JP5738075B2 - 固体酸化物形燃料電池セル - Google Patents
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Description
対向する一方側及び他方側の主面を有する導電性支持体と、固体電解質層を燃料極層と酸素極層とで挟んで構成され、前記導電性支持体の前記一方側の主面に設けられた発電素子部と、該発電素子部の前記燃料極層または前記酸素極層に電気的に接続され、前記導電性支持体の前記他方側の主面に設けられており、前記導電性支持体の前記長手方向に沿って延びているインターコネクタとを備え、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行う固体酸化物形燃料電池セルであって、該固体酸化物形燃料電池セルの前記燃料ガスまたは前記酸素含有ガスが前記ガス流路を流れる方向に沿っており前記導電性支持体の前記他方側の主面に交差する断面において、前記インターコネクタと前記導電性支持体との間に中間層を具備するとともに、前記固体酸化物形燃料電池セルの端部における前記中間層の厚みが、前記固体酸化物形燃料電池セルの中央部における前記中間層の厚みよりも厚いことを特徴とする。
度を向上させるものであれば良い。
支持体1は、燃料ガスを燃料極層3まで透過させるためにガス透過性であること、及びインターコネクタ8を介しての集電を行うために導電性であることが要求されるが、このような要求を満たすと同時に、同時焼成により生じる不都合を回避するために、鉄属金属成分と特定の希土類酸化物とから支持体1を構成するのがよい。特にこれに限定されるものではなく、導電性材料であれば良い。
燃料極層3は、電極反応を生じせしめるものであり、それ自体公知の多孔質のサーメットから形成される。例えば、希土類元素が固溶しているZrO2或いはCeO2と、Ni及び/またはNiOとから形成される。
固体電解質層4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、燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有していることが必要である。従って、この固体電解質層4の形成に用いる固体電解質としては、このような特性を備えている緻密質な酸化物セラミックス、例えば、3〜15モル%の希土類元素が固溶した安定化ジルコニアを用いるのが好ましい。この安定化ジルコニア中の希土
類元素としては、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Td、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luを例示することができるが、安価であるという点で、Y、Ybが好適である。
固体電解質層4に形成される空気極層6は、前述した電極反応を生じせしめるものであり、図1に示されているように、固体電解質層4を間に挟んで、前述した燃料極層3と対面するような位置に配置されている。即ち、少なくとも支持体1の一方の平坦面n上に位置する部分に配置される。
支持体1上の平坦面nに設けられているインターコネクタ8は、導電性セラミックスからなるが、燃料ガス(水素)及び酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)が使用される。イ
ンターコネクタ8としては、Tiを含有するペロブスカイト形複合酸化物等であっても良く、特に限定されるものではない。また、支持体1の内部を通る燃料ガス及び支持体1の外部を通る酸素含有ガスのリークを防止するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好適である。
上述した構造を有する燃料電池セル10は、中間層7の厚みが厚肉部7aと薄肉部7bとで異なることを除けば、それ自体公知の方法で製造することができるが、特に以下に述べる同時焼成法を利用することが好適である。以下の製造方法は、図1、2に示した構造の燃料電池セルを例にとって説明したものである。
用シートの一方の面に積層する。この中間層用シートが積層されたインターコネクタ用シートを、中間層用シート側がコーティング層側となるように積層し、乾燥する。
料を改質して燃料ガスを生成するための改質器20を燃料電池セルスタック12の上方に配置している。そして、改質器20で生成された燃料ガスは、ガス流通管21を介してガスタンク16に供給され、ガスタンク16を介して燃料電池セル10の内部に設けられたガス流路2に供給される。
2:燃料ガス流路
3、33a:燃料極層
4、33b:固体電解質層
6、33c:空気極層
7:中間層
7a:厚肉部
7b:薄肉部
8:インターコネクタ
9、33:発電素子部
10:固体酸化物形燃料電池セル
11:燃料電池セルスタック装置
17:シール材
18:燃料電池モジュール
23:燃料電池装置
Claims (3)
- 楕円柱状であり、内部に長手方向に形成されており燃料ガスまたは酸素含有ガスが流れるガス流路を有しており、該ガス流路を挟んで対向する一方側及び他方側の主面を有する導電性支持体と、
固体電解質層を燃料極層と酸素極層とで挟んで構成され、前記導電性支持体の前記一方側の主面に設けられた発電素子部と、
該発電素子部の前記燃料極層または前記酸素極層に電気的に接続され、前記導電性支持体の前記他方側の主面に設けられており、前記導電性支持体の前記長手方向に沿って延びているインターコネクタとを備え、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行う固体酸化物形燃料電池セルであって、
該固体酸化物形燃料電池セルの前記燃料ガスまたは前記酸素含有ガスが前記ガス流路を流れる方向に沿っており前記導電性支持体の前記他方側の主面に交差する断面において、前記インターコネクタと前記導電性支持体との間に中間層を具備するとともに、
前記固体酸化物形燃料電池セルの端部における前記中間層の厚みが、前記固体酸化物形燃料電池セルの中央部における前記中間層の厚みよりも厚いことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル。 - 請求項1記載の固体酸化物形燃料電池セルを、複数電気的に接続してなるセルスタックを、ガスタンクに、該ガスタンクの内部空間が前記ガス流路と連通するようにシール材で接合してなるセルスタック装置であって、前記固体酸化物形燃料電池セルの前記シール材で接合された部分における前記中間層の厚みが、前記固体酸化物形燃料電池セルの中央部における前記中間層の厚みよりも厚いことを特徴とするセルスタック。
- 請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池セル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。
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