JP5752287B1 - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

【課題】「横縞型」の燃料電池であって、燃料排出端の発電素子部における燃料ガス欠乏や異常温度上昇を防ぎ、さらに「長手方向における複数の発電素子部の個数」が多いものを提供する。【解決手段】長手方向(x軸方向)を有する平板状の支持基板10の表裏のそれぞれの主面に、長手方向に沿って、電気的に直列に接続された複数の発電素子部Aが形成される。長手方向の複数の発電素子部Aのうち支持基板10のガス排出側端部(x軸負方向側)に最も近い発電素子部Aを、特に、端部発電素子部Asと呼ぶ。支持基板10の表裏のそれぞれについて、端部発電素子部As以外の残りの複数の発電素子部Aの発電に寄与する面積がそれぞれ面積S1で等しく、端部発電素子部Asの発電に寄与する面積S2が面積S1より大きい。面積S1に対する面積S2の割合(S2/S1)が、1.1〜2.2であることが好適である。【選択図】図2[PROBLEMS] To provide a fuel cell of “horizontal stripe type”, which prevents a fuel gas deficiency and an abnormal temperature rise in a power generation element portion at a fuel discharge end, and further has a large number of “a plurality of power generation element portions in a longitudinal direction”. To do. A plurality of power generating element portions A electrically connected in series along the longitudinal direction are formed on the front and back main surfaces of a flat support substrate 10 having a longitudinal direction (x-axis direction). Is done. Of the plurality of power generation element portions A in the longitudinal direction, the power generation element portion A that is closest to the gas discharge side end portion (x-axis negative direction side) of the support substrate 10 is particularly referred to as an end power generation element portion As. For each of the front and back surfaces of the support substrate 10, the areas contributing to power generation of the remaining power generation element portions A other than the end power generation element portions As are equal in area S1, and the areas contributing to power generation of the end power generation element portions As. S2 is larger than area S1. The ratio of the area S2 to the area S1 (S2 / S1) is preferably 1.1 to 2.2. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

従来より、「長手方向を有し、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、「前記支持基板の表面における前記長手方向に沿った互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、それぞれが、少なくとも燃料極、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電気的接続部」と、を備えた固体酸化物形燃料電池(SOFC)が知られている(例えば、特許文献1、2を参照)。このような構成は、「横縞型」とも呼ばれる。   Conventionally, “a support substrate having a longitudinal direction and a gas flow path formed therein along the longitudinal direction” and “a plurality of locations on the surface of the support substrate separated from each other along the longitudinal direction” A plurality of power generation element portions each including at least a fuel electrode, a solid electrolyte membrane, and an air electrode, and “one fuel electrode and the other air electrode of the adjacent power generation element portions,” respectively. 2. Description of the Related Art A solid oxide fuel cell (SOFC) including an “electrically connecting portion that is electrically connected” is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Such a configuration is also called a “horizontal stripe type”.

特許第5095877号公報Japanese Patent No. 5095877 特許第4541296号公報Japanese Patent No. 4541296

上記特許文献2には、支持基板の長手方向に沿って支持基板に設けられた複数の発電素子部の面積(発電に寄与する面積。燃料極、固体電解質膜、及び空気極が向かい合う面積)が、燃料ガスの流れ方向に沿って順次大きくなる構成が開示されている。この構成によれば、以下の2つの作用・効果が生じ得る。   In Patent Document 2, the areas of a plurality of power generation element portions provided on the support substrate along the longitudinal direction of the support substrate (area contributing to power generation; the area where the fuel electrode, the solid electrolyte membrane, and the air electrode face each other) are described. A configuration is disclosed in which the fuel gas gradually increases along the flow direction of the fuel gas. According to this configuration, the following two actions and effects can occur.

先ず、第1に、支持基板の内部に形成されたガス流路を流れる燃料ガスは、ガス流路の流入側から排出側に移動する過程にて次第に消費されていく。従って、燃料ガスが流入側から排出側に移動する過程において、燃料ガスの濃度は次第に低くなっていく。換言すれば、支持基板の長手方向に沿って支持基板に設けられた複数の発電素子部の燃料極に供給される燃料ガスの濃度は、燃料ガスの流れ方向に沿って順次小さくなる。発電素子部の燃料極に供給される燃料ガスの濃度が低過ぎると、空気極から固体電解質膜を介して「燃料極における固体電解質膜との界面近傍」に移動してくる酸素に対して、燃料極を介して前記界面近傍に移動してくる燃料ガス(具体的には、水素)が不足し得る。このように燃料ガスが不足すると、前記界面近傍の雰囲気が酸化雰囲気になることに起因して、前記界面近傍に存在するNiがNiOに変化する。この結果、前記界面近傍における反応抵抗が大きくなり、その発電素子部の発電効率が低下する、という問題(以下、「第1の問題」と呼ぶ)が発生し得る。以上より、この第1の問題は、支持基板の長手方向における燃料ガスの排出側の端部(以下、「支持基板の排出側端部」と呼ぶ)に近い発電素子部にて発生し易く、特に、支持基板の排出側端部に最も近い発電素子部にて最も発生し易い。   First, firstly, the fuel gas flowing through the gas flow path formed inside the support substrate is gradually consumed in the process of moving from the inflow side to the discharge side of the gas flow path. Therefore, in the process in which the fuel gas moves from the inflow side to the discharge side, the concentration of the fuel gas gradually decreases. In other words, the concentration of the fuel gas supplied to the fuel electrodes of the plurality of power generation element portions provided on the support substrate along the longitudinal direction of the support substrate decreases sequentially along the fuel gas flow direction. If the concentration of the fuel gas supplied to the fuel electrode of the power generation element is too low, the oxygen moving from the air electrode through the solid electrolyte membrane to "near the interface with the solid electrolyte membrane in the fuel electrode" The fuel gas (specifically, hydrogen) that moves to the vicinity of the interface via the fuel electrode may be insufficient. Thus, when the fuel gas is insufficient, Ni present in the vicinity of the interface changes to NiO due to the atmosphere in the vicinity of the interface becoming an oxidizing atmosphere. As a result, there may occur a problem (hereinafter referred to as “first problem”) in which the reaction resistance in the vicinity of the interface increases and the power generation efficiency of the power generation element portion decreases. From the above, this first problem is likely to occur in the power generation element portion close to the end portion on the fuel gas discharge side in the longitudinal direction of the support substrate (hereinafter referred to as “support substrate discharge side end portion”). In particular, it is most likely to occur at the power generation element portion closest to the discharge side end portion of the support substrate.

ここで、上述した「燃料ガスの不足に起因してNiがNiOに変化する事態」は、発電素子部を通る電流の密度が小さくなるにつれて発生し難くなる、ことが知られている。換言すれば、上記第1の問題は、発電素子部の電流密度が小さくなるにつれて発生し難くなる。この点、支持基板の長手方向に沿って支持基板に設けられた複数の発電素子部は電気的に直列に接続されているので、各発電素子部を通る電流の大きさはそれぞれ等しい。従って、上記特許文献2に記載のように、複数の発電素子部の面積が、燃料ガスの流れ方向に沿って順次大きくされると、複数の発電素子部の電流密度は、燃料ガスの流れ方向に沿って順次小さくなる。即ち、支持基板の排出側端部に近い発電素子部の電流密度が小さくなる。この結果、上記第1の問題が発生し易い「支持基板の排出側端部に近い発電素子部」にて、上記第1の問題が発生し難くなる。   Here, it is known that the above-described “situation in which Ni changes to NiO due to a shortage of fuel gas” is less likely to occur as the current density through the power generation element portion decreases. In other words, the first problem is less likely to occur as the current density of the power generation element portion decreases. In this respect, since the plurality of power generation element portions provided on the support substrate along the longitudinal direction of the support substrate are electrically connected in series, the magnitudes of the currents passing through the power generation element portions are equal to each other. Accordingly, as described in Patent Document 2, when the areas of the plurality of power generation element portions are sequentially increased along the flow direction of the fuel gas, the current density of the plurality of power generation element portions becomes the flow direction of the fuel gas. It becomes small sequentially along. That is, the current density of the power generation element portion near the discharge side end portion of the support substrate is reduced. As a result, the first problem is less likely to occur in the “power generation element portion near the discharge side end of the support substrate” where the first problem is likely to occur.

第2に、支持基板の排出側端部から排出された余剰の燃料ガスは、支持基板の排出側端部の近傍に存在する空気と反応して燃料し得る。係る燃焼に起因する熱が支持基板の排出側端部に伝わることによって、支持基板の排出側端部の温度(従って、支持基板の排出側端部に近い発電素子部の温度)が過度に高くなる、という問題(以下、「第2の問題」と呼ぶ)が発生し得る。この点、発電素子部の電流密度が小さいほど、反応に起因する発電素子部の温度の上昇が抑制され得る。従って、上記特許文献2に記載のように、「支持基板の排出側端部に近い発電素子部」の電流密度が小さいと、上記第2の問題が発生し易い「支持基板の排出側端部に近い発電素子部」にて、上記第2の問題が発生し難くなる。   Secondly, excess fuel gas discharged from the discharge side end of the support substrate can react with air existing near the discharge side end of the support substrate and fuel. Since the heat resulting from the combustion is transmitted to the discharge side end of the support substrate, the temperature of the discharge side end of the support substrate (and hence the temperature of the power generation element near the discharge side end of the support substrate) is excessively high. (Hereinafter, referred to as “second problem”) may occur. In this regard, as the current density of the power generation element portion is smaller, the temperature increase of the power generation element portion due to the reaction can be suppressed. Therefore, as described in Patent Document 2, if the current density of the “power generation element portion close to the discharge-side end portion of the support substrate” is small, the second problem is likely to occur. The second problem is less likely to occur in the “power generation element portion close to”.

ところで、上述した「横縞型」の燃料電池では、より大きな出力電圧を得るため、「支持基板の長手方向に沿って支持基板に設けられる複数の発電素子部」の個数をできる限り増やしたい、という要求がある。この点、上記特許文献2に記載された「複数の発電素子部の面積が燃料ガスの流れ方向に沿って順次大きくなる構成」においては、前記「長手方向における複数の発電素子部の個数」の増大に関して改良の余地があった。   By the way, in the above-described “horizontal stripe type” fuel cell, in order to obtain a larger output voltage, it is desired to increase the number of “a plurality of power generation element portions provided on the support substrate along the longitudinal direction of the support substrate” as much as possible. There is a request. In this regard, in the “configuration in which the area of the plurality of power generation element portions sequentially increases along the flow direction of the fuel gas” described in Patent Document 2, the “number of the plurality of power generation element portions in the longitudinal direction” There was room for improvement in terms of growth.

本発明は、係る問題に対処するためのものであり、長手方向を有する「横縞型」の燃料電池であって、上記第1、第2の問題が発生し難く、且つ、「長手方向における複数の発電素子部の個数」が大きいものを提供することを目的とする。   The present invention is to cope with such a problem, and is a “horizontal stripe type” fuel cell having a longitudinal direction, in which the first and second problems are unlikely to occur, An object of the present invention is to provide a large number of power generating element parts.

本発明に係る燃料電池は、「背景技術」の欄で記載した燃料電池と同様の構成を備えた「横縞型」の燃料電池である。   The fuel cell according to the present invention is a “horizontal stripe type” fuel cell having the same configuration as the fuel cell described in the “Background Art” section.

本発明に係る燃料電池の特徴は、前記複数の(3つ以上の)発電素子部のうち、支持基板の排出側端部に最も近い発電素子部(=端部発電素子部)以外の残りの複数の発電素子部の発電に寄与する面積がそれぞれ第1面積であり、前記端部発電素子部の発電に寄与する面積が前記第1面積より大きい第2面積である、ことにある。換言すれば、長手方向における複数の発電素子部について、前記端部発電素子部以外の複数の(2つ以上の)発電素子部の面積がそれぞれ等しく、且つ、前記端部発電素子部の面積が、前記端部発電素子部以外の発電素子部の面積より大きい。   The fuel cell according to the present invention is characterized in that the remaining power generation elements other than the power generation element part (= end power generation element part) closest to the discharge side end of the support substrate among the plurality (three or more) of power generation element parts. The area contributing to power generation of the plurality of power generation element portions is a first area, and the area contributing to power generation of the end power generation element portion is a second area larger than the first area. In other words, for a plurality of power generation element portions in the longitudinal direction, the areas of a plurality of (two or more) power generation element portions other than the end power generation element portions are equal, and the area of the end power generation element portion is , Larger than the area of the power generation element portion other than the end power generation element portion.

これによれば、例えば、「複数の発電素子部における長手方向の両端部に位置するそれぞれの発電素子部の面積」が、上記本発明の特徴に係る構成、及び、上記特許文献2に記載された「複数の発電素子部の面積が燃料ガスの流れ方向に沿って順次大きくなる構成」において等しい、という条件下にて、上記特許文献2に記載された構成と比較して、上記本発明の特徴に係る構成では、長手方向における複数の発電素子部の個数を大きくすることが可能となる。加えて、上記第1、第2の問題は、実質的には、支持基板の排出側端部に最も近い発電素子部(即ち、端部発電素子部)にて顕著に発生し、それ以外の「支持基板の排出側端部に近い発電素子部」には顕著に発生しない。従って、端部発電素子部のみの面積を増大して、端部発電素子部のみの電流密度を小さくすることによって、上記第1、第2の問題は殆ど発生し得なくなる、と考えられる。以上、上記構成によれば、上記第1、第2の問題が発生し難く、且つ、「長手方向における複数の発電素子部の個数」が大きいものを提供することができる。   According to this, for example, “the areas of the respective power generation element portions located at both ends in the longitudinal direction of the plurality of power generation element portions” are described in the configuration according to the feature of the present invention and in Patent Document 2. Compared with the configuration described in Patent Document 2 above, the above-described configuration of the present invention is compared under the condition that “the areas of the plurality of power generation element portions are sequentially increased along the flow direction of the fuel gas”. With the configuration according to the feature, it is possible to increase the number of the plurality of power generation element portions in the longitudinal direction. In addition, the first and second problems are substantially generated in the power generation element portion (that is, the end power generation element portion) closest to the discharge side end portion of the support substrate, and the other problems It does not occur remarkably in the “power generation element portion near the discharge-side end portion of the support substrate”. Therefore, it is considered that the first and second problems can hardly occur by increasing the area of only the end power generation element portion and reducing the current density of only the end power generation element portion. As described above, according to the above configuration, it is possible to provide a device in which the first and second problems are unlikely to occur and the “number of the plurality of power generation element portions in the longitudinal direction” is large.

本発明者は、第1面積(S1)に対する前記第2面積(S2)の割合(S2/S1)が1.1〜2.2であるとき、そうでない場合と比べて、燃料電池の限界燃料利用率が良好であり、且つ、端部発電素子部の剥離が発生し難い、ことを見出した(この点については後に詳述する)。   When the ratio (S2 / S1) of the second area (S2) to the first area (S1) is 1.1 to 2.2, the inventor limits the limit fuel of the fuel cell. It has been found that the utilization rate is good and that the end power generation element portion hardly peels off (this will be described in detail later).

上記本発明に係る燃料電池では、前記電気的接続部における前記端部発電素子部と前記端部発電素子部に隣接する前記発電素子部とを電気的に接続する部分(以下、「端部接続部分」と呼ぶ)の(電気が流れる方向に対して垂直方向の)断面積が、前記電気的接続部における前記端部発電素子部以外の隣接する前記発電素子部同士を電気的に接続する部分の断面積より大きい、ことが好適である。   In the fuel cell according to the present invention, a portion (hereinafter referred to as “end connection”) that electrically connects the end power generation element portion in the electrical connection portion and the power generation element portion adjacent to the end power generation element portion. The portion where the cross-sectional area (in the direction perpendicular to the direction in which electricity flows) is electrically connected between the adjacent power generation element portions other than the end power generation element portions in the electrical connection portion It is preferable that the cross-sectional area is larger.

上記本発明の特徴に係る構成では、端部発電素子部の面積のみが大きいことに起因して、前記「電気的接続部」を構成する「長手方向に隣接する発電素子部を電気的に接続する複数の部分」のうち、前記端部接続部分のみの長手方向の長さが、それ以外の残りの部分の長手方向の長さと比べて長くなり易い。換言すれば、前記端部接続部分のみの抵抗が、それ以外の残りの部分の抵抗と比べて大きくなり易い。これに対し、上記構成によれば、前記端部接続部分の断面積が大きいので、前記端部接続部分の抵抗を小さくすることができる。この結果、燃料電池全体として発電効率を高めることができる。   In the configuration according to the above feature of the present invention, only the power generation element portion adjacent in the longitudinal direction is electrically connected, which constitutes the “electrical connection portion” because only the area of the end power generation element portion is large. Among the plurality of portions, the length in the longitudinal direction of only the end connection portion is likely to be longer than the length in the longitudinal direction of the remaining portions. In other words, the resistance of only the end connection portion is likely to be larger than the resistance of the remaining portions. On the other hand, according to the said structure, since the cross-sectional area of the said edge part connection part is large, the resistance of the said edge part connection part can be made small. As a result, the power generation efficiency of the fuel cell as a whole can be increased.

本発明に係る燃料電池を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a fuel cell according to the present invention. 図1の2−2線に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the 2-2 line of FIG. 図2の一部を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which a part of FIG. 2 was expanded. 図2の4−4線に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to line 4-4 of FIG. 図1に示す支持基板の凹部に埋設された燃料極及びインターコネクタの状態を示した平面図である。It is the top view which showed the state of the fuel electrode and interconnector which were embed | buried under the recessed part of the support substrate shown in FIG. 図2の6−6線に対応する断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to line 6-6 in FIG. 図1に示す燃料電池の作動状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation state of the fuel cell shown in FIG. 図1に示す燃料電池の作動状態における電流の流れを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow of the electric current in the operating state of the fuel cell shown in FIG. 図1に示す支持基板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the support substrate shown in FIG. 図1に示す燃料電池の製造過程における第1段階における図3に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in a first stage in the manufacturing process of the fuel cell shown in FIG. 1. 図1に示す燃料電池の製造過程における第2段階における図3に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in a second stage in the manufacturing process of the fuel cell shown in FIG. 1. 図1に示す燃料電池の製造過程における第3段階における図3に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in a third stage in the manufacturing process of the fuel cell shown in FIG. 1. 図1に示す燃料電池の製造過程における第4段階における図3に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in a fourth stage in the manufacturing process of the fuel cell shown in FIG. 1. 図1に示す燃料電池の製造過程における第5段階における図3に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in a fifth stage in the manufacturing process of the fuel cell shown in FIG. 1. 図1に示す燃料電池の製造過程における第6段階における図3に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in a sixth stage in the manufacturing process of the fuel cell shown in FIG. 1. 図1に示す燃料電池の製造過程における第7段階における図3に対応する断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in a seventh stage in the manufacturing process of the fuel cell shown in FIG. 1. 図1に示す燃料電池の製造過程における第8段階における図3に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in an eighth stage in the manufacturing process of the fuel cell shown in FIG. 1. 端部発電素子部As以外の複数の発電素子部Aの面積がそれぞれ等しく、且つ、端部発電素子部Asの面積が、端部発電素子部As以外の発電素子部Aの面積より大きいこと、を説明するための図である。The areas of the plurality of power generation element parts A other than the end power generation element part As are equal, and the area of the end power generation element part As is larger than the area of the power generation element part A other than the end power generation element part As, It is a figure for demonstrating. 本発明に係る燃料電池の第1変形例における図2に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 2 in the 1st modification of the fuel cell which concerns on this invention. 図19に示した第1変形例における図18に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 18 in the 1st modification shown in FIG. 本発明に係る燃料電池の第2変形例における図2に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 2 in the 2nd modification of the fuel cell which concerns on this invention. 図21に示した第2変形例における図18に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 18 in the 2nd modification shown in FIG.

(構成)
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。
(Constitution)
1 and 2 show the whole of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged view of a part of the cross section shown in FIG. This SOFC is electrically connected in series to each of the upper and lower surfaces (main surfaces (planes) on both sides parallel to each other) of the flat support substrate 10 having a longitudinal direction (x-axis direction) (this example). Then, the four power generating element portions A are arranged at a predetermined interval in the longitudinal direction, and have a so-called “horizontal stripe type” configuration.

このSOFCの全体を上方からみた形状は、例えば、長手方向の辺の長さが50〜500mmで長手方向に直交する幅方向(y軸方向)の長さが10〜100mmの長方形である。このSOFCの全体の厚さは、1〜5mmである。   The shape of the entire SOFC as viewed from above is, for example, a rectangle whose length in the longitudinal direction is 50 to 500 mm and whose length in the width direction (y-axis direction) perpendicular to the longitudinal direction is 10 to 100 mm. The total thickness of this SOFC is 1-5 mm.

支持基板10は、電子伝導性を有さない多孔質の材料からなる平板状の焼成体である。後述する図9に示すように、支持基板10の内部には、長手方向に延びる複数(本例では、6本)の燃料ガス流路11(貫通孔)が幅方向において所定の間隔をおいて形成されている。また、支持基板10の上下面(両主面)のそれぞれには、各発電素子部Aに対応する箇所に凹部12がそれぞれ形成されている。本例では、各凹部12は、支持基板10の材料からなる底壁と、全周に亘って支持基板10の材料からなる周方向に閉じた側壁(長手方向に沿う2つの側壁と幅方向に沿う2つの側壁)と、で画定された直方体状の窪みである。   The support substrate 10 is a flat plate-like fired body made of a porous material having no electronic conductivity. As shown in FIG. 9 to be described later, a plurality of (six in this example) fuel gas passages 11 (through holes) extending in the longitudinal direction are provided in the support substrate 10 at predetermined intervals in the width direction. Is formed. In addition, in each of the upper and lower surfaces (both main surfaces) of the support substrate 10, recesses 12 are formed at locations corresponding to the respective power generation element portions A. In this example, each recess 12 includes a bottom wall made of the material of the support substrate 10 and side walls closed in the circumferential direction made of the material of the support substrate 10 over the entire circumference (two side walls along the longitudinal direction and the width direction). A rectangular parallelepiped depression defined by two side walls).

支持基板10は、例えば、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、MgO(酸化マグネシウム)とMgAl(マグネシアアルミナスピネル)とから構成されてもよい。 The support substrate 10 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, it may be composed of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or MgO. (Magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) may be used.

支持基板10は、「遷移金属酸化物又は遷移金属」と、絶縁性セラミックスとを含んで構成され得る。「遷移金属酸化物又は遷移金属」としては、NiO(酸化ニッケル)又はNi(ニッケル)が好適である。遷移金属は、燃料ガスの改質反応を促す触媒(炭化水素系のガスの改質触媒)として機能し得る。   The support substrate 10 may be configured to include “transition metal oxide or transition metal” and insulating ceramics. As the “transition metal oxide or transition metal”, NiO (nickel oxide) or Ni (nickel) is suitable. The transition metal can function as a catalyst for promoting a reforming reaction of the fuel gas (hydrocarbon-based gas reforming catalyst).

また、絶縁性セラミックスとしては、MgO(酸化マグネシウム)、又は、「MgAl(マグネシアアルミナスピネル)とMgO(酸化マグネシウム)の混合物」が好適である。また、絶縁性セラミックスとして、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)、Y(イットリア)が使用されてもよい。 Further, as the insulating ceramic, MgO (magnesium oxide) or “mixture of MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) and MgO (magnesium oxide)” is preferable. Further, CSZ (calcia stabilized zirconia), YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), Y 2 O 3 (yttria) may be used as the insulating ceramic.

このように、支持基板10が「遷移金属酸化物又は遷移金属」を含むことによって、改質前の残存ガス成分を含んだガスが多孔質の支持基板10の内部の多数の気孔を介して燃料ガス流路11から燃料極に供給される過程において、上記触媒作用によって改質前の残存ガス成分の改質を促すことができる。加えて、支持基板10が絶縁性セラミックスを含むことによって、支持基板10の絶縁性を確保することができる。この結果、隣り合う燃料極間における絶縁性が確保され得る。支持基板10の厚さは、1〜5mmである。   As described above, since the support substrate 10 contains “transition metal oxide or transition metal”, the gas containing the residual gas component before the reforming is supplied to the fuel through the numerous pores inside the porous support substrate 10. In the process of being supplied from the gas flow path 11 to the fuel electrode, the catalytic action can promote the reforming of the residual gas component before the reforming. In addition, the insulating property of the support substrate 10 can be ensured by the support substrate 10 containing insulating ceramics. As a result, insulation between adjacent fuel electrodes can be ensured. The thickness of the support substrate 10 is 1 to 5 mm.

図3〜図5に示すように、支持基板10の上下面(両主面)に形成された各凹部12には、燃料極集電部21の全体が埋設(充填)されている。従って、各燃料極集電部21は直方体状を呈している。図5に示すように、各燃料極集電部21の上面(外側面)には、凹部21aが形成されている。各凹部21aは、燃料極集電部21の材料からなる底壁と、全周に亘って燃料極集電部21の材料からなる周方向に閉じた側壁(長手方向に沿う2つの側壁と幅方向に沿う2つの側壁)と、で画定された直方体状の窪みである。   As shown in FIGS. 3 to 5, the entire fuel electrode current collector 21 is embedded (filled) in each recess 12 formed on the upper and lower surfaces (both main surfaces) of the support substrate 10. Therefore, each fuel electrode current collector 21 has a rectangular parallelepiped shape. As shown in FIG. 5, a recess 21 a is formed on the upper surface (outer surface) of each fuel electrode current collector 21. Each recess 21a includes a bottom wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 and a circumferentially closed side wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 (two side walls and a width along the longitudinal direction). Two side walls extending in the direction), and a rectangular parallelepiped-shaped depression.

各凹部21aには、燃料極活性部22の全体が埋設(充填)されている。従って、各燃料極活性部22は直方体状を呈している。燃料極集電部21と燃料極活性部22とにより燃料極20が構成される。燃料極20(燃料極集電部21+燃料極活性部22)は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。各燃料極活性部22の前記「周方向に閉じた側壁」の全周と底面とは、凹部21b内で燃料極集電部21と接触している。   The entire anode active portion 22 is embedded (filled) in each recess 21a. Accordingly, each fuel electrode active portion 22 has a rectangular parallelepiped shape. A fuel electrode 20 is configured by the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active unit 22. The fuel electrode 20 (fuel electrode current collector 21 + fuel electrode active part 22) is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The entire circumference and bottom surface of the “side wall closed in the circumferential direction” of each anode active portion 22 are in contact with the anode current collector 21 in the recess 21b.

図5に示すように、各燃料極集電部21の上面(外側面)における凹部21aを除いた部分には、凹部21bが形成されている。各凹部21bは、燃料極集電部21の材料からなる底壁と、全周に亘って燃料極集電部21の材料からなる周方向に閉じた側壁(長手方向に沿う2つの側壁と幅方向に沿う2つの側壁)と、で画定された直方体状の窪みである。   As shown in FIG. 5, a recess 21 b is formed on the upper surface (outer surface) of each fuel electrode current collector 21 except for the recess 21 a. Each recess 21b includes a bottom wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 and a side wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 over the entire circumference (two side walls and a width along the longitudinal direction). Two side walls extending in the direction), and a rectangular parallelepiped-shaped depression.

各凹部21bには、インターコネクタ30の全体が埋設(充填)されている。従って、各インターコネクタ30は直方体状を呈している。インターコネクタ30は、電子伝導性を有する緻密質材料からなる焼成体である。各インターコネクタ30の前記「周方向に閉じた側壁」の全周と底面とは、凹部21b内で燃料極集電部21と接触している。   The entire interconnector 30 is embedded (filled) in each recess 21b. Accordingly, each interconnector 30 has a rectangular parallelepiped shape. The interconnector 30 is a fired body made of a dense material having electronic conductivity. The entire circumference and bottom surface of the “circumferentially closed sidewall” of each interconnector 30 are in contact with the fuel electrode current collector 21 in the recess 21b.

図3に示すように、燃料極20(燃料極集電部21及び燃料極活性部22)の上面(外側面)と、インターコネクタ30の上面(外側面)と、支持基板10の主面とにより、1つの平面(凹部12が形成されていない場合の支持基板10の主面と同じ平面)が構成されている。即ち、燃料極20の上面とインターコネクタ30の上面と支持基板10の主面との間で、段差が形成されていない。   As shown in FIG. 3, the upper surface (outer surface) of the fuel electrode 20 (the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active unit 22), the upper surface (outer surface) of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10 Thus, one plane (the same plane as the main surface of the support substrate 10 when the recess 12 is not formed) is configured. That is, no step is formed between the upper surface of the fuel electrode 20, the upper surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10.

燃料極活性部22は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、NiO(酸化ニッケル)とGDC(ガドリニウムドープセリア)とから構成されてもよい。燃料極集電部21は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とCSZ(カルシア安定化ジルコニア)とから構成されてもよい。燃料極活性部22の厚さは、5〜30μmであり、燃料極集電部21の厚さ(即ち、凹部12の深さ)は、50〜500μmである。 The fuel electrode active part 22 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or you may comprise from NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium dope ceria). The fuel electrode current collector 21 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, it may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or may be composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). The thickness of the anode active portion 22 is 5 to 30 μm, and the thickness of the anode current collecting portion 21 (that is, the depth of the recess 12) is 50 to 500 μm.

このように、燃料極集電部21は、電子伝導性を有する物質を含んで構成される。燃料極活性部22は、電子伝導性を有する物質と酸素イオン伝導性を有する物質とを含んで構成される。燃料極活性部22における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」は、燃料極集電部21における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」よりも大きい。   As described above, the fuel electrode current collector 21 includes a substance having electronic conductivity. The fuel electrode active part 22 includes a substance having electron conductivity and a substance having oxygen ion conductivity. The “volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the entire volume excluding the pore portion” in the anode active portion 22 is “having oxygen ion conductivity with respect to the entire volume excluding the pore portion” in the anode current collecting portion 21. It is larger than the “volume ratio of the substance”.

インターコネクタ30は、例えば、LaCrO(ランタンクロマイト)から構成され得る。或いは、(Sr,La)TiO(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコネクタ30の厚さは、10〜100μmである。 The interconnector 30 can be composed of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, it may be composed of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 30 is 10 to 100 μm.

燃料極20及びインターコネクタ30がそれぞれの凹部12に埋設された状態の支持基板10における長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタ30が形成されたそれぞれの部分の中央部を除いた全面は、固体電解質膜40により覆われている。即ち、固体電解質膜40は、発電素子部Aの内部から支持基板10の表面を覆うように発電素子部Aの外部へ延びている。換言すれば、固体電解質膜40は、支持基板10の表裏の各主面における発電素子部Aが設けられた領域を除いた部分、及び、支持基板10の側端面(幅方向(y軸方向)の両端面)を覆うように設けられている。ここで、固体電解質膜40における「支持基板10の表裏の各主面における発電素子部Aが設けられた領域を除いた部分、及び、支持基板10の側端面(幅方向(y軸方向)の両端面)を覆う部分」が、「緻密質膜」に対応する。   The entire surface excluding the central portion of each portion where the plurality of interconnectors 30 are formed on the outer peripheral surface extending in the longitudinal direction of the support substrate 10 in a state where the fuel electrode 20 and the interconnector 30 are embedded in the respective recesses 12, The solid electrolyte membrane 40 is covered. That is, the solid electrolyte membrane 40 extends from the inside of the power generation element portion A to the outside of the power generation element portion A so as to cover the surface of the support substrate 10. In other words, the solid electrolyte membrane 40 is a portion excluding the region where the power generating element part A is provided on each of the main surfaces on the front and back sides of the support substrate 10 and the side end surface (width direction (y-axis direction)) of the support substrate 10. Are provided so as to cover the both end faces of the head. Here, in the solid electrolyte membrane 40, “a portion excluding the region where the power generating element portion A is provided on each of the main surfaces on the front and back sides of the support substrate 10 and the side end surface (width direction (y-axis direction) of the support substrate 10”. “Parts covering both end faces” correspond to “dense film”.

固体電解質膜40は、イオン伝導性を有する緻密質材料からなる焼成体である。固体電解質膜40は、例えば、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)から構成され得る。即ち、固体電解質膜40は、ジルコニア(ZrO)を含む。固体電解質膜40の厚さは、3〜50μmである。 The solid electrolyte membrane 40 is a fired body made of a dense material having ion conductivity. The solid electrolyte membrane 40 can be made of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). That is, the solid electrolyte membrane 40 contains zirconia (ZrO 2 ). The thickness of the solid electrolyte membrane 40 is 3 to 50 μm.

このように、支持基板10の表裏の各主面の全域、及び、支持基板10の側端面は、インターコネクタ30と、固体電解質膜40(発電素子部Aの内部(一部)に相当する部分、及び、発電素子部Aの外部に相当する部分(前記「緻密質膜」)を含む)と、で構成された「緻密質からなる膜」により覆われている。この「緻密質からなる膜」は、膜の内側の空間を流れる燃料ガスと膜の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。このガスシール機能を発揮するため、この「緻密質からなる膜」(インターコネクタ30+固体電解質膜40)の気孔率は、10%以下である。この「緻密質からなる膜」が、「シール部」の一部に対応する。   Thus, the whole area of each main surface of the front and back of the support substrate 10 and the side end surface of the support substrate 10 are portions corresponding to the interconnector 30 and the solid electrolyte membrane 40 (inside (part) of the power generation element portion A). And a portion corresponding to the outside of the power generation element portion A (including the “dense film”) and a “dense film” composed of the dense element. This “dense membrane” exhibits a gas sealing function that prevents mixing of the fuel gas flowing in the space inside the membrane and the air flowing in the space outside the membrane. In order to exhibit this gas sealing function, the porosity of this “membrane made of dense material” (interconnector 30 + solid electrolyte membrane 40) is 10% or less. This “dense film” corresponds to a part of the “seal portion”.

なお、図2に示すように、本例では、固体電解質膜40が、燃料極20(集電部21+活性部22)の上面、インターコネクタ30の上面の中央部、及び支持基板10の主面を覆っている。ここで、上述したように、燃料極20の上面とインターコネクタ30の上面と支持基板10の主面との間で段差が形成されていない。従って、固体電解質膜40が平坦化されている。この結果、固体電解質膜40に段差が形成される場合に比して、応力集中に起因する固体電解質膜40でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜40が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。   As shown in FIG. 2, in this example, the solid electrolyte membrane 40 includes the upper surface of the fuel electrode 20 (current collector 21 + active portion 22), the central portion of the upper surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10. Covering. Here, as described above, no step is formed between the upper surface of the fuel electrode 20, the upper surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10. Therefore, the solid electrolyte membrane 40 is flattened. As a result, compared with the case where a step is formed in the solid electrolyte membrane 40, the generation of cracks in the solid electrolyte membrane 40 due to stress concentration can be suppressed, and the gas sealing function of the solid electrolyte membrane 40 is reduced. Can be suppressed.

固体電解質膜40における各燃料極活性部22と接している箇所の上面には、反応防止膜50を介して空気極60が形成されている。反応防止膜50は、緻密質材料からなる焼成体であり、空気極60は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極60を上方からみた形状は、燃料極活性部22と略同一の長方形である。   An air electrode 60 is formed on the upper surface of a portion in contact with each fuel electrode active part 22 in the solid electrolyte membrane 40 via a reaction preventing film 50. The reaction preventing film 50 is a fired body made of a dense material, and the air electrode 60 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The shape of the air electrode 60 viewed from above is substantially the same rectangle as the fuel electrode active part 22.

反応防止膜50は、例えば、GDC=(Ce,Gd)O(ガドリニウムドープセリア)、及び、SDC=(Ce,Sm)O(サマリウムドープセリア)等の希土類元素を含むセリアを含む緻密質材料で構成される。反応防止膜50の厚さは、3〜50μmである。反応防止膜50の気孔率は、10%以下である。本実施形態では、緻密質材料からなる反応防止膜50は、前記「シール部」の残りの一部に対応する。即ち、本実施形態において、前記「シール部」は、インターコネクタ30と、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)と、反応防止膜50と、により構成される。 The reaction preventing film 50 is a dense material containing ceria containing rare earth elements such as GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium doped ceria) and SDC = (Ce, Sm) O 2 (samarium doped ceria). Composed of materials. The thickness of the reaction preventing film 50 is 3 to 50 μm. The porosity of the reaction preventing film 50 is 10% or less. In the present embodiment, the reaction preventing film 50 made of a dense material corresponds to the remaining part of the “seal part”. In other words, in the present embodiment, the “seal portion” includes the interconnector 30, the solid electrolyte membrane 40 (including portions corresponding to the inside and outside of the power generation element portion A), and the reaction preventing membrane 50. .

空気極60は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、LSF=(La,Sr)FeO(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O(ランタンニッケルフェライト)、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)等から構成されてもよい。また、空気極60は、LSCFからなる第1層(内側層)とLSCからなる第2層(外側層)との2層によって構成されてもよい。空気極60の厚さは、10〜100μmである。 The air electrode 60 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, from LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite), LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite), etc. It may be configured. Further, the air electrode 60 may be configured by two layers of a first layer (inner layer) made of LSCF and a second layer (outer layer) made of LSC. The thickness of the air electrode 60 is 10 to 100 μm.

なお、固体電解質膜40と空気極60との間に反応防止膜50が介装されるのは、SOFC作製時又は作動中のSOFC内において固体電解質膜40内のYSZと空気極60内のSrとが反応して固体電解質膜40と空気極60との界面に電気抵抗が大きい反応層(SrZrO)が形成される現象の発生を抑制するためである。 Note that the reaction preventing film 50 is interposed between the solid electrolyte membrane 40 and the air electrode 60 because the YSZ in the solid electrolyte membrane 40 and the Sr in the air electrode 60 in the SOFC being manufactured or in operation. This is to suppress the occurrence of a phenomenon in which a reaction layer (SrZrO 3 ) having a large electric resistance is formed at the interface between the solid electrolyte membrane 40 and the air electrode 60 due to the reaction.

ここで、燃料極20(特に、燃料極活性部22)と、固体電解質膜40と、反応防止膜50と、空気極60とが積層されてなる積層体(より具体的には、その積層体における、燃料極活性部22と空気極60とが向かい合う領域)が、「発電素子部A」に対応する(図2及び図3を参照)。本実施形態では、図2に示すように、支持基板10の上下面のそれぞれにて、複数(本例では、4つ)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ている。   Here, a laminated body in which the fuel electrode 20 (particularly, the fuel electrode active part 22), the solid electrolyte membrane 40, the reaction preventing film 50, and the air electrode 60 are laminated (more specifically, the laminated body). The region where the fuel electrode active part 22 and the air electrode 60 face each other) corresponds to the “power generation element part A” (see FIGS. 2 and 3). In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a plurality (four in this example) of power generation element portions A are arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction on each of the upper and lower surfaces of the support substrate 10. ing.

図2に示すように、隣り合う発電素子部A,Aについて、一方の発電素子部Aの空気極60と、他方の発電素子部Aのインターコネクタ30とを跨ぐように、空気極60、固体電解質膜40(=前記「緻密質膜」)、及び、インターコネクタ30の上面に、空気極集電膜70が形成されている。空気極集電膜70は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極集電膜70を上方からみた形状は、長方形である。   As shown in FIG. 2, for the adjacent power generation element portions A and A, the air electrode 60, the solid state so as to straddle the air electrode 60 of one power generation element portion A and the interconnector 30 of the other power generation element portion A. An air electrode current collecting film 70 is formed on the electrolyte film 40 (= the “dense film”) and the upper surface of the interconnector 30. The air electrode current collector film 70 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The shape of the air electrode current collector film 70 as viewed from above is a rectangle.

空気極集電膜70は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)から構成されてもよい。或いは、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)から構成されてもよい。或いは、La(Ni、Fe、Cu)Oで構成されてもよい。即ち、空気極集電膜70は、ストロンチウム(Sr)又はランタン(La)を含む。空気極集電膜70の厚さは、50〜500μmである。 The air electrode current collector film 70 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite) may be used. Or you may comprise from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy). Alternatively, it may be composed of La (Ni, Fe, Cu) O 3 . That is, the air electrode current collector film 70 contains strontium (Sr) or lanthanum (La). The thickness of the air electrode current collector film 70 is 50 to 500 μm.

このように各空気極集電膜70が形成されることにより、図2に示すように、各組の隣り合う発電素子部A,Aについて、一方の発電素子部Aの空気極60と、他方の発電素子部Aの燃料極20(特に、燃料極集電部21)とが、電子伝導性を有する「空気極集電膜70及びインターコネクタ30」を介して電気的に接続される。この結果、支持基板10の上下面のそれぞれに配置されている複数(本例では、4つ)の発電素子部Aが、電気的に直列に接続される。   By forming each air electrode current collecting film 70 in this manner, as shown in FIG. 2, the air electrode 60 of one power generation element part A and the other of the adjacent power generation element parts A and A, as shown in FIG. The fuel electrode 20 (particularly, the fuel electrode current collector 21) of the power generation element part A is electrically connected via the “air electrode current collector film 70 and the interconnector 30” having electronic conductivity. As a result, a plurality (four in this example) of power generation element portions A disposed on the upper and lower surfaces of the support substrate 10 are electrically connected in series.

ここで、電子伝導性を有する「空気極集電膜70及びインターコネクタ30」が、前記「電気的接続部」に対応する。また、インターコネクタ30は、前記「電気的接続部」における前記「緻密質材料で構成された第1部分」に対応し、気孔率は10%以下である。空気極集電膜70は、前記「電気的接続部」における前記「多孔質材料で構成された第2部分」に対応し、気孔率は20〜60%である。   Here, the “air electrode current collector film 70 and the interconnector 30” having electronic conductivity correspond to the “electrical connection part”. The interconnector 30 corresponds to the “first portion made of a dense material” in the “electrical connection portion” and has a porosity of 10% or less. The air electrode current collecting film 70 corresponds to the “second portion made of a porous material” in the “electrical connection portion”, and has a porosity of 20 to 60%.

図3に示す構成では、反応防止膜50が、発電素子部Aの内部(即ち、固体電解質膜40と空気極60との間の部分)から前記「緻密質膜」(=固体電解質膜40における発電素子部Aの外部に形成された部分)の表面を覆うように(表面に接触するように)発電素子部Aの外部へ延びている。空気極集電膜70が、反応防止膜50(より具体的には、反応防止膜50における発電素子部Aの外部に形成された部分)の表面を覆うように(表面に接触するように)形成されている。換言すれば、空気極集電膜70と固体電解質膜40が向かい合う全ての部分において、反応防止膜50(より具体的には、反応防止膜50における発電素子部Aの外部に形成された部分)が介装されている。   In the configuration shown in FIG. 3, the reaction preventing film 50 is formed from the inside of the power generating element part A (that is, the portion between the solid electrolyte film 40 and the air electrode 60) (= in the solid electrolyte film 40). It extends to the outside of the power generation element part A so as to cover the surface of the part formed outside the power generation element part A) (so as to be in contact with the surface). The air electrode current collecting film 70 covers the surface of the reaction preventing film 50 (more specifically, the portion formed outside the power generating element part A in the reaction preventing film 50) (so as to be in contact with the surface). Is formed. In other words, the reaction preventing film 50 (more specifically, the part formed outside the power generation element part A in the reaction preventing film 50) in all the parts where the air electrode current collecting film 70 and the solid electrolyte film 40 face each other. Is intervening.

図1、図2、及び図6に示すように、支持基板10の長手方向の一端部(x軸負方向の端部)には、支持基板10の表裏の主面における前記長手方向の最も一端側(x軸負方向側)にそれぞれ設けられた発電素子部A同士を電気的に接続する表裏間接続部材80が設けられている。   As shown in FIGS. 1, 2, and 6, one end portion in the longitudinal direction of the support substrate 10 (end portion in the negative x-axis direction) is the one end in the longitudinal direction on the front and back main surfaces of the support substrate 10. A front-back connection member 80 that electrically connects the power generation element portions A provided on the side (x-axis negative direction side) is provided.

表裏間接続部材80は、例えば、空気極集電膜70と同じ材料、即ち、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)、或いは、La(Ni、Fe、Cu)O等で構成され得る。この場合、表裏間接続部材80は、ストロンチウム(Sr)又はランタン(La)を含むペロブスカイト型導電性セラミックスからなる焼成体である。表裏間接続部材80の気孔率は、空気極集電膜70の気孔率と同じであっても異なっていても良い。 The front-back connection member 80 is made of, for example, the same material as the air electrode current collector film 70, that is, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite), LSC = (La, Sr) CoO. 3 (lanthanum strontium cobaltite) or La (Ni, Fe, Cu) O 3 or the like. In this case, the front-back connection member 80 is a fired body made of a perovskite-type conductive ceramic containing strontium (Sr) or lanthanum (La). The porosity of the front / back connection member 80 may be the same as or different from the porosity of the air electrode current collector film 70.

図6に示すように、この例では、表裏間接続部材80は、支持基板10の長手方向の一端部の周囲を周回するように設けられている。従って、表裏間接続部材80は、前記「緻密質膜」における「支持基板10の側端面を覆う部分」(即ち、固体電解質膜40)の表面を覆うように設けられている。   As shown in FIG. 6, in this example, the front-back connection member 80 is provided so as to circulate around one end of the support substrate 10 in the longitudinal direction. Therefore, the front-back connection member 80 is provided so as to cover the surface of the “part covering the side end surface of the support substrate 10” (that is, the solid electrolyte membrane 40) in the “dense membrane”.

この例では、表裏間接続部材80によって電気的に接続された発電素子部Aの反応防止膜50が、表裏間接続部材80と前記「緻密質膜」(即ち、固体電解質膜40)とが向かい合う全ての部分において介装されるように、発電素子部Aの外部へ延びている。換言すれば、支持基板10の長手方向の一端部では、支持基板10の主面及び側端面を覆うように形成された「緻密質膜」(固体電解質膜40)の表面を覆うように反応防止膜50が形成され、その反応防止膜50の表面を覆うように表裏間接続部材80が形成されている。   In this example, the reaction preventing film 50 of the power generating element part A electrically connected by the front-to-back connection member 80 faces the front-back connection member 80 and the “dense film” (that is, the solid electrolyte film 40). It extends to the outside of the power generation element part A so as to be interposed in all parts. In other words, at one end in the longitudinal direction of the support substrate 10, the reaction is prevented so as to cover the surface of the “dense membrane” (solid electrolyte membrane 40) formed so as to cover the main surface and side end surfaces of the support substrate 10. A film 50 is formed, and a front-back connection member 80 is formed so as to cover the surface of the reaction preventing film 50.

図2及び図6に示す例では、表裏間接続部材80は、支持基板10の上下面の一方(図2における上側の主面)に形成された発電素子部Aの空気極60と、支持基板10の上下面の他方(図2における下側の主面)に形成された発電素子部Aの燃料極20(より具体的には、その燃料極20に電気的に接続されたインターコネクタ30)と、を電気的に接続している。即ち、表裏間接続部材80は、支持基板10の上下面に設けられた発電素子部間を電気的に直列に接続している。   In the example shown in FIGS. 2 and 6, the front-back connection member 80 includes the air electrode 60 of the power generation element portion A formed on one of the upper and lower surfaces of the support substrate 10 (upper main surface in FIG. 2), and the support substrate. The fuel electrode 20 of the power generation element portion A formed on the other of the upper and lower surfaces (the lower main surface in FIG. 2) (more specifically, the interconnector 30 electrically connected to the fuel electrode 20). And are electrically connected. That is, the front-back connection member 80 electrically connects the power generation element portions provided on the upper and lower surfaces of the support substrate 10 in series.

以上、説明した「横縞型」のSOFCに対して、図7に示すように、支持基板10の燃料ガス流路11内に燃料ガス(水素ガス等)を流すとともに、支持基板10の上下面(特に、各空気極集電膜70)を「酸素を含むガス」(空気等)に曝す(或いは、支持基板10の上下面に沿って酸素を含むガスを流す)ことにより、固体電解質膜40の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。更に、この構造体を外部の負荷に接続すると、下記(1)、(2)式に示す化学反応が起こり、電流が流れる(発電状態)。
(1/2)・O+2e→O2− (於:空気極60) …(1)
+O2−→HO+2e (於:燃料極20) …(2)
As described above, as shown in FIG. 7, the fuel gas (hydrogen gas or the like) flows through the fuel gas flow path 11 of the support substrate 10 and the upper and lower surfaces of the support substrate 10 ( In particular, by exposing each air electrode current collector film 70) to “a gas containing oxygen” (air or the like) (or flowing a gas containing oxygen along the upper and lower surfaces of the support substrate 10), the solid electrolyte membrane 40 An electromotive force is generated by a difference in oxygen partial pressure generated between the two side surfaces. Furthermore, when this structure is connected to an external load, chemical reactions shown in the following formulas (1) and (2) occur, and current flows (power generation state).
(1/2) · O 2 + 2e → O 2− (where: air electrode 60) (1)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e (in the fuel electrode 20) (2)

発電状態においては、図8に示すように、各組の隣り合う発電素子部A,Aについて、電流が、矢印で示すように流れる。この結果、図7に示すように、このSOFC全体から(具体的には、図7において最も手前側の発電素子部Aのインターコネクタ30と最も奥側の発電素子部Aの空気極60とを介して)電力が取り出される。   In the power generation state, as shown in FIG. 8, current flows as indicated by an arrow in each pair of adjacent power generation element portions A and A. As a result, as shown in FIG. 7, the entire SOFC (specifically, the interconnector 30 of the power generating element portion A on the front side in FIG. 7 and the air electrode 60 of the power generating element portion A on the farthest side in FIG. Power).

(製造方法)
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。
(Production method)
Next, an example of a method for manufacturing the “horizontal stripe type” SOFC shown in FIG. 1 will be briefly described with reference to FIGS. 9 to 17, “g” at the end of the reference numeral of each member represents that the member is “before firing”.

先ず、図9に示す形状を有する支持基板の成形体10gが作製される。この支持基板の成形体10gは、例えば、支持基板10の材料(例えば、CSZ)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、押し出し成形、切削等の手法を利用して作製され得る。以下、図9に示す10−10線に対応する部分断面を表す図10〜図17を参照しながら説明を続ける。   First, a support substrate molded body 10g having the shape shown in FIG. 9 is produced. The molded body 10g of the support substrate is manufactured by using a method such as extrusion molding or cutting using a slurry obtained by adding a binder or the like to the material of the support substrate 10 (for example, CSZ). obtain. Hereinafter, the description will be continued with reference to FIGS. 10 to 17 showing partial cross sections corresponding to line 10-10 shown in FIG. 9.

図10に示すように、支持基板の成形体10gが作製されると、次に、図11に示すように、支持基板の成形体10gの上下面に形成された各凹部に、燃料極集電部の成形体21gがそれぞれ埋設・形成される。次いで、図12に示すように、各燃料極集電部の成形体21gの外側面に形成された各凹部に、燃料極活性部の成形体22gがそれぞれ埋設・形成される。各燃料極集電部の成形体21g、及び各燃料極活性部22gは、例えば、燃料極20の材料(例えば、NiとYSZ)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。   When the support substrate molded body 10g is manufactured as shown in FIG. 10, next, as shown in FIG. 11, fuel electrode current collectors are formed in the recesses formed on the upper and lower surfaces of the support substrate molded body 10g. Each of the molded parts 21g is embedded and formed. Next, as shown in FIG. 12, a molded body 22g of the fuel electrode active portion is embedded and formed in each recess formed in the outer surface of the molded body 21g of each fuel electrode current collector. The molded body 21g of each fuel electrode current collector and each of the fuel electrode active parts 22g use, for example, a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the fuel electrode 20 (for example, Ni and YSZ), It is embedded and formed using printing methods.

続いて、図13に示すように、各燃料極集電部の成形体21gの外側面における「燃料極活性部の成形体22gが埋設された部分を除いた部分」に形成された各凹部に、インターコネクタの成形体30gがそれぞれ埋設・形成される。各インターコネクタの成形体30gは、例えば、インターコネクタ30の材料(例えば、LaCrO)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 13, in each recess formed in “a portion excluding the portion where the molded body 22 g of the fuel electrode active portion is embedded” on the outer surface of the molded body 21 g of each fuel electrode current collector. The interconnector molded bodies 30g are respectively embedded and formed. The molded body 30g of each interconnector is embedded and formed by using a slurry obtained by adding a binder or the like to the material of the interconnector 30 (for example, LaCrO 3 ), using a printing method or the like. .

次に、図14に示すように、複数の燃料極の成形体(21g+22g)及び複数のインターコネクタの成形体30gがそれぞれ埋設・形成された状態の支持基板の成形体10gにおける長手方向に延びる外周面(即ち、上下の主面、及び、両側の側端面)において複数のインターコネクタの成形体30gが形成されたそれぞれの部分の中央部を除いた全面に、固体電解質膜の成形膜40gが形成される。固体電解質膜の成形膜40gは、例えば、固体電解質膜40の材料(例えば、YSZ)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法、ディッピング法等を利用して形成される。   Next, as shown in FIG. 14, the outer periphery extending in the longitudinal direction of the molded body 10g of the support substrate in a state where the molded body (21g + 22g) of the plurality of fuel electrodes and the molded body 30g of the plurality of interconnectors are respectively embedded and formed. A solid electrolyte membrane molding film 40g is formed on the entire surface excluding the central portion of each portion where the plurality of interconnector moldings 30g are formed on the surfaces (ie, the upper and lower main surfaces and the side end surfaces on both sides). Is done. The molded membrane 40g of the solid electrolyte membrane is formed using, for example, a printing method, a dipping method, etc., using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the solid electrolyte membrane 40 (for example, YSZ). The

次に、図15に示すように、固体電解質膜の成形体40gの外側面の全域に、反応防止膜の成形膜50gが形成される。各反応防止膜の成形膜50gは、例えば、反応防止膜50の材料(例えば、GDC)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。   Next, as shown in FIG. 15, a reaction preventing film forming film 50 g is formed on the entire outer surface of the solid electrolyte film forming body 40 g. The molded film 50g of each reaction preventing film is formed using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material (for example, GDC) of the reaction preventing film 50, using a printing method or the like.

そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体10gが、空気中にて1500℃で3時間焼成される。これにより、図1に示したSOFCにおいて空気極60及び空気極集電膜70が形成されていない状態の構造体が得られる。以下、この段階の積層焼成体を「中間焼成体」と呼ぶ。   Then, 10 g of the support substrate molded body in which various molded films are thus formed is fired in air at 1500 ° C. for 3 hours. As a result, a structure in which the air electrode 60 and the air electrode current collector film 70 are not formed in the SOFC shown in FIG. 1 is obtained. Hereinafter, the laminated fired body at this stage is referred to as an “intermediate fired body”.

次に、図16に示すように、各反応防止膜50の外側面に、空気極の成形膜60gが形成される。各空気極の成形膜60gは、例えば、空気極60の材料(例えば、LSCF)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。   Next, as shown in FIG. 16, an air electrode forming film 60 g is formed on the outer surface of each reaction preventing film 50. The molded film 60g of each air electrode is formed using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode 60 (for example, LSCF), using a printing method or the like.

次に、図17に示すように、各組の隣り合う発電素子部について、一方の発電素子部の空気極の成形膜60gと、他方の発電素子部のインターコネクタ30とを跨ぐように、空気極の成形膜60g、固体電解質膜40、及び、インターコネクタ30の外側面に、空気極集電膜の成形膜70gが形成される。各空気極集電膜の成形膜70gは、例えば、空気極集電膜70の材料(例えば、LSCF、La(Ni、Fe、Cu)O)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。 Next, as shown in FIG. 17, for each pair of adjacent power generation element portions, air is formed so as to straddle the air electrode forming film 60 g of one power generation element portion and the interconnector 30 of the other power generation element portion. On the outer surface of the electrode forming film 60 g, the solid electrolyte film 40, and the interconnector 30, the air electrode current collecting film forming film 70 g is formed. The molded film 70g of each air electrode current collector film is, for example, a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode current collector film 70 (for example, LSCF, La (Ni, Fe, Cu) O 3 ). Is formed using a printing method or the like.

また、支持基板10の長手方向の一端部においてその周囲を周回するように、表裏間接続部材の成形膜が形成される(図2、及び、図6を参照)。表裏間接続部材の成形膜は、例えば、空気極集電膜70の材料(例えば、LSCF、La(Ni、Fe、Cu)O)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。 Further, a molding film of the front-back connection member is formed so as to go around the periphery of one end of the support substrate 10 in the longitudinal direction (see FIGS. 2 and 6). For example, the molded film of the front-back connection member is made of a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode current collector film 70 (for example, LSCF, La (Ni, Fe, Cu) O 3 ). It is formed using a printing method or the like.

そして、このように成形膜60g、70g、並びに、表裏間接続部材の成形膜が形成された状態の支持基板10が、空気中にて1050℃で3時間焼成される。これにより、図1に示したSOFCが得られる。なお、この時点では、酸素含有雰囲気での焼成により、燃料極20(集電部21+活性部22)中のNi成分が、NiOとなっている。従って、燃料極20(集電部21+活性部22)の電子伝導性を獲得するため、その後、支持基板10側から還元性の燃料ガスが流され、NiOが800〜1000℃で1〜10時間に亘って還元処理される。なお、この還元処理は発電時に行われてもよい。以上、図1に示したSOFCの製造方法の一例について説明した。   And the support substrate 10 in the state in which the molded films 60g and 70g and the molded film of the front-back connection member are thus formed is baked in air at 1050 ° C. for 3 hours. Thereby, the SOFC shown in FIG. 1 is obtained. At this point, the Ni component in the fuel electrode 20 (current collector 21 + active portion 22) is NiO due to firing in an oxygen-containing atmosphere. Therefore, in order to acquire the electron conductivity of the fuel electrode 20 (current collector 21 + active part 22), a reducing fuel gas is then flowed from the support substrate 10 side, and NiO is heated at 800 to 1000 ° C. for 1 to 10 hours. The reduction treatment is performed over a period of time. This reduction process may be performed during power generation. In the above, an example of the manufacturing method of SOFC shown in FIG. 1 was demonstrated.

(作用・効果)
以下、本実施形態の作用・効果について説明する。図2、及び、図18に示すように、支持基板10の表裏のそれぞれについて、支持基板10の長手方向(x軸方向)における燃料ガスの排出側の端部(支持基板の排出側端部)に最も近い発電素子部Aを、特に、「端部発電素子部As」と呼ぶ。また、図2に示すように、前記「電気的接続部」の一部を構成する複数の空気極集電膜70(長手方向に隣接する発電素子部Aを電気的に接続する複数の部分)のうち、「端部発電素子部As」と「端部発電素子部Asに隣接する発電素子部A」とを電気的に接続する空気極集電膜70を、特に、「端部空気極集電膜70s」と呼ぶ。
(Action / Effect)
Hereinafter, the operation and effect of this embodiment will be described. As shown in FIGS. 2 and 18, for each of the front and back surfaces of the support substrate 10, the end portion on the fuel gas discharge side in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 10 (the discharge side end portion of the support substrate). The power generation element portion A that is closest to is particularly referred to as an “end power generation element portion As”. In addition, as shown in FIG. 2, a plurality of air electrode current collector films 70 (a plurality of portions that electrically connect the power generating element portions A adjacent in the longitudinal direction) constituting a part of the “electrical connection portion”. Among them, the air electrode current collector film 70 that electrically connects the “end power generation element portion As” and the “power generation element portion A adjacent to the end power generation element portion As”, This is referred to as “electrofilm 70s”.

上記実施形態では、図2、及び、図18に示すように、支持基板10の表裏のそれぞれについて、長手方向における複数の発電素子部Aに関し、端部発電素子部As以外の複数の(本例では、3つの)発電素子部Aの面積S1がそれぞれ等しく、且つ、端部発電素子部Asの面積S2が面積S1より大きい。この例では、端部発電素子部Asの幅方向(y軸方向)の長さが端部発電素子部As以外の発電素子部Aの幅方向の長さと等しい一方で、端部発電素子部Asの長手方向(x軸方向)の長さが端部発電素子部As以外の発電素子部Aの長手方向の長さより大きいことによって、面積S2が面積S1より大きくなっている。なお、上記実施形態では、図2、及び、図18に示すように、支持基板10の表側の複数の(4つの)発電素子部Aの長手方向の位置が、支持基板10の裏側の対応する発電素子部Aの長手方向の位置とそれぞれ一致している。ここにおいて、「発電素子部Aの長手方向の位置」とは、発電素子部Aが位置する(占める)長手方向の範囲における、燃料ガスの排出側の端部を指す(以下、本明細書にて同じ)。   In the said embodiment, as shown in FIG.2 and FIG.18, about each of the electric power generation element part A in a longitudinal direction about each of the front and back of the support substrate 10, several (this example) other than the edge part electric power generation element part As. Then, the areas S1 of the three power generation element portions A are equal, and the area S2 of the end power generation element portion As is larger than the area S1. In this example, the length in the width direction (y-axis direction) of the end power generation element portion As is equal to the length in the width direction of the power generation element portions A other than the end power generation element portion As, while the end power generation element portion As. Since the length in the longitudinal direction (x-axis direction) is larger than the length in the longitudinal direction of the power generation element portion A other than the end power generation element portion As, the area S2 is larger than the area S1. In the above embodiment, as shown in FIGS. 2 and 18, the positions in the longitudinal direction of the plurality (four) power generation element portions A on the front side of the support substrate 10 correspond to the back side of the support substrate 10. Each of the power generation element portions A coincides with the position in the longitudinal direction. Here, the “position in the longitudinal direction of the power generation element portion A” refers to an end portion on the fuel gas discharge side in the longitudinal direction in which the power generation element portion A is located (occupied) (hereinafter referred to as the present specification). The same).

例えば、「長手方向の複数の発電素子部Aにおける長手方向の両端部に位置するそれぞれの発電素子部Aの面積」が、上記実施形態に係る構成、及び、上記特許文献2に記載された「複数の発電素子部の面積が燃料ガスの流れ方向に沿って順次大きくなる構成」において等しい、という場合を想定する。この場合、上記特許文献2に記載された構成と比較して、上記実施形態に係る構成では、長手方向における複数の発電素子部の個数を大きくすることが可能となる。具体的には、例えば、上記実施形態では、長手方向において4つの発電素子部Aが形成されているが、上記特許文献2に記載の構成では、長手方向において3つ以下の発電素子部Aしか形成され得ない可能性が高い。   For example, “the areas of the respective power generation element portions A located at both ends in the longitudinal direction of the plurality of power generation element portions A in the longitudinal direction” are described in the configuration according to the above embodiment and the above-mentioned Patent Document 2. A case is assumed where the areas of the plurality of power generation element portions are equal in “a configuration in which the areas sequentially increase along the flow direction of the fuel gas”. In this case, as compared with the configuration described in Patent Document 2, the configuration according to the above embodiment can increase the number of the plurality of power generation element portions in the longitudinal direction. Specifically, for example, in the above-described embodiment, four power generation element portions A are formed in the longitudinal direction. However, in the configuration described in Patent Document 2, only three or less power generation element portions A are formed in the longitudinal direction. There is a high possibility that it cannot be formed.

加えて、上記「発明の概要」の欄に記載した上記第1、第2の問題は、実質的には、端部発電素子部Asにて顕著に発生し、それ以外の「支持基板の排出側端部に近い発電素子部A」には顕著に発生しない。従って、端部発電素子部Asのみの面積を増大して、端部発電素子部Asのみの電流密度を小さくすることによって、上記第1、第2の問題は殆ど発生し得なくなる、と考えられる。以上、上記実施形態によれば、上記第1、第2の問題が発生し難く、且つ、「長手方向における複数の発電素子部の個数」が大きいものを提供することができる。   In addition, the first and second problems described in the “Summary of the Invention” section are substantially generated in the end power generation element portion As, and other “support substrate discharge” It does not occur remarkably in the power generation element portion A ”near the side end portion. Therefore, it is considered that the first and second problems can hardly occur by increasing the area of only the end power generation element portion As and reducing the current density of only the end power generation element portion As. . As described above, according to the embodiment, it is possible to provide a device in which the first and second problems are unlikely to occur and the “number of the plurality of power generation element portions in the longitudinal direction” is large.

加えて、上記実施形態では、端部発電素子部Asの面積のみが大きいことに起因して、
前記「電気的接続部」の一部を構成する複数の空気極集電膜70(長手方向に隣接する発電素子部Aを電気的に接続する複数の部分)のうち、端部空気極集電膜70sのみの長手方向(x軸方向)の長さが、それ以外の残りの空気極集電膜70の長手方向の長さと比べて長い。換言すれば、端部空気極集電膜70sのみの抵抗が、それ以外の残りの空気極集電膜70の抵抗と比べて大きくなり易い。この点、上記実施形態によれば、図2に示すように、端部空気極集電膜70sの断面積(電気が流れる方向(長手方向)に対して垂直方向(y−z平面方向)の断面積)が、それ以外の残りの空気極集電膜70の断面積と比べて大きい。従って、端部空気極集電膜70sの抵抗を小さくすることができる。この結果、SOFC全体として発電効率を高めることができる。
In addition, in the above embodiment, only the area of the end power generation element portion As is large,
Of the plurality of air electrode current collector films 70 (a plurality of portions electrically connecting the power generating element portions A adjacent in the longitudinal direction) constituting a part of the “electrical connection part”, the end air electrode current collectors The length in the longitudinal direction (x-axis direction) of only the membrane 70s is longer than the length in the longitudinal direction of the remaining air electrode current collector membrane 70. In other words, the resistance of only the end air electrode current collector film 70s tends to be larger than the resistance of the remaining air electrode current collector films 70. In this regard, according to the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, the cross-sectional area of the end air electrode current collector film 70 s (in the direction (yz plane direction) perpendicular to the direction in which electricity flows (longitudinal direction)). The cross-sectional area) is larger than the cross-sectional area of the remaining air electrode current collector film 70. Accordingly, the resistance of the end air electrode current collector film 70s can be reduced. As a result, the power generation efficiency of the SOFC as a whole can be increased.

(面積S1、S2の最適な割合)
本発明者は、上記実施形態に係るSOFCにおいて、SOFCの限界燃料利用率が、値「S2/S1」と強い相関があることを見出した。以下、このことを確認した試験Aについて説明する。
(Optimal ratio of areas S1, S2)
The present inventor has found that the SOFC limit fuel utilization rate has a strong correlation with the value “S2 / S1” in the SOFC according to the above embodiment. Hereinafter, test A in which this has been confirmed will be described.

<試験A>
この試験Aでは、図1(及び、図2、及び、図18)に示したSOFCについて、面積S1(mm)、及び、面積S2(mm)の組み合わせ、従って、値「S2/S1」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、7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。
<Test A>
In this test A, for the SOFC shown in FIG. 1 (and FIG. 2 and FIG. 18), the combination of the area S1 (mm 2 ) and the area S2 (mm 2 ), and thus the value “S2 / S1”. Several samples with different values were produced. Specifically, as shown in Table 1, seven kinds of levels (combinations) were prepared. Ten samples (N = 10) were made for each level.

Figure 0005752287
Figure 0005752287

各サンプル(図1、図2、及び、図18に示すSOFC)が、上記実施形態と同じ手順で作製された。即ち、先ず、支持基板10、燃料極20(集電部21+活性部22)、インターコネクタ30、固体電解質膜40、及び、反応防止膜50からなる積層体(グリーン体)が共焼成されて、「中間焼成体」が作製された。この「中間焼成体」に、空気極60及び空気極集電膜70(グリーン体)が形成され、空気極60及び空気極集電膜70(グリーン体)が焼成された。この焼成体に対して上述した還元処理が施されて、各サンプルが得られた。   Each sample (SOFC shown in FIGS. 1, 2, and 18) was produced by the same procedure as in the above embodiment. That is, first, a laminate (green body) composed of the support substrate 10, the fuel electrode 20 (the current collector 21 + the active part 22), the interconnector 30, the solid electrolyte film 40, and the reaction prevention film 50 is co-fired, An “intermediate fired body” was produced. The air electrode 60 and the air electrode current collector film 70 (green body) were formed on the “intermediate fired body”, and the air electrode 60 and the air electrode current collector film 70 (green body) were fired. The reduction treatment described above was applied to this fired body, and each sample was obtained.

各サンプルについて、支持基板10の材料としては、MgO−Y、NiO/Ni-MgO−Y、MgO−MgAl、NiO/Ni-MgO−MgAl等が使用された。燃料極集電部21、及び、燃料極活性部22の材料としては、NiO/Ni-YSZ、NiO/Ni-CSZ、NiO/Ni-Y等が使用された。インターコネクタ30の材料としては、LaCrOが採用された。固体電解質膜40の材料としては、YSZ(8YSZ)が採用された。反応防止膜50の材料としては、GDC=(Ce,Gd)O、SDC=(Ce,Sm)O等が採用された。空気極集電膜70の材料としては、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O、LSC=(La,Sr)CoO、La(Ni、Fe、Cu)O等が採用された。 For each sample, MgO—Y 2 O 3 , NiO / Ni—MgO—Y 2 O 3 , MgO—MgAl 2 O 4 , NiO / Ni—MgO—MgAl 2 O 4, etc. are used as the material of the support substrate 10. It was done. NiO / Ni—YSZ, NiO / Ni—CSZ, NiO / Ni—Y 2 O 3 or the like was used as a material for the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active part 22. As a material of the interconnector 30, LaCrO 3 was adopted. As the material of the solid electrolyte membrane 40, YSZ (8YSZ) was adopted. As a material of the reaction preventing film 50, GDC = (Ce, Gd) O 2 , SDC = (Ce, Sm) O 2 or the like was adopted. As a material of the air electrode current collector film 70, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 , LSC = (La, Sr) CoO 3 , La (Ni, Fe, Cu) O 3 or the like is adopted. It was.

各サンプル全体の長手方向(x軸方向)の長さは50〜500mmで、幅方向(y軸方向)の長さは10〜100mmで、厚さ(z軸方向)は1〜5mmであった。端部空気極集電膜70sを除く空気極集電膜70を上方(z軸方向)からみた形状は、長手方向(x軸方向)の長さが10〜40mmで、幅方向(y軸方向)の長さが5〜80mmの長方形であった。端部空気極集電膜70sを上方(z軸方向)からみた形状は、長手方向(x軸方向)の長さが10〜80mmで、幅方向(y軸方向)の長さが5〜80mmの長方形であった。端部空気極集電膜70sを除く空気極集電膜70の厚さは、50〜500μmであった。端部空気極集電膜70sの厚さは、80〜600μmであった。   The length of each sample in the longitudinal direction (x-axis direction) was 50 to 500 mm, the length in the width direction (y-axis direction) was 10 to 100 mm, and the thickness (z-axis direction) was 1 to 5 mm. . The shape of the air electrode current collector film 70 excluding the end air electrode current collector film 70s as viewed from above (z-axis direction) is 10 to 40 mm in the longitudinal direction (x-axis direction), and the width direction (y-axis direction). ) Was a rectangle having a length of 5 to 80 mm. The shape of the end air electrode current collector film 70s as viewed from above (z-axis direction) is 10 to 80 mm in the longitudinal direction (x-axis direction) and 5 to 80 mm in the width direction (y-axis direction). It was a rectangle. The thickness of the air electrode current collector film 70 excluding the end air electrode current collector film 70 s was 50 to 500 μm. The thickness of the end air electrode current collector film 70 s was 80 to 600 μm.

各サンプルについて、支持基板10の表裏の面積S1、並びに、表裏の面積S2が、それぞれ一致していた。また、支持基板10の表側の複数の(4つの)発電素子部Aの長手方向の位置が、支持基板10の裏側の対応する発電素子部Aの長手方向の位置とそれぞれ一致していた。支持基板10の表裏のそれぞれについて、端部発電素子部Asを除く発電素子部Aを上方(z軸方向)からみた形状は、長手方向(x軸方向)の長さが10〜35mmで、幅方向(y軸方向)の長さが5〜80mmの長方形であった。端部発電素子部Asを上方(z軸方向)からみた形状は、長手方向(x軸方向)の長さが10〜45mmで、幅方向(y軸方向)の長さが5〜80mmの長方形であった。端部発電素子部Asの幅方向(y軸方向)の長さは、端部発電素子部As以外の発電素子部Aの幅方向の長さと等しかった。従って、端部発電素子部Asの長手方向(x軸方向)の長さと、端部発電素子部As以外の発電素子部Aの長手方向の長さと、の割合を調整することによって、値「S2/S1」が調整された。   For each sample, the front and back area S1 and the front and back area S2 of the support substrate 10 were the same. Further, the longitudinal positions of the plurality of (four) power generation element portions A on the front side of the support substrate 10 were respectively matched with the corresponding longitudinal positions of the power generation element portions A on the back side of the support substrate 10. For each of the front and back surfaces of the support substrate 10, the shape of the power generation element portion A excluding the end power generation element portion As viewed from above (z-axis direction) has a length in the longitudinal direction (x-axis direction) of 10 to 35 mm and a width. The length of the direction (y-axis direction) was a rectangle of 5 to 80 mm. The shape of the end power generation element portion As viewed from above (z-axis direction) is a rectangle having a length in the longitudinal direction (x-axis direction) of 10 to 45 mm and a length in the width direction (y-axis direction) of 5 to 80 mm. Met. The length in the width direction (y-axis direction) of the end power generation element portion As was equal to the length in the width direction of the power generation element portions A other than the end power generation element portion As. Therefore, the value “S2” is adjusted by adjusting the ratio between the length in the longitudinal direction (x-axis direction) of the end power generation element portion As and the length in the longitudinal direction of the power generation element portions A other than the end power generation element portion As. / S1 "has been adjusted.

この試験Aでは、上記還元処理後の各サンプル(図1、図2、及び、図18に示すSOFC)について、SOFCの限界燃料利用率が計測された。この計測は、「温度が750℃、並びに、端部発電素子部As以外の発電素子部Aを流れる電流の電流密度が0.25A/cm」という条件下にて行われた。この計測の結果は表1に示すとおりである。 In this test A, the limit fuel utilization rate of SOFC was measured for each sample after the reduction treatment (SOFC shown in FIGS. 1, 2, and 18). This measurement was performed under the conditions that the temperature was 750 ° C. and the current density of the current flowing through the power generation element portion A other than the end power generation element portion As was 0.25 A / cm 2 . The results of this measurement are as shown in Table 1.

表1から理解できるように、値「S2/S1」が1.0未満であると、SOFCの限界燃料利用率が大きく低下し、値「S2/S1」が1.0以上且つ1.1未満であると、SOFCの限界燃料利用率が僅かに低下し、一方、値「S2/S1」が1.1以上であると、SOFCの限界燃料利用率が良好となる。このように、値「S2/S1」が小さいときにSOFCの限界燃料利用率が低下するのは、値「S2/S1」が小さいと、端部発電素子部Asを流れる電流の電流密度が相対的に大きくなり、端部発電素子部Asにおいて上述した「第1の問題」(発明の概要の欄を参照)が発生し易くなることに起因する、と考えられる。   As can be understood from Table 1, when the value “S2 / S1” is less than 1.0, the limit fuel utilization rate of SOFC is greatly reduced, and the value “S2 / S1” is 1.0 or more and less than 1.1. In this case, the limit fuel utilization rate of the SOFC is slightly reduced, while if the value “S2 / S1” is 1.1 or more, the limit fuel utilization rate of the SOFC becomes good. Thus, when the value “S2 / S1” is small, the limit fuel utilization rate of the SOFC decreases because when the value “S2 / S1” is small, the current density of the current flowing through the end power generation element portion As is relative. This is considered to be due to the fact that the “first problem” described above (see the summary of the invention) is likely to occur in the end power generation element portion As.

以上より、値「S2/S1」が1.1以上であると、そうでない場合と比べて、SOFCの限界燃料利用率が良好に維持され得る、ということができる。   From the above, it can be said that when the value “S2 / S1” is 1.1 or more, the SOFC limit fuel utilization rate can be maintained better than in the case where the value is not so.

ところで、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、端部発電素子部Asの剥離(特に、支持基板10と燃料極集電部21との界面での剥離)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、端部発電素子部Asの剥離が発生する場合があった。本発明者は、このような端部発電素子部Asの剥離の発生の有無が、値「S2/S1」と強い相関があることを見出した。以下、このことを確認した試験Bについて説明する。   By the way, in the SOFC according to the above-described embodiment, when operated in a normal environment, the end power generation element portion As is peeled (particularly, peeling at the interface between the support substrate 10 and the fuel electrode current collector 21). Does not occur. However, when this SOFC is operated under a severe environment in terms of thermal stress, peeling of the end power generation element portion As may occur. The present inventor has found that the presence or absence of such peeling of the end power generation element portion As has a strong correlation with the value “S2 / S1”. Hereinafter, test B in which this has been confirmed will be described.

<試験B>
この試験Bでも、上記試験Aと同様、図1(及び、図2、及び、図18)に示したSOFCについて、面積S1(mm)、及び、面積S2(mm)の組み合わせ、従って、値「S2/S1」が異なる複数のサンプルが作製された。具体的には、表2に示すように、8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。
<Test B>
In this test B as well as the above test A, for the SOFC shown in FIG. 1 (and FIG. 2 and FIG. 18), the combination of area S1 (mm 2 ) and area S2 (mm 2 ), and therefore A plurality of samples having different values “S2 / S1” were produced. Specifically, as shown in Table 2, eight levels (combinations) were prepared. Ten samples (N = 10) were made for each level.

Figure 0005752287
Figure 0005752287

各サンプル(図1、図2、及び、図18に示すSOFC)の作製手順、並びに、各サンプルの諸元(各構成部材の形状、大きさ、材料等)については、上記試験Aで使用されたサンプルと同様であった。   The production procedure of each sample (SOFC shown in FIGS. 1, 2 and 18) and the specifications of each sample (shape, size, material, etc. of each component) are used in Test A above. It was the same as the sample.

この試験では、各サンプルについて、「燃料極20に還元性の燃料ガスを、空気極60に空気をそれぞれ流通させながら、雰囲気温度を常温から750℃まで2時間30分で上げ、その後、雰囲気温度が750℃で一定にて、定電流発生装置を用いてSOFCに一定の電流を流し(即ち、SOFCを稼働(発電)させ)、その後、燃料ガス及び空気の供給を停止した状態(即ち、SOFCの稼働を停止した状態)で雰囲気温度を750℃から常温まで4時間で下げる」というパターンを「1サイクル」とする、所謂「シャットダウン試験」が、10回繰り返し行われた。そして、各サンプルについて、端部発電素子部Asの剥離の発生の有無が確認された。この確認は、目視、並びに、顕微鏡を使用した観察によってなされた。この結果は表2に示すとおりである。   In this test, for each sample, “reducing fuel gas was passed through the fuel electrode 20 and air was passed through the air electrode 60 while raising the ambient temperature from room temperature to 750 ° C. in 2 hours and 30 minutes. Is constant at 750 ° C., a constant current is supplied to the SOFC using a constant current generator (ie, the SOFC is operated (power generation)), and then the supply of fuel gas and air is stopped (ie, the SOFC The so-called “shutdown test” was repeated 10 times, with the pattern of “decreasing the ambient temperature from 750 ° C. to room temperature in 4 hours” with “one cycle” in a state where the operation of the system was stopped). And about each sample, the presence or absence of generation | occurrence | production of peeling of the edge part electric power generation element part As was confirmed. This confirmation was made by visual observation as well as observation using a microscope. The results are as shown in Table 2.

表2から理解できるように、値「S2/S1」が2.2より大きいと、値「S2/S1」が2.2以下である場合と比べて、端部発電素子部Asの剥離が発生し易い。これは以下の理由に基づく、と考えられる。即ち、上記カットダウン試験では、支持基板10及び燃料極20は、燃料極20に還元性の燃料ガスが供給されている状態では還元雰囲気に曝される一方で、燃料ガスの供給が停止された状態では酸化雰囲気に曝され得る。このため、支持基板10及び燃料極20には、Niの酸化・還元に起因する寸法変化が発生する。支持基板10及び燃料極20の間では、Niの酸化・還元に起因する寸法変化率に差異がある。加えて、上記カットダウン試験では、支持基板10及び燃料極20の雰囲気温度が大きく変動する。このため、支持基板10及び燃料極20には、熱歪に起因する寸法変化が発生する。支持基板10及び燃料極20の間では、熱歪に起因する寸法変化率に差異がある。以上より、支持基板10と燃料極集電部21との界面では、酸化・還元、及び、熱歪に起因する両者の寸法変化量に差異が生じ得る。ここで、値「S2/S1」が大きいと、端部発電素子部Asの燃料極集電部21と支持基板10との界面の面積が相対的に大きくなるので、端部発電素子部Asの燃料極集電部21と支持基板10との界面における、酸化・還元、及び、熱歪に起因する両者の寸法変化量の差異が大きくなる。この結果、端部発電素子部Asの剥離(特に、支持基板10と燃料極集電部21との界面での剥離)が発生し易くなる、と考えられる。   As can be understood from Table 2, when the value “S2 / S1” is larger than 2.2, the end power generation element portion As is peeled off as compared with the case where the value “S2 / S1” is 2.2 or less. Easy to do. This is considered based on the following reasons. That is, in the above-described cut-down test, the support substrate 10 and the fuel electrode 20 are exposed to the reducing atmosphere in a state where the reducing fuel gas is supplied to the fuel electrode 20, while the supply of the fuel gas is stopped. In the state, it can be exposed to an oxidizing atmosphere. For this reason, the support substrate 10 and the fuel electrode 20 undergo dimensional changes due to Ni oxidation / reduction. Between the support substrate 10 and the fuel electrode 20, there is a difference in the rate of dimensional change caused by Ni oxidation / reduction. In addition, in the cut-down test, the ambient temperature of the support substrate 10 and the fuel electrode 20 varies greatly. For this reason, a dimensional change due to thermal strain occurs in the support substrate 10 and the fuel electrode 20. There is a difference in the rate of dimensional change caused by thermal strain between the support substrate 10 and the fuel electrode 20. From the above, at the interface between the support substrate 10 and the fuel electrode current collector 21, there may be a difference in the amount of dimensional change between both due to oxidation / reduction and thermal strain. Here, when the value “S2 / S1” is large, the area of the interface between the fuel electrode current collector 21 and the support substrate 10 of the end power generation element portion As is relatively large, and thus the end power generation element portion As of The difference in the amount of dimensional change between the fuel electrode current collector 21 and the support substrate 10 due to oxidation / reduction and thermal strain increases. As a result, it is considered that separation of the end power generation element portion As (especially, separation at the interface between the support substrate 10 and the fuel electrode current collector 21) is likely to occur.

以上より、値「S2/S1」が2.2以下であると、そうでない場合と比べて、端部発電素子部Asの剥離(特に、支持基板10と燃料極集電部21との界面での剥離)が発生し難い、ということができる。以上、試験A、Bの結果から、値「S2/S1」が1.1〜2.2であるとき、そうでない場合と比べて、SOFCの限界燃料利用率が良好であり、且つ、端部発電素子部Asの剥離が発生し難い、といえる。   From the above, when the value “S2 / S1” is 2.2 or less, compared with the case where the value is not so, separation of the end power generation element portion As (particularly at the interface between the support substrate 10 and the fuel electrode current collector 21). It can be said that the detachment of the film is difficult to occur. As described above, from the results of tests A and B, when the value “S2 / S1” is 1.1 to 2.2, the limit fuel utilization rate of the SOFC is good and the end portion is compared to the case where the value is not so. It can be said that exfoliation of the power generation element portion As hardly occurs.

なお、本発明者は、通常の条件・環境下(例えば、常温から750℃まで4時間で上げた後に750℃から常温まで12時間で下げるパターン)にて上記実施形態が使用される場合、値「S2/S1」が2.2より大きくても、上述した端部発電素子部Asの剥離が発生しないこと、を別途確認している。   In addition, the present inventor has values when the above embodiment is used under normal conditions and environment (for example, a pattern in which the temperature is raised from room temperature to 750 ° C. in 4 hours and then lowered from 750 ° C. to room temperature in 12 hours). It has been separately confirmed that even when “S2 / S1” is larger than 2.2, the above-described end power generation element portion As does not peel off.

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、図2及び図18に示すように、支持基板10の表裏のそれぞれについて、長手方向において複数の発電素子部A(複数の発電素子部A(面積S1)と、端部発電素子部As(面積S2))が形成されているが、図19及び図20に示すように、支持基板10の表裏の一方側にのみ、長手方向において複数の発電素子部A(複数の発電素子部A(面積S1)と、端部発電素子部As(面積S2))が形成されていてもよい。この場合も、上記実施形態と同様、値「S2/S1」が1.1〜2.2であるとき、そうでない場合と比べて、SOFCの限界燃料利用率が良好であり、且つ、端部発電素子部Asの剥離が発生し難い、ことが判明している。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, as shown in FIGS. 2 and 18, for each of the front and back sides of the support substrate 10, a plurality of power generation element portions A (a plurality of power generation element portions A (area S <b> 1) and end portions in the longitudinal direction) The power generation element portion As (area S2)) is formed, but as shown in FIGS. 19 and 20, a plurality of power generation element portions A (a plurality of power generation elements A in the longitudinal direction are provided only on one side of the front and back of the support substrate 10. The element part A (area S1) and the end power generation element part As (area S2)) may be formed. Also in this case, as in the above-described embodiment, when the value “S2 / S1” is 1.1 to 2.2, the limit fuel utilization rate of the SOFC is good and the end portion is compared to the case where the value is not so. It has been found that peeling of the power generating element portion As hardly occurs.

また、上記実施形態では、図2、及び、図18に示すように、支持基板10の表側の複数の(4つの)発電素子部Aの長手方向の位置が、支持基板10の裏側の対応する発電素子部Aの長手方向の位置とそれぞれ一致しているが、図21、及び、図22に示すように、支持基板10の表側の複数の(4つの)発電素子部Aの長手方向の位置が、支持基板10の裏側の対応する発電素子部Aの長手方向の位置に対して長手方向の同じ側にそれぞれずれていてもよい。図21、及び、図22に示す例では、支持基板10の表側の複数の(4つの)発電素子部Aの長手方向の位置が、支持基板10の裏側の対応する発電素子部Aの長手方向の位置に対して、長手方向において燃料ガスの排出側にそれぞれずれている。即ち、支持基板10の表側の端部発電素子部Asが、支持基板10の裏側の端部発電素子部Asと比べて、長手方向において燃料ガスの排出側に配置されている。   Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG.2 and FIG.18, the position of the longitudinal direction of several (4) electric power generation element part A of the front side of the support substrate 10 respond | corresponds on the back side of the support substrate 10. FIG. Although it corresponds with the position of the longitudinal direction of the electric power generation element part A respectively, as shown in FIG.21 and FIG.22, the position of the longitudinal direction of several (4) electric power generation element part A of the front side of the support substrate 10 is shown. However, they may be shifted to the same longitudinal side with respect to the longitudinal position of the corresponding power generation element portion A on the back side of the support substrate 10. In the example shown in FIGS. 21 and 22, the longitudinal positions of the (four) power generation element portions A on the front side of the support substrate 10 are the longitudinal directions of the corresponding power generation element portions A on the back side of the support substrate 10. Are shifted to the fuel gas discharge side in the longitudinal direction. That is, the end power generation element portion As on the front side of the support substrate 10 is arranged on the fuel gas discharge side in the longitudinal direction as compared with the end power generation element portion As on the back side of the support substrate 10.

図21、及び、図22に示す例では、支持基板10の表側の端部発電素子部Asの面積S2が、支持基板10の表側の端部発電素子部As以外の複数の発電素子部Aの面積S1より大きく、支持基板10の裏側の端部発電素子部Asの面積S2’が、支持基板10の裏側の端部発電素子部As以外の複数の発電素子部Aの面積S1より大きく、且つ、支持基板10の表側の端部発電素子部Asの面積S2より小さい、ことが好ましい。支持基板10の表裏の面積S1は、同じであっても異なっていてもよい。   In the example shown in FIG. 21 and FIG. 22, the area S2 of the front-side end power generation element portion As of the support substrate 10 has a plurality of power generation element portions A other than the front-end end power generation element portion As of the support substrate 10. The area S2 ′ of the end power generation element portion As on the back side of the support substrate 10 is larger than the area S1, and is larger than the areas S1 of the plurality of power generation element portions A other than the end power generation element portion As on the back side of the support substrate 10, and It is preferable that the area is smaller than the area S2 of the end power generation element portion As on the front side of the support substrate 10. The front and back areas S1 of the support substrate 10 may be the same or different.

また、上記実施形態においては、燃料極20が燃料極集電部21と燃料極活性部22との2層で構成されているが、燃料極20が燃料極活性部22に相当する1層で構成されてもよい。   Further, in the above embodiment, the fuel electrode 20 is composed of two layers of the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active portion 22, but the fuel electrode 20 is a single layer corresponding to the fuel electrode active portion 22. It may be configured.

加えて、上記実施形態においては、支持基板10が「長手方向を有する平板状」を呈しているが、支持基板が「長手方向を有する円筒状」を呈していても良い。   In addition, in the above-described embodiment, the support substrate 10 has a “flat shape having a longitudinal direction”, but the support substrate may have a “cylindrical shape having a longitudinal direction”.

10…支持基板、12…凹部、20…燃料極、21…燃料極集電部、21a、21b…凹部、22…燃料極活性部、30…インターコネクタ、40…固体電解質膜、50…反応防止膜、60…空気極、70…空気極集電膜、70s…端部空気極集電膜、A…発電素子部、As…端部発電素子部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Support substrate, 12 ... Recess, 20 ... Fuel electrode, 21 ... Fuel electrode current collector, 21a, 21b ... Recess, 22 ... Fuel electrode active part, 30 ... Interconnector, 40 ... Solid electrolyte membrane, 50 ... Reaction prevention Membrane, 60 ... Air electrode, 70 ... Air electrode current collector film, 70s ... End air electrode current collector film, A ... Power generation element part, As ... End power generation element part

Claims (2)

長手方向を有し、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、
前記支持基板の表面における前記長手方向に沿った互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、それぞれが、少なくとも燃料極、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電気的接続部と、
を備えた、燃料電池であって、
前記複数の発電素子部のうち前記支持基板の前記長手方向における前記ガス流路内を流れる燃料ガスの排出側の端部に最も近い前記発電素子部である端部発電素子部以外の残りの複数の発電素子部の発電に寄与する面積がそれぞれ第1面積であり、前記端部発電素子部の発電に寄与する面積が前記第1面積より大きい第2面積であり、
前記電気的接続部における前記端部発電素子部と前記端部発電素子部に隣接する前記発電素子部とを電気的に接続する部分の断面積が、前記電気的接続部における前記端部発電素子部以外の隣接する前記発電素子部同士を電気的に接続する部分の断面積より大きい、燃料電池。
A support substrate having a longitudinal direction and having a gas flow path formed therein along the longitudinal direction;
A plurality of power generating element portions each provided at a plurality of locations separated from each other along the longitudinal direction on the surface of the support substrate, each of which is formed by laminating at least a fuel electrode, a solid electrolyte membrane, and an air electrode;
An electrical connection portion that electrically connects one fuel electrode and the other air electrode of the adjacent power generation element portions;
A fuel cell comprising:
Among the plurality of power generation element portions, the remaining plurality other than the end power generation element portion which is the power generation element portion closest to the end portion on the discharge side of the fuel gas flowing in the gas flow path in the longitudinal direction of the support substrate The areas contributing to the power generation of the power generation element part are first areas, and the area contributing to the power generation of the end power generation element part is a second area larger than the first area,
The cross-sectional area of the portion that electrically connects the end power generation element portion and the power generation element portion adjacent to the end power generation element portion in the electrical connection portion is the end power generation element in the electrical connection portion. A fuel cell having a larger cross-sectional area than a portion that electrically connects adjacent power generating element portions other than the portion.
請求項1に記載の燃料電池において、
前記支持基板が平板状を呈し、
前記複数の発電素子部、及び、前記電気的接続部が、前記支持基板の表裏の各主面にそれぞれ備えられ、
前記支持基板の表裏の一方側の前記端部発電素子部が、前記支持基板の表裏の他方側の前記端部発電素子部と比べて、前記長手方向において前記燃料ガスの排出側に配置され、
前記支持基板の表裏の前記一方側の前記複数の発電素子部について、
前記端部発電素子部以外の残りの複数の発電素子部の発電に寄与する面積がそれぞれ前記第1面積であり、前記端部発電素子部の発電に寄与する面積が前記第1面積より大きい前記第2面積であり、
前記支持基板の表裏の前記他方側の前記複数の発電素子部について、
前記端部発電素子部以外の残りの複数の発電素子部の発電に寄与する面積がそれぞれ第3面積であり、前記端部発電素子部の発電に寄与する面積が前記第3面積より大きく且つ前記第2面積より小さい第4面積である、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 , wherein
The support substrate has a flat plate shape,
The plurality of power generation element portions and the electrical connection portions are respectively provided on the main surfaces of the front and back surfaces of the support substrate,
The end power generation element portion on one side of the front and back sides of the support substrate is disposed on the fuel gas discharge side in the longitudinal direction as compared to the end power generation element portion on the other side of the front and back sides of the support substrate,
About the plurality of power generation element portions on the one side of the front and back of the support substrate,
The areas contributing to power generation of the remaining plurality of power generation element parts other than the end power generation element parts are each the first area, and the area contributing to power generation of the end power generation element parts is larger than the first area. The second area,
About the plurality of power generation element portions on the other side of the front and back of the support substrate,
The areas contributing to power generation of the remaining plurality of power generation element parts other than the end power generation element parts are each third areas, the area contributing to power generation of the end power generation element parts is larger than the third area, and A fuel cell having a fourth area smaller than the second area.
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