JP5727062B1 - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
Description
図1及び図2は、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池(SOFC)の全体を示す。図3は、図2に示す断面の一部を拡大した拡大図である。このSOFCは、長手方向(x軸方向)を有する平板状の支持基板10の上下面(互いに平行な両側の主面(平面))のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数(本例では、4つ)の同形の発電素子部Aが長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。
(1/2)・O2+2e−→O2− (於:空気極60) …(1)
H2+O2−→H2O+2e− (於:燃料極20) …(2)
次に、図1に示した「横縞型」のSOFCの製造方法の一例について図9〜図17を参照しながら簡単に説明する。図9〜図17において、各部材の符号の末尾の「g」は、その部材が「焼成前」であることを表す。
上記実施形態に係るSOFCでは、通常の環境下で稼働される場合には、空気極集電膜70と、前記「シール部」(より具体的には、インターコネクタ30、及び、反応防止膜50)との界面(以下、単に「空気極集電膜70の界面」と呼ぶ)に剥離が発生しない。しかしながら、このSOFCが熱応力的に過酷な環境下で稼働されると、空気極集電膜70の界面に剥離が発生する場合があった。なお、この実施形態では、上述のように、前記「シール部」は、「インターコネクタ30、固体電解質膜40(発電素子部Aの内外に相当する部分をそれぞれ含む)、及び、反応防止膜50により構成される、複数の緻密質材料からなる複数の構成部分が連続して構成される膜」である。
この試験では、図1(及び、図18)に示したSOFC(前記「シール」部に凹凸が付与されたもの)について、高低差H(mm)、及び、間隔L(mm)の組み合わせが異なる複数のサンプルが作製された。具体的には、表1に示すように、9種類の水準(組み合わせ)が準備された。各水準に対して10個のサンプル(N=10)が作製された。
Claims (3)
- 長手方向を有する平板状の支持基板であって、ガス流路が前記長手方向に沿って内部に形成された支持基板と、
前記支持基板の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも燃料極、緻密質材料からなる固体電解質膜、及び空気極が積層されてなる複数の発電素子部と、
隣り合う前記発電素子部の一方の燃料極と他方の空気極とを電気的に接続する1つ又は複数の電気的接続部と、
前記支持基板の表面を覆うように設けられ、前記ガス流路を経て前記燃料極に供給されるガスと、前記空気極に供給されるガスと、の混合を防止する、緻密質材料からなるシール部と、
を備えた、焼成体である燃料電池であって、
前記各電気的接続部は、緻密質材料からなる第1部分と、前記第1部分と接続され且つ多孔質材料からなる第2部分とで構成され、前記第1部分は、前記隣り合う発電素子部の一方の燃料極と前記第2部分とに接続され、前記第2部分は、前記隣り合う発電素子部の他方の空気極と前記第1部分とに接続され、
前記支持基板の主面における前記複数の箇所に、前記支持基板の材料からなる底壁と、前記支持基板の材料からなる側壁と、を有する第1凹部がそれぞれ形成され、
前記各第1凹部に、対応する前記発電素子部の前記燃料極がそれぞれ埋設され、
前記埋設された各燃料極の前記支持基板の厚さ方向に関する外側面に、前記燃料極の材料からなる底壁と、前記燃料極の材料からなる側壁と、を有する第2凹部がそれぞれ形成され、
前記各第2凹部に、対応する前記電気的接続部の第1部分がそれぞれ埋設され、
前記シール部は、複数の前記電気的接続部の第1部分と、前記発電素子部の一部である複数の前記固体電解質膜と、複数の前記電気的接続部の第1部分及び前記発電素子部の一部である複数の前記固体電解質膜に接続された前記固体電解質膜と同じ又は異なる緻密質材料からなる緻密質膜と、前記発電素子部における前記固体電解質膜と前記空気極との間に介装された希土類元素を含むセリアを含んだ緻密質材料からなる複数の反応防止膜と、で構成され、複数の緻密質材料からなる複数の構成部分が連続して構成される膜であり、
前記各電気的接続部の第2部分は、対応する前記埋設された電気的接続部の第1部分の前記支持基板の厚さ方向に関する外側面に接続され、且つ、前記シール部における対応する前記電気的接続部の第1部分以外の部分の一部の前記支持基板の厚さ方向に関する外側面上に形成され、
前記シール部における前記電気的接続部の第1部分の前記支持基板の厚さ方向に関する外側面が、前記シール部における前記電気的接続部の第1部分以外の部分の前記支持基板の厚さ方向に関する外側面に対して窪んでおり、
前記電気的接続部の第1部分の前記外側面における前記支持基板の厚さ方向に関して最も内側に位置する部分と、前記シール部における前記電気的接続部の第1部分以外の部分の前記外側面における前記支持基板の厚さ方向に関して最も外側に位置する部分である前記反応防止膜の前記外側面における前記支持基板の厚さ方向に関して最も外側に位置する部分と、の前記支持基板の厚さ方向に関する高低差をHとし、隣り合う前記電気的接続部の第1部分の前記長手方向に関する間隔をLとしたとき、値H/Lが2.0×10−4〜5.0×10−2である、燃料電池。 - 長手方向を有する平板状の支持基板であって、ガス流路が前記長手方向に沿って内部に形成された支持基板と、
前記支持基板の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも燃料極、緻密質材料からなる固体電解質膜、及び空気極が積層されてなる複数の発電素子部と、
隣り合う前記発電素子部の一方の燃料極と他方の空気極とを電気的に接続する1つ又は複数の電気的接続部と、
前記支持基板の表面を覆うように設けられ、前記ガス流路を経て前記燃料極に供給されるガスと、前記空気極に供給されるガスと、の混合を防止する、緻密質材料からなるシール部と、
を備えた、焼成体である燃料電池であって、
前記各電気的接続部は、緻密質材料からなる第1部分と、前記第1部分と接続され且つ多孔質材料からなる第2部分とで構成され、前記第1部分は、前記隣り合う発電素子部の一方の燃料極と前記第2部分とに接続され、前記第2部分は、前記隣り合う発電素子部の他方の空気極と前記第1部分とに接続され、
前記支持基板の主面における前記複数の箇所に、前記支持基板の材料からなる底壁と、前記支持基板の材料からなる側壁と、を有する第1凹部がそれぞれ形成され、
前記各第1凹部に、対応する前記発電素子部の前記燃料極がそれぞれ埋設され、
前記埋設された各燃料極の前記支持基板の厚さ方向に関する外側面に、前記燃料極の材料からなる底壁と、前記燃料極の材料からなる側壁と、を有する第2凹部がそれぞれ形成され、
前記各第2凹部に、対応する前記電気的接続部の第1部分がそれぞれ埋設され、
前記シール部は、複数の前記電気的接続部の第1部分と、前記発電素子部の一部である複数の前記固体電解質膜と、複数の前記電気的接続部の第1部分及び前記発電素子部の一部である複数の前記固体電解質膜に接続された前記固体電解質膜と同じ又は異なる緻密質材料からなる緻密質膜と、で構成され、複数の緻密質材料からなる複数の構成部分が連続して構成される膜であり、
前記各電気的接続部の第2部分は、対応する前記埋設された電気的接続部の第1部分の前記支持基板の厚さ方向に関する外側面に接続され、且つ、前記シール部における対応する前記電気的接続部の第1部分以外の部分の一部の前記支持基板の厚さ方向に関する外側面上に形成され、
前記シール部における前記電気的接続部の第1部分の前記支持基板の厚さ方向に関する外側面が、前記シール部における前記電気的接続部の第1部分以外の部分の前記支持基板の厚さ方向に関する外側面に対して窪んでおり、
前記電気的接続部の第1部分の前記外側面における前記支持基板の厚さ方向に関して最も内側に位置する部分と、前記シール部における前記電気的接続部の第1部分以外の部分の前記外側面における前記支持基板の厚さ方向に関して最も外側に位置する部分である前記固体電解質膜の前記外側面における前記支持基板の厚さ方向に関して最も外側に位置する部分と、の前記支持基板の厚さ方向に関する高低差をHとし、隣り合う前記電気的接続部の第1部分の前記長手方向に関する間隔をLとしたとき、値H/Lが2.0×10 −4 〜5.0×10 −2 である、燃料電池。 - 請求項1又は請求項2に記載の燃料電池において、
前記複数の発電素子部と、前記1つ又は複数の電気的接続部と、前記シール部とが、前記支持基板の表裏の各主面にそれぞれ備えられ、
前記支持基板の一方の主面に設けられた複数の前記電気的接続部の第1部分が存在する前記長手方向に関する範囲と、前記支持基板の他方の主面に設けられた複数の前記電気的接続部の第1部分が存在する前記長手方向に関する範囲と、が前記長手方向に関してオーバーラップしていない、燃料電池。
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JP2013110099A (ja) * | 2011-10-25 | 2013-06-06 | Ngk Insulators Ltd | 燃料電池の構造体 |
JP2014029838A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-02-13 | Ngk Insulators Ltd | 固体酸化物形燃料電池の発電部間が電気的に接続された接合体 |
JP2014225434A (ja) * | 2013-04-19 | 2014-12-04 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
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- 2014-02-24 JP JP2014032437A patent/JP5727062B1/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2014225434A (ja) * | 2013-04-19 | 2014-12-04 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
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CN112020785A (zh) * | 2018-04-26 | 2020-12-01 | 京瓷株式会社 | 固体氧化物型燃料电池单元 |
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