JP5449076B2 - Fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池セル、燃料電池セルを集積した燃料電池セルスタック、および当該燃料電池セルスタックを具備する燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell, a fuel cell stack in which the fuel cells are integrated, and a fuel cell including the fuel cell stack.

近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数接続してなる燃料電池セルスタックを、収納容器に収容した燃料電池が種々提案されている。このような燃料電池セルとしては、固体高分子形燃料電池セル、リン酸形燃料電池セル、溶融炭酸塩形燃料電池セル、固体電解質形燃料電池セルなど、各種のものが知られている。とりわけ、固体電解質形燃料電池セルは、発電効率が高く、また、作動温度が７００℃〜１０００℃と高いため、その排熱を利用できるなどの利点を有しており、研究開発が推し進められている。   In recent years, various fuel cells in which a fuel cell stack formed by connecting a plurality of fuel cells is accommodated in a storage container have been proposed as next-generation energy. As such a fuel cell, various types such as a polymer electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, and a solid electrolyte fuel cell are known. In particular, solid electrolyte fuel cells have advantages such as high power generation efficiency and high operating temperatures of 700 ° C. to 1000 ° C., so that the exhaust heat can be used, and research and development have been promoted. Yes.

従来、ガス流路を内部に備える電気絶縁性の多孔質支持体と、多孔質支持体の表面に複数形成され、それぞれが内側電極、固体電解質および外側電極を積層した構造を有する発電素子部と、発電素子部の内側電極と、同じ多孔質支持体に形成された隣接する発電素子部の外側電極とを直列につなぐための素子間接続部材とを備え、発電素子部間を流れる電流の向きがガス流路の方向に対して垂直である燃料電池セルが開発されている（特許文献１参照）。   Conventionally, an electrically insulating porous support having a gas flow path therein, and a power generation element portion formed on the surface of the porous support, each having a structure in which an inner electrode, a solid electrolyte, and an outer electrode are stacked. An inter-element connection member for connecting in series the inner electrode of the power generation element section and the outer electrode of the adjacent power generation element section formed on the same porous support, and the direction of the current flowing between the power generation element sections Has been developed that is perpendicular to the direction of the gas flow path (see Patent Document 1).

この特許文献１には、各発電素子部の配列方向と燃料ガスの流れとが同一であった従来の横縞型燃料電池セルとは異なり、電流の流れる方向は、燃料ガスの流れる方向とほぼ直角の方向になるので、ガス流路を流れる燃料ガスの下流側へのガス供給量が減少して発電素子部の一部の発電量が低下しても、各発電素子部の発電量はほぼ同一になるため、燃料電池セルにおける発電能力の低下を防止できると記載されている。   In Patent Document 1, the current flowing direction is substantially perpendicular to the fuel gas flowing direction, unlike the conventional horizontal stripe type fuel cell in which the arrangement direction of the power generating element portions and the flow of the fuel gas are the same. Therefore, even if the gas supply amount to the downstream side of the fuel gas flowing through the gas flow path decreases and the power generation amount of a part of the power generation element portion decreases, the power generation amount of each power generation element portion is almost the same. Therefore, it is described that it is possible to prevent a decrease in power generation capacity in the fuel battery cell.

特開２００７−１３４２３０号公報JP 2007-134230 A

しかしながら、特許文献１の燃料電池セルでは、複数の発電素子が素子間接続部材を介して直列に接続され、さらに燃料電池セルがセル間接続部材を介して直列に接続されていたため、燃料電池セルスタックにおける全ての発電素子が直列に接続されており、例えば、燃料電池セルの複数の発電素子のうち一つでも断線した場合には、燃料電池セルスタック、燃料電池全体として発電しなくなるという問題があった。   However, in the fuel battery cell of Patent Document 1, a plurality of power generation elements are connected in series via inter-element connection members, and further, the fuel battery cells are connected in series via inter-cell connection members. All the power generation elements in the stack are connected in series. For example, when one of the power generation elements of the fuel cell is disconnected, there is a problem that the fuel cell stack and the fuel cell as a whole do not generate power. there were.

本発明は、寿命が長い燃料電池セルを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide a fuel cell with a long lifetime.

本発明の燃料電池セルは、ガス流路を内部に有する電気絶縁性の多孔質支持体と、
該多孔質支持体の対向する第１、第２の面にそれぞれ設けられた第１、第２引出部材と、
前記多孔質支持体の前記第１、第２の面に、前記第１、第２引出部材の両側に位置し、かつ前記第１、第２の面にそれぞれ前記多孔質支持体の軸長方向に対して直交する方向に沿って複数配置された、それぞれが内側電極、固体電解質および外側電極を積層した構造を有する発電素子部と、
該発電素子部の内側電極と、前記多孔質支持体に形成された隣接する前記発電素子部の外側電極とを直列に接続するための素子間接続部材と、
を具備するとともに、
前記第１の面における前記第１引出部材の片側に設けられた前記発電素子部と、前記第２の面における前記第２引出部材の片側に設けられた前記発電素子部とが前記素子間接続部材により電気的に直列に接続され、
前記第１の面における前記第１引出部材の他側に設けられた前記発電素子部と、前記第２の面における前記第２引出部材の他側に設けられた前記発電素子部とが前記素子間接続部材により電気的に直列に接続され、
前記第１、第２引出部材と、該第１、第２引出部材の両側に隣接する発電素子部とが電気的に接続されていることを特徴とする。 The fuel cell of the present invention includes an electrically insulating porous support having a gas flow path therein,
First and second extraction members respectively provided on the first and second surfaces facing each other of the porous support;
The first and second surfaces of the porous support are positioned on both sides of the first and second extraction members , and the first and second surfaces are axially oriented in the axial direction of the porous support, respectively. A plurality of power generation element portions arranged along a direction orthogonal to each other, each having a structure in which an inner electrode, a solid electrolyte, and an outer electrode are stacked; and
An inter-element connection member for connecting in series the inner electrode of the power generation element section and the outer electrode of the adjacent power generation element section formed on the porous support;
And having
The power generation element portion provided on one side of the first lead member on the first surface and the power generation element portion provided on one side of the second lead member on the second surface are connected between the elements. Electrically connected in series by members,
The power generation element portion provided on the other side of the first lead member on the first surface and the power generation element portion provided on the other side of the second lead member on the second surface are the elements. Electrically connected in series by the connecting member,
The first and second extraction members are electrically connected to power generation element portions adjacent to both sides of the first and second extraction members.

このような燃料電池セルでは、第１の面における第１引出部材の片側に設けられた発電素子部と、第２の面における第２引出部材の片側に設けられた発電素子部とが素子間接続部材により電気的に直列に接続された第１のルートと、第１の面における第１引出部材の他側に設けられた発電素子部と、第２の面における第２引出部材の他側に設けられた発電素子部とが素子間接続部材により電気的に直列に接続された第２のルートとを電流が流れ、燃料電池セルは並列回路となるため、例えば第１のルートの発電素子部が経時劣化等により断線したとしても、第２のルートを介して電流が流れ、発電することができる。   In such a fuel cell, the power generation element part provided on one side of the first extraction member on the first surface and the power generation element part provided on one side of the second extraction member on the second surface are between the elements. A first route electrically connected in series by a connecting member; a power generating element portion provided on the other side of the first lead member on the first surface; and the other side of the second lead member on the second surface. Since the current flows through the second route electrically connected in series with the power generation element unit provided in the inter-element connection member, and the fuel cell becomes a parallel circuit, for example, the power generation element of the first route Even if the part is disconnected due to deterioration over time or the like, a current flows through the second route and power can be generated.

また、本発明の燃料電池セルでは、前記発電素子部間を流れる電流の向きが前記ガス流路の形成方向に対して垂直である場合がある。前記多孔質支持体は、前記ガス流路の形成方向における長さが、前記発電素子部間の電流の流れる方向における長さよりも短い場合がある。   Moreover, in the fuel cell of the present invention, the direction of the current flowing between the power generation element units may be perpendicular to the gas channel formation direction. The porous support may have a length in a direction in which the gas flow path is formed shorter than a length in a direction in which a current flows between the power generation element portions.

本発明の燃料電池セルスタックは、上記の複数の燃料電池セルを、前記第１、第２引出部を介して互いに電気的に接続してなることを特徴とする。   The fuel cell stack of the present invention is characterized in that the plurality of fuel cells are electrically connected to each other via the first and second lead portions.

本発明の燃料電池は、上記の燃料電池セルスタックを、収納容器内に収納してなることを特徴とする。   The fuel cell of the present invention is characterized in that the fuel cell stack described above is housed in a housing container.

本発明の燃料電池セルでは、複数の発電素子部を２つのルートで電流が流れ並列回路となるため、例えば第１のルートの発電素子部が経時劣化等により断線したとしても、第２のルートを介して電流が流れ、発電することができ、このような燃料電池セルを第１、第２引出部材を介して複数接続した燃料電池セルスタックでは、一つの燃料電池セルに形成された発電素子部のうち一つが断線したとしても、その燃料電池セルは発電することができ、燃料電池セルスタックとして長期にわたり発電することができる。従って、このような燃料電池セルスタックを収納容器に収納した燃料電池では、発電寿命を長くできる。   In the fuel battery cell of the present invention, current flows through two power generating element portions through two routes to form a parallel circuit. For example, even if the power generating element portion of the first route is disconnected due to deterioration over time, the second route In the fuel cell stack in which a plurality of such fuel cells are connected via the first and second lead members, a power generation element formed in one fuel cell can be generated. Even if one of the parts is disconnected, the fuel cell can generate electric power, and can generate electric power as a fuel cell stack over a long period of time. Therefore, in a fuel cell in which such a fuel cell stack is stored in a storage container, the power generation life can be extended.

（ａ）は燃料電池セルの一方側の面を示す側面図、（ｂ）は燃料電池セルの他方側の面を示す側面図である。(A) is a side view which shows the surface of one side of a fuel cell, (b) is a side view which shows the surface of the other side of a fuel cell. 図１の燃料電池セルのＡ−Ａ線に沿った横断面図である。It is a cross-sectional view along the AA line of the fuel cell of FIG. 発電素子部の詳細な構造を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing the detailed structure of a power generation element part. 発電素子部の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of an electric power generation element part. （ａ）は燃料電池セルを複数接続した燃料電池セルスタックの接続構造を示す断面図であり、（ｂ）は燃料電池セルスタックの回路図である。(A) is sectional drawing which shows the connection structure of the fuel cell stack which connected multiple fuel cells, (b) is a circuit diagram of a fuel cell stack. 燃料電池セルスタックの側面図である。It is a side view of a fuel cell stack. 多孔質支持体の正面中央部に集電体を形成せずに、緻密な第１引出部を燃料極に形成した状態を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a state in which a dense first extraction portion is formed on the fuel electrode without forming a current collector at the front center portion of the porous support. 多孔質支持体の背面中央部の２個の発電素子の空気極層を連結して、この空気極の連結体に多孔質な第２引出部を形成した状態を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a state in which the air electrode layers of two power generating elements at the center of the back surface of the porous support are connected to each other and a porous second lead portion is formed on the connected air electrode.

以下、本形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）は燃料電池セル３の一実施形態を示す正面図、図１（ｂ）は燃料電池セル３の背面図であり、図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、図１では、第１、第２引出部材、素子間接続部材の記載は省略した。図１および図２において、燃料電池セル３は、中空板状の多孔質支持体１１の表面に、この支持体１１の軸長方向すなわち燃料ガスの流れる方向ｘに沿って、矩形形状の複数の発電素子部１３を形成して構成されている。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1A is a front view showing one embodiment of the fuel cell 3, FIG. 1B is a rear view of the fuel cell 3, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. In FIG. 1, the description of the first and second lead members and the inter-element connection member is omitted. 1 and 2, a fuel cell 3 is formed on a surface of a hollow plate-like porous support body 11 along a longitudinal direction of the support body 11, that is, along a fuel gas flow direction x. The power generation element portion 13 is formed and configured.

この形態では、発電素子部１３は、中空板状の多孔質支持体１１の正面（第１の面）に６個、背面（第２の面）に６個、合計１２個形成されている。複数の発電素子部１３は、それぞれ長辺と短辺とを有する細長い長方形状であり、その長辺の延びる方向が前記燃料ガスの流れる方向ｘになっている。そして、隣り合う複数の発電素子部１３の長辺同士が対向している。   In this embodiment, a total of 12 power generating element portions 13 are formed, 6 on the front surface (first surface) and 6 on the back surface (second surface) of the hollow plate-like porous support 11. Each of the plurality of power generation element portions 13 has an elongated rectangular shape having a long side and a short side, and the direction in which the long side extends is the direction x in which the fuel gas flows. The long sides of the plurality of adjacent power generation element portions 13 are opposed to each other.

多孔質支持体１１は、図２に示すように、その内部に一流路以上（図中では１０個）の独立したガス流路１２が発電素子部１３の長辺に沿った方向（図２の紙面に垂直な方向）、言い換えれば多孔質支持体１１の軸長方向に平行に直線状に設けられている。多孔質支持体１１は、発電素子部１３同士の電気的短絡を防止する観点から絶縁性とされている。   As shown in FIG. 2, the porous support 11 has one or more (10 in the figure) independent gas passages 12 in the direction along the long side of the power generation element portion 13 (FIG. 2). (In a direction perpendicular to the paper surface), in other words, provided in a straight line parallel to the axial length direction of the porous support 11. The porous support 11 is insulative from the viewpoint of preventing an electrical short circuit between the power generating element portions 13.

発電素子部１３は、内側電極としての燃料極１７、固体電解質１９、および外側電極としての空気極１８が、多孔質支持体１１の表面に順次積層された構造を有しており、固体電解質１９を燃料極１７、空気極１８により挟持した部分が発電素子部とされている。前記固体電解質１９には発電素子部１３の長辺の方向に沿って開口部が設けられており、ここに導電性の集電層１４が形成されている。集電層１４は、燃料極１７の電荷を、隣接する発電素子部１３の表面に引き出す機能を有する。   The power generation element unit 13 has a structure in which a fuel electrode 17 as an inner electrode, a solid electrolyte 19, and an air electrode 18 as an outer electrode are sequentially stacked on the surface of the porous support 11. The portion sandwiched between the fuel electrode 17 and the air electrode 18 is the power generation element portion. The solid electrolyte 19 is provided with an opening along the long side direction of the power generation element portion 13, and a conductive current collecting layer 14 is formed therein. The current collecting layer 14 has a function of drawing the electric charge of the fuel electrode 17 to the surface of the adjacent power generation element unit 13.

発電素子部１３の詳細な構造について、図３を用いて説明する。図３は、発電素子部１３の詳細な構造を示す拡大断面図である。多孔質支持体１１全体の表面には、支持体材料の拡散を防止するための拡散防止層１１ａが形成されている。その上に、発電素子部１３の形状に合わせて、水素ガスを透過させる燃料極１７が形成されている。燃料極１７は、この形態では、集電燃料極１７ａと活性燃料極１７ｂとの２層で構成されている。   A detailed structure of the power generation element unit 13 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a detailed structure of the power generation element portion 13. On the entire surface of the porous support 11, a diffusion prevention layer 11a for preventing the diffusion of the support material is formed. On top of that, a fuel electrode 17 that allows hydrogen gas to pass therethrough is formed in accordance with the shape of the power generation element section 13. In this embodiment, the fuel electrode 17 is composed of two layers of a current collecting fuel electrode 17a and an active fuel electrode 17b.

さらに燃料極１７の上には固体電解質１９が形成されている。この固体電解質１９は隣接する発電素子部１３との間にも形成され、隣接する発電素子部１３間を絶縁している。固体電解質１９には発電素子部１３の長辺に沿った方向に延びる開口部が設けられており、この開口部に、燃料極１７から電気を取り出すための集電層１４が形成されている。集電層１４は、図３では、金属層１４ａと、金属ガラス層１４ｂとの二層構造からなる。   Further, a solid electrolyte 19 is formed on the fuel electrode 17. The solid electrolyte 19 is also formed between the adjacent power generation element portions 13 and insulates the adjacent power generation element portions 13 from each other. The solid electrolyte 19 is provided with an opening extending in the direction along the long side of the power generation element portion 13, and a current collecting layer 14 for taking out electricity from the fuel electrode 17 is formed in the opening. In FIG. 3, the current collecting layer 14 has a two-layer structure of a metal layer 14a and a metal glass layer 14b.

さらに、固体電解質１９の上には、空気極１８と固体電解質１９との反応を防止するための反応防止層２０を介して、空気極１８が形成されている。この空気極１８と前記集電層１４とから、発電素子部１３の正負の電気を取り出すので、空気極１８と集電層１４とは接触しないように配置される。   Further, an air electrode 18 is formed on the solid electrolyte 19 via a reaction preventing layer 20 for preventing the reaction between the air electrode 18 and the solid electrolyte 19. Since the positive and negative electricity of the power generation element section 13 is taken out from the air electrode 18 and the current collecting layer 14, the air electrode 18 and the current collecting layer 14 are arranged so as not to contact each other.

そして、多孔質支持体１１の正面（第１の面）に設けられた６個の発電素子部１３、および同じ多孔質支持体１１の背面（第２の面）に設けられた６個の発電素子部１３は、それぞれ多孔質支持体１１の軸長方向に対して直交する方向における幅Ｄの中央を中心にして線対称に設けられている。なお、線対称とする中心位置は少しずれても良い。   Then, the six power generation element portions 13 provided on the front surface (first surface) of the porous support 11 and the six power generation devices provided on the back surface (second surface) of the same porous support body 11. The element portions 13 are provided symmetrically about the center of the width D in the direction orthogonal to the axial length direction of the porous support 11. Note that the center position of line symmetry may be slightly shifted.

すなわち、多孔質支持体１１の正面（第１の面）の幅Ｄの中央部には、第１引出部２５が設けられており、第１引出部２５の左側の３個の発電素子部１３と、右側の３個の発電素子部１３とは、多孔質支持体１１の幅Ｄの中央を中心にして、言い換えれば第１引出部２５を中心にして線対称の構造とされている。   That is, a first lead portion 25 is provided at the center of the width D of the front surface (first surface) of the porous support 11, and the three power generation element portions 13 on the left side of the first lead portion 25 are provided. The three power generating element portions 13 on the right side have a line-symmetric structure around the center of the width D of the porous support 11, in other words, around the first lead portion 25.

また、多孔質支持体１１の背面（第２の面）の中央部には、第２引出部２７が設けられており、多孔質支持体１１の背面（第２の面）に設けられた６個の発電素子部１３は、第２引出部２７の左側の３個の発電素子部１３と、右側の３個の発電素子部１３とは、多孔質支持体１１の幅Ｄの中央を中心にして、言い換えれば第２引出部２７を中心にして線対称の構造とされている。   Moreover, the 2nd drawer | drawing-out part 27 is provided in the center part of the back surface (2nd surface) of the porous support body 11, and 6 provided in the back surface (2nd surface) of the porous support body 11 is provided. The three power generating element portions 13 on the left side of the second lead-out portion 27 and the three power generating element portions 13 on the right side are centered on the center of the width D of the porous support 11. In other words, the structure is axisymmetric with respect to the second lead portion 27.

隣接する発電素子部１３同士は、多孔質の素子間接続部材１５により電気的に接続されている。素子間接続部材１５は、１つの発電素子部１３の空気極１８と、これに隣接する他の発電素子部１３の集電層１４とを接続するための導電性の部材である。この素子間接続部材１５は、発電素子部１３の長辺方向に沿って延びる一枚の部材であってもよく、発電素子部１３同士を複数箇所接続する複数の部材からなっていてもよい。この素子間接続部材１５により、縦長の発電素子部１３同士が電気的に直列に接続される。なお、図２の多孔質支持体１１、素子間接続部材１５は断面を示している。図７、８においても同様である。   Adjacent power generation element portions 13 are electrically connected by a porous inter-element connection member 15. The inter-element connection member 15 is a conductive member for connecting the air electrode 18 of one power generation element portion 13 and the current collecting layer 14 of another power generation element portion 13 adjacent thereto. The inter-element connection member 15 may be a single member extending along the long side direction of the power generation element portion 13 or may be composed of a plurality of members that connect the power generation element portions 13 to each other at a plurality of locations. With the inter-element connection member 15, the vertically long power generation element portions 13 are electrically connected in series. 2 shows a cross section of the porous support 11 and the inter-element connection member 15. The same applies to FIGS.

また、多孔質支持体１１の正面（第１の面）に設けられた発電素子部１３と、同じ多孔質支持体１１の背面（第２の面）に設けられた発電素子部１３とは、図２に示すように、素子間接続部材１５の回り込みによって、接続される。本明細書では、このような多孔質支持体１１の表裏面に設けられた発電素子部１３であっても、それらが素子間接続部材１５で接続されるならば、互いに「隣接」した関係にあるという。   In addition, the power generation element portion 13 provided on the front surface (first surface) of the porous support 11 and the power generation element portion 13 provided on the back surface (second surface) of the same porous support body 11 are: As shown in FIG. 2, the connection is made by wraparound of the inter-element connection member 15. In this specification, even if it is the power generation element part 13 provided in the front and back of such a porous support body 11, if they are connected by the inter-element connection member 15, they will be in a relationship "adjacent" to each other. That is.

すなわち、図２で説明すると、第１引出部材２５の左側に配置された３個の発電素子部１３が素子間接続部材１５で直列に接続され、正面（第１の面）に設けられた左端の発電素子部１３と、背面（第２の面）に設けられた左端の発電素子部１３とが、多孔質支持体の第１側面２９に固体電解質１９を介して形成された素子間接続部材１５で接続され、背面（第２の面）に設けられた左端の発電素子部１３と、第２引出部材２７の左側に配置された発電素子部１３とが素子間接続部材１５により電気的に直列に接続されている。なお、第２引出部材２７の左側に配置された発電素子部１３とは、実際は、発電素子部１３の上に第２引出部材２７の一部が積層されているが、便宜上、第２引出部材２７の左側に配置されていると表現した。   That is, with reference to FIG. 2, the three power generating element portions 13 arranged on the left side of the first extraction member 25 are connected in series by the inter-element connection member 15, and the left end provided on the front surface (first surface). The inter-element connecting member in which the power generating element portion 13 and the leftmost power generating element portion 13 provided on the back surface (second surface) are formed on the first side surface 29 of the porous support via the solid electrolyte 19. 15, the leftmost power generation element portion 13 provided on the back surface (second surface) and the power generation element portion 13 disposed on the left side of the second extraction member 27 are electrically connected by the inter-element connection member 15. Connected in series. The power generation element unit 13 disposed on the left side of the second extraction member 27 is actually a part of the second extraction member 27 stacked on the power generation element unit 13. It is expressed that it is arranged on the left side of 27.

また、第１引出部材２５の右側に配置された３個の発電素子部１３が素子間接続部材１５で直列に接続され、正面（第１の面）に設けられた右端の発電素子部１３と、背面（第２の面）に設けられた右端の発電素子部１３とが、多孔質支持体１１の第２側面３１に固体電解質１９を介して形成された素子間接続部材１５で接続され、背面（第２の面）に設けられた右端の発電素子部１３と、第２引出部材２７の右側に配置された発電素子部１３とが素子間接続部材１５により電気的に直列に接続されている。なお、第２引出部材２７の右側に配置された発電素子部１３とは、実際は、発電素子部１３の上に第２引出部材２７の一部が積層されているが、便宜上、第２引出部材２７の右側に配置されていると表現した。   Further, the three power generating element portions 13 arranged on the right side of the first drawing member 25 are connected in series by the inter-element connection member 15, and the rightmost power generating element portion 13 provided on the front surface (first surface) The rightmost power generating element portion 13 provided on the back surface (second surface) is connected to the second side surface 31 of the porous support 11 with the inter-element connection member 15 formed via the solid electrolyte 19. The rightmost power generation element portion 13 provided on the back surface (second surface) and the power generation element portion 13 disposed on the right side of the second extraction member 27 are electrically connected in series by the inter-element connection member 15. Yes. The power generation element unit 13 disposed on the right side of the second extraction member 27 is actually a part of the second extraction member 27 laminated on the power generation element unit 13. It is expressed that it is arranged on the right side of 27.

言い換えれば、図２の第１、第２引出部材２５、２７の左側の６個の発電素子部１３は素子間接続部材１５で直列に接続され、第２引出部材２５、２７の右側の６個の発電素子部１３は素子間接続部材１５で直列に接続されている。   In other words, the six power generation element portions 13 on the left side of the first and second lead members 25 and 27 in FIG. 2 are connected in series by the inter-element connection member 15, and the six power generation element portions on the right side of the second lead members 25 and 27. The power generation element portions 13 are connected in series by inter-element connection members 15.

第１、第２引出部材２５、２７と、第１、第２引出部材２５、２７の両側に隣接する発電素子部１３とが電気的に接続されている。すなわち、第１引出部材２５は、左右両側に配置された発電素子部１３のそれぞれの集電層１４に接続し、第２引出部材２７は、左右両側に配置された発電素子部１３のそれぞれの空気極１８に接続し、これにより、第１、第２引出部材２５、２７と、その両側に隣接する発電素子部１３とが電気的に接続されている。従って、燃料電池セルは、図５（ｂ）に示すように、並列回路となり、図２で説明すると、第１引出部材２５と第２引出部材２７との間の発電素子部１３が、左側の６個の発電素子部１３が直列に接続され、右側の６個の発電素子部１３が直列に接続され、２つのルートで電流が流れるようになり、例えば左側のルートの６個の発電素子部中の１個が経時劣化等により断線したとしても、右側のルートを介して電流が流れ、発電することができ、直ちに発電しなくなるということがなくなり、燃料電池セル３の寿命が長くなる。   The first and second drawing members 25 and 27 are electrically connected to the power generation element portion 13 adjacent to both sides of the first and second drawing members 25 and 27. That is, the 1st extraction member 25 is connected to each current collection layer 14 of the power generation element part 13 arrange | positioned at right and left both sides, and the 2nd extraction member 27 is each of the power generation element part 13 arrange | positioned at right and left both sides. Connected to the air electrode 18, the first and second lead members 25 and 27 and the power generating element portions 13 adjacent to both sides thereof are electrically connected. Accordingly, the fuel battery cell becomes a parallel circuit as shown in FIG. 5 (b), and when described with reference to FIG. 2, the power generating element portion 13 between the first drawing member 25 and the second drawing member 27 is on the left side. Six power generating element sections 13 are connected in series, and the right six power generating element sections 13 are connected in series so that current flows in two routes. For example, six power generating element sections in the left route Even if one of them is disconnected due to deterioration over time or the like, current flows through the right route and power can be generated, so that power generation is not stopped immediately and the life of the fuel cell 3 is extended.

また、燃料電池セル３の発電素子部１３の長辺の延びる方向に沿って設けられた複数の発電素子部１３の長辺同士が、素子間接続部材１５により接続されているので、電流の流れる方向は、発電素子部１３の長辺の延びる方向すなわち燃料ガスの流れる方向ｘとほぼ直角の方向になる。したがって、燃料ガスの流れる方向ｘに複数の発電素子部を設けた従来の燃料電池セルと異なり、発電素子部１３の下流側へのガス供給量が減少する燃料枯れが起って、発電素子部１３の下流側の発電量が低下しても、全体として、電流の流れる経路は確保されることになる。   In addition, since the long sides of the plurality of power generation element portions 13 provided along the direction in which the long sides of the power generation element portion 13 of the fuel cell 3 extend are connected by the inter-element connection member 15, current flows. The direction is substantially perpendicular to the direction in which the long side of the power generation element portion 13 extends, that is, the direction x in which the fuel gas flows. Therefore, unlike the conventional fuel cell in which a plurality of power generation element portions are provided in the flow direction x of the fuel gas, fuel withering occurs in which the gas supply amount to the downstream side of the power generation element portion 13 is reduced, and the power generation element portion Even if the power generation amount on the downstream side of 13 is reduced, a path through which a current flows is secured as a whole.

また、本形態では、多孔質支持体１１は、ガス流路の形成方向ｘにおける長さ（高さＨ）が、発電素子部１３間の電流の流れる方向における長さ（幅Ｄ）よりも短くされている。これにより、１つの燃料電池セルに配置することができる発電素子を容易に増加することができ、より小さなスペースで高電圧の燃料電池セルおよびセルスタックを得ることが可能となる。この場合、燃料ガスを有効に利用するため、ガス流路１２の出口側に燃料ガスの流出を抑制する蓋部材を設けたり、ガス流路１２の出口側を狭めることが望ましい。   Further, in this embodiment, the porous support 11 has a length (height H) in the gas flow path formation direction x shorter than a length (width D) in the direction of current flow between the power generation element portions 13. Has been. As a result, the number of power generation elements that can be arranged in one fuel cell can be easily increased, and a high-voltage fuel cell and a cell stack can be obtained in a smaller space. In this case, in order to effectively use the fuel gas, it is desirable to provide a lid member for suppressing the outflow of the fuel gas on the outlet side of the gas flow path 12 or to narrow the outlet side of the gas flow path 12.

この燃料電池セル３では、ガス流路１２内に水素を含む燃料ガスを流して多孔質支持体１１を還元雰囲気に曝し、かつ、空気極１８の表面に空気などの酸素含有ガスを流して空気極１８を酸化雰囲気に曝すことにより、燃料極１７および空気極１８で、電極反応が生じ、両極間に電位差が発生し、発電することができる。   In this fuel cell 3, a fuel gas containing hydrogen is allowed to flow in the gas flow path 12 to expose the porous support 11 to a reducing atmosphere, and an oxygen-containing gas such as air is allowed to flow on the surface of the air electrode 18. By exposing the electrode 18 to an oxidizing atmosphere, an electrode reaction occurs at the fuel electrode 17 and the air electrode 18, and a potential difference is generated between the electrodes, thereby generating electric power.

また、多孔質支持体１１は、その開気孔率が、例えば、２５％以上、好ましくは、３０％〜４５％の範囲に設定するとよい。これにより、ガス流路１２内の燃料ガスを、燃料極１７の表面まで導入することができる。   Further, the porous support 11 may have an open porosity of, for example, 25% or more, preferably 30% to 45%. Thereby, the fuel gas in the gas flow path 12 can be introduced to the surface of the fuel electrode 17.

以下、燃料電池セル３の材料・組成を説明する。多孔質支持体１１の組成として、次のような例を挙げることができる。多孔質支持体１１は、Ｎｉを、ＮｉＯ換算で６〜２２ｍｏｌ％含有し、Ｙ及び／又はＹｂを、Ｙ２Ｏ３またはＹｂ２Ｏ３換算で５〜１５ｍｏｌ％含有し、Ｍｇを、ＭｇＯ換算で６８〜８４ｍｏｌ％含有している。このような組成としたのは、固体電解質との収縮率差を小さくでき、固体電解質の割れを防止することができるからである。 Hereinafter, the material and composition of the fuel battery cell 3 will be described. Examples of the composition of the porous support 11 include the following. The porous support 11, the Ni, containing 6～22Mol% in terms of NiO, Y and / or Yb, containing 5 to 15 mol% in Y 2 O 3 or Yb 2 O 3 in terms of the Mg, MgO conversion 68 to 84 mol%. The reason why such a composition is adopted is that the difference in shrinkage from the solid electrolyte can be reduced and cracking of the solid electrolyte can be prevented.

集電燃料極１７ａは、主に発電した電流を集電層１４、素子間接続部材１５に流すための機能を有するもので、多孔質の導電性サーメットから形成されている。この多孔質の導電性サーメットは、例えば、Ｎｉと希土類元素酸化物から構成されている。希土類元素酸化物としては、特にＹ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３が望ましい。活性燃料極１７ｂは、多孔質の導電性サーメットから形成されている。この多孔質の導電性サーメットは、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／またはＮｉ酸化物（
ＮｉＯなど）とからなっている。また、安定化ジルコニアとしては、固体電解質１９の材料と同様のものを用いることもできる。 The current collecting fuel electrode 17a has a function of mainly flowing a generated current through the current collecting layer 14 and the inter-element connecting member 15, and is formed of a porous conductive cermet. This porous conductive cermet is made of, for example, Ni and a rare earth element oxide. As the rare earth element oxide, Y 2 O 3 and Yb 2 O 3 are particularly desirable. The active fuel electrode 17b is formed of a porous conductive cermet. This porous conductive cermet includes, for example, ZrO 2 (stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved, Ni and / or Ni oxide (
NiO etc.). Further, as the stabilized zirconia, the same material as the solid electrolyte 19 can be used.

活性燃料極１７ｂにおいて、安定化ジルコニアの配合割合は、活性燃料極１７ｂの総量に対して、３５体積％〜６５体積％の範囲が好ましく、Ｎｉおよび／またはＮｉ酸化物の配合割合は、活性燃料極１７ｂの総量に対して、３５体積％〜６５体積％の範囲が好ましい。また、活性燃料極１７ｂは、その開気孔率が、例えば、１５％以上、好ましくは、２０％〜４０％の範囲であり、厚さは、良好な集電性能を発揮させるため、例えば、１μｍ〜１００μｍの範囲である。   In the active fuel electrode 17b, the blending ratio of the stabilized zirconia is preferably in the range of 35 vol% to 65 vol% with respect to the total amount of the active fuel electrode 17b, and the blending ratio of Ni and / or Ni oxide is the active fuel electrode 17b. A range of 35 volume% to 65 volume% is preferable with respect to the total amount of the poles 17b. The active fuel electrode 17b has an open porosity of, for example, 15% or more, preferably in the range of 20% to 40%, and a thickness of, for example, 1 μm in order to exhibit good current collecting performance. It is in the range of ~ 100 μm.

固体電解質１９は、希土類またはその酸化物を固溶させた安定化ＺｒＯ２からなる緻密質のセラミックスで形成されている。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、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなど、又は、これらの酸化物などが挙げられる。好ましくは、Ｙ、Ｙｂ、または、これらの酸化物が挙げられる。 The solid electrolyte 19 is formed of a dense ceramic made of stabilized ZrO 2 in which a rare earth or its oxide is dissolved. Here, as rare earth elements to be dissolved or oxides thereof, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, etc. Or these oxides are mentioned. Preferably, Y, Yb, or an oxide thereof is used.

具体的には、固体電解質１９として、８モル％のＹが固溶している安定化ＺｒＯ２（８ｍｏｌ％ Yttria Stabilized Zirconia、以下「８ＹＳＺ」とする）が挙げられる。また
、収縮率が８ＹＳＺとほぼ等しいランタンガレート系（ＬａＧａＯ３系）固体電解質を挙げることもできる。固体電解質１９は、例えば、厚さが１０μｍ〜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。 Specifically, the solid electrolyte 19 includes stabilized ZrO 2 (8 mol% Yttria Stabilized Zirconia, hereinafter referred to as “8YSZ”) in which 8 mol% Y is dissolved. Further, shrinkage may be mentioned substantially equal lanthanum gallate system (LaGaO 3 type) solid electrolyte and 8YSZ. The solid electrolyte 19 has a thickness of 10 μm to 100 μm, for example, and has a relative density (according to Archimedes method) of 93% or more, preferably 95% or more.

このような固体電解質１９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。空気極１８は、多孔質の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る。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、ＬａＣｏＯ３系酸化物が挙げられる。また、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。 Such a solid electrolyte 19 has a function as an electrolyte for bridging electrons between electrodes, and at the same time has gas barrier properties to prevent leakage of fuel gas or oxygen-containing gas (gas permeation). . The air electrode 18 is made of porous conductive ceramics. Examples of the conductive ceramic include ABO 3 type perovskite oxide. Examples of such perovskite oxides include transition metal perovskite oxides, preferably LaMnO 3 -based oxides, LaFeO 3 -based oxides, LaCoO 3 -based oxides, etc., particularly transition metals having La at the A site. Type perovskite oxide. More preferably, from the viewpoint of high electrical conductivity at a relatively low temperature of about 600 ° C. to 1000 ° C., a LaCoO 3 -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.

また、空気極１８は、その開気孔率が、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１８が良好なガス透過性を有することができる。また、空気極１８は、その厚さが、例えば、３０μｍ〜１００μｍの範囲に設定される。前記した範囲内にあれば、空気極１８が良好な集電性を有することができる。   Further, the open porosity of the air electrode 18 is set to, for example, 20% or more, preferably in the range of 30% to 50%. If the open porosity is within the above-described range, the air electrode 18 can have good gas permeability. Moreover, the thickness of the air electrode 18 is set in a range of 30 μm to 100 μm, for example. If it exists in an above-described range, the air electrode 18 can have favorable current collection property.

なお、前記した実施形態においては、発電素子部１３の内側電極が燃料極１７であって、外側電極が空気極１８である多層構造を有しているが、両電極の位置関係を逆としてもよい。すなわち、多孔質支持体の表面に、空気極、固体電解質、燃料極を順次積層された発電素子部を形成することもできる。この場合、多孔質支持体のガス流路内には、空気などの酸素含有ガスが流され、外側電極としての燃料極の表面には、水素などの燃料ガスが流されることになる。   In the above-described embodiment, the power generation element unit 13 has a multilayer structure in which the inner electrode is the fuel electrode 17 and the outer electrode is the air electrode 18, but the positional relationship between the two electrodes may be reversed. Good. That is, a power generation element portion in which an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode are sequentially laminated on the surface of the porous support can be formed. In this case, an oxygen-containing gas such as air is allowed to flow in the gas flow path of the porous support, and a fuel gas such as hydrogen is allowed to flow on the surface of the fuel electrode as the outer electrode.

次に、前記した燃料電池セル３（特に発電素子部１３）の製造方法について、図４（ａ）から図４（ｉ）を参照して説明する。なお、以下では焼成前の部材（成形体）であって
も、焼成後でき上がった部材の名称・番号を付すことがある。まず、支持体成形体を作製する。支持体成形体の材料として、体積基準での平均粒径（Ｄ５０）（以下、単に「平均粒径」とする。）が０．１μｍ〜１０．０μｍのＮｉＯ粉末、Ｙ２Ｏ３またはＹｂ２Ｏ３粉末、ＭｇＯ粉末を所定の比率で配合して混合する。この混合粉末に、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を混合し、押し出し成形して、内部にガス流路を有する中空の板状形状で、扁平状の支持体成形体を作製し、これを乾燥後、９００℃〜１１００℃にて仮焼処理して支持体成形体１１を作製する。 Next, a method for manufacturing the above-described fuel cell 3 (particularly the power generation element portion 13) will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (i). In addition, below, even if it is a member (molded body) before baking, the name and number of the member completed after baking may be attached | subjected. First, a support molded body is produced. NiO powder, Y 2 O 3 or Yb having an average particle size (D 50 ) (hereinafter simply referred to as “average particle size”) of 0.1 μm to 10.0 μm as a material of the support molded body 2 O 3 powder and MgO powder are blended at a predetermined ratio and mixed. This mixed powder is mixed with a pore agent, a cellulose organic binder, and a solvent composed of water, extruded, and formed into a flat plate with a hollow plate shape having a gas channel inside. A body is prepared, dried, and calcined at 900 ° C. to 1100 ° C. to prepare a support body 11.

次いで、集電燃料極材料を用意する。例えば、ＮｉＯ粉末と、Ｙ２Ｏ３などの希土類元素酸化物粉末とを混合し、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５０μｍ〜６０μｍの集電燃料極テープ１７ａを作製する。この集電燃料極テープを、発電素子部１３の形状にあわせて切断し、絶縁体を形成する部分を打ち抜く（図４（ａ））。 Next, a current collecting fuel electrode material is prepared. For example, a NiO powder and a rare earth element oxide powder such as Y 2 O 3 are mixed, a pore agent is added thereto, an acrylic binder and toluene are mixed to form a slurry, and the slurry is formed by a doctor blade method. It is applied and dried to produce a current collecting fuel electrode tape 17a having a thickness of 50 to 60 μm. This current collecting fuel electrode tape is cut in accordance with the shape of the power generation element portion 13, and a portion where an insulator is formed is punched (FIG. 4A).

次に、例えば、ＮｉＯ粉末と、Ｙ２Ｏ３などの希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２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、このスラリーを集電燃料極テープ１７ａ上に塗布し、活性燃料極１７ｂを印刷する（図４（ｂ））。その後、図４（ｃ）に示すように、活性燃料極１７ｂが印刷された矩形状の集電燃料極テープ１７ａを、仮焼した支持体成形体１１に、拡散防止層１１ａを介して貼り付ける。これを繰り返し行い、支持体成形体１１の表面に複数の集電燃料極テープ１７ａを貼り付ける。なお、このとき一方の集電燃料極テープ１７ａと、他方の集電燃料極テープ１７ａとは、幅３ｍｍ〜２０ｍｍの間隔をあけて配置する。 Next, for example, NiO powder and ZrO 2 powder in which a rare earth element oxide such as Y 2 O 3 is dissolved are mixed, a pore agent is added thereto, and an acrylic binder and toluene are mixed to form a slurry. Then, this slurry is applied onto the collector fuel electrode tape 17a, and the active fuel electrode 17b is printed (FIG. 4B). Thereafter, as shown in FIG. 4C, a rectangular current collecting fuel electrode tape 17a on which the active fuel electrode 17b is printed is attached to the calcined support body molded body 11 via the diffusion preventing layer 11a. . This is repeated, and a plurality of current collecting fuel electrode tapes 17 a are attached to the surface of the support body 11. At this time, one current collecting fuel electrode tape 17a and the other current collecting fuel electrode tape 17a are arranged with an interval of 3 mm to 20 mm in width.

次に、この集電燃料極テープ１７ａを貼り付けた状態で、支持体成形体１１を乾燥し、その後、９００℃〜１２００℃の温度範囲で仮焼する（図４（ｃ））。燃料極１７の、集電層１４を形成したい部分に、マスキングテープ２１を貼り付ける（図４（ｄ））。次に、この積層体を、８ＹＳＺ（８モル％のＹが固溶したＺｒＯ２粉末）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溶液に漬けて、固体電解質溶液から取り出す。このディップにより、全面に固体電解質１９の層が塗布されるとともに、前記（ａ）で打ち抜いた空間にも絶縁体である固体電解質１９が充填される。 Next, the support body molded body 11 is dried in a state where the current collecting fuel electrode tape 17a is adhered, and then calcined in a temperature range of 900 ° C. to 1200 ° C. (FIG. 4C). A masking tape 21 is attached to a portion of the fuel electrode 17 where the current collecting layer 14 is to be formed (FIG. 4D). Next, this laminate is immersed in a solid electrolyte solution obtained by adding an acrylic binder and toluene to 8YSZ (ZrO 2 powder in which 8 mol% of Y is solid-dissolved), and is taken out from the solid electrolyte solution. By this dipping, a layer of the solid electrolyte 19 is applied to the entire surface, and the solid electrolyte 19 that is an insulator is filled in the space punched out in the step (a).

この状態で、８００℃、１時間仮焼する。この仮焼中に、マスキングテープ２１とその上に塗布された固体電解質４の層を除去することができる（図４（ｅ））。次に空気極の形成部分に反応防止層２０を塗布して１４８０℃で、２時間焼成する（図４（ｆ））。その反応防止層１１の上から、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印刷し、厚さ１０μｍ〜１００μｍの空気極１８を形成する。そして、１０５０℃、２時間焼き付ける（図４（ｇ））。 In this state, calcination is performed at 800 ° C. for 1 hour. During this calcination, the masking tape 21 and the layer of the solid electrolyte 4 applied thereon can be removed (FIG. 4E). Next, the reaction preventing layer 20 is applied to the portion where the air electrode is formed and baked at 1480 ° C. for 2 hours (FIG. 4F). A slurry obtained by mixing lanthanum cobaltite (LaCoO 3 ) and isopropyl alcohol is printed on the reaction preventing layer 11 to form an air electrode 18 having a thickness of 10 μm to 100 μm. Then, baking is performed at 1050 ° C. for 2 hours (FIG. 4G).

そして、集電層１４を形成したい部分にＡｇ／Ｎｉからなる金属層１４ａを貼り付け、さらにＡｇとガラスからなる金属ガラス層１４ｂを貼り付け（図４（ｈ））、その後、１０００℃〜１２００℃で熱処理を行う。最後に、素子間接続部材１５を所定位置に塗布して、燃料電池セル３を得ることができる。   And the metal layer 14a which consists of Ag / Ni is affixed on the part which wants to form the current collection layer 14, Furthermore, the metal glass layer 14b which consists of Ag and glass is affixed (FIG.4 (h)), Then, 1000 to 1200 degreeC. Heat treatment is performed at 0 ° C. Finally, the inter-element connection member 15 can be applied to a predetermined position to obtain the fuel cell 3.

次に、前記した燃料電池セル３を用いて組み立てられる燃料電池セルスタック４について、図５、図６を参照して説明する。図５（ａ）は、前記した燃料電池セル３を複数組み合わせた燃料電池セルスタック４の接続構造を示す断面図、図５（ｂ）はその回路図であり、図６は、燃料ガスタンク２に装着された燃料電池セルスタック４の側面図である。   Next, the fuel cell stack 4 assembled using the above-described fuel cells 3 will be described with reference to FIGS. 5 and 6. 5A is a cross-sectional view showing a connection structure of a fuel cell stack 4 in which a plurality of the fuel cells 3 described above are combined, FIG. 5B is a circuit diagram thereof, and FIG. FIG. 3 is a side view of a mounted fuel cell stack 4.

図５に示すように、複数の燃料電池セル３が積層するように配置され、隣接するセル同士は、表裏面に形成された第１、第２引出部２５、２７、さらにセル間接続部材２８を介
して接続されている。セル間接続部材２８にはＬａＳｒＭｎＯ３系の導電性酸化物導を用いてもよいし、ＹＳＺ等の絶縁体に導電性ペーストを塗布したものを用いてもよい。 As shown in FIG. 5, the plurality of fuel cells 3 are arranged so as to be stacked, and adjacent cells include first and second lead portions 25 and 27 formed on the front and back surfaces, and an inter-cell connection member 28. Connected through. For the inter-cell connection member 28, a LaSrMnO 3 -based conductive oxide conductor may be used, or an insulating material such as YSZ coated with a conductive paste may be used.

第１、第２引出部２５、２７の材質は、前記した燃料電池セル３同士を電気的に接続するものであれば特に制限されず、例えば、素子間接続部材１５と同様の材料から形成される。   The material of the first and second lead portions 25 and 27 is not particularly limited as long as it electrically connects the fuel cells 3 described above. For example, the first and second lead portions 25 and 27 are formed of the same material as the inter-element connection member 15. The

燃料電池セルスタック４は、図６に示すように、一方向に細長く延びる直方体形状の燃料ガスタンク２に挿入され固定されている。前記燃料ガスタンク２の上壁は、耐熱性のガラス等で形成されている。この燃料ガスタンク２の上壁には複数個のスリットが形成されており、多孔質支持体１１の各々に形成されている燃料ガス通路１２がスリットを介して燃料ガスタンク２内の燃料ガス室に連通している。前記燃料電池セルの各々は、燃料ガスタンク２の上壁を構成する前記耐熱ガラスに対して、耐熱性に優れたセラミック接着剤などによって接合される。   As shown in FIG. 6, the fuel cell stack 4 is inserted and fixed in a rectangular parallelepiped fuel gas tank 2 that is elongated in one direction. The upper wall of the fuel gas tank 2 is formed of heat resistant glass or the like. A plurality of slits are formed in the upper wall of the fuel gas tank 2, and the fuel gas passages 12 formed in each of the porous supports 11 communicate with the fuel gas chamber in the fuel gas tank 2 through the slits. doing. Each of the fuel cells is joined to the heat-resistant glass constituting the upper wall of the fuel gas tank 2 with a ceramic adhesive having excellent heat resistance.

この燃料ガスタンク２を含む燃料電池セルスタック４を複数集合して、発電ユニット集合体を組み立てる。この発電ユニット集合体に、発電ユニット集合体で発生した電力を燃料電池外に取り出すための電極を取り付けて、収容容器に収容して、燃料電池を製作する。燃料電池の使用時、水素を含む燃料ガスを、導入管を通して燃料ガスタンクに導入する。一方、燃料電池セルスタック４の表面には、酸素を含む空気を導入する。燃料電池セル３を所定温度に加熱すれば、直列に接続された燃料電池セル３によって効率よく発電することができる。使用された燃料ガス、酸素含有ガスは、収納容器外に排出される。   A plurality of fuel cell stacks 4 including the fuel gas tank 2 are assembled to assemble a power generation unit assembly. An electrode for taking out the electric power generated in the power generation unit assembly to the outside of the fuel cell is attached to the power generation unit assembly and accommodated in a storage container to manufacture a fuel cell. When the fuel cell is used, a fuel gas containing hydrogen is introduced into the fuel gas tank through the introduction pipe. On the other hand, air containing oxygen is introduced into the surface of the fuel cell stack 4. If the fuel cell 3 is heated to a predetermined temperature, the fuel cell 3 connected in series can efficiently generate power. The used fuel gas and oxygen-containing gas are discharged out of the storage container.

本発明は、上記形態に限定されるものではない。たとえば、図１に示した燃料電池セルでは、多孔質支持体１１は、中空板状以外に中空円筒状などの形状をしていてもよい。また、中空板状の多孔質支持体１１の片面に６個、他面に６個、合計１２個形成されていたが、この数に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the fuel cell shown in FIG. 1, the porous support 11 may have a shape such as a hollow cylindrical shape in addition to the hollow plate shape. In addition, the hollow plate-like porous support 11 was formed with six on one side and six on the other side, a total of twelve, but the number is not limited to this.

なお、図７に示すように、多孔質支持体の正面中央部の集電体を形成せずに、緻密な第１引出部２５を燃料極に形成することもできる。この場合には、セル間接続部材２８を用いずに他の燃料電池セルの第２引出部２８と直接接続することができる。   As shown in FIG. 7, the dense first extraction portion 25 can be formed on the fuel electrode without forming the current collector at the front center portion of the porous support. In this case, it is possible to directly connect to the second lead portion 28 of another fuel cell without using the inter-cell connection member 28.

さらに、図８に示すように、多孔質支持体の背面中央部の２個の発電素子の空気極層を連結して、この空気極の連結体に多孔質な第２引出部２７を形成することもできる。この場合には、第２引出部２７を含む発電素子１３の発電面積を増やすことができる。   Further, as shown in FIG. 8, the air electrode layers of the two power generating elements in the center of the back surface of the porous support are connected to form a porous second lead portion 27 in the air electrode connection body. You can also. In this case, the power generation area of the power generation element 13 including the second lead portion 27 can be increased.

２ 燃料ガスタンク
３ 燃料電池セル
４ セルスタック
１１ 多孔質支持体
１２ ガス流路
１３ 発電素子部
１４ 集電層
１５ 素子間接続部材
１７ 燃料極
１８ 空気極
１９ 固体電解質
２５ 第１引出部
２７ 第２引出部 2 Fuel gas tank 3 Fuel cell 4 Cell stack 11 Porous support 12 Gas flow path 13 Power generation element part 14 Current collecting layer 15 Inter-element connection member 17 Fuel electrode 18 Air electrode 19 Solid electrolyte 25 First extraction part 27 Second extraction Part

Claims (5)

ガス流路を内部に有する電気絶縁性の多孔質支持体と、
該多孔質支持体の対向する第１、第２の面にそれぞれ設けられた第１、第２引出部材と、
前記多孔質支持体の前記第１、第２の面に、前記第１、第２引出部材の両側に位置し、かつ前記第１、第２の面にそれぞれ前記多孔質支持体の軸長方向に対して直交する方向に沿って複数配置された、それぞれが内側電極、固体電解質および外側電極を積層した構造を有する発電素子部と、
該発電素子部の内側電極と、前記多孔質支持体に形成された隣接する前記発電素子部の外側電極とを直列に接続するための素子間接続部材と、
を具備するとともに、
前記第１の面における前記第１引出部材の片側に設けられた前記発電素子部と、前記第２の面における前記第２引出部材の片側に設けられた前記発電素子部とが前記素子間接続部材により電気的に直列に接続され、
前記第１の面における前記第１引出部材の他側に設けられた前記発電素子部と、前記第２の面における前記第２引出部材の他側に設けられた前記発電素子部とが前記素子間接続部材により電気的に直列に接続され、
前記第１、第２引出部材と、該第１、第２引出部材の両側に隣接する発電素子部とが電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池セル。 An electrically insulating porous support having a gas flow path therein;
First and second extraction members respectively provided on the first and second surfaces facing each other of the porous support;
The first and second surfaces of the porous support are positioned on both sides of the first and second extraction members , and the first and second surfaces are axially oriented in the axial direction of the porous support, respectively. A plurality of power generation element portions arranged along a direction orthogonal to each other, each having a structure in which an inner electrode, a solid electrolyte, and an outer electrode are stacked; and
An inter-element connection member for connecting in series the inner electrode of the power generation element section and the outer electrode of the adjacent power generation element section formed on the porous support;
And having
The power generation element portion provided on one side of the first lead member on the first surface and the power generation element portion provided on one side of the second lead member on the second surface are connected between the elements. Electrically connected in series by members,
The power generation element portion provided on the other side of the first lead member on the first surface and the power generation element portion provided on the other side of the second lead member on the second surface are the elements. Electrically connected in series by the connecting member,
A fuel cell, wherein the first and second extraction members are electrically connected to power generation element portions adjacent to both sides of the first and second extraction members. 前記発電素子部間を流れる電流の向きが前記ガス流路の形成方向に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein a direction of a current flowing between the power generation element portions is perpendicular to a direction in which the gas flow path is formed. 前記多孔質支持体は、前記ガス流路の形成方向における長さが、前記発電素子部間の電流の流れる方向における長さよりも短いことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池セル。   3. The fuel cell according to claim 1, wherein the porous support has a length in a direction in which the gas flow path is formed shorter than a length in a direction in which a current flows between the power generating element portions. . 請求項１乃至３のうちいずれかに記載の複数の燃料電池セルを、前記第１、第２引出部を介して互いに電気的に接続してなることを特徴とする燃料電池セルスタック。   A fuel cell stack, wherein the plurality of fuel cells according to any one of claims 1 to 3 are electrically connected to each other via the first and second lead portions. 請求項４に記載の燃料電池セルスタックを、収納容器内に収納してなることを特徴とする燃料電池。   5. A fuel cell comprising the fuel cell stack according to claim 4 housed in a housing container.
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