JP6100683B2 - 燃料電池用構造体の製造方法及び燃料電池の製造方法 - Google Patents
燃料電池用構造体の製造方法及び燃料電池の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6100683B2 JP6100683B2 JP2013272153A JP2013272153A JP6100683B2 JP 6100683 B2 JP6100683 B2 JP 6100683B2 JP 2013272153 A JP2013272153 A JP 2013272153A JP 2013272153 A JP2013272153 A JP 2013272153A JP 6100683 B2 JP6100683 B2 JP 6100683B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- mica
- fuel
- frame
- structural material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
このように、750℃以上850℃未満の範囲で加熱することにより、マイカの構造を損なうことなく、効果的に接着剤中の汚染物質を飛散させて取り除くことができる。
詳しくは、(例えば軟質マイカのような)マイカからなる材料を750℃以上の高温で加熱することにより、マイカから効果的にSi系化合物等の汚染物質を飛散させて除去することができる。また、850℃未満の温度(マイカの分解開始温度を下回る温度)で加熱することにより、マイカの構造を損ないにくいので、構造材のハンドリング性を確保することができる(即ち、取扱い時に破損等が生じにくい)。
この構造材中には、燃料電池の性能(耐久性)を劣化させる接着剤中の汚染物質が少ない。よって、燃料電池に、このような構造材を用いることにより、燃料電池の劣化を抑制して、その性能(耐久性)を高めることができる。
(2)本発明は、第2態様として、前記加熱処理の際には、前記マイカからなる材料を、4時間以上加熱することを特徴とする。
本第2態様では、マイカからなる材料を、4時間以上加熱するので、マイカから十分に汚染物質を取り除くことができる。なお、加熱時間の範囲としては、48時間以下が挙げられる。
本第3態様では、マイカ製の構造材中に、(汚染物質である)Si系の化合物を含まないので、従って、Si系の化合物由来のSiによって電極等が被毒されにくいので、燃料電池の性能を高めることができる。
(4)本発明は、第4態様として、前記構造材は、前記燃料電池の部材間を気密するシール材又は前記燃料電池の部材間の空間に配置されるスペーサであることを特徴とする。
このうち、シール材としては、部材間に配置されるとともに、例えば部材間にて締め付けられて、部材間のシール(気密)を行う部材、例えば枠状のフレームマイカが挙げられる。
(5)本発明は、第5態様として、前記燃料電池は、燃料極層と固体電解質層と空気極層とを有する固体酸化物形燃料電池の単セルを複数積層した固体酸化物形燃料電池スタックを備えた固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする。
このようにして製造された燃料電池は、汚染物質の少ない構造体を使用しているので、燃料電池の性能が高いという利点がある。
前記マイカ(雲母)とは、層状ケイ酸塩鉱物の一種であり、主成分は、SiO2・Al2O3・K2O及び結晶水である。
前記汚染物質としては、図11(a)〜(d)に例示するように、Si系化合物、炭化物系アルコール等の炭素系化合物が挙げられる。具体的には、Si系化合物としては、C 4 H 12 Si(図11(d)参照)が挙げられる。炭化物系化合物としては、CH3H6(図11(b)参照)、CH4O(図11(c)参照)、C 16 H34O3(ジエチレングリコールモノドデシルエーテル:図11(a)参照)が挙げられる。
また、図2に示すように(同図では燃料ガスの流路を示している)、各燃料電池のセル部7(燃料電池カセット)には、燃料ガスが流れる燃料流路17と空気が流れる空気流路19とが(分離されるように)設けられている。なお、空気流路19は、紙面と垂直方向の流路である。
図3及び図4に示すように、燃料電池のセル部7は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの構造を有する。
更に、燃料電池のセル部7(燃料電池カセット)は、上下一対のインターコネクタ33、35と、空気極層25側の板枠形状の空気極フレーム37と、空気極層25側の板枠形状の空気極絶縁フレーム(フレームマイカ)39と、単セル27の外周縁部の上面に接合して空気流路19と燃料流路17とを遮断する板枠形状の金属製セパレータ41と、燃料極層23側の板枠形状の燃料極絶縁フレーム(フレームマイカ)43と、燃料極層23側の板枠形状の燃料極フレーム45とを備えており、それらが積層されて一体に構成されている。
空気極層25としては、La、Pr、Sm、Sr、Ba、Co、Fe、Mnを含有する複合酸化物(La1−xSrxCoO3系複合酸化物、La1−xSrxFeO3系複合酸化物、La1−xSrxCo1−yFeyO3系複合酸化物、La1−xSrxMnO3系複合酸化物、Pr1−xBaxCoO3系複合酸化物、Sm1−xSrxCoO3系複合酸化物)などを使用できる。
インターコネクタ33、35は、単セル27間の導通を確保し、且つ、単セル27間でのガスの混合を防止するものであり、導電性を有する板材(例えばステンレス鋼等の金属板)である
このインターコネクタ33、35の上面側には(燃料極層23に接触する)燃料極側集電体47が一体に形成され、下面側には(空気極層25に接触する)空気極側集電体49が一体に形成されている。
この金属製セパレータ41は、単セル27の固体電解質層21の外周縁部にろう付け接合されており、空気と燃料ガスとが混合しないように、空気流路19と燃料流路17とを分離している。
まず、例えばSUS430からなる板材を打ち抜いて、インターコネクタ33、35、空気極フレーム37、燃料極フレーム45、金属製セパレータ41を製造した。
単セル27を、定法に従って製造した。具体的には、燃料極層23のグリーンシート上に、固体電解質層21の材料を印刷し、その上に空気極層25の材料を印刷し、その後焼成した。なお、単セル27は、金属製セパレータ41にろう付けして固定した。
更に、空気極絶縁フレーム39と燃料極絶縁フレーム43とを、下記の手順で作製した。
本実施例1では、燃料電池のセル部7(燃料電池カセット)内に、その構造材(シール材)として、加熱処理された弾性体の軟質マイカからなる空気極絶縁フレーム39と燃料極絶縁フレーム43とが用いられている。
本実施例2の燃料電池スタックの基本構造は、前記実施例1と同様であるので、異なる部分を説明する。なお、実施例1と同じ部材には同じ番号を付す。
インターコネクタ51、63は、前記実施例1と同様な耐熱性を有するステンレス等から構成されている。
燃料極フレーム59は、耐熱性を有するステンレス等からなる四角枠状の部材である。
本実施例2では、空気極絶縁フレーム53と燃料極絶縁フレーム61との材料に、加熱処理された軟質マイカを用いるとともに、燃料極側集電体71のスペーサ73の材料としても同様な加熱処理された軟質マイカを用いるので、燃料電池スタック1の運転の際に高温になった場合でも、汚染物質によって、燃料電池スタック1の性能が低下しにくいという利点がある。
[実験例]
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
本実験例1は、マイカを加熱処理した場合のハンドリング性を調べたものである。
前記実施例2で使用したスペーサ(梯子マイカ)と同様な形状で、且つ、同様な軟質マイカ(D581AK)からなる(加熱処理前の)3個の試料を作製した。
その結果、750℃にて加熱したものは、重量が0.94%減少したが、ハンドリング性は良好(取り扱い時に折れなし)であった。
それに対して、950℃にて加熱したものは、重量が1.73%減少し、ハンドリング性は好ましくなかった(取り扱い時に折れがあった)。
本実験例2は、マイカからの汚染物質の発生状態を調べたものである。
本実験例2では、前記実施例1で使用したものと同様な材料の軟質マイカ(D581AK)を用いて、所定形状(縦100mm×横100mm×厚さ0.4mm)の試料を作製した。
また、比較例として、上述した加熱処理を行わない試料(比較例品)を作製した。
試料上昇温度 :20℃/分(800℃到達後は温度保持)
カラム温度 :300℃
キャリアガス流量:0.81l/分
イオン源温度 :200℃
イオン範囲 :m/z 10〜800
その結果を、図9に示す。なお、縦軸の単位は強度(Count数)である。
それに対して、比較例品は、予め所定温度における加熱処理がなされていないので、加熱温度を上昇させた場合には、例えば700〜750℃当たりにて、ピークCで示す汚染物質が多く検出された。
本実験例3は、使用するマイカによる燃料電池の性能(耐久性)を調べたものである。
具体的には、本実験例3では、本発明品として、加熱処理された軟質マイカ製のシール材を用いて、実施例1と同様な燃料電池スタックを作製した。そして、その燃料電池スタックを用いて発電を行い、その電圧の低下状態を調べた。
運転温度:スタック平均温度700℃
空気流量:35L/min
燃料ガス流量:9L/min
また、比較例品として、加熱処理されていない軟質マイカ製のシール材を用いて、(加熱処理以外は実施例1と同様な)燃料電池スタックを作製した。そして、その燃料電池スタックを用いて発電を行い、その電圧の低下状態を調べた。
本実験例4は、前記実験例2と同様な試料に対して、マイカの加熱処理における好適な加熱温度と加熱時間とを調べたものである。
具体的には、加熱温度を、750℃、800℃、840℃に変更するとともに、各加熱温度について、加熱時間を、4時間、5時間、20時間に変更して、それぞれ加熱処理を行った。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
7…燃料電池のセル部(燃料電池カセット)
27、55…単セル
21…固体電解質層
23…燃料極層
25…空気極層
39、53…空気極絶縁プレート
43、61…燃料極絶縁プレート
73…スペーサ
Claims (6)
- 燃料電池に使用される弾性体であるマイカ製の構造材の製造方法であって、
前記構造材を用いて積層体を構成する場合に、前記積層体を構成する前に、前記構造材を構成するマイカからなる材料を加熱処理する工程を有し、
前記加熱処理では、前記マイカからなる材料を750℃以上850℃未満の範囲で加熱し、0.94%以上1.18%以下の範囲で重量を減少させることを特徴とする燃料電池用構造材の製造方法。 - 前記加熱処理の際には、前記マイカからなる材料を、4時間以上加熱することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用構造材の製造方法。
- 前記構造材には、Si系の化合物を含まないことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池用構造材の製造方法。
- 前記構造材は、前記燃料電池の部材間を気密するシール材又は前記燃料電池の部材間の空間に配置されるスペーサであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池用構造材の製造方法。
- 前記燃料電池は、燃料極層と固体電解質層と空気極層とを有する固体酸化物形燃料電池の単セルを複数積層した固体酸化物形燃料電池スタックを備えた固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池用構造材の製造方法。
- 前記請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池用構造体の製造方法を用いて、燃料電池を製造することを特徴とする燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013272153A JP6100683B2 (ja) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 燃料電池用構造体の製造方法及び燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013272153A JP6100683B2 (ja) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 燃料電池用構造体の製造方法及び燃料電池の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015125981A JP2015125981A (ja) | 2015-07-06 |
JP6100683B2 true JP6100683B2 (ja) | 2017-03-22 |
Family
ID=53536537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013272153A Expired - Fee Related JP6100683B2 (ja) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 燃料電池用構造体の製造方法及び燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6100683B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11027982B2 (en) | 2016-09-13 | 2021-06-08 | Morimura Sofc Technology Co., Ltd. | Mica-made member, electrochemical reaction unit, and electrochemical reaction cell stack |
JP2019117708A (ja) * | 2017-12-27 | 2019-07-18 | マグネクス株式会社 | 平板型燃料電池スタック |
JP6797150B2 (ja) * | 2018-05-15 | 2020-12-09 | 森村Sofcテクノロジー株式会社 | 電気化学反応単位、電気化学反応セルスタック、および、電気化学反応単位の製造方法 |
JP6917339B2 (ja) * | 2018-05-15 | 2021-08-11 | 森村Sofcテクノロジー株式会社 | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック |
KR102268562B1 (ko) * | 2019-12-26 | 2021-06-24 | 한국에너지기술연구원 | 고체산화물 연료전지 모듈 및 스택 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08686B2 (ja) * | 1986-11-27 | 1996-01-10 | 株式会社資生堂 | 改質粉体 |
JPS63168264A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-12 | ザ・ダウ・ケミカル・カンパニ− | 溶融金属取扱方式 |
JPH1053408A (ja) * | 1996-08-02 | 1998-02-24 | Agency Of Ind Science & Technol | フッ素雲母の製造方法 |
WO2008033421A2 (en) * | 2006-09-13 | 2008-03-20 | University Of Akron | Catalysts compositions for use in fuel cells |
JP5844167B2 (ja) * | 2012-01-31 | 2016-01-13 | 日本特殊陶業株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
KR20140081147A (ko) * | 2012-12-21 | 2014-07-01 | 삼성전기주식회사 | 고체산화물 연료전지 어셈블리 및 이의 밀봉부 형성방법 |
-
2013
- 2013-12-27 JP JP2013272153A patent/JP6100683B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015125981A (ja) | 2015-07-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101553270B1 (ko) | 고체 산화물형 연료 전지용 셀 | |
EP3264507B1 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
JP6100683B2 (ja) | 燃料電池用構造体の製造方法及び燃料電池の製造方法 | |
JP5335655B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池のスタック構造体 | |
WO2016143318A1 (ja) | 燃料電池スタック | |
EP1889650B1 (en) | Electrochemical devices | |
JP5116184B1 (ja) | 燃料電池の構造体 | |
JP5718194B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池セル及び固体酸化物形燃料電池 | |
JP6389133B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
US11152636B2 (en) | Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack | |
JP2016038984A (ja) | 固体酸化物形電気化学装置 | |
JP2015183252A (ja) | セルスタックおよび電解モジュールならびに電解装置 | |
JPWO2009122768A1 (ja) | 固体電解質形燃料電池とその製造方法 | |
JP6294134B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
US20160126564A1 (en) | Ceramic substrate for electrochemical element, manufacturing method therefore, fuel cell, and fuel cell stack | |
JP2006221884A (ja) | 単室型固体酸化物形燃料電池 | |
JP6951676B2 (ja) | 燃料電池ユニット | |
JP5981001B1 (ja) | 燃料電池 | |
JP2016039004A (ja) | 燃料電池 | |
CN111244498A (zh) | 燃料电池和燃料电池堆 | |
JP2015064931A (ja) | 燃料電池 | |
JP5727567B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形燃料電池スタックおよびスペーサ | |
JP2012094324A (ja) | 燃料電池セル | |
JP2007329018A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用絶縁部品及び固体酸化物形燃料電池 | |
CN112166518B (zh) | 电池堆装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151202 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161104 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161108 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170110 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170131 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170223 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6100683 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |