JP5701697B2 - Fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、平板状のセル本体と枠体状の枠体部材とからなる燃料電池において、ガスリークを防止するためのガスシール部材を設けた燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell comprising a flat cell body and a frame-shaped frame member, and a fuel cell provided with a gas seal member for preventing gas leakage.
従来から、燃料電池の一種として、固体電解質（固体酸化物）を用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）が知られている。ＳＯＦＣは、例えば、固体電解質の両側に、燃料ガスに接する燃料極層と酸化剤ガス（空気）に接する空気極層とを対向配置した平板状のセル本体を設け、その周囲に枠体状の枠体部材を配置した構造を有している。このような構造のＳＯＦＣにおいては、燃料極層に供給される燃料ガスと空気極層に供給される酸化剤ガスとを隔離する必要があるため、例えば、隔離セパレータにセル本体を一体的に接合した構造が採用される。隔離セパレータは、例えば、セル本体を取り囲む金属フレーム等を含む枠体部材に取り付けられる。このような枠体部材は複数の枠体部材を積層した構造を有するので、部材間の隙間から燃料ガスや酸化剤ガスがリークする恐れがある。そのため、枠体部材の部材間にガスリーク部材を密着した状態で配置することにより、ガスリークを防止する構造を採用することが望ましい。例えば、フェロケイ酸塩鉱物の一種であるマイカ（雲母）からなる多様な構造のマイカシートが知られているので（例えば、特許文献１〜５参照）、このようなマイカシートを燃料電池のガスシール部材として利用することも可能である。 Conventionally, a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid electrolyte (solid oxide) is known as a kind of fuel cell. For example, the SOFC is provided with a plate-like cell body in which a fuel electrode layer in contact with a fuel gas and an air electrode layer in contact with an oxidant gas (air) are arranged opposite to each other on both sides of a solid electrolyte, and a frame-like body around the cell body. It has a structure in which frame members are arranged. In the SOFC having such a structure, since it is necessary to isolate the fuel gas supplied to the fuel electrode layer and the oxidant gas supplied to the air electrode layer, for example, the cell body is integrally joined to the separator. This structure is adopted. The isolation separator is attached to a frame member including, for example, a metal frame surrounding the cell body. Since such a frame member has a structure in which a plurality of frame members are stacked, there is a risk that fuel gas or oxidant gas may leak from the gaps between the members. Therefore, it is desirable to employ a structure that prevents gas leaks by arranging gas leak members in close contact between the members of the frame member. For example, since mica sheets having various structures made of mica (a mica) which is a kind of ferrosilicate mineral are known (see, for example, Patent Documents 1 to 5), such mica sheets are used as gas seals for fuel cells. It can also be used as a member.
上述のマイカシートは、例えば、雲母結晶からなる薄い箔シートを多層に積層した平板状の積層シートである。このような構造により、マイカシートのそれぞれの結晶層の界面に微小な隙間が存在し、それが燃料ガスや酸化剤ガスのリークパスとして作用する可能性がある。つまり、平板状のマイカシートは、表面や裏面のみが露出した状態であれば良好なシール性が保たれるが、多層構造が存在する端面（側面）がガスに接する状態で露出している場合はシール性が劣化する。そのため、マイカシートの開口部の内周端面を介して燃料ガス流路や空気流路の近傍のガスが流入し、層間のリークパスを経由してガスが外部にリークする恐れがある。このようなメカニズムでガスリークが発生することにより、燃料電池の発電効率を低下させるという問題がある。また、マイカシートの層間のリークパスを頻繁にガスが通ることにより、マイカシートの耐久性が劣化するという問題がある。 The mica sheet described above is, for example, a flat laminated sheet in which thin foil sheets made of mica crystals are laminated in multiple layers. With such a structure, a minute gap exists at the interface between the crystal layers of the mica sheet, which may act as a leak path for the fuel gas or the oxidant gas. In other words, a flat mica sheet maintains good sealing properties if only the front and back surfaces are exposed, but the end surface (side surface) where the multilayer structure exists is exposed in contact with gas. The sealability deteriorates. For this reason, the gas in the vicinity of the fuel gas flow path and the air flow path flows through the inner peripheral end face of the opening of the mica sheet, and the gas may leak to the outside via the leak path between the layers. There is a problem that the power generation efficiency of the fuel cell is reduced due to the occurrence of gas leak by such a mechanism. Further, there is a problem that the durability of the mica sheet deteriorates due to the frequent passage of gas through leak paths between layers of the mica sheet.
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、マイカ等のフェロケイ酸塩鉱物からなるガスシール部材を用いる場合であっても、その多層構造の端面におけるガスリークに起因するガスシール性の劣化を有効に防止するとともに、ガスシール部材の耐久性を高めることができる燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and even when a gas seal member made of a ferrosilicate mineral such as mica is used, the gas seal property due to gas leak at the end face of the multilayer structure is used. An object of the present invention is to provide a fuel cell that can effectively prevent the deterioration of the gas sealing member and improve the durability of the gas seal member.
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池は、電解質層と、前記電解質層の両面に設けられた電極層とを備えた平板状のセル本体と、厚み方向に開口部を備え、前記セル本体の前記電極層を前記開口部より露出させ、かつ前記セル本体とともに積層される枠体状の枠体部材と、を有する燃料電池において、前記枠体部材は、フェロケイ酸塩鉱物を主成分とする薄層を多層積層してなる多層構造のガスシール部材を備え、前記ガスシール部材は、前記枠体部材の前記開口部を形成する内周端面に、前記多層構造の断面部分が加熱溶融された溶融部が形成されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a fuel cell according to the present invention includes a flat cell body including an electrolyte layer and electrode layers provided on both surfaces of the electrolyte layer, an opening in the thickness direction, A fuel cell having a frame-shaped frame member that is exposed from the opening and is laminated together with the cell body, wherein the frame member is composed mainly of a ferrosilicate mineral. A gas seal member having a multilayer structure formed by laminating thin layers is provided, and the gas seal member is formed by heating and melting a cross-sectional portion of the multilayer structure on an inner peripheral end surface forming the opening of the frame member. It is characterized in that a melted portion formed is formed.
本発明の燃料電池によれば、燃料電池のセル本体と一体的に積層される枠体部材に含まれるガスシール部材は、フェロケイ酸塩鉱物を主成分とする薄層を多層積層して形成され、その開口部の内周端面には溶融部が形成され、多層構造の断面部分が加熱溶融された状態になっている。通常、ガスシール部材は、その側面において各結晶層の多層構造が露出した状態となるが、本発明の構造における開口部の内周端面に関しては、加熱溶融部を形成することで多層構造が直接的に露出しない状態になっている。そのため、ガスシール部材には、結晶層間の界面を経由するリークパスが内周端面にて遮断された構造となるので、ガス流路から供給されるガスが抜けることを防止することができる。よって、燃料電池のガスシール性の向上と、ガスシール部材の耐久性の劣化の防止を実現することができる。 According to the fuel cell of the present invention, the gas seal member included in the frame member laminated integrally with the cell body of the fuel cell is formed by laminating thin layers mainly composed of ferrosilicate mineral. The melted portion is formed on the inner peripheral end face of the opening, and the cross-sectional portion of the multilayer structure is heated and melted. Normally, the gas seal member is in a state in which the multi-layer structure of each crystal layer is exposed on the side surface, but the multi-layer structure is directly formed by forming a heating and melting portion on the inner peripheral end face of the opening in the structure of the present invention. Is not exposed. Therefore, the gas seal member has a structure in which a leak path passing through the interface between the crystal layers is blocked at the inner peripheral end face, and thus it is possible to prevent the gas supplied from the gas flow path from escaping. Therefore, it is possible to improve the gas sealing property of the fuel cell and prevent the deterioration of the durability of the gas sealing member.
前記ガスシール部材としては、例えば、マイカ（雲母）からなるマイカシートを用いることができる。マイカシートは、雲母結晶からなる薄い箔シートを束ねて形成された多層構造のシートであり、その側面に多層構造の断面構造がリークパスとして露出するので、加熱溶融部を形成することによりリークパスを遮断することができる。また、マイカは十分抵抗が高い絶縁材料であり、金属フレームやインターコネクタに接してマイカシートを配置する構造に適している。 As the gas seal member, for example, a mica sheet made of mica (mica) can be used. The mica sheet is a multi-layered sheet formed by bundling thin foil sheets made of mica crystals, and the cross-sectional structure of the multi-layered structure is exposed as a leak path on its side, so the leak path is blocked by forming a heating and melting part. can do. Mica is an insulating material having a sufficiently high resistance, and is suitable for a structure in which a mica sheet is disposed in contact with a metal frame or an interconnector.
前記溶融部を形成する加熱手段としてレーザ加工を採用することができる。すなわち、前記ガスシール部材に対して前記セル本体の位置に対応する開口部を形成する際、内周端面に沿ってレーザ光を照射して切断加工を行うと同時に内周端面を加熱すればよい。このとき、レーザ出力や送り速度を適切に調整することにより、前記ガスシール部材の内周端面の多層構造の断面部分を十分に加熱溶融させ、その結晶構造を変質させてリークパスを遮断することができる。 Laser processing can be employed as a heating means for forming the melting portion. That is, when the opening corresponding to the position of the cell main body is formed in the gas seal member, the inner peripheral end face may be heated simultaneously with the cutting process by irradiating the laser beam along the inner peripheral end face. . At this time, by appropriately adjusting the laser output and feed rate, the cross-sectional portion of the multilayer structure on the inner peripheral end face of the gas seal member can be sufficiently heated and melted, and the crystal structure can be altered to block the leak path. it can.
前記ガスシール部材に前記溶融部を形成する内周端面は、前記セル本体の周囲のガス流路に面する多様な位置に形成することができる。例えば、前記電極層が前記枠体部材の厚み方向の開口部から露出する構造の場合は、ガスシール部材の開口部に面する内周端面の全面にわたって形成することが望ましい。この場合、ガスシール部材の外周端面に溶融部を形成しなくても、内周端面の全面に溶融部が形成されていればガスが流れ込むことはない。ただし、ガスシール部材の外周端面を含む全ての端面に溶融部を形成したとしても、本発明の適用は可能である。 The inner peripheral end surface that forms the melting portion in the gas seal member can be formed at various positions facing the gas flow path around the cell body. For example, in the case where the electrode layer is exposed from the opening in the thickness direction of the frame member, the electrode layer is preferably formed over the entire inner peripheral end surface facing the opening of the gas seal member. In this case, even if the melted part is not formed on the outer peripheral end face of the gas seal member, the gas does not flow as long as the melted part is formed on the entire inner peripheral end face. However, the present invention can be applied even if melted portions are formed on all end surfaces including the outer peripheral end surface of the gas seal member.
本発明は、多様な構造の燃料電池に対して適用することができる。例えば、電解質が固体酸化物からなり、両面の電極層として燃料極層及び空気極層を積層した固体酸化物形燃料電池を挙げることができる。また、本発明の適用対象は、燃料電池の基本的な構成単位である燃料電池セル（単位セル）に加えて、この単位セルを複数個積層した燃料電池スタックが含まれる。 The present invention can be applied to fuel cells having various structures. For example, a solid oxide fuel cell in which the electrolyte is made of a solid oxide and a fuel electrode layer and an air electrode layer are stacked as electrode layers on both sides can be mentioned. Further, the application target of the present invention includes a fuel cell stack in which a plurality of unit cells are stacked in addition to a fuel cell (unit cell) which is a basic structural unit of a fuel cell.
また、本発明の燃料電池の製造方法は、電解質層と、前記電解質層の両面に設けられた電極層とを備えた平板状のセル本体と、厚み方向に開口部を備え、前記セル本体の前記電極層を前記開口部より露出させ、かつ前記セル本体とともに積層される枠体状の枠体部材と、を有する燃料電池の製造方法において、フェロケイ酸塩鉱物を主成分とする薄層を多層積層してなる多層構造のガスシール部材を準備し、前記ガスシール部材を、前記枠体部材の前記開口部を形成する内周端面に対応すべく切断予定線に沿って加熱溶融することにより、前記内周端面を切断形成するとともに、当該内周端面に多層構造の断面部分が溶融された溶融部を形成し、前記ガスシール部材を一部として含む前記枠体部材と前記セル本体とを積層することを特徴としている。 Further, the method for producing a fuel cell of the present invention comprises a flat cell body comprising an electrolyte layer and electrode layers provided on both surfaces of the electrolyte layer, an opening in the thickness direction, In the method of manufacturing a fuel cell, the electrode layer is exposed from the opening, and the frame-shaped frame member is laminated together with the cell body. By preparing a gas seal member having a multilayer structure formed by stacking, the gas seal member is heated and melted along a planned cutting line so as to correspond to an inner peripheral end surface forming the opening of the frame member, The inner peripheral end face is cut and formed, a melted portion in which a cross-sectional portion of a multilayer structure is melted is formed on the inner peripheral end face, and the frame body member including the gas seal member as a part and the cell body are stacked It is characterized by There.
本発明の燃料電池の製造方法において、前記溶融部は、前記ガスシール部材の前記内周端面に対し前記枠体部材の厚み方向からレーザ光を照射することにより形成することができる。また、前記ガスシール部材としては、マイカシートを用いることができる。この場合、レーザ光の出力や送り速度を適切に設定することにより、前記マイカシートの前記内周端面を加熱溶融して前記溶融部を形成することができる。 In the fuel cell manufacturing method of the present invention, the melting portion can be formed by irradiating the inner peripheral end surface of the gas seal member with laser light from the thickness direction of the frame member. Moreover, a mica sheet can be used as the gas seal member. In this case, the melted portion can be formed by heating and melting the inner peripheral end face of the mica sheet by appropriately setting the output and feed speed of the laser beam.
本発明によれば、セル本体及び枠体部材によって構成される燃料電池において、枠体部材に含まれるガスシール部材を、フェロケイ酸塩鉱物を主成分とする薄層を多層積層して形成し、その開口部の内周端面における多層構造の断面部分を加熱溶融したので、内周端面の結晶層間を経由するガスリークを確実に防止することができる。よって、ガスシール部材のガスシール性を向上させ、燃料電池の発電効率を高めることができる。また、ガスシール部材は、開口部の内周端面からのガスの流入が防止されるので、耐久性の向上を実現することができる。 According to the present invention, in the fuel cell constituted by the cell body and the frame member, the gas seal member included in the frame member is formed by laminating thin layers mainly composed of ferrosilicate mineral, Since the cross-sectional portion of the multilayer structure on the inner peripheral end face of the opening is heated and melted, gas leakage via the crystal layer on the inner peripheral end face can be reliably prevented. Therefore, the gas seal property of the gas seal member can be improved, and the power generation efficiency of the fuel cell can be increased. In addition, the gas seal member can prevent an inflow of gas from the inner peripheral end face of the opening, so that an improvement in durability can be realized.
以下、本発明を適用した固体酸化物形燃料電池の一実施形態について具体的に説明する。図１は、本実施形態の固体酸化物形燃料電池１の側面図を示し、図２は、図１の固体酸化物形燃料電池１の上面図を示している。なお、図１は、図２の矢印Ａ方向から見た側面図に対応する。 Hereinafter, an embodiment of a solid oxide fuel cell to which the present invention is applied will be described in detail. FIG. 1 shows a side view of the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, and FIG. 2 shows a top view of the solid oxide fuel cell 1 of FIG. 1 corresponds to a side view seen from the direction of arrow A in FIG.
図１及び図２に示すように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池１は、基本的な構成単位である燃料電池セル（以下、単位セルと呼ぶ）３を複数個積層した燃料電池スタック２を備えている。また、燃料電池スタック２は、複数のボルトＢ１〜Ｂ８及び複数のナットＮによって一体的に固定されている。各ボルトＢ１〜Ｂ８のうち、図２の方形平面内の四隅に位置する４個のボルトＢ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７は、燃料電池スタック２を固定する連結部材としてのみ用いられる。一方、各ボルトＢ１〜Ｂ８のうち、図２の方形平面内に位置する４個のボルトＢ２、Ｂ４、Ｂ６、Ｂ８は、上記連結部材に加えて、積層方向に沿う貫通孔に連通し、それぞれ燃料ガスの流路（燃料ガス流路）又は酸化剤ガスの流路（空気流路）の一部として機能する。具体的には、ボルトＢ２は燃料ガス流路の入口側の燃料ガス導入管Ｆｉｎに連通し、ボルトＢ２の対向位置のボルトＢ６は燃料ガス流路の出口側の燃料ガス排出管Ｆｏｕｔに連通する。また、ボルトＢ４は空気流路の入口側の空気導入管Ａｉｎに連通し、ボルトＢ４の対向位置のボルトＢ８は空気流路の出口側の空気排出管Ａｏｕｔに連通する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment is a fuel cell stack in which a plurality of fuel cell cells (hereinafter referred to as unit cells) 3, which are basic structural units, are stacked. 2 is provided. The fuel cell stack 2 is integrally fixed by a plurality of bolts B1 to B8 and a plurality of nuts N. Of the bolts B1 to B8, the four bolts B1, B3, B5, and B7 located at the four corners in the rectangular plane of FIG. 2 are used only as connecting members for fixing the fuel cell stack 2. On the other hand, among the bolts B1 to B8, the four bolts B2, B4, B6, and B8 positioned in the rectangular plane of FIG. 2 communicate with the through holes along the stacking direction in addition to the connecting members, respectively. It functions as a part of a fuel gas channel (fuel gas channel) or an oxidant gas channel (air channel). Specifically, the bolt B2 communicates with the fuel gas introduction pipe Fin on the inlet side of the fuel gas flow path, and the bolt B6 opposite to the bolt B2 communicates with the fuel gas discharge pipe Fout on the outlet side of the fuel gas flow path. . Further, the bolt B4 communicates with the air introduction pipe Ain on the inlet side of the air flow path, and the bolt B8 at a position opposite to the bolt B4 communicates with the air discharge pipe Aout on the outlet side of the air flow path.
次に、図１の固体酸化物形燃料電池１に含まれる単位セル３の基本構造について説明する。図３は、１個の単位セル３に関し、各構成要素を分解した状態の模式的な断面構造を示している。図３に示す単位セル３は、発電機能を担うセル本体１０を備えている。セル本体１０は、下層側から順に、燃料極層１１と、固体電解質層１２と、空気極層１３とが積層形成されてなる。また、単位セル３は、上下１対のインターコネクタ２０、２１と、下側のインターコネクタ２０と燃料極層１１との間に配置された燃料極側集電体２２と、上側のインターコネクタ２１と空気極層１３との間に配置された空気極側集電体２３と、燃料極層１１の側面を取り囲む金属フレーム２４と、セル本体１０と一体的に接合され、燃料極層１１の側の燃料ガス流路Ｆｐと空気極層１３の側の空気流路Ａｐとを隔離する隔離セパレータ２５と、金属フレーム２４と下側のインターコネクタ２０との間に配置されたガスシール部材２６と、隔離セパレータ２５と上側のインターコネクタ２１との間に配置されたガスシール部材２７と、を備えている。なお、上記のうち、金属フレーム２４、隔離セパレータ２５、ガスシール部材２６、２７は、いずれも中央に後述の形状の開口部が形成され、単位セル３における枠体状の枠体部材を構成する。 Next, the basic structure of the unit cell 3 included in the solid oxide fuel cell 1 of FIG. 1 will be described. FIG. 3 shows a schematic cross-sectional structure of each unit cell 3 in a state where each component is disassembled. The unit cell 3 shown in FIG. 3 includes a cell body 10 that performs a power generation function. The cell body 10 is formed by laminating a fuel electrode layer 11, a solid electrolyte layer 12, and an air electrode layer 13 in order from the lower layer side. The unit cell 3 includes a pair of upper and lower interconnectors 20, 21, a fuel electrode side current collector 22 disposed between the lower interconnector 20 and the fuel electrode layer 11, and an upper interconnector 21. The air electrode side current collector 23 disposed between the air electrode layer 13, the metal frame 24 surrounding the side surface of the fuel electrode layer 11, and the cell body 10 are integrally joined to the fuel electrode layer 11 side. An isolation separator 25 that separates the fuel gas flow path Fp from the air electrode layer 13 and a gas seal member 26 disposed between the metal frame 24 and the lower interconnector 20; And a gas seal member 27 disposed between the isolation separator 25 and the upper interconnector 21. Of the above, the metal frame 24, the separator 25, and the gas seal members 26 and 27 all have an opening having a shape described later at the center, and constitute a frame-like frame member in the unit cell 3. .
燃料極層１１は、水素源となる燃料ガスに接触し、単位セル３のアノードとして機能する。燃料極層１１は、セル本体１０を支持する支持基体層となるので、機械的強度を確保できる程度の十分な厚みで形成することが望ましい。例えば、燃料極層１１の材料としては、Ｎｉ等の金属粒子とセラミック粒子からなるサーメットを用いることができる。固体電解質層１２は、イオン導電性を有する各種の固体電解質からなる。例えば、固体電解質層１２の材料としては、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ペロブスカイト系酸化物等を用いることができる。空気極層１３は、酸素源となる空気ガスに接触し、単位セル３のカソードとして機能する。例えば、空気極層１３の材料としては、ペロブスカイト系酸化物、各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットを用いることができる。なお、燃料極層１１、固体電解質層１２、空気極層１３は、いずれも方形（例えば、正方形）の平面形状を有する。 The fuel electrode layer 11 is in contact with a fuel gas serving as a hydrogen source and functions as an anode of the unit cell 3. Since the fuel electrode layer 11 serves as a support base layer that supports the cell body 10, it is desirable to form the fuel electrode layer 11 with a sufficient thickness to ensure mechanical strength. For example, as the material of the fuel electrode layer 11, cermet made of metal particles such as Ni and ceramic particles can be used. The solid electrolyte layer 12 is made of various solid electrolytes having ionic conductivity. For example, as the material of the solid electrolyte layer 12, YSZ, ScSZ, SDC, GDC, perovskite oxide, or the like can be used. The air electrode layer 13 is in contact with air gas serving as an oxygen source and functions as a cathode of the unit cell 3. For example, as the material of the air electrode layer 13, perovskite oxides, various noble metals, and cermets of noble metals and ceramics can be used. The fuel electrode layer 11, the solid electrolyte layer 12, and the air electrode layer 13 all have a square (eg, square) planar shape.
以下、単位セル３内の主な構成部材の構造について説明する。以下の説明において、図４〜図９に示す各部材の平面構造は、いずれも図２と平面内で方向が一致する。まず、下側のインターコネクタ２０は下層に隣接する単位セル３との電気的接続を担い、上側のインターコネクタ２１は上層に隣接する単位セル３との電気的接続を担う。図４に示すように、インターコネクタ２０、２１は、例えばフェライト系ステンレスからなる薄型の金属板であり、その外縁部には上記ボルトＢ１〜Ｂ８が貫通する８つの丸孔が形成されている。また、下側のインターコネクタ２０に接合された燃料極側集電体２２は、例えば、通気性を有するＮｉフェルトからなり、上側のインターコネクタ２１に接合された空気極側集電体２３は、例えば、金属及び導電性セラミックからなる。 Hereinafter, the structure of the main components in the unit cell 3 will be described. In the following description, the planar structures of the members shown in FIGS. 4 to 9 are the same in FIG. First, the lower interconnector 20 is responsible for electrical connection with the unit cell 3 adjacent to the lower layer, and the upper interconnector 21 is responsible for electrical connection with the unit cell 3 adjacent to the upper layer. As shown in FIG. 4, the interconnectors 20 and 21 are thin metal plates made of, for example, ferritic stainless steel, and eight round holes through which the bolts B1 to B8 pass are formed in the outer edge portions. The fuel electrode side current collector 22 joined to the lower interconnector 20 is made of, for example, Ni felt having air permeability, and the air electrode side current collector 23 joined to the upper interconnector 21 is For example, it consists of a metal and a conductive ceramic.
金属フレーム２４は、例えばフェライト系ステンレス等の金属材料からなり、セル本体１０及び隔離セパレータ２５を単位セル３に固定する役割がある。図５に示すように、金属フレーム２４の中央には方形の開口部３０が形成されている。また、金属フレーム２４の４辺に沿って４つの開口部３１が形成され、四隅には上記ボルトＢ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７に対応する４つの丸孔が形成されている。４つの開口部３１は、インターコネクタ２０、２１の各辺中央に位置する丸孔に重なる部分から辺方向の両側に延びる溝状に形成されている。 The metal frame 24 is made of a metal material such as ferritic stainless steel, for example, and has a role of fixing the cell body 10 and the separator 25 to the unit cell 3. As shown in FIG. 5, a square opening 30 is formed in the center of the metal frame 24. Further, four openings 31 are formed along the four sides of the metal frame 24, and four round holes corresponding to the bolts B1, B3, B5, and B7 are formed at the four corners. The four openings 31 are formed in a groove shape extending from the portion overlapping the round hole located at the center of each side of the interconnectors 20 and 21 to both sides in the side direction.
隔離セパレータ２５は、可撓性を有する金属材料として、例えばフェライト系ステンレス等の金属材料を用いて、厚み０．０２〜０．３ｍｍ程度の枠体状の薄板に形成されている。図６に示すように、隔離セパレータ２５の中央には方形の開口部３２が形成され、４辺に沿って４つの開口部３３が形成され、四隅には上記ボルトＢ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７に対応する４つの丸孔が形成されている。このうち、４つの開口部３３及び４つの丸孔については、金属フレーム２４と同位置及び同形状に形成されている。一方、中央の開口部３２は、金属フレーム２４の開口部３０よりもサイズが小さい方形であり、厚み方向で金属フレーム２４の開口部３０に対向する位置関係にある。 The isolation separator 25 is formed in a frame-like thin plate having a thickness of about 0.02 to 0.3 mm using a metal material such as ferritic stainless steel as a flexible metal material. As shown in FIG. 6, a rectangular opening 32 is formed at the center of the separator 25, four openings 33 are formed along the four sides, and the bolts B1, B3, B5, B7 are formed at the four corners. Four corresponding round holes are formed. Among these, the four openings 33 and the four round holes are formed in the same position and the same shape as the metal frame 24. On the other hand, the central opening 32 is a square having a smaller size than the opening 30 of the metal frame 24 and is in a positional relationship facing the opening 30 of the metal frame 24 in the thickness direction.
セル本体１０は、図７に示すように、方形の外周形状を有する。セル本体１０は、隔離セパレータ２５に接合されるので、隔離セパレータ２５の外周形状よりサイズが小さく、かつ隔離セパレータ２５の開口部３２よりもサイズが大きい方形の外周形状を有する。一方、セル本体１０の上層の空気極層１３の外周形状は、セル本体１０の外周形状よりもサイズが小さく、さらには隔離セパレータ２５の開口部３２よりもサイズが小さい方形に形成されている。これにより、図３の断面構造に示すように、セル本体１０の外周側が隔離セパレータ２５に接合された状態で、開口部３２から空気極層１３が露出可能な構造にすることができる。 As shown in FIG. 7, the cell body 10 has a square outer peripheral shape. Since the cell body 10 is joined to the isolation separator 25, the cell body 10 has a rectangular outer peripheral shape that is smaller in size than the outer peripheral shape of the isolation separator 25 and larger in size than the opening 32 of the isolation separator 25. On the other hand, the outer peripheral shape of the upper air electrode layer 13 of the cell body 10 is smaller in size than the outer peripheral shape of the cell body 10, and is formed in a rectangular shape smaller in size than the opening 32 of the isolation separator 25. As a result, as shown in the cross-sectional structure of FIG. 3, the air electrode layer 13 can be exposed from the opening 32 in a state where the outer peripheral side of the cell body 10 is joined to the isolation separator 25.
次に第１実施形態の単位セル３の特徴的な構造として、ガスシール部材２６、２７の構造について説明する。図８は、下側のガスシール部材２６の平面構造を示し、図９は、上側のガスシール部材２７の平面構造を示している。下側のガスシール部材２６は、燃料極層１１に供給される燃料ガスをガスシールする役割があり、上側のガスシール部材２７は、空気極層１３に供給される酸化剤ガスをガスシールする役割がある。本実施形態において、ガスシール部材２６、２７としては、フェロケイ酸塩鉱物の一種であるマイカ（雲母）からなるマイカシートが用いられる。マイカは高い絶縁性を有するため、ガスシール部材２６、２７により、下側のインターコネクタ２０と金属フレーム２４との間、及び上側のインターコネクタ２１と隔離セパレータ２５との間は電気的に絶縁された状態に保たれる。 Next, the structure of the gas seal members 26 and 27 will be described as a characteristic structure of the unit cell 3 of the first embodiment. FIG. 8 shows a planar structure of the lower gas seal member 26, and FIG. 9 shows a planar structure of the upper gas seal member 27. The lower gas seal member 26 serves to gas seal the fuel gas supplied to the fuel electrode layer 11, and the upper gas seal member 27 gas seals the oxidant gas supplied to the air electrode layer 13. There is a role. In the present embodiment, as the gas seal members 26 and 27, mica sheets made of mica (mica) which is a kind of ferrosilicate mineral are used. Since mica has high insulating properties, the gas seal members 26 and 27 electrically insulate between the lower interconnector 20 and the metal frame 24 and between the upper interconnector 21 and the isolation separator 25. It is kept in the state.
下側及び上側のガスシール部材２６、２７は基本構造が共通であり、その配置のみが異なるので、以下では代表して下側のガスシール部材２６の構造について説明する。まず、図８に示すように、ガスシール部材２６の中央には開口部３４が形成されるとともに、外縁部には上記ボルトＢ１〜Ｂ８が貫通する８つの丸孔が形成されている。中央の開口部３４は、金属フレーム２４の開口部３０よりもサイズが小さい方形であり、金属フレーム２４の開口部３０及び隔離セパレータ２５の開口部３２のそれぞれと厚み方向で対向する位置関係にある。また、開口部３４には、方形の対向する２辺において外縁部に延伸される各４本の切り欠き３４ａが形成されている。これらの切り欠き３４ａは、金属フレーム２４の２辺における２つの開口部３１に連通し、燃料ガス流路Ｆｐの一部となる。従って、燃料ガス導入管Ｆｉｎから取り込まれた燃料ガスは、ガスシール部材２６の切り欠き３４ａを経由し、開口部３４を抜けて燃料極層１１に達する。 Since the lower and upper gas seal members 26 and 27 have the same basic structure and differ only in their arrangement, the structure of the lower gas seal member 26 will be described below as a representative. First, as shown in FIG. 8, an opening 34 is formed at the center of the gas seal member 26, and eight round holes through which the bolts B1 to B8 pass are formed at the outer edge. The central opening 34 is a square having a smaller size than the opening 30 of the metal frame 24, and has a positional relationship facing the opening 30 of the metal frame 24 and the opening 32 of the isolation separator 25 in the thickness direction. . The opening 34 is formed with four notches 34a each extending to the outer edge at two opposing sides of the square. These notches 34 a communicate with the two openings 31 on the two sides of the metal frame 24 and become a part of the fuel gas flow path Fp. Accordingly, the fuel gas taken in from the fuel gas introduction pipe Fin passes through the notch 34 a of the gas seal member 26, passes through the opening 34, and reaches the fuel electrode layer 11.
ここで、図１０は、図８のガスシール部材２６の構造を斜視図で表している。図１０においては、ガスシール部材２６の中央の開口部３４のうち、その方形の各側面部分と、上記８本の切り欠き３４ａを構成する側面部分とを含む内周端面ＩＦが示されている。この内周端面ＩＦには、上述の燃料ガス流路Ｆｐを流れる燃料ガスが直接接する構造となっている。なお、図１０において、ガスシール部材２６の外周端面ＥＦには、燃料ガス流路Ｆｐを流れる燃料ガスが直接接することはない。マイカシートであるガスシール部材２６は、雲母結晶からなる薄い箔シートを多層に積層した断面構造を有するため、例えばプレス加工等で開口部３４を形成した時点の内周端面ＩＦは結晶層の多層構造の断面部分が露出した状態になる。そのため、この状態のままでガスシール部材２６として用いる場合は、内周端面ＩＦの層間にリークパスが形成されることになる。本実施形態では、以下で具体的に説明するように、内周端面ＩＦに加熱処理を施して加熱溶融部を形成することにより、リークパスの形成に対する対策を施すものである。 Here, FIG. 10 is a perspective view showing the structure of the gas seal member 26 of FIG. FIG. 10 shows an inner peripheral end face IF including each square side surface portion of the central opening 34 of the gas seal member 26 and side surface portions constituting the eight notches 34a. . The fuel gas flowing through the fuel gas flow path Fp is in direct contact with the inner peripheral end surface IF. In FIG. 10, the fuel gas flowing through the fuel gas flow path Fp does not directly contact the outer peripheral end surface EF of the gas seal member 26. Since the gas seal member 26, which is a mica sheet, has a cross-sectional structure in which thin foil sheets made of mica crystals are laminated in multiple layers, for example, the inner peripheral end face IF when the opening 34 is formed by pressing or the like is a multilayer of crystal layers. The cross section of the structure is exposed. For this reason, when the gas seal member 26 is used in this state, a leak path is formed between the layers of the inner peripheral end face IF. In the present embodiment, as will be described in detail below, a countermeasure is taken against the formation of a leak path by performing a heat treatment on the inner peripheral end face IF to form a heat melting portion.
以下、図１１及び図１２を参照して、本実施形態のガスシール部材２６に関し、開口部３４の内周端面ＩＦに対するリークパスへの対策の具体例について説明する。図１１は、本実施形態との比較のため、ガスシール部材２６において未対策の内周端面ＩＦの表面状態の画像例を示している。一方、図１２は、本実施形態のガスシール部材２６において加熱処理を施した内周端面ＩＦの表面状態の画像例を示している。図１１の未対策の内周端面ＩＦは、マイカシートの多層の箔シートによる多層構造が観察され、これが横方向に延びる縞状のリークパスとして作用する。これに対し、図１２の対策後の内周端面ＩＦは、図１１の状態から内周端面ＩＦをレーザによって加熱溶融したものであり、図１１の内周端面ＩＦの断面部分が融けて結晶構造が変質した状態（結晶構造変質部）となり、図１１の多層構造に基づくリークパスが消失している。なお、図１２では、内周端面ＩＦに縦方向の縞状の模様が形成されているが、これは厚さ方向から照射されるレーザ光によるものである。レーザ照射による内周端面ＩＦの具体的な加熱処理の方法については後述する。 Hereinafter, with reference to FIG.11 and FIG.12, the specific example of the countermeasure with respect to the leak path | pass with respect to the internal peripheral end surface IF of the opening part 34 is demonstrated regarding the gas seal member 26 of this embodiment. FIG. 11 shows an image example of the surface state of the inner peripheral end face IF that has not been countermeasured in the gas seal member 26 for comparison with the present embodiment. On the other hand, FIG. 12 shows an image example of the surface state of the inner peripheral end face IF subjected to the heat treatment in the gas seal member 26 of the present embodiment. On the unmeasured inner peripheral end face IF of FIG. 11, a multi-layer structure of multi-layer foil sheets of mica sheets is observed, and this acts as a striped leak path extending in the lateral direction. On the other hand, the inner peripheral end face IF after the countermeasure of FIG. 12 is obtained by heating and melting the inner peripheral end face IF with a laser from the state of FIG. 11, and the cross-sectional portion of the inner peripheral end face IF of FIG. Is in a modified state (crystal structure altered portion), and the leak path based on the multilayer structure in FIG. 11 disappears. In FIG. 12, a striped pattern in the vertical direction is formed on the inner peripheral end face IF. This is due to the laser light irradiated from the thickness direction. A specific heat treatment method for the inner peripheral end face IF by laser irradiation will be described later.
上述したように、切り欠き３４ａを含めた開口部３４の内周端面ＩＦの全面にわたって、図１２に示す加熱処理に基づく溶融部を形成することにより、燃料極層１１に燃料ガスを供給する際にガスシール部材２６の開口部３４の付近を通過したとしても、内周端面ＩＦの溶融部によって燃料ガスを遮断することができる。従って、本実施形態の加熱処理を適用することで、内周端面ＩＦがリークパスとして作用することを防止し、ガスシール部材２６のガスシール性を高めることができる。これにより、ガスシール部材２６のガスリークに起因する単位セル３の発電効率の低下を防止することできる。さらに、ガスシール部材２６の内周端面ＩＦの層間を介して燃料ガスが流入しないことは、ガスシール部材２６の耐久性の向上に効果がある。 As described above, when the fuel gas is supplied to the fuel electrode layer 11 by forming the melting portion based on the heat treatment shown in FIG. 12 over the entire inner peripheral end face IF of the opening 34 including the notch 34a. Even if the gas seal member 26 passes through the vicinity of the opening 34, the fuel gas can be blocked by the melting portion of the inner peripheral end face IF. Therefore, by applying the heat treatment of the present embodiment, the inner peripheral end face IF can be prevented from acting as a leak path, and the gas sealability of the gas seal member 26 can be improved. Thereby, the fall of the power generation efficiency of the unit cell 3 resulting from the gas leak of the gas seal member 26 can be prevented. Further, the fact that the fuel gas does not flow through the inner peripheral end face IF of the gas seal member 26 is effective in improving the durability of the gas seal member 26.
一方、上側のガスシール部材２７は、既に述べたように下側のガスシール部材２６と基本構造が共通であるが、図９に示すように、平面内で図８の平面構造を９０度回転させた平面構造を有している。よって、ガスシール部材２７の中央には開口部３５が形成されるとともに、図８とは異なる２辺において外縁部に延伸される各４本の切り欠き３５ａが形成されている。これらの切り欠き３５ａは、金属フレーム２４の２辺における２つの開口部３１に連通し、空気流路Ａｐの一部となる。従って、空気導入管Ａｉｎから取り込まれた酸化剤ガスは、ガスシール部材２７の切り欠き３５ａを経由し、開口部３５を抜けて空気極層１３に達する。本実施形態では、ガスシール部材２７の開口部３５の内周端面ＩＦに対しても、図１２と同様の加熱処理を施すことを想定する。従って、空気極層１３に酸化剤ガスを供給する際であっても、内周端面ＩＦがリークパスとして作用することを防止し、上述のガスシール部材２６の場合と同様の効果を得ることができる。 On the other hand, the upper gas seal member 27 has the same basic structure as that of the lower gas seal member 26 as described above. However, as shown in FIG. 9, the planar structure of FIG. Has a planar structure. Therefore, an opening 35 is formed in the center of the gas seal member 27, and four cutouts 35a each extending to the outer edge are formed on two sides different from FIG. These notches 35a communicate with the two openings 31 on the two sides of the metal frame 24 and become a part of the air flow path Ap. Therefore, the oxidant gas taken in from the air introduction pipe Ain passes through the notch 35 a of the gas seal member 27, passes through the opening 35, and reaches the air electrode layer 13. In the present embodiment, it is assumed that the same heat treatment as in FIG. 12 is performed on the inner peripheral end face IF of the opening 35 of the gas seal member 27. Therefore, even when the oxidant gas is supplied to the air electrode layer 13, the inner peripheral end face IF is prevented from acting as a leak path, and the same effect as in the case of the gas seal member 26 described above can be obtained. .
なお、本実施形態では、燃料極層１１の側のガスシール部材２６と空気極層１３の側のガスシール部材２７の両方に対し、ガスシール性を高めるための内周端面ＩＦの加熱処理を施す場合を示したが、これに限らず、ガスシール部材２６、２７の一方に対してのみ加熱処理を施してもよい。例えば、燃料ガスのガスリークに比べて酸化剤ガスのガスリークが十分に小さい場合は、燃料極層１１の側のガスシール部材２６に対してのみ上記加熱処理を施してもよい。 In the present embodiment, both the gas seal member 26 on the fuel electrode layer 11 side and the gas seal member 27 on the air electrode layer 13 side are subjected to a heat treatment on the inner peripheral end face IF to enhance gas sealability. However, the present invention is not limited to this, and only one of the gas seal members 26 and 27 may be subjected to heat treatment. For example, when the gas leak of the oxidant gas is sufficiently smaller than the gas leak of the fuel gas, the above heat treatment may be performed only on the gas seal member 26 on the fuel electrode layer 11 side.
次に、本実施形態の単位セル３の製造方法に関し、主に本発明の特徴的な構造に関連する工程について説明する。まず、周知の手法で、燃料極グリーンシートと固体電解質グリーンシートとを含む積層体を形成し、それを焼成することで燃料極層１１と固体電解質層１２からなる焼結体を得る。次いで、焼結体の上層に空気極層１３を積層形成し、図７の平面構造を有するセル本体１０を作製する。一方、金属の板材の打ち抜き加工により図６の平面構造を有する隔離セパレータ２５を作製し、図３に示すように、セル本体１０の外周側と隔離セパレータ２５の内周側とを例えばロウ材を用いて接合することで両者を一体化する。 Next, with regard to the method for manufacturing the unit cell 3 of the present embodiment, processes mainly related to the characteristic structure of the present invention will be described. First, a laminated body including a fuel electrode green sheet and a solid electrolyte green sheet is formed by a well-known method, and a sintered body including the fuel electrode layer 11 and the solid electrolyte layer 12 is obtained by firing the laminate. Next, the air electrode layer 13 is formed on the upper layer of the sintered body to produce the cell body 10 having the planar structure of FIG. On the other hand, the separator 25 having the planar structure shown in FIG. 6 is manufactured by punching a metal plate, and as shown in FIG. 3, the outer peripheral side of the cell body 10 and the inner peripheral side of the separator 25 are, for example, a brazing material. Use to join them together.
また、本発明の特徴的な構造を有するガスシール部材２６の元となる平板状のマイカシートを準備する。例えば、ガスシール部材２６として、軟質マイカからなるマイカシートが用いられる。そして、マイカシートの表面に、例えば炭酸ガスレーザを用いてレーザ光を照射することにより、図８の開口部３４の形状に沿って切断加工を施すと同時に、その内周端面ＩＦを加熱溶融することでガスシール部材２６を作製する。このとき、例えば、レーザ出力は１１０Ｗに、送り速度は２５０ｍｍ／ｍｉｎにそれぞれ設定される。この場合、レーザ出力は、内周端面ＩＦがマイカの融点である１２００度以上に加熱され、内周端面ＩＦが溶融して断面部分にガラス層からなる溶融部を形成可能な範囲に調整することが望ましい。なお、レーザ出力が大き過ぎる場合は、内周端面ＩＦの表面近傍にバリが多く発生するので望ましくない。また、レーザの種別は炭酸ガスレーザには限れられないが、レーザ出力と送り速度はレーザの種別に応じて適切に設定する必要がある。空気極層１３の側のガスシール部材２７に関しても、上記のガスシール部材２６と同様に作製することができるので、説明を省略する。 Moreover, the flat mica sheet used as the origin of the gas seal member 26 which has the characteristic structure of this invention is prepared. For example, a mica sheet made of soft mica is used as the gas seal member 26. And, by irradiating the surface of the mica sheet with a laser beam using, for example, a carbon dioxide laser, cutting is performed along the shape of the opening 34 in FIG. 8 and at the same time, the inner peripheral end face IF is heated and melted. Thus, the gas seal member 26 is produced. At this time, for example, the laser output is set to 110 W and the feed rate is set to 250 mm / min. In this case, the laser output is adjusted to a range in which the inner peripheral end face IF is heated to 1200 ° C. or more, which is the melting point of mica, and the inner peripheral end face IF is melted to form a melted portion made of a glass layer in the cross section. Is desirable. If the laser output is too large, many burrs are generated in the vicinity of the inner peripheral end face IF, which is not desirable. The laser type is not limited to a carbon dioxide laser, but the laser output and feed rate must be set appropriately according to the type of laser. Since the gas seal member 27 on the air electrode layer 13 side can also be manufactured in the same manner as the gas seal member 26 described above, the description thereof is omitted.
一方、金属フレーム２４、燃料極側集電体２２、空気極側集電体２３、インターコネクタ２０、２１についても、それぞれ周知の手法で作製した後、上記のセル本体１０と一体化された隔離セパレータ２５と、ガスシール部材２６、２７とを図３に示す配置で一体化することにより、単位セル３を得ることができる。また、かかる構造の単位セル３を積層数に応じて繰り返し配置した状態で、複数のボルトＢ１〜Ｂ８及び複数のナットＮによって一体的に固定することで、最終的に図１の構造を有する燃料電池スタック２を得ることができる。 On the other hand, the metal frame 24, the fuel electrode side current collector 22, the air electrode side current collector 23, and the interconnectors 20 and 21 are also manufactured by well-known methods, respectively, and then integrated with the cell body 10. The unit cell 3 can be obtained by integrating the separator 25 and the gas seal members 26 and 27 in the arrangement shown in FIG. Further, in a state where the unit cells 3 having such a structure are repeatedly arranged according to the number of stacked layers, the fuel having the structure of FIG. 1 is finally secured by integrally fixing with the plurality of bolts B1 to B8 and the plurality of nuts N. The battery stack 2 can be obtained.
本発明は、燃料電池スタック２を構成する個々の単位セル３のガスシール部材２６、２７に対して適用する場合に加え、他の部材に対しても適用することができる。例えば、図１の構造において、燃料電池スタック２と各ナットＮとの間に絶縁部材を介挿する場合、上記ガスシール部材２６、２７と同様、マイカシートからなる絶縁部材を用いてもよい。この場合、マイカからなる絶縁部材にはボルトＢ１〜Ｂ８を貫通させるための円形の開口部を設け、その開口部の内周端面にガスシール部材２６、２７の内周端面ＩＦと同様の加工を施せばよい。これにより、各ボルトＢ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７が連通する燃料ガス流路及び空気流路を経由するガスが絶縁部材の開口部からリークすることを防止することができる。 The present invention can be applied not only to the gas seal members 26 and 27 of the individual unit cells 3 constituting the fuel cell stack 2 but also to other members. For example, in the structure of FIG. 1, when an insulating member is inserted between the fuel cell stack 2 and each nut N, an insulating member made of a mica sheet may be used as with the gas seal members 26 and 27. In this case, the insulating member made of mica is provided with a circular opening for penetrating the bolts B1 to B8, and the inner peripheral end face of the opening is processed in the same manner as the inner peripheral end face IF of the gas seal members 26 and 27. Just give it. Thereby, it is possible to prevent the gas passing through the fuel gas passage and the air passage through which the bolts B1, B3, B5, and B7 communicate with each other from leaking from the opening of the insulating member.
以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、ガスシール部材２６、２７に関しては、マイカシートに限られず、フェロケイ酸塩鉱物を主成分とする薄層を多層積層してなる多層構造を有していれば、他の材料を用いて形成することができる。また、ガスシール部材２６、２７の形状及び寸法条件についても、本発明の目的を達成できる範囲で多様な設定が可能である。さらに、金属フレーム２４や隔離セパレータ２５などの他の部材に関しても、上記実施形態で説明した材料、形状、寸法条件等に制約されることなく多様な設定が可能である。また、ガスシール部材２６、２７に対する開口部３４、３５を形成する内周端面ＩＦの加工方法は、本発明の目的を達成できる限り、レーザ照射に限られず他の手段を採用してもよい。その他の点についても上記各実施形態により本発明の内容が限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる限り、適宜に変更可能である。 The contents of the present invention have been specifically described above based on the present embodiment, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the gas seal members 26 and 27 are not limited to mica sheets, and may be formed using other materials as long as they have a multilayer structure in which thin layers mainly composed of ferrosilicate mineral are laminated. can do. Further, the shape and dimensional conditions of the gas seal members 26 and 27 can be variously set within a range in which the object of the present invention can be achieved. Further, other members such as the metal frame 24 and the isolation separator 25 can be variously set without being restricted by the materials, shapes, dimensional conditions, and the like described in the above embodiment. Further, the processing method of the inner peripheral end face IF for forming the openings 34 and 35 with respect to the gas seal members 26 and 27 is not limited to laser irradiation as long as the object of the present invention can be achieved, and other means may be adopted. Regarding the other points, the contents of the present invention are not limited by the above embodiments, and can be appropriately changed as long as the effects of the present invention can be obtained.
１…固体酸化物形燃料電池
２…燃料電池スタック
３…単位セル（燃料電池セル）
１０…セル本体
１１…燃料極層
１２…固体電解質層
１３…空気極層
２０、２１…インターコネクタ
２２…燃料極側集電体
２３…空気極側集電体
２４…金属フレーム
２５…隔離セパレータ
２６、２７…ガスシール部材
３４、３５…ガスシール部の開口部
Ｂ１〜Ｂ８…ボルト
Ｎ…ナット
Ａｉｎ…空気導入管
Ａｏｕｔ…空気排出管
Ａｐ…空気流路
Ｆｉｎ…燃料ガス導入管
Ｆｏｕｔ…燃料ガス排出管
Ｆｐ…燃料ガス流路
ＩＦ…ガスシール部の開口部の内周端面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid oxide fuel cell 2 ... Fuel cell stack 3 ... Unit cell (fuel cell)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Cell main body 11 ... Fuel electrode layer 12 ... Solid electrolyte layer 13 ... Air electrode layer 20, 21 ... Interconnector 22 ... Fuel electrode side collector 23 ... Air electrode side collector 24 ... Metal frame 25 ... Isolation separator 26 27 ... Gas seal members 34, 35 ... Gas seal opening B1-B8 ... Bolt N ... Nut Ain ... Air introduction pipe Aout ... Air discharge pipe Ap ... Air flow path Fin ... Fuel gas introduction pipe Fout ... Fuel gas discharge Pipe Fp ... Fuel gas flow path IF ... Inner peripheral end face of opening of gas seal part
Claims (9)
厚み方向に開口部を備え、前記セル本体の前記電極層を前記開口部より露出させ、かつ前記セル本体とともに積層される枠体状の枠体部材と、を有する燃料電池において、
前記枠体部材は、フェロケイ酸塩鉱物を主成分とする薄層を多層積層してなる多層構造のガスシール部材を備え、
前記ガスシール部材は、前記枠体部材の前記開口部を形成する内周端面に、前記多層構造の断面部分が加熱溶融された溶融部が形成されていることを特徴とする燃料電池。 A flat cell body comprising an electrolyte layer and electrode layers provided on both sides of the electrolyte layer;
In a fuel cell comprising an opening in the thickness direction, exposing the electrode layer of the cell body from the opening, and having a frame-shaped frame member laminated together with the cell body,
The frame member includes a gas seal member having a multilayer structure formed by laminating thin layers mainly composed of ferrosilicate mineral,
The fuel cell according to claim 1, wherein the gas seal member is formed with a melted portion in which a cross-sectional portion of the multilayer structure is heated and melted on an inner peripheral end surface forming the opening of the frame member.
加熱により結晶構造が変質した結晶構造変質部を有する請求項１に記載の燃料電池。 The melting portion of the gas seal member is
The fuel cell according to claim 1, further comprising a crystal structure altered portion whose crystal structure has been altered by heating.
前記開口部を形成する前記内周端面をレーザ照射することにより形成される請求項１又は２に記載の燃料電池。 The melting portion of the gas seal member is
The fuel cell according to claim 1 or 2 is formed by laser irradiation of the inner peripheral edge surface that forms the opening.
厚み方向に開口部を備え、前記セル本体の前記電極層を前記開口部より露出させ、かつ前記セル本体とともに積層される枠体状の枠体部材と、を有する燃料電池の製造方法において、
フェロケイ酸塩鉱物を主成分とする薄層を多層積層してなる多層構造のガスシール部材を準備し、
前記ガスシール部材を、前記枠体部材の前記開口部を形成する内周端面に対応すべく切断予定線に沿って加熱溶融することにより、前記内周端面を切断形成するとともに、当該内周端面に多層構造の断面部分が溶融された溶融部を形成し、
前記ガスシール部材を一部として含む前記枠体部材と前記セル本体とを積層する、
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。 A flat cell body comprising an electrolyte layer and electrode layers provided on both sides of the electrolyte layer;
In a manufacturing method of a fuel cell, comprising a frame-shaped frame member that includes an opening in the thickness direction, exposes the electrode layer of the cell body from the opening, and is laminated together with the cell body.
Prepare a multi-layer gas seal member consisting of multiple layers of thin layers of ferrosilicate mineral as the main component,
The gas seal member is heated and melted along a planned cutting line so as to correspond to the inner peripheral end surface forming the opening of the frame member, so that the inner peripheral end surface is cut and formed. Forming a melted portion in which the cross-sectional portion of the multilayer structure is melted,
Laminating the frame body member including the gas seal member as a part and the cell body ;
A method for manufacturing a fuel cell.
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