電池セルスタックが破損することを抑制することができる。   By chamfering the corner of the outer edge of the end surface on the fuel gas discharge side of the porous support 11, it is possible to reduce the concentration of thermal stress on the end portion on the fuel gas discharge side, and at the time of manufacturing the fuel cell stack, The occurrence of cracks in the inorganic coating 25 can be suppressed. Furthermore, it is possible to prevent the fuel cell stack from being damaged during the production of the fuel cell stack or during the operation of the fuel cell device that houses the fuel cell stack.

燃料電池セルスタック1bまたは1cにおいて、多孔質支持体11の燃料ガス排出側の端面の外縁の角部に施す面取りの大きさとしては、適宜設定することができるが、例えば、多孔質支持体11の厚みが2〜5mmの場合においては、多孔質支持体11の燃料ガス排出側の端部の強度等を考慮して、多孔質支持体11のガス流路12の燃料ガス排出側の端部から(ガス流路12の孔の端から)面取りの後の角部までの長さが少なくとも350μm以上となる大きさとすることが好ましい。   In the fuel cell stack 1b or 1c, the size of chamfering applied to the corner of the outer edge of the end surface of the porous support 11 on the fuel gas discharge side can be appropriately set. For example, the porous support 11 In the case of the thickness of 2 to 5 mm, considering the strength of the end of the porous support 11 on the fuel gas discharge side, the end of the gas flow path 12 of the porous support 11 on the fuel gas discharge side It is preferable that the length from the end of the gas channel 12 to the corner after chamfering is at least 350 μm.

なお、図3および図4を挙げて具体的に多孔質支持体11の燃料ガス排出側である端面の外周の角部のC面形状、R面形状についての面取りを説明したが、上述のC面形状、R面形状の他、C面形状とR面形状の組み合わせ等、一般的に知られている面取り形状を、適宜設定することができる。   3 and 4, the chamfering of the C-surface shape and the R-surface shape of the outer peripheral corner of the end surface on the fuel gas discharge side of the porous support 11 has been described. In addition to the surface shape and the R surface shape, generally known chamfering shapes such as a combination of the C surface shape and the R surface shape can be appropriately set.

以下、燃料電池セルスタック1aを構成する各部材の材質を詳しく説明する。
(多孔質支持体11)
本発明に係る多孔質支持体11は、Mg酸化物(MgO)と、Ni若しくはNi酸化物(NiO)と、希土類元素酸化物とからなっている。なお、希土類元素酸化物を構成する希土類元素としては、Y、La、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd、Sm、Prなどを例示することができ、希土類元素酸化物としては、例えばY23やYb23等が挙げられ、特にY23が好ましい。
Hereinafter, the material of each member constituting the fuel cell stack 1a will be described in detail.
(Porous support 11)
The porous support 11 according to the present invention is made of Mg oxide (MgO), Ni or Ni oxide (NiO), and a rare earth element oxide. Examples of rare earth elements constituting rare earth element oxides include Y, La, Yb, Tm, Er, Ho, Dy, Gd, Sm, and Pr. Examples of rare earth element oxides include Y Examples thereof include 2 O 3 and Yb 2 O 3 , and Y 2 O 3 is particularly preferable.

MgOは70〜80体積%、希土類元素酸化物は10〜20体積%、NiあるいはNiO(NiOは、発電時には、通常、水素ガスにより還元されてNiとして存在する)は、NiO換算で10〜25体積%、特に15〜20体積%の範囲で多孔質支持体11中に含有されているのがよい。
この多孔質支持体11の熱膨張係数は、通常、10.5〜12.5×10-6(1/K)程度である。
MgO is 70 to 80% by volume, rare earth element oxide is 10 to 20% by volume, Ni or NiO (NiO is usually reduced by hydrogen gas and present as Ni during power generation) is 10 to 25 in terms of NiO. It is good to contain in the porous support body 11 in the range of volume%, especially 15-20 volume%.
The thermal expansion coefficient of the porous support 11 is usually about 10.5 to 12.5 × 10 −6 (1 / K).

多孔質支持体11は、燃料電池セル13間の電気的ショートを防ぐために電気絶縁性であることが必要であり、通常、10Ω・cm以上の抵抗率を有することが望ましい。Ni等の含量が前記範囲を超えると、電気抵抗値が低下し易い。また、Ni等の含量が前記範囲よりも少ないと、希土類元素酸化物(例えばY23)を単独で用いた場合と変わらなくなってしまい、燃料電池セル13との熱膨張係数の調整が困難となる傾向がある。 The porous support 11 needs to be electrically insulating in order to prevent an electrical short circuit between the fuel cells 13, and normally has a resistivity of 10 Ω · cm or more. When the content of Ni or the like exceeds the above range, the electric resistance value tends to decrease. Further, when the content of Ni or the like is less than the above range, it is not different from the case where a rare earth element oxide (for example, Y 2 O 3 ) is used alone, and it is difficult to adjust the thermal expansion coefficient with the fuel cell 13. Tend to be.

なお、前記多孔質支持体11は、ガス流路12内の燃料ガスを活性燃料極層13aの表面まで導入可能でなければならず、このため、多孔質であることが必要である。一般に、その開気孔率は25%以上、特に30〜40%の範囲にあるのがよい。   The porous support 11 must be able to introduce the fuel gas in the gas flow path 12 up to the surface of the active fuel electrode layer 13a, and therefore needs to be porous. In general, the open porosity should be 25% or more, especially in the range of 30-40%.

(燃料極層)
燃料極層は、前記式(ii)の電極反応を生じさせるものであり、本実施形態においては、固体電解質層13b側の活性燃料極層13aと、多孔質支持体11側の集電燃料極層13dとの二層構造に形成されている。
(Fuel electrode layer)
The fuel electrode layer causes the electrode reaction of the formula (ii). In this embodiment, the active fuel electrode layer 13a on the solid electrolyte layer 13b side and the current collecting fuel electrode on the porous support 11 side are used. It is formed in a two-layer structure with the layer 13d.

<活性燃料極層13a>
前記固体電解質層13b側の活性燃料極層13aは、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスから形成される。例えば、希土類元素が固溶しているZrO2(安定化ジルコニア)と、Niおよび/又はNiO(以下、Ni等と呼ぶ)とからなる。この希土類元素が固溶した安定化ジルコニアとしては、後述する固体電解質層13bに使用されているものと同様のものを用いるのがよい。
<Active fuel electrode layer 13a>
The active fuel electrode layer 13a on the solid electrolyte layer 13b side is formed of a known porous conductive ceramic. For example, it is composed of ZrO 2 (stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved, and Ni and / or NiO (hereinafter referred to as Ni or the like). As the stabilized zirconia in which the rare earth element is dissolved, the same one used for the solid electrolyte layer 13b described later is preferably used.

活性燃料極層13a中の安定化ジルコニア含量は、35〜65体積%の範囲にあることが好ましく、またNi等の含量は、良好な集電性能を発揮させるため、NiO換算で65〜35体積%の範囲にあるのがよい。
さらに活性燃料極層13aの開気孔率は、15%以上、特に20〜40%の範囲にあるのがよい。
The stabilized zirconia content in the active fuel electrode layer 13a is preferably in the range of 35 to 65% by volume, and the content of Ni or the like is 65 to 35% in terms of NiO in order to exhibit good current collecting performance. % Should be in the range.
Further, the open porosity of the active fuel electrode layer 13a is preferably 15% or more, particularly preferably in the range of 20 to 40%.

前記活性燃料極層13aの熱膨張係数は、通常、12.3×10-6(1/K)程度である。
また、固体電解質層13bとの熱膨張差に起因して発生する熱応力を吸収し、活性燃料極層13aの割れや剥離などを防止するという点から、活性燃料極層13aの厚みは、5〜15μmの範囲にあることが望ましい。
The thermal expansion coefficient of the active fuel electrode layer 13a is usually about 12.3 × 10 −6 (1 / K).
In addition, the thickness of the active fuel electrode layer 13a is 5 in that it absorbs thermal stress generated due to the difference in thermal expansion from the solid electrolyte layer 13b and prevents cracking or peeling of the active fuel electrode layer 13a. It is desirable to be in the range of ˜15 μm.

<集電燃料極層13d>
燃料極層のうち、前記多孔質支持体11側の集電燃料極層13dは、多孔質支持体11と同様、Ni若しくはNi酸化物と、希土類元素酸化物との混合体より形成させる。
<Current collecting fuel electrode layer 13d>
In the fuel electrode layer, the current collecting fuel electrode layer 13 d on the porous support 11 side is formed of Ni or a mixture of Ni oxide and rare earth element oxide, as with the porous support 11.

前記Ni或いはNi酸化物(NiOは、発電時には、通常、水素ガスにより還元されてNiとして存在する)は、NiO換算で30〜60体積%の範囲で希土類元素酸化物中に含有されているのがよい。この範囲で調整することにより、多孔質支持体11と集電燃料極層13dとの熱膨張差を2×10-6(1/K)以下とすることができる。集電燃料極層13dは、電流の流れを損なわないように、導電性であることが必要であり、通常、400S/cm以上の導電率を有していることが望ましい。良好な電気伝導度を有するという点から、Ni等の含量は30体積%以上が望ましい。 The Ni or Ni oxide (NiO is usually reduced by hydrogen gas and present as Ni during power generation) is contained in the rare earth element oxide in a range of 30 to 60% by volume in terms of NiO. Is good. By adjusting within this range, the difference in thermal expansion between the porous support 11 and the current collecting fuel electrode layer 13d can be made 2 × 10 −6 (1 / K) or less. The current collecting fuel electrode layer 13d needs to be conductive so as not to impair the flow of current, and it is generally desirable that the current collecting fuel electrode layer 13d have a conductivity of 400 S / cm or more. From the viewpoint of having good electrical conductivity, the content of Ni or the like is desirably 30% by volume or more.

この集電燃料極層13dの熱膨張係数は、通常、11.5×10-6(1/K)程度である。また、この集電燃料極層13dの厚みは、電気伝導度を向上するという点から、80〜200μmであることが望ましい。 The thermal expansion coefficient of the current collecting fuel electrode layer 13d is usually about 11.5 × 10 −6 (1 / K). Further, the thickness of the current collecting fuel electrode layer 13d is preferably 80 to 200 μm from the viewpoint of improving electric conductivity.

以上のように、燃料極層を固体電解質層13b側の活性燃料極層13aと、多孔質支持体11側の集電燃料極層13dと二層に形成した構造であれば、多孔質支持体11側の集電燃料極層13dのNiO換算でのNi量或いはNiO量を30〜60体積%の範囲内で調整することにより、熱膨張係数を、後述する固体電解質層13bの熱膨張係数に近づけることができ、例えば両者の熱膨張差を2×10-6/(1/K)未満とすることができる。したがって、燃料電池セルスタック1aの作製時、加熱時、冷却時において両者の熱膨張差に起因して発生する熱応力を小さくすることができるため、燃料極層の割れや剥離などを抑制することができる。このため、燃料ガス(水素ガス)を流して発電を行う場合においても、多孔質支持体11との熱膨張係数の整合性は安定に維持され、熱膨張差による割れを有効に回避することができる。 As described above, if the fuel electrode layer is formed in two layers, the active fuel electrode layer 13a on the solid electrolyte layer 13b side and the current collecting fuel electrode layer 13d on the porous support member 11 side, the porous support body The thermal expansion coefficient is adjusted to the thermal expansion coefficient of the solid electrolyte layer 13b described later by adjusting the Ni amount or NiO amount in terms of NiO of the current collecting fuel electrode layer 13d on the 11th side within the range of 30 to 60% by volume. For example, the difference in thermal expansion between the two can be made less than 2 × 10 −6 / (1 / K). Therefore, since the thermal stress generated due to the difference in thermal expansion between the fuel cell stack 1a, the heating, and the cooling can be reduced, the fuel electrode layer can be prevented from cracking or peeling. Can do. For this reason, even when fuel gas (hydrogen gas) is supplied to generate power, the consistency of the thermal expansion coefficient with the porous support 11 is maintained stably, and cracks due to thermal expansion differences can be effectively avoided. it can.

(固体電解質層13b)
固体電解質層13bは、希土類またはその酸化物を固溶させたZrO2からなる安定化ZrO2からなる緻密質なセラミックスで構成されている。
ここで、固溶させる希土類元素またはその酸化物としては、例えばSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luなど、または、これらの酸化物などが挙げられ、好ましくは、Y、Yb、または、これらの酸化物が挙げられる。また、固体電解質層13bは、8モル%のYが固溶している安定化ZrO2(8mol% Yttoria Stabilized Zirconia、以下、「8YSZ」という。)と熱膨張係数がほぼ等しいランタンガレート系(LaGaO3系)固体電解質層を挙げることもできる。 また、固体電解質層13bは、例えば、厚さが10〜100μmであり、例えば、相対密度(アルキメデス法による)が93%以上、好ましくは、95%以上の範囲に設定される。このような固体電解質層13bは、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有すると同時に、燃料ガスまたは酸素含有ガスのリーク(ガス透過)を防止するためにガス遮断性を有している。
(Solid electrolyte layer 13b)
The solid electrolyte layer 13b is composed of a dense ceramic made of stabilized ZrO 2 composed of ZrO 2 which was a solid solution of rare earth or an oxide thereof.
Here, as rare earth elements to be dissolved or oxides thereof, for example, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, etc. Or oxides thereof, and the like, preferably Y, Yb, or oxides thereof. The solid electrolyte layer 13b is made of lanthanum gallate (LaGaO) having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of stabilized ZrO 2 (8 mol% Yttoria Stabilized Zirconia, hereinafter referred to as “8YSZ”) in which 8 mol% of Y is dissolved. 3 ) solid electrolyte layer can also be mentioned. The solid electrolyte layer 13b has a thickness of 10 to 100 μm, for example, and has a relative density (according to Archimedes method) of 93% or more, preferably 95% or more. Such a solid electrolyte layer 13b has a function as an electrolyte for bridging electrons between electrodes, and at the same time has a gas barrier property to prevent leakage of fuel gas or oxygen-containing gas (gas permeation). Yes.

(空気極層13c)
空気極層13cは、導電性セラミックスから形成されている。導電性セラミックスとしては、例えば、ABO3型のペロブスカイト型酸化物が挙げられ、このようなペロブスカイト型酸化物としては、例えば、遷移金属型ペロブスカイト酸化物、好ましくは、LaMnO3系酸化物、LaFeO3系酸化物、LaCoO3系酸化物など、特にAサイトにLaを有する遷移金属型ペロブスカイト酸化物を挙げることができる。さらに好ましくは、600〜1000℃程度の比較的低温での電気伝導性が高いという観点から、LaCoO系酸化物が挙げられる。
前記したペロブスカイト型酸化物において、AサイトにLaおよびSrが共存してもよく、また、BサイトにFe、CoおよびMnが共存してもよい。
このような空気極層13cは、前記した式(i)の電極反応を生ずることができる。
空気極層13cの開気孔率は、例えば、20%以上、好ましくは、30〜50%の範囲に設定される。開気孔率が前記した範囲内にあれば、空気極層13cが良好なガス透過性を有することができる。
空気極層13cの厚さは、例えば、30〜100μmの範囲に設定される。前記した範囲内にあれば、空気極層13cが良好な集電性を有することができる。
(Air electrode layer 13c)
The air electrode layer 13c is made of conductive ceramics. Examples of conductive ceramics include ABO 3 type perovskite oxides. Examples of such perovskite oxides include transition metal type perovskite oxides, preferably LaMnO 3 oxides, LaFeO 3 oxides. Examples thereof include transition metal type perovskite oxides having La at the A site, such as oxides based on oxides and LaCoO 3 oxides. More preferably, from the viewpoint of high electrical conductivity at a relatively low temperature of about 600 to 1000 ° C., a LaCoO-based oxide is used.
In the perovskite oxide described above, La and Sr may coexist at the A site, and Fe, Co, and Mn may coexist at the B site.
Such an air electrode layer 13c can cause the electrode reaction of the above-described formula (i).
The open porosity of the air electrode layer 13c is set to, for example, 20% or more, preferably 30 to 50%. If the open porosity is within the above-described range, the air electrode layer 13c can have good gas permeability.
The thickness of the air electrode layer 13c is set in the range of 30 to 100 μm, for example. If it exists in an above-described range, the air electrode layer 13c can have favorable current collection property.

(セル間接続部材17)
隣接する燃料電池セル部13同士を直列に接続するために使用されるセル間接続部材17は、一方の燃料電池セル13の活性燃料極層13aと隣接する他方の燃料電池セル13の空気極層13cとを電気的に接続するものであり、インターコネクタ17aとセル接続材17bとから構成され、これらは電気的に接続されている。
(Cell connecting member 17)
The inter-cell connection member 17 used for connecting adjacent fuel cell units 13 in series is an active electrode layer 13a of one fuel cell 13 and an air electrode layer of the other fuel cell 13 adjacent. 13c is electrically connected to each other, and includes an interconnector 17a and a cell connecting member 17b, which are electrically connected.

<インターコネクタ17a>
インターコネクタ17aは導電性セラミックスから形成されるが、燃料ガス(水素ガス)及び空気等の酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)が使用される。また、多孔質支持体11内のガス流路12を通る燃料ガスと空気極層13cの外部を通る空気等の酸素含有ガスとのリークを防止するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば93%以上、特に95%以上の相対密度(アルキメデス法)を有していることが好適である。なお、インターコネクタ17aの端面と、固体電解質層13bの端面との間には、適当な接合層(例えばY23)を介在させることにより、シール性を向上させることもできる。
また、インターコネクタ17aとしては、金属層と、ガラスの入った金属ガラス層との二層構造としてもよい。金属層は、例えば、AgとNiの合金からなり、金属ガラス層は、Agとガラスからなる。前記金属ガラス層により、多孔質支持体11内のガス流路12を通る燃料ガスのセル接続材へのリーク、および空気極層13cの外部を通る酸素含有ガスの前記金属層へのリークを有効に防止することができる。
<Interconnector 17a>
The interconnector 17a is made of conductive ceramics, but needs to have reduction resistance and oxidation resistance in order to come into contact with an oxygen-containing gas such as fuel gas (hydrogen gas) and air. For this reason, lanthanum chromite perovskite oxides (LaCrO 3 oxides) are generally used as the conductive ceramics. Further, in order to prevent leakage of fuel gas passing through the gas flow path 12 in the porous support 11 and oxygen-containing gas such as air passing outside the air electrode layer 13c, the conductive ceramics must be dense. For example, it is preferable to have a relative density (Archimedes method) of 93% or more, particularly 95% or more. In addition, a sealing property can also be improved by interposing an appropriate bonding layer (for example, Y 2 O 3 ) between the end face of the interconnector 17a and the end face of the solid electrolyte layer 13b.
Further, the interconnector 17a may have a two-layer structure of a metal layer and a metal glass layer containing glass. The metal layer is made of, for example, an alloy of Ag and Ni, and the metal glass layer is made of Ag and glass. The metallic glass layer effectively prevents leakage of fuel gas through the gas flow path 12 in the porous support 11 to the cell connecting material and leakage of oxygen-containing gas through the outside of the air electrode layer 13c to the metallic layer. Can be prevented.

<セル接続材17b>
一方、セル接続材17bは多孔質とされている。セル接続材17bとしては、LaCoO3系等の導電性セラミック(例えば空気極材料)、Ag−Pd等の貴金属から構成された多孔質とすることができる。セル接続材17bの材料の空気極層13cへの塗布量が少ない場合にはセル接続材17bの材料が空気極層13cの気孔中に浸入し、層としては形成されない。特に、Ag−Pd等の貴金属はコスト低減のため塗布量が少ないため、空気極層13cは、空気極層材料とAg−Pd等の集電材料が混在して構成され、セル接続材17bは形成されない。一方、LaCoO3系等の導電性セラミックは、塗布量が多く、この場合には空気極層13c上にセル接続材17bが形成される。なお、空気極層13cがセル接続材17bを兼ねるものとしてもよい。この場合、一方の燃料電池セル13の活性燃料極層13a上に設けられたインターコネクタ17aに隣接する他方の燃料電池セル13の空気極層13cが接続されることで、隣り合う燃料電池セル13を電気的に直列に接続することができる。
さらに、空気極層13cとインターコネクタ17aとが電気的に接続されている場合であっても、空気極層13c上にセル接続材17bを設けることもできる。この場合、一方の燃料電池セル13内を流れる電流を、効率よく他方の燃料電池セル13に供給することができる。
<Cell connecting material 17b>
On the other hand, the cell connecting material 17b is porous. The cell connecting material 17b can be made of a porous material composed of a conductive ceramic (eg, air electrode material) such as LaCoO 3 or the like, or a noble metal such as Ag—Pd. When the amount of the cell connection material 17b applied to the air electrode layer 13c is small, the material of the cell connection material 17b penetrates into the pores of the air electrode layer 13c and is not formed as a layer. In particular, since noble metals such as Ag-Pd have a small coating amount for cost reduction, the air electrode layer 13c is configured by mixing an air electrode layer material and a current collecting material such as Ag-Pd, and the cell connecting material 17b is Not formed. On the other hand, a conductive ceramic such as LaCoO 3 is applied in a large amount. In this case, the cell connecting material 17b is formed on the air electrode layer 13c. The air electrode layer 13c may also serve as the cell connection material 17b. In this case, the adjacent fuel cell 13 is connected by connecting the air electrode layer 13c of the other fuel cell 13 adjacent to the interconnector 17a provided on the active fuel electrode layer 13a of the one fuel cell 13. Can be electrically connected in series.
Furthermore, even when the air electrode layer 13c and the interconnector 17a are electrically connected, the cell connecting material 17b can be provided on the air electrode layer 13c. In this case, the current flowing in one fuel cell 13 can be efficiently supplied to the other fuel cell 13.

(無機被膜25)
無機被膜25は、周期律表第2族元素のうち少なくとも1種を含んでなるケイ酸塩を主成分として含有する。
周期律表第2族元素のうち少なくとも1種を含んでなるケイ酸塩(以下、単にケイ酸塩と略す場合がある。)としては、例えば、周期律表第2族元素としてMgを含有するフォルステライト(Mg2SiO4)、ステアタイト(MgSiO3)、アケルマナイト(Ca2MgSiO7)、ディオプサイト(Ca2MgSiO6)や、周期律表第2族元素としてCaを含有するワラストナイト(CaSiO3)、アノーサイト(CaAl2Si28)、ゲーレナイト(Ca2Al2SiO7)、周期律表第2族元素としてBaを含有するセルシアン(BaAl2Si28)等を挙げることができ、燃料電池セルスタック1aを構成する各構成との熱膨張係数等を考慮して適宜選択して用いることが好ましい。特には、上記した活性燃料極層13aや固体電解質層13bの熱膨張係数を考慮して、フォルステライト(Mg2SiO4)、ステアタイト(MgSiO3)およびワラストナイト(CaSiO3)のいずれか一種を用いることが好ましく、特にはフォルステライト(Mg2SiO4)を用いることが好ましい。
(Inorganic coating 25)
The inorganic coating 25 contains, as a main component, a silicate containing at least one of Group 2 elements of the Periodic Table.
As the silicate containing at least one of the elements in Group 2 of the periodic table (hereinafter sometimes simply referred to as silicate), for example, Mg is included as the element in Group 2 of the periodic table. Forsterite (Mg 2 SiO 4 ), steatite (MgSiO 3 ), akermanite (Ca 2 MgSiO 7 ), diopsite (Ca 2 MgSiO 6 ), and wollastonite containing Ca as a group 2 element in the periodic table (CaSiO 3 ), anorsite (CaAl 2 Si 2 O 8 ), gehlenite (Ca 2 Al 2 SiO 7 ), celsian (BaAl 2 Si 2 O 8 ) containing Ba as a group 2 element in the periodic table, and the like. It is preferable that the fuel cell stack 1a is appropriately selected and used in consideration of the thermal expansion coefficient with each component constituting the fuel cell stack 1a. In particular, any one of forsterite (Mg 2 SiO 4 ), steatite (MgSiO 3 ), and wollastonite (CaSiO 3 ) is considered in consideration of the thermal expansion coefficient of the active fuel electrode layer 13a and the solid electrolyte layer 13b. One type is preferably used, and in particular, forsterite (Mg 2 SiO 4 ) is preferably used.

また、無機被膜25は、多孔質支持体11の酸化を抑制すべく、緻密質とすることが好ましい。それゆえ、無機被膜25は、相対密度(アルキメデス法による)が85%以上、特に90%以上の緻密質であることが好ましい。それにより、燃料電池セルスタック1a(多孔質支持体11)が酸化することを抑制でき、燃料電池セルスタック1aが破損することを抑制できる。   The inorganic coating 25 is preferably dense so as to suppress oxidation of the porous support 11. Therefore, the inorganic coating 25 is preferably a dense material having a relative density (according to Archimedes method) of 85% or more, particularly 90% or more. Thereby, it can suppress that the fuel cell stack 1a (porous support body 11) oxidizes, and can suppress that the fuel cell stack 1a is damaged.

具体的には、無機被膜25はケイ酸塩を85mol%以上含有することが好ましい。それにより、上述した相対密度(アルキメデス法による)が85%以上、特に90%以上の緻密質とすることができ、燃料電池セルスタック1aが破損することを抑制できる。   Specifically, the inorganic coating 25 preferably contains 85 mol% or more of silicate. Thereby, the above-mentioned relative density (according to Archimedes method) can be 85% or more, particularly 90% or more, and the fuel cell stack 1a can be prevented from being damaged.

なお、無機被膜25は、その厚みを適宜設定することができ、例えば、燃料ガス排出側の端面の無機被膜25は、その厚みを20〜30μmとすることができ、燃料ガス排出側である一端部におけるガス流路12内における多孔質支持体11上の無機被膜25は、その厚みを10〜15μmとすることができる。それにより、燃料ガス排出側における多孔質支持体11の酸化を抑制することができるとともに、燃料ガス排出側である一端部の強度を向上することができ、燃料電池セルの破損を抑制することができる。   In addition, the thickness of the inorganic coating film 25 can be set as appropriate. For example, the inorganic coating film 25 on the end surface on the fuel gas discharge side can have a thickness of 20 to 30 μm, and the one end on the fuel gas discharge side. The thickness of the inorganic coating 25 on the porous support 11 in the gas flow path 12 in the part can be 10 to 15 μm. Thereby, the oxidation of the porous support 11 on the fuel gas discharge side can be suppressed, the strength of one end on the fuel gas discharge side can be improved, and the damage of the fuel cell can be suppressed. it can.

(燃料電池セルスタック製造方法)
次に、前記した横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック1aの製造方法について、図5および図6を参照して、説明する。
まず、多孔質支持体成形体41を作製する。多孔質支持体成形体41の材料として、体積基準での平均粒径(D50)(以下、単に「平均粒径」という。)が0.1〜10.0μmのMgO粉末に、必要により熱膨張係数調整用または接合強度向上用として、Ni粉末、NiO粉末、Y23粉末、または、希土類元素安定化ジルコニア粉末(YSZ)などを所定の比率で配合して混合し、混合後の熱膨張係数が固体電解質層13bのそれとほぼ一致するように調整する。この混合粉末を、ポアー剤と、セルロース系有機バインダーと、水とからなる溶媒と混合し、押し出し成形して、図5に示すように、内部にガス流路42を有する中空の板状形状で、扁平状の多孔質支持体成形体41を作製し、これを乾燥後、900℃〜1100℃、2〜4時間で仮焼処理する。ガス流路の直径は、押し出し成形時に調整する。
(Fuel cell stack manufacturing method)
Next, a manufacturing method of the above-described horizontal stripe solid oxide fuel cell stack 1a will be described with reference to FIGS.
First, the porous support body molded body 41 is produced. As the material of the porous support molded body 41, MgO powder having an average particle diameter (D 50 ) (hereinafter simply referred to as “average particle diameter”) on a volume basis is 0.1 to 10.0 μm, and if necessary, heat Ni powder, NiO powder, Y 2 O 3 powder, rare earth element stabilized zirconia powder (YSZ), etc. are mixed and mixed at a predetermined ratio for adjusting the expansion coefficient or improving the bonding strength, and heat after mixing Adjustment is made so that the expansion coefficient substantially matches that of the solid electrolyte layer 13b. This mixed powder is mixed with a solvent composed of a pore agent, a cellulosic organic binder, and water, extruded, and formed into a hollow plate shape having a gas flow path 42 therein as shown in FIG. Then, a flat porous support body molded body 41 is prepared, dried, and calcined at 900 ° C. to 1100 ° C. for 2 to 4 hours. The diameter of the gas channel is adjusted during extrusion.

燃料電池セルスタック1aの燃料ガス排出側である多孔質支持体成形体41の端面の外縁の角部に面取り加工(例えば、C面取り加工、R面取り加工等)を施す場合は、リューターや、サンドペーパー、あるいは治具や、平面研削機などを用いて加工することができる。   When chamfering (for example, C chamfering, R chamfering, etc.) is performed on the corner of the outer edge of the porous support body molded body 41 on the fuel gas discharge side of the fuel cell stack 1a, It can be processed using paper, a jig, a surface grinder, or the like.

次いで、燃料極層、固体電解質層を作製する。まず、例えば、NiO粉末、Ni粉末と、YSZ粉末とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、厚さ5〜20μmの活性燃料極層テープ43aを作製する(図6(a))。
次に、活性燃料極層テープ43aと同様にして、例えば、NiO粉末、Ni粉末と、Y23などの希土類元素酸化物とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、厚さ80〜200μmの集電燃料極層テープ43を作成する。この集電燃料極層テープ43に前記活性燃料極層テープ43aを貼り付ける(図6(b))。当該貼り合わせたテープを燃料電池セル13の形状にあわせて切断し、絶縁部を形成する部分を打ち抜く(図6(c))。
Next, a fuel electrode layer and a solid electrolyte layer are produced. First, for example, NiO powder, Ni powder, and YSZ powder are mixed, a pore agent is added thereto, an acrylic binder and toluene are mixed to form a slurry, and the slurry is applied by a doctor blade method and dried. Then, the active fuel electrode layer tape 43a having a thickness of 5 to 20 μm is produced (FIG. 6A).
Next, in the same manner as the active fuel electrode layer tape 43a, for example, NiO powder, Ni powder, and rare earth element oxide such as Y 2 O 3 are mixed, a pore agent is added thereto, an acrylic binder, Toluene is mixed to form a slurry, and the slurry is applied by a doctor blade method and dried to prepare a current collecting fuel electrode layer tape 43 having a thickness of 80 to 200 μm. The active fuel electrode layer tape 43a is attached to the current collecting fuel electrode layer tape 43 (FIG. 6B). The bonded tape is cut in accordance with the shape of the fuel battery cell 13, and a portion for forming an insulating portion is punched (FIG. 6C).

その後、図6(d)に示すように、活性燃料極層テープ43aが貼り付けられた集電燃料極層テープ43を、前記仮焼した多孔質支持体成形体41に、横縞状に貼り付ける。これを繰り返し行い、多孔質支持体成形体41の表面に複数の集電燃料極層テープ43を貼り付ける。なお、このとき一方の集電燃料極層テープ43と、他方の集電燃料極層テープ43とは、幅3〜20mmの間隔をあけて配置する。
次に、この集電燃料極層テープ43を貼り付けた状態で乾燥し、その後、900〜1300℃の温度範囲で2〜4時間仮焼する(図6(d))。そして、活性燃料極層43aのインターコネクタ47aを形成したい部分に、マスキングテープ48を貼り付ける(図6(e))。
Thereafter, as shown in FIG. 6 (d), the current collecting fuel electrode layer tape 43 with the active fuel electrode layer tape 43a attached thereto is attached to the calcined porous support molded body 41 in the form of horizontal stripes. . This is repeated, and a plurality of current collecting fuel electrode layer tapes 43 are affixed to the surface of the porous support molded body 41. At this time, one current collecting fuel electrode layer tape 43 and the other current collecting fuel electrode layer tape 43 are arranged with an interval of 3 to 20 mm in width.
Next, it dries in the state which affixed this current collection fuel electrode layer tape 43, and is calcined for 2 to 4 hours after that in the temperature range of 900-1300 degreeC (FIG.6 (d)). Then, a masking tape 48 is affixed to the portion of the active fuel electrode layer 43a where the interconnector 47a is to be formed (FIG. 6 (e)).

次に、この積層体を、8YSZにアクリル系バインダーとトルエンを加えてスラリーとした固体電解質層成形体用溶液に浸漬した後、固体電解質層成形体用溶液から取り出す。これにより、全面に固体電解質層成形体43bの層が塗布されるとともに、前記図6(c)で打ち抜いた空間にも絶縁体である固体電解質層成形体43bが充填される。
なお、多孔質支持体成形体の燃料ガス排出側の一端部(非発電部の一端部)には、無機被膜を設けるために、多孔質支持体成形体の燃料ガス排出側の端部から20〜25μm空けて固体電解質層成形体を設ける。
この状態で、900〜1200℃、2〜4時間仮焼する。この仮焼中に、マスキングテープ48とその上に塗布された固体電解質層成形体43bの層を除去することができる。(図6(f))。
Next, this laminate is immersed in a solid electrolyte layer molded body solution obtained by adding an acrylic binder and toluene to 8YSZ to form a slurry, and then taken out from the solid electrolyte layer molded body solution. As a result, the solid electrolyte layer molded body 43b is applied to the entire surface, and the space punched out in FIG. 6C is filled with the solid electrolyte layer molded body 43b as an insulator.
In order to provide an inorganic coating on one end of the porous support molded body on the fuel gas discharge side (one end of the non-power generation section), the end of the porous support molded body on the fuel gas discharge side is 20 A solid electrolyte layer molded body is provided with a gap of ˜25 μm.
In this state, calcining is performed at 900 to 1200 ° C. for 2 to 4 hours. During the calcination, the masking tape 48 and the layer of the solid electrolyte layer molded body 43b applied thereon can be removed. (FIG. 6 (f)).

次に、インターコネクタ47aを形成する部位にランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)の粉末と有機バインダーとを混合してなるインターコネクタ用原料を塗布する(図6(g))。この後、1450〜1550℃で2〜8時間焼成する。 Next, a material for an interconnector formed by mixing a lanthanum chromite-based perovskite oxide (LaCrO 3 oxide) powder and an organic binder is applied to a portion where the interconnector 47a is to be formed (FIG. 6G). ). This is followed by firing at 1450-1550 ° C. for 2-8 hours.

続いて、周期律表第2族元素のうち少なくとも1種を含んでなるケイ酸塩(例えば、フォルステライト等)95wt%以上と、ガラス成分と、溶媒等とを含有する溶液(スラリー)に、固体電解質層成形体43bが形成されていない多孔質支持体成形体41の燃料ガス排出側の端部領域上の少なくとも一部を浸漬して、無機被膜成形体を作製する。なお、浸漬時間は無機被膜成形体が目的とする厚みとなるように適宜設定することができる。   Subsequently, in a solution (slurry) containing 95 wt% or more of a silicate (for example, forsterite) containing at least one of the Group 2 elements of the periodic table, a glass component, a solvent, and the like, At least a part of the end region on the fuel gas discharge side of the porous support molded body 41 where the solid electrolyte layer molded body 43b is not formed is dipped to produce an inorganic film molded body. In addition, immersion time can be suitably set so that an inorganic film molded object may become the target thickness.

次いで、無機被膜成形体を焼成して、無機被膜25を作製する。なお、無機被膜成形体を焼成するにあたって、固体電解質層成形体43bの焼成温度より、200℃以上低いことが好ましく、例えば1200℃〜1400℃で行うことが好ましく、焼成時間としては、2〜6時間とすることができる。   Next, the inorganic film molded body is fired to produce the inorganic film 25. In firing the inorganic film molded body, it is preferably 200 ° C. or lower than the firing temperature of the solid electrolyte layer molded body 43b, for example, preferably 1200 to 1400 ° C., and the firing time is 2 to 6 It can be time.

次に、固体電解質層成形体43b上に、ランタンコバルタイト(LaCoO3)と有機バインダーとを混合したスラリーを印刷し、厚さ10〜100μmの空気極層成形体43cを形成する。そして、950〜1150℃、2〜5時間焼き付ける(図6(h))。 Next, a slurry obtained by mixing lanthanum cobaltite (LaCoO 3 ) and an organic binder is printed on the solid electrolyte layer molded body 43b to form an air electrode layer molded body 43c having a thickness of 10 to 100 μm. Then, baking is performed at 950 to 1150 ° C. for 2 to 5 hours (FIG. 6 (h)).

最後に、ランタンコバルタイト(LaCoO3)と有機バインダーとを混合したスラリーを、セル接続材47bを形成したい部分に印刷し、900〜1150℃、2〜5時間焼き付けることで、燃料電池セルスタック1aを得ることができる(図6(i))。 Finally, a slurry in which lanthanum cobaltite (LaCoO 3 ) and an organic binder are mixed is printed on a portion where the cell connecting material 47b is to be formed, and baked at 900 to 1150 ° C. for 2 to 5 hours, whereby the fuel cell stack 1a Can be obtained (FIG. 6 (i)).

なお、前記した各層の積層方法については、テープ積層、ペースト印刷、ディップコート、および、スプレー吹きつけのいずれの積層法を用いてもよい。好ましくは、積層時の乾燥工程が短時間であり、工程の短時間化の観点から、ディップコートにより各層を積層する。   In addition, about the lamination | stacking method of each above-mentioned layer, you may use any lamination method of tape lamination | stacking, paste printing, dip coating, and spray spraying. Preferably, the drying process at the time of lamination is short, and each layer is laminated by dip coating from the viewpoint of shortening the process.

以上のような製造方法により、多孔質支持体11の燃料ガス排出側である一端部領域上の少なくとも一部に無機被膜25が形成された燃料電池セルスタック1a〜1cを容易に作製することができる。   By the manufacturing method as described above, it is possible to easily produce the fuel cell stacks 1a to 1c in which the inorganic coating 25 is formed on at least a part of the one end region on the fuel gas discharge side of the porous support 11. it can.

(燃料電池)
上述したような燃料電池セルスタックを複数個組み合わせることにより横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックバンドルとし、該バンドルと、燃料電池セルスタックを作動させるための補機とを収納容器内に収納することにより、本発明の燃料電池とすることができる。それにより、長期信頼性の向上した燃料電池とすることができる。
(Fuel cell)
By combining a plurality of the fuel cell stacks as described above, a horizontally-striped solid oxide fuel cell stack bundle is formed, and the bundle and an auxiliary device for operating the fuel cell stack are stored in a storage container. Thus, the fuel cell of the present invention can be obtained. Thereby, a fuel cell with improved long-term reliability can be obtained.

なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内において、種々の改善や変更が可能である。例えば、無機被膜25等の形成順序は、特に限定されず、無機被膜25を空気極層形成後に形成してもよい。   In addition, this invention is not limited to the above embodiment, A various improvement and change are possible within the range as described in a claim. For example, the formation order of the inorganic coating 25 is not particularly limited, and the inorganic coating 25 may be formed after the air electrode layer is formed.

以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.

<横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの作製>
まず、多孔質支持体成形体を作製した。該多孔質支持体成形体の材料として、平均粒径(D50)が2.8μmのMgO粉末に、NiOおよびY23粉末を配合して混合し、熱膨張係数が固体電解質層のそれとほぼ一致するように調整した(すなわち11.0×10-6(1/K))。この混合粉末を、ポアー剤と、セルロース系有機バインダーと、水とからなる溶媒に混合し、押出し成形して、内部にガス流路を有する中空の板状形状で、扁平状の多孔質支持体成形体を作製し(図5参照)、これを乾燥後、1100℃、4時間で仮焼処理した。
<Fabrication of horizontal stripe type solid oxide fuel cell stack>
First, a porous support molded body was produced. As the material of the porous support molded body, NiO and Y 2 O 3 powder are blended and mixed with MgO powder having an average particle diameter (D 50 ) of 2.8 μm, and the thermal expansion coefficient thereof is that of the solid electrolyte layer. Adjustment was made so that they were almost the same (that is, 11.0 × 10 −6 (1 / K)). This mixed powder is mixed with a solvent composed of a pore agent, a cellulose organic binder, and water, extruded, and formed into a hollow plate-like shape having a gas channel inside, and a flat porous support. A molded body was prepared (see FIG. 5), and after drying, it was calcined at 1100 ° C. for 4 hours.

ついで、燃料ガス排出側における端面の外周の角部に、面取り後の形状がC面形状となるように、C面加工を施した。なお、C面は、ガス流路の端部からC面加工後の角部までの長さが500μmとなるように加工した。   Next, C-face machining was performed at the corners on the outer periphery of the end face on the fuel gas discharge side so that the shape after chamfering became a C-face shape. The C surface was processed so that the length from the end of the gas flow path to the corner after C surface processing was 500 μm.

次に、NiO粉末とYSZ粉末とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、厚さ20μmの活性燃料極層テープを作製した(図6(a)参照)。   Next, NiO powder and YSZ powder are mixed, a pore agent is added thereto, acrylic binder and toluene are mixed to form a slurry, the slurry is applied by the doctor blade method and dried, and the thickness is 20 μm. An active fuel electrode layer tape was prepared (see FIG. 6A).

次に、NiO粉末と、Y23の希土類元素酸化物とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、厚さ130μmの集電燃料極層用テープを作製した。この集電燃料極層テープ上に前記活性燃料極層テープを貼り付け(図6(b)参照)、当該貼り合わせたテープを燃料電池セルの形状にあわせて切断し、絶縁部を形成する部分を打ち抜いた(図6(c)参照)。 Next, NiO powder and Y 2 O 3 rare earth element oxide are mixed, a pore agent is added thereto, acrylic binder and toluene are mixed to form a slurry, and the slurry is applied by a doctor blade method. Then, it was dried to produce a current collecting fuel electrode layer tape having a thickness of 130 μm. The active fuel electrode layer tape is affixed on the current collecting fuel electrode layer tape (see FIG. 6B), and the bonded tape is cut in accordance with the shape of the fuel cell to form an insulating portion. (See FIG. 6C).

その後、活性燃料極層テープが貼り付けられた集電燃料極層テープを、前記仮焼した多孔質支持体成形体に、横縞状に長手方向に沿って幅5mmの間隔をあけて複数貼り付けた。   Thereafter, a plurality of current collecting fuel electrode layer tapes to which the active fuel electrode layer tape is attached are attached to the calcined porous support body molded body in the form of horizontal stripes at intervals of 5 mm in width along the longitudinal direction. It was.

次に、この集電燃料極層テープを貼り付けた状態で乾燥し、その後、1200℃で2時間仮焼し(図6(d)参照)、活性燃料極層上のインターコネクタを形成したい部分に、マスキングテープを貼り付けた(図6(e)参照)。   Next, it is dried with the current collecting fuel electrode layer tape attached, and then calcined at 1200 ° C. for 2 hours (see FIG. 6 (d)), where the interconnector on the active fuel electrode layer is to be formed. A masking tape was affixed to the substrate (see FIG. 6E).

次に、この積層体を、8YSZにアクリル系バインダーとトルエンを加えてスラリーとした固体電解質層成形体用溶液に浸漬した後、固体電解質層成形体用溶液から取り出した。多孔質支持体成形体の燃料ガス排出側の一端部(非発電部の一端部)に、無機被膜を設けるために、多孔質支持体成形体の燃料ガス排出側の端部から20μm空けた他は、この浸漬により、全面に固体電解質層成形体が形成されるとともに、隣接セル間である絶縁部の部分にも固体電解質層成形体を設けた。   Next, this laminate was immersed in a solution for a solid electrolyte layer molded body that was made into a slurry by adding an acrylic binder and toluene to 8YSZ, and then taken out from the solution for a solid electrolyte layer molded body. In order to provide an inorganic coating on one end of the porous support molded body on the fuel gas discharge side (one end of the non-power generation section), the porous support molded body was spaced 20 μm from the end on the fuel gas discharge side of the porous support molded body As a result of this immersion, a solid electrolyte layer molded body was formed on the entire surface, and a solid electrolyte layer molded body was also provided on the insulating portion between adjacent cells.

この状態で、900℃で2時間仮焼した。仮焼を終えた時点で、マスキングテープおよびマスキングテープ上の不要な固体電解質層成形体を除去した(図6(f)参照)。   In this state, calcination was performed at 900 ° C. for 2 hours. When the calcination was finished, the masking tape and the unnecessary solid electrolyte layer formed body on the masking tape were removed (see FIG. 6F).

次に、インターコネクタを形成する部位にランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)の粉末と有機バインダーとを混合してなるインターコネクタ用原料を塗布し(図6(g)参照)、多孔質支持体成形体上に集電燃料極層成形体、活性燃料極層成形体、固体電解質層成形体およびインターコネクタ用原料が積層された状態で、1480℃で2時間焼成を行った。 Next, a material for an interconnector formed by mixing a lanthanum chromite-based perovskite oxide (LaCrO 3 oxide) powder and an organic binder is applied to a portion where the interconnector is to be formed (see FIG. 6G). ), And fired at 1480 ° C. for 2 hours in a state where the collector fuel electrode layer molded body, the active fuel electrode layer molded body, the solid electrolyte layer molded body and the interconnector raw material are laminated on the porous support molded body It was.

続いて、この燃料電池セル成形体の燃料ガス排出側の一端部(非発電部の一端部)から固体電解質層成形体が形成されていない多孔質支持体成形体までを、フォルステライト(Mg2SiO4)を主成分とし、これにガラス成分と溶媒とを含有する溶液中(フォルステライト(Mg2SiO4)が95mol%含有)に浸漬し、ガス流路内部を含めたガス排出口領域上に無機被膜成形体を形成し、1300℃にて3時間焼成処理を行なって、無機被膜を形成した。 Subsequently, forsterite (Mg 2 ) is formed from one end portion (one end portion of the non-power generation portion) on the fuel gas discharge side of the fuel cell molded body to the porous support body molded body on which the solid electrolyte layer molded body is not formed. It is immersed in a solution containing 95 mol% of forsterite (Mg 2 SiO 4 ) containing SiO 4 ) as a main component and containing a glass component and a solvent. An inorganic film formed body was formed on the substrate, and calcination was performed at 1300 ° C. for 3 hours to form an inorganic film.

次に、ランタンコバルタイトLaCoO3とイソプロピルアルコールとを混合したスラリーを、固体電解質層成形体上に印刷して空気極層成形体を形成し、この空気極層成形体を1100℃、2時間の条件で焼き付けて厚さ50μmの空気極層を形成した(図6(h)参照)。 Next, a slurry obtained by mixing lanthanum cobaltite LaCoO 3 and isopropyl alcohol is printed on a solid electrolyte layer molded body to form an air electrode layer molded body. This air electrode layer molded body is heated at 1100 ° C. for 2 hours. Baking was performed under the conditions to form an air electrode layer having a thickness of 50 μm (see FIG. 6H).

最後に、ランタンコバルタイト(LaCoO3)とイソプロピルアルコールとを混合したスラリーを、空気極層上から隣接する燃料電池セルの固体電解質層上にかけて印刷し、1000℃、4時間の条件で焼き付けて、セル接続材を形成し、実施例の燃料電池セルスタックを得た(図6(i)参照)。 Finally, a slurry obtained by mixing lanthanum cobaltite (LaCoO 3 ) and isopropyl alcohol is printed on the solid electrolyte layer of the adjacent fuel cell from the air electrode layer, and baked at 1000 ° C. for 4 hours. A cell connecting material was formed to obtain the fuel cell stack of the example (see FIG. 6 (i)).

(比較例1)
実施例の無機被膜に代えて、8YSZの無機被膜を形成した他は、実施例と同様にして、燃料電池セルスタックを得た。
(Comparative Example 1)
A fuel cell stack was obtained in the same manner as in the example except that an inorganic film of 8YSZ was formed instead of the inorganic film in the example.

(比較例2)
実施例の無機被膜を形成しなかった他は、実施例と同様にして、燃料電池セルスタックを得た。
(Comparative Example 2)
A fuel cell stack was obtained in the same manner as in the example except that the inorganic coating film of the example was not formed.

<評価試験>
(1)900℃昇降温サイクル試験
収納容器内に燃料電池セルスタックを収納し、燃料ガスとしてN2およびH2を、燃料電池セルスタック内のガス流路内にそれぞれN2:1.67L/分、H2:0.42L/分の流量で流し、さらに空気を燃料電池セルスタック外面に流量48L/分で流しながら、収納容器外部から加熱し、収納容器内の温度を室温から500℃/時の昇温速度で900℃まで昇温させた。900℃到達後に、空気流量はそのまま保ち、N2の噴出を止め、H2流量を0.644L/分に増量したガス噴出下で30分間保持した。その後、昇温時と同様のガス噴出下で、500℃/時の降温速度で降温し、室温(50℃程度)まで温度が下がった時点を1サイクルとした。そして、上記燃料電池セルスタックの燃料ガス排出側の先端部が破壊するサイクル数を調べた。
<Evaluation test>
(1) 900 ° C. temperature increase / decrease cycle test A fuel cell stack is stored in a storage container, N 2 and H 2 are stored as fuel gases, and N 2 is 1.67 L / in each gas path in the fuel cell stack. H 2 : Flowed at a flow rate of 0.42 L / min, and further heated from the outside of the storage container while flowing air to the outer surface of the fuel cell stack at a flow rate of 48 L / min. The temperature was raised to 900 ° C. at the rate of temperature rise. After reaching 900 ° C., the air flow rate was kept as it was, the N 2 jet was stopped, and the H 2 flow rate was increased to 0.644 L / min and held for 30 minutes. Thereafter, the temperature was lowered at a rate of temperature reduction of 500 ° C./hour under the same gas ejection as that at the time of temperature increase, and the time when the temperature dropped to room temperature (about 50 ° C.) was defined as one cycle. Then, the number of cycles at which the tip of the fuel cell stack on the fuel gas discharge side breaks was examined.

(2)室温サイクル試験
室温下で、燃料ガスとして都市ガスを用い、燃料電池セルスタック内のガス流路内に流量0.4L/分で流し、先端部から排出される燃料ガスにバーナーで着火した。燃焼状態を10分間保持し、その後、燃料ガスの噴出を止めた。収納容器内の温度が室温(50℃程度)まで下がった時点を1サイクルとした。そして、上記燃料電池セルスタックの燃料ガス排出側の端部が破壊するサイクル数を調べた。
(2) Room temperature cycle test City gas is used as fuel gas at room temperature, flowed at a flow rate of 0.4 L / min into the gas flow path in the fuel cell stack, and the fuel gas discharged from the tip is ignited by a burner did. The combustion state was maintained for 10 minutes, and then the ejection of fuel gas was stopped. One cycle was defined as the time when the temperature in the storage container decreased to room temperature (about 50 ° C.). Then, the number of cycles at which the end of the fuel cell stack on the fuel gas discharge side breaks was examined.

上記試験の結果を表1に示す。

Figure 0005444022
The results of the above test are shown in Table 1.
Figure 0005444022

表1に示したとおり、多孔質支持体の燃料ガス排出側の一端部(非発電部の一端部)に、周期律表第2族元素のうち少なくとも1種を含んでなるケイ酸塩であるフォルステライトを主成分とする無機被膜を設けた実施例の燃料電池セルスタックにおいては、無機被膜を8YSZとした比較例1および無機被膜を設けていない比較例2の燃料電池セルスタックに比べて、900℃昇降温サイクルおよび室温サイクルともに先端破壊に至るまでの回数を向上することができた。それゆえ、多孔質支持体の燃料ガス排出側の一端部(非発電部の一端部)に、周期律表第2族元素のうち少なくとも1種を含んでなるケイ酸塩であるフォルステライトを主成分とする無機被膜を設けることで、端部破壊を抑制することができることが確認できた。   As shown in Table 1, it is a silicate containing at least one of Group 2 elements in the periodic table at one end of the porous support on the fuel gas discharge side (one end of the non-power generation unit). In the fuel cell stack of the example provided with the inorganic coating mainly composed of forsterite, compared to the fuel cell stack of Comparative Example 1 in which the inorganic coating was 8YSZ and Comparative Example 2 without the inorganic coating, The number of times until the tip breaks can be improved in both the 900 ° C. temperature increase / decrease cycle and the room temperature cycle. Therefore, forsterite, which is a silicate containing at least one of Group 2 elements of the periodic table, is mainly formed at one end of the porous support on the fuel gas discharge side (one end of the non-power generation unit). It was confirmed that the edge destruction can be suppressed by providing an inorganic coating as a component.

1a、1b、1c 横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック
11 多孔質支持体
12 ガス流路
13 燃料電池セル
13a 活性燃料極層
13b 固体電解質層
13c 空気極層
13d 集電燃料極層
17a インターコネクタ
17b セル接続材
25 無機被膜
41 多孔質支持体成形体
43 集電燃料極層用テープ
43a 活性燃料極層成形体
43b 固体電解質層成形体
43c 空気極層成形体
47a インターコネクタ
47b セル接続材
48 マスキングテープ
51 隔壁
1a, 1b, 1c Horizontally striped solid oxide fuel cell stack 11 Porous support 12 Gas flow path 13 Fuel cell 13a Active fuel electrode layer 13b Solid electrolyte layer 13c Air electrode layer 13d Current collecting fuel electrode layer 17a Interconnector 17b Cell connecting material 25 Inorganic coating 41 Porous support molded body 43 Current collecting fuel electrode layer tape 43a Active fuel electrode layer formed body 43b Solid electrolyte layer formed body 43c Air electrode layer formed body 47a Interconnector 47b Cell connecting material 48 Masking Tape 51 Bulkhead

Claims (5)

長手方向に沿って燃料ガスを流すためのガス流路を内部に備え、一端側に前記ガス流路の燃料ガス導入口を有し、他端側に前記ガス流路の燃料ガス排出口を有してなる電気絶縁性の多孔質支持体上に、燃料極層、固体電解質層および空気極層が順次積層された多層構造を有する燃料電池セルが、前記多孔質支持体の長手方向に沿って複数配置されてなる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックであって、
前記多孔質支持体の他端側の前記ガス流路の内面から前記多孔質支持体の他端側の端面を経て前記多孔質支持体の外面に、フォルステライト(Mg 2 SiO 4 )、ステアタイト(MgSiO 3 )およびワラストナイト(CaSiO 3 )から選ばれる一種を主成分として含有する無機被膜が設けられていることを特徴とする横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
A gas flow path for flowing fuel gas along the longitudinal direction is provided inside, and has a fuel gas introduction port for the gas flow path on one end side and a fuel gas discharge port for the gas flow path on the other end side. A fuel cell having a multilayer structure in which a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, and an air electrode layer are sequentially laminated on an electrically insulating porous support is formed along the longitudinal direction of the porous support. A horizontally-striped solid oxide fuel cell stack that is arranged in a plurality,
Forsterite (Mg 2 SiO 4 ), steatite from the inner surface of the gas flow path on the other end side of the porous support to the outer surface of the porous support via the end surface on the other end side of the porous support A horizontal-striped solid oxide fuel cell stack comprising an inorganic coating containing as a main component one selected from (MgSiO 3 ) and wollastonite (CaSiO 3 ) .
前記多孔質支持体の他端における外周の角部が、面取りされていることを特徴とする請求項1に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。   The laterally striped solid oxide fuel cell stack according to claim 1, wherein corners of the outer periphery at the other end of the porous support are chamfered. 前記無機被膜が、前記フォルステライト(Mg 2 SiO 4 )、ステアタイト(MgSiO 3 )およびワラストナイト(CaSiO 3 )から選ばれる一種を、85mol%以上含有することを特徴とする請求項1または2に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。 The inorganic coating contains 85 mol% or more of one kind selected from the forsterite (Mg 2 SiO 4 ), steatite (MgSiO 3 ), and wollastonite (CaSiO 3 ). 2. A horizontally-striped solid oxide fuel cell stack according to 1. 前記無機被膜が、前記フォルステライト(Mg 2 SiO 4 )、ステアタイト(MgSiO 3 )およびワラストナイト(CaSiO 3 )から選ばれる一種を主成分として含有するスラリーを焼成して形成されたものである請求項1〜のいずれかに記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。 The inorganic coating is formed by firing a slurry containing as a main component one selected from the forsterite (Mg 2 SiO 4 ), steatite (MgSiO 3 ), and wollastonite (CaSiO 3 ). The horizontal-striped solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3 . 請求項1〜のいずれかに記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを収納容器内に複数収容してなることを特徴とする燃料電池。 Fuel cell characterized by comprising a plurality accommodated in the storage container a segmented-in-series solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 1-4.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5743915B2 (en) * 2012-01-27 2015-07-01 京セラ株式会社 Solid oxide fuel cell, fuel cell module, and fuel cell device
JP2013157190A (en) * 2012-01-30 2013-08-15 Kyocera Corp Solid oxide fuel cell, cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device
JP5916013B2 (en) * 2012-05-29 2016-05-11 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Multi-stage electrochemical reactor
JP6156778B2 (en) * 2012-09-28 2017-07-05 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell
JP5455266B1 (en) * 2012-10-12 2014-03-26 日本碍子株式会社 Fuel cell
JP5485444B1 (en) * 2013-04-04 2014-05-07 日本碍子株式会社 Fuel cell
JP5600819B1 (en) * 2013-04-19 2014-10-08 日本碍子株式会社 Fuel cell
JP5826963B1 (en) * 2014-08-25 2015-12-02 日本碍子株式会社 Fuel cell

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4261927B2 (en) * 2003-01-29 2009-05-13 京セラ株式会社 Solid electrolyte fuel cell and fuel cell
DE602004028912D1 (en) * 2003-03-13 2010-10-14 Tokyo Gas Co Ltd SOLID-OXYGEN FUEL CELL MODULE
JP2005093241A (en) * 2003-09-17 2005-04-07 Kyocera Corp Solid oxide fuel cell
JP4537031B2 (en) * 2003-09-30 2010-09-01 京セラ株式会社 Electrochemical ceramic element unit and method for producing electrochemical ceramic element unit
JP2005135877A (en) * 2003-10-31 2005-05-26 Kyocera Corp Cell of fuel cell and fuel cell
JP4758074B2 (en) * 2004-05-31 2011-08-24 京セラ株式会社 Fuel cell assembly and fuel cell
JP4544975B2 (en) * 2004-07-21 2010-09-15 京セラ株式会社 Fuel cell and fuel cell
JP4594035B2 (en) * 2004-10-27 2010-12-08 京セラ株式会社 Fuel cell and fuel cell
JP4767532B2 (en) * 2004-12-16 2011-09-07 東京瓦斯株式会社 Horizontally striped solid oxide fuel cell
JP4545014B2 (en) * 2005-02-22 2010-09-15 京セラ株式会社 FUEL BATTERY CELL, FUEL BATTERY CELL STACK USING THE SAME, FUEL CELL
JP4633531B2 (en) * 2005-04-27 2011-02-16 東京瓦斯株式会社 Electrical joining structure and joining method of solid oxide fuel cell stack

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