JP6130575B1 - Fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

【課題】発電効率をより向上させることのできる燃料電池スタックを提供する。【解決手段】燃料電池スタック100は、一対の燃料電池セル301と、複数の集電部材302とを備えている。各燃料電池セル301は、長手方向に間隔をあけて配置される複数の発電素子部10を有している。各集電部材302は、一対の燃料電池セル301の間において燃料電池セル301の幅方向に互いに間隔をあけて配置されている。また、各集電部材302は、一対の燃料電池セル301を電気的に接続する。【選択図】図7A fuel cell stack capable of further improving power generation efficiency is provided. A fuel cell stack includes a pair of fuel cell cells and a plurality of current collecting members. Each fuel cell 301 has a plurality of power generating element portions 10 arranged at intervals in the longitudinal direction. Each current collecting member 302 is disposed between the pair of fuel cells 301 with a space therebetween in the width direction of the fuel cells 301. Each current collecting member 302 electrically connects a pair of fuel cells 301. [Selection] Figure 7

Description

本発明は、燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell stack.

燃料電池スタックは、燃料マニホールドと、燃料マニホールドから延びる複数の燃料電池セルとを備えている(特許文献1)。詳細には、燃料マニホールドは複数の挿入孔を有しており、この挿入孔に各燃料電池セルが挿入されている。そして、各燃料電池セルは、接合材を用いて燃料マニホールドに固定されている。また、各燃料電池セルは、集電部材を介して電気的に接続されている。この集電部材は、接合材を介して各燃料電池セルに接合されている。   The fuel cell stack includes a fuel manifold and a plurality of fuel cells extending from the fuel manifold (Patent Document 1). Specifically, the fuel manifold has a plurality of insertion holes, and each fuel cell is inserted into the insertion hole. Each fuel cell is fixed to the fuel manifold using a bonding material. Each fuel cell is electrically connected through a current collecting member. The current collecting member is joined to each fuel cell through a joining material.

特許第5551803号公報Japanese Patent No. 5551803

上述したような燃料電池スタックにおいて、発電効率を向上させることが要求されている。そこで、本発明の課題は、発電効率をより向上させることのできる燃料電池スタックを提供することにある。   In the fuel cell stack as described above, it is required to improve the power generation efficiency. Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack that can further improve power generation efficiency.

本発明のある側面に係る燃料電池スタックは、一対の燃料電池セルと、複数の集電部材とを備えている。各燃料電池セルは、その長手方向に延びるガス流路を有している。また、各燃料電池セルは、長手方向に間隔をあけて配置される複数の発電素子部、を有している。各集電部材は、一対の燃料電池セルの間において互いに間隔をあけて燃料電池セルの幅方向に配置されている。また、各集電部材は、一対の燃料電池セルを電気的に接続する。   A fuel cell stack according to an aspect of the present invention includes a pair of fuel cells and a plurality of current collecting members. Each fuel cell has a gas flow path extending in the longitudinal direction. Each fuel cell has a plurality of power generation element portions arranged at intervals in the longitudinal direction. Each current collecting member is disposed in the width direction of the fuel cell with a space between the pair of fuel cells. Each current collecting member electrically connects a pair of fuel cells.

一対の燃料電池セルを1つの集電部材によって電気的に接続する燃料電池スタックに比べて、一対の燃料電池セルを複数の集電部材によって電気的に接続する方が、接合面積が同じであっても、発電効率を向上させることができる。詳細には、複数の集電部材によって一対の燃料電池セル電気的に接続することによって、一方の燃料電池セルから他方の燃料電池セルへと流れる電流を燃料電池セルの幅方向に分散させることができる。この結果、燃料電池スタックにおける抵抗過電圧を低減させ、燃料電池スタックの発電効率を向上させることができる。   Compared to a fuel cell stack in which a pair of fuel cells are electrically connected by one current collecting member, the joint area is the same when the pair of fuel cells are electrically connected by a plurality of current collecting members. However, the power generation efficiency can be improved. Specifically, the current flowing from one fuel cell to the other fuel cell can be dispersed in the width direction of the fuel cell by electrically connecting the pair of fuel cells by a plurality of current collecting members. it can. As a result, the resistance overvoltage in the fuel cell stack can be reduced and the power generation efficiency of the fuel cell stack can be improved.

好ましくは、各集電部材は、燃料電池セルの幅方向に互いに間隔をあけて配置される。この場合、燃料電池セルの幅方向において、燃料電池セルの長さ(W1)に対する、複数の集電部材の長さの合計値(W2)の割合(W2/W1)は0.2〜0.8とすることが好ましい。   Preferably, the current collecting members are arranged at intervals from each other in the width direction of the fuel cell. In this case, in the width direction of the fuel cell, the ratio (W2 / W1) of the total value (W2) of the lengths of the plurality of current collecting members to the length (W1) of the fuel cell is 0.2-0. 8 is preferable.

このように、割合「W2/W1」を0.2〜0.8とすることによって、より燃料電池スタックの発電効率を向上させることができる。具体的には、割合「W2/W1」を0.2以上とすることによって、各集電部材における電流集中が緩和される。この結果、各集電部材における電気抵抗の増大が抑制されるため、燃料電池の発電効率をより向上させることができる。また、割合「W2/W1」を0.8以下とすることによって、各集電部材の間隔を介して、燃料電池セルの長手方向に空気が流れ易くなり、温度分布の偏りが抑制される。この結果、集電部材における電気抵抗の増大を抑制でき、燃料電池スタックの発電効率を向上させることができる。   Thus, the power generation efficiency of the fuel cell stack can be further improved by setting the ratio “W2 / W1” to 0.2 to 0.8. Specifically, by setting the ratio “W2 / W1” to 0.2 or more, current concentration in each current collecting member is alleviated. As a result, since the increase in electrical resistance in each current collecting member is suppressed, the power generation efficiency of the fuel cell can be further improved. Further, by setting the ratio “W2 / W1” to 0.8 or less, air easily flows in the longitudinal direction of the fuel cell through the interval between the current collecting members, and the uneven temperature distribution is suppressed. As a result, an increase in electric resistance in the current collecting member can be suppressed, and the power generation efficiency of the fuel cell stack can be improved.

少なくとも一対の隣り合う集電部材は、燃料電池セルの長手方向視において重なるように配置されていてもよい。この場合、燃料電池セルの幅方向において、複数の集電部材の長さの合計値(W2)に対する、集電部材の重なり部分の長さの合計値(L)の割合(L/W2)は、0.5未満であることが好ましい。   At least a pair of adjacent current collecting members may be arranged so as to overlap in a longitudinal view of the fuel cell. In this case, in the width direction of the fuel cell, the ratio (L / W2) of the total value (L) of the overlapping portions of the current collecting members to the total value (W2) of the plurality of current collecting members is , Preferably less than 0.5.

このように、少なくとも一対の隣り合う集電部材を重なるように配置することによって、どちらか一方の集電部材に不具合が発生した場合であっても、集電部材の電気抵抗が増大してしまうことを緩和できる。また、上記割合「L/W2」を0.5未満とすることによって、発電性能を向上させることができる。   As described above, by arranging at least a pair of adjacent current collecting members so as to overlap, even if a failure occurs in one of the current collecting members, the electric resistance of the current collecting member increases. Can alleviate this. Moreover, the power generation performance can be improved by setting the ratio “L / W2” to less than 0.5.

好ましくは、集電部材は、酸化物セラミックスの焼成体で構成される。   Preferably, the current collecting member is formed of a fired body of oxide ceramics.

好ましくは、燃料電池スタックは、各燃料電池セルにガスを分配するマニホールドをさらに備える。そして、各燃料電池セルは、マニホールドの天板から上方に延びる。   Preferably, the fuel cell stack further includes a manifold that distributes gas to each fuel cell. Each fuel cell extends upward from the top plate of the manifold.

好ましくは、燃料電池スタックは、ガス供給部材をさらに備える。ガス供給部材は、一対の燃料電池セル間において、各集電部材とマニホールドの天板との間にガスを供給するように構成されている。   Preferably, the fuel cell stack further includes a gas supply member. The gas supply member is configured to supply gas between each current collecting member and the top plate of the manifold between the pair of fuel cells.

本発明に係る燃料電池スタックによれば、発電効率をより向上させることができる。   According to the fuel cell stack of the present invention, the power generation efficiency can be further improved.

燃料電池スタックの斜視図。The perspective view of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of a fuel cell stack. 燃料マニホールドの斜視図。The perspective view of a fuel manifold. 燃料電池セルの斜視図。The perspective view of a fuel cell. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 燃料電池スタックの正面図。The front view of a fuel cell stack. 燃料電池セルと燃料マニホールドとの接合部を示す図。The figure which shows the junction part of a fuel cell and a fuel manifold. 燃料電池スタックへのガス供給方法を示す図。The figure which shows the gas supply method to a fuel cell stack. 燃料電池スタックの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell stack. 変形例に係る燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of the fuel cell stack which concerns on a modification. 変形例に係る燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of the fuel cell stack which concerns on a modification. 変形例に係る燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of the fuel cell stack which concerns on a modification. 変形例に係る燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of the fuel cell stack which concerns on a modification. 変形例に係る燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of the fuel cell stack which concerns on a modification. 比較例に係る燃料電池スタックの正面図。The front view of the fuel cell stack which concerns on a comparative example.

以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of a fuel cell stack according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1及び図2に示すように、燃料電池スタック100は、燃料マニホールド200と、複数の燃料電池セル301と、複数の集電部材302と、を備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 100 includes a fuel manifold 200, a plurality of fuel cells 301, and a plurality of current collecting members 302.

図3に示すように、燃料マニホールド200は、燃料ガスを各燃料電池セル301に分配するように構成されている。燃料マニホールド200は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド200の内部空間には、導入管201を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド200は、第1方向(z軸方向)に沿って並ぶ複数の貫通孔202を有している。なお、本実施形態において、燃料マニホールド200の長手方向は第1方向に沿って延びている。各貫通孔202は、燃料マニホールド200の天板203に形成されている。各貫通孔202は、燃料マニホールド200の内部空間と外部とを連通する。   As shown in FIG. 3, the fuel manifold 200 is configured to distribute the fuel gas to the fuel cells 301. The fuel manifold 200 is hollow and has an internal space. Fuel gas is supplied to the internal space of the fuel manifold 200 through the introduction pipe 201. The fuel manifold 200 has a plurality of through holes 202 arranged along the first direction (z-axis direction). In the present embodiment, the longitudinal direction of the fuel manifold 200 extends along the first direction. Each through hole 202 is formed in the top plate 203 of the fuel manifold 200. Each through hole 202 communicates the internal space of the fuel manifold 200 with the outside.

図2に示すように、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200から延びている。詳細には、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200の天板203から上方(x軸方向))に延びている。すなわち、各燃料電池セル301の長手方向は、上方に延びている。   As shown in FIG. 2, each fuel cell 301 extends from the fuel manifold 200. Specifically, each fuel cell 301 extends upward (in the x-axis direction) from the top plate 203 of the fuel manifold 200. That is, the longitudinal direction of each fuel cell 301 extends upward.

図4に示すように、燃料電池セル301は、複数の発電素子部10と、支持基板20とを備えている。各発電素子部10は、支持基板20の両面に支持されている。なお、各発電素子部10は、支持基板20の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部10は、燃料電池セル301の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル301は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。各発電素子部10は、電気的接続部30(図5参照)によって互いに電気的に接続されている。   As shown in FIG. 4, the fuel battery cell 301 includes a plurality of power generation element units 10 and a support substrate 20. Each power generating element unit 10 is supported on both surfaces of the support substrate 20. Each power generation element unit 10 may be supported only on one side of the support substrate 20. The power generation element units 10 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the fuel cell 301. That is, the fuel cell 301 according to the present embodiment is a so-called horizontal stripe fuel cell. The power generating element units 10 are electrically connected to each other by an electrical connection unit 30 (see FIG. 5).

支持基板20は、支持基板20の長手方向に延びる複数のガス流路21を内部に有している。各ガス流路21は、互いに実質的に平行に延びている。図5に示すように、支持基板20は、複数の第1凹部22を有している。各第1凹部22は、支持基板20の両面に形成されている。各第1凹部22は支持基板20の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第1凹部22は、支持基板20の幅方向(y軸方向)の両端部には形成されていない。   The support substrate 20 has a plurality of gas passages 21 extending in the longitudinal direction of the support substrate 20 inside. Each gas channel 21 extends substantially parallel to each other. As shown in FIG. 5, the support substrate 20 has a plurality of first recesses 22. Each first recess 22 is formed on both surfaces of the support substrate 20. The first recesses 22 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 20. Each first recess 22 is not formed at both ends of the support substrate 20 in the width direction (y-axis direction).

支持基板20は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板20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、支持基板20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。支持基板20の気孔率は、例えば、20〜60%程度である。 The support substrate 20 is made of a porous material that does not have electronic conductivity. The support substrate 20 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, the support substrate 20 may be composed of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia), or composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria). Alternatively, MgO (magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) may be used. The porosity of the support substrate 20 is, for example, about 20 to 60%.

各発電素子部10は、燃料極4、電解質5、及び空気極6を有している。また、各発電素子部10は、反応防止膜7をさらに有している。燃料極4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。燃料極4は、燃料極集電部41と燃料極活性部42とを有する。   Each power generation element unit 10 includes a fuel electrode 4, an electrolyte 5, and an air electrode 6. Each power generation element unit 10 further includes a reaction preventing film 7. The fuel electrode 4 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The fuel electrode 4 includes a fuel electrode current collector 41 and a fuel electrode active part 42.

燃料極集電部41は、第1凹部22内に配置されている。詳細には、燃料極集電部41は、第1凹部22内に充填されており、第1凹部22と同様の外形を有する。各燃料極集電部41は、第2凹部41a及び第3凹部41bを有している。燃料極活性部42は、第2凹部41a内に配置されている。詳細には、燃料極活性部42は、第2凹部41a内に充填されている。   The fuel electrode current collector 41 is disposed in the first recess 22. Specifically, the fuel electrode current collector 41 is filled in the first recess 22 and has the same outer shape as the first recess 22. Each fuel electrode current collector 41 has a second recess 41a and a third recess 41b. The anode active part 42 is disposed in the second recess 41a. Specifically, the fuel electrode active part 42 is filled in the second recess 41a.

燃料極集電部41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、燃料極集電部41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。燃料極集電部41の厚さ、並びに第1凹部22の深さは、50〜500μm程度である。 The fuel electrode current collector 41 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode current collector 41 may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). Also good. The thickness of the fuel electrode current collector 41 and the depth of the first recess 22 are about 50 to 500 μm.

燃料極活性部42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、燃料極活性部42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。燃料極活性部42の厚さは、5〜30μmである。   The fuel electrode active part 42 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode active part 42 may be composed of NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium-doped ceria). The thickness of the fuel electrode active part 42 is 5 to 30 μm.

電解質5は、燃料極4上を覆うように配置されている。詳細には、電解質5は、あるインターコネクタ31から他のインターコネクタ31まで長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル301の長手方向において、電解質5とインターコネクタ31とが交互に配置されている。   The electrolyte 5 is disposed so as to cover the fuel electrode 4. Specifically, the electrolyte 5 extends in the longitudinal direction from one interconnector 31 to another interconnector 31. That is, the electrolyte 5 and the interconnector 31 are alternately arranged in the longitudinal direction of the fuel battery cell 301.

電解質5は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。電解質5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。或いは、電解質5は、LSGM(ランタンガレート)から構成されてもよい。電解質5の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。   The electrolyte 5 is a fired body made of a dense material having ionic conductivity and no electronic conductivity. The electrolyte 5 can be made of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or the electrolyte 5 may be comprised from LSGM (lanthanum gallate). The thickness of the electrolyte 5 is, for example, about 3 to 50 μm.

反応防止膜7は、緻密な材料からなる焼成体であり、平面視において、燃料極活性部42と略同一の形状である。反応防止膜7は、電解質5を介して、燃料極活性部42と対応する位置に配置されている。反応防止膜7は、電解質5内のYSZと空気極6内のSrとが反応して電解質5と空気極6との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜7は、例えば、GDC=(Ce,Gd)O(ガドリニウムドープセリア)から構成され得る。反応防止膜7の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。 The reaction preventing film 7 is a fired body made of a dense material and has substantially the same shape as the fuel electrode active portion 42 in a plan view. The reaction preventing film 7 is disposed at a position corresponding to the fuel electrode active part 42 through the electrolyte 5. The reaction preventing film 7 suppresses occurrence of a phenomenon in which YSZ in the electrolyte 5 and Sr in the air electrode 6 react to form a reaction layer having a large electric resistance at the interface between the electrolyte 5 and the air electrode 6. Is provided. The reaction preventing film 7 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 7 is, for example, about 3 to 50 μm.

空気極6は、反応防止膜7上に配置されている。空気極6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6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、空気極6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)、又は、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。空気極6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6の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The air electrode 6 is disposed on the reaction preventing film 7. The air electrode 6 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The air electrode 6 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode 6 has LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite), or LSC = (La, Sr) CoO 3 ( Lanthanum strontium cobaltite) or the like. The air electrode 6 may be composed of 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 6 is, for example, 10 to 100 μm.

電気的接続部30は、隣り合う発電素子部10を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部30は、インターコネクタ31及び空気極集電膜32を有する。インターコネクタ31は、第3凹部41b内に配置されている。詳細には、インターコネクタ31は、第3凹部41b内に埋設(充填)されている。インターコネクタ31は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。インターコネクタ31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、インターコネクタ31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31の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The electrical connection unit 30 is configured to electrically connect adjacent power generation element units 10. The electrical connection unit 30 includes an interconnector 31 and an air electrode current collector film 32. The interconnector 31 is disposed in the third recess 41b. Specifically, the interconnector 31 is embedded (filled) in the third recess 41b. The interconnector 31 is a fired body made of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 31 can be made of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, the interconnector 31 may be made of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 31 is, for example, 10 to 100 μm.

空気極集電膜32は、隣り合う発電素子部10のインターコネクタ31と空気極6との間を延びるように配置される。例えば、図5の左側に配置された発電素子部10の空気極6と、図5の右側に配置された発電素子部10のインターコネクタ31とを電気的に接続するように、空気極集電膜32が配置されている。空気極集電膜32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。   The air electrode current collector film 32 is disposed so as to extend between the interconnector 31 and the air electrode 6 of the adjacent power generation element units 10. For example, the air electrode current collector is configured to electrically connect the air electrode 6 of the power generation element unit 10 disposed on the left side of FIG. 5 and the interconnector 31 of the power generation element unit 10 disposed on the right side of FIG. A membrane 32 is disposed. The air electrode current collector film 32 is a fired body made of a porous material having electron conductivity.

空気極集電膜32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、空気極集電膜32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、空気極集電膜32は、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)から構成されてもよい。空気極集電膜32の厚さは、例えば、50〜500μm程度である。 The air electrode current collector film 32 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode current collector film 32 may be made of LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite). Or the air electrode current collection film | membrane 32 may be comprised from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy). The thickness of the air electrode current collector film 32 is, for example, about 50 to 500 μm.

以上のように構成された燃料電池セル301は、隣り合う燃料電池セル301と、複数の集電部材302によって電気的に接続されている。図2に示すように、各集電部材302は、一対の燃料電池セル301間に配置されている。そして、集電部材302は、厚さ方向(z軸方向)において隣り合う燃料電池セル301同士を電気的に接続する。詳細には、集電部材302は、燃料電池セル301の近位端部303側において、隣り合う燃料電池セル301同士を接続している。集電部材302は、複数の発電素子部10のうち、最も近位側(燃料マニホールド200側)に位置する発電素子部10Aよりも近位側に配置されている。詳細には、図6に示すように、集電部材302は、最も近位側に位置する発電素子部10Aから延びる空気極集電膜32上に配置されている。なお、「近位」及び「遠位」とは、燃料マニホールド200を基準にした燃料電池セル301の長手方向の位置関係を示す。   The fuel battery cell 301 configured as described above is electrically connected to adjacent fuel battery cells 301 by a plurality of current collecting members 302. As shown in FIG. 2, each current collecting member 302 is disposed between a pair of fuel cells 301. The current collecting member 302 electrically connects the fuel cells 301 adjacent in the thickness direction (z-axis direction). Specifically, the current collecting member 302 connects adjacent fuel cells 301 on the proximal end portion 303 side of the fuel cells 301. The current collecting member 302 is disposed on the proximal side of the power generation element portion 10 </ b> A located on the most proximal side (fuel manifold 200 side) among the plurality of power generation element portions 10. Specifically, as shown in FIG. 6, the current collecting member 302 is disposed on the air electrode current collecting film 32 extending from the power generating element portion 10 </ b> A located on the most proximal side. Note that “proximal” and “distal” indicate the positional relationship in the longitudinal direction of the fuel cell 301 with respect to the fuel manifold 200.

図7に示すように、一対の燃料電池セル301間に配置された各集電部材302は、燃料電池セル301の幅方向(y軸方向)に互いに間隔をあけて配置されている。この各集電部材302の間隔は、等間隔であってもよいし、ばらついていてもよい。また、各集電部材302のうち、少なくとも一対の集電部材302が幅方向において間隔をあけて配置されていればよく、各集電部材302のうち、隣り合う集電部材302と間隔をあけずに配置されているものがあってもよい。   As shown in FIG. 7, the respective current collecting members 302 arranged between the pair of fuel cells 301 are arranged at intervals from each other in the width direction (y-axis direction) of the fuel cells 301. The intervals between the current collecting members 302 may be equal intervals or may vary. In addition, it is only necessary that at least a pair of current collecting members 302 is disposed with a gap in the width direction among the current collecting members 302, and the adjacent current collecting members 302 are spaced from each other among the current collecting members 302. There may be things arranged without.

燃料電池セル301の幅方向において、燃料電池セル301の長さW1に対する、n個の集電部材302の長さ(w1、w2、・・・、wn)の合計値W2の割合(W2/W1)は、0.2〜0.8とすることが好ましい。なお、燃料電池セル301の幅方向における燃料電池セル301の長さW1とは、燃料電池セル301の幅方向に沿って測定した長さを言う。また、燃料電池セル301の幅方向における集電部材302の長さwnとは、燃料電池セル301の幅方向に沿って測定した長さを言う。また、特に限定されるものではないが、燃料電池セル301の長さW1は、20〜200mm程度とすることが好ましく、各集電部材302の長さwnは、1.0〜20mm程度とすることが好ましい。また、一対の燃料電池セル301間に配置される各集電部材302の数nは、例えば、2〜20個程度とすることが好ましい。   The ratio (W2 / W1) of the total value W2 of the lengths (w1, w2,..., Wn) of the n current collecting members 302 to the length W1 of the fuel battery cell 301 in the width direction of the fuel battery cell 301. ) Is preferably 0.2 to 0.8. The length W1 of the fuel battery cell 301 in the width direction of the fuel battery cell 301 refers to a length measured along the width direction of the fuel battery cell 301. Further, the length wn of the current collecting member 302 in the width direction of the fuel battery cell 301 means a length measured along the width direction of the fuel battery cell 301. Although not particularly limited, the length W1 of the fuel cell 301 is preferably about 20 to 200 mm, and the length wn of each current collecting member 302 is about 1.0 to 20 mm. It is preferable. Moreover, it is preferable that the number n of each current collection member 302 arrange | positioned between a pair of fuel cell 301 is about 2-20 pieces, for example.

集電部材302は、ブロック状である。例えば、集電部材302は、直方体状又は円柱状である。本実施形態では各集電部材302の大きさは互いに同じであるが、各集電部材302の大きさは異なっていてもよい。例えば、第1方向(z軸方向)に沿って見た各集電部材302の面積が、互いに異なっていてもよい。集電部材302は、例えば、酸化物セラミックスの焼成体で構成されている。このような酸化物セラミックスとしては、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、(La,Sr)MnO、又は(La,Sr)(Co,Fe)O等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、(Mn,Co)、又は(Mn,Fe)等が挙げられる。この集電部材302は、例えば、可撓性を有していない。 The current collecting member 302 has a block shape. For example, the current collecting member 302 has a rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape. In the present embodiment, the current collecting members 302 have the same size, but the current collecting members 302 may have different sizes. For example, the areas of the current collecting members 302 viewed along the first direction (z-axis direction) may be different from each other. The current collecting member 302 is made of, for example, a fired body of oxide ceramics. Examples of such oxide ceramics include perovskite oxide and spinel oxide. Examples of the perovskite oxide include (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) (Co, Fe) O 3, and the like. Examples of the spinel oxide include (Mn, Co) 3 O 4 , (Mn, Fe) 3 O 4, and the like. For example, the current collecting member 302 does not have flexibility.

集電部材302は、第1接合材101によって、各燃料電池セル301に接合されている。すなわち、第1接合材101は、各集電部材302と各燃料電池セル301とを接合している。第1接合材101は、例えば、(Mn,Co)、(La,Sr)MnO又は(La,Sr)(Co,Fe)O等よりなる群から選ばれる少なくとも1種である。 The current collecting member 302 is joined to each fuel cell 301 by the first joining material 101. That is, the first bonding material 101 joins each current collecting member 302 and each fuel cell 301. The first bonding material 101 is, for example, at least one selected from the group consisting of (Mn, Co) 3 O 4 , (La, Sr) MnO 3, (La, Sr) (Co, Fe) O 3, and the like. .

図2に示すように、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200に支持されている。詳細には、各燃料電池セル301は、第2接合材102によって、燃料マニホールド200の天板203に固定されている。より詳細には、図8に示すように、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200の貫通孔202に挿入されている。燃料電池セル301は、貫通孔202に挿入された状態で、第2接合材102によって燃料マニホールド200に固定されている。   As shown in FIG. 2, each fuel cell 301 is supported by the fuel manifold 200. Specifically, each fuel cell 301 is fixed to the top plate 203 of the fuel manifold 200 by the second bonding material 102. More specifically, as shown in FIG. 8, each fuel cell 301 is inserted into the through hole 202 of the fuel manifold 200. The fuel cell 301 is fixed to the fuel manifold 200 by the second bonding material 102 in a state of being inserted into the through hole 202.

第2接合材102は、燃料電池セル301が挿入された状態の貫通孔202内に充填される。すなわち、第2接合材102は、燃料電池セル301の外周面と、貫通孔202を画定する壁面との隙間に充填される。第2接合材102は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、SiO−B系、SiO−CaO系、又はSiO−MgO系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合(結晶化度)が60%以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が40%未満のガラスを指す。なお、第2接合材102の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第2接合材102は、SiO−MgO−B−Al系及びSiO−MgO−Al−ZnO系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。 The second bonding material 102 is filled in the through hole 202 in a state where the fuel battery cell 301 is inserted. That is, the second bonding material 102 is filled in a gap between the outer peripheral surface of the fuel cell 301 and the wall surface that defines the through hole 202. The second bonding material 102 is, for example, crystallized glass. As the crystallized glass, for example, a SiO 2 —B 2 O 3 system, a SiO 2 —CaO system, or a SiO 2 —MgO system may be employed. In this specification, crystallized glass means that the ratio (crystallinity) of “volume occupied by crystal phase” to the total volume is 60% or more, and “volume occupied by amorphous phase and impurities relative to the total volume”. "Indicates a glass having a ratio of less than 40%. As the material of the second bonding material 102, amorphous glass, brazing material, ceramics, or the like may be employed. Specifically, the second bonding material 102 is at least one selected from the group consisting of SiO 2 —MgO—B 2 O 5 —Al 2 O 3 and SiO 2 —MgO—Al 2 O 3 —ZnO. .

燃料マニホールド200から突出している各燃料電池セル301の長手方向(x軸方向)の長さは、100〜300mm程度とすることができる。また、各燃料電池セル301は、第1方向に間隔をあけて並んでいる。第1方向における燃料電池セル301同士の間隔は、1〜5mm程度とすることができる。   The length of each fuel cell 301 protruding from the fuel manifold 200 in the longitudinal direction (x-axis direction) can be about 100 to 300 mm. Further, the fuel battery cells 301 are arranged at intervals in the first direction. The interval between the fuel cells 301 in the first direction can be about 1 to 5 mm.

以上のように構成された燃料電池スタック100は、次のようにして発電する。燃料マニホールド200を介して各燃料電池セル301の燃料ガス流路21内に燃料ガス(水素ガス等)を流すとともに、支持基板20の両面を酸素を含むガス(空気等)に曝すことにより、電解質5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。この燃料電池スタック100を外部の負荷に接続すると、空気極6において下記(1)式に示す化学反応が起こり、燃料極4において下記(2)式に示す化学反応が起こり、電流が流れる。
(1/2)・O+2e→O …(1)
+O →HO+2e …(2)
The fuel cell stack 100 configured as described above generates power as follows. A fuel gas (hydrogen gas or the like) is caused to flow through the fuel manifold 200 into the fuel gas channel 21 of each fuel cell 301 and the both surfaces of the support substrate 20 are exposed to a gas (air or the like) containing oxygen, thereby allowing the electrolyte to flow. An electromotive force is generated due to the difference in oxygen partial pressure generated between the two side surfaces of 5. When this fuel cell stack 100 is connected to an external load, a chemical reaction represented by the following formula (1) occurs in the air electrode 6, a chemical reaction represented by the following formula (2) occurs in the fuel electrode 4, and a current flows.
(1/2) · O 2 + 2e → O 2 (1)
H 2 + O 2 → H 2 O + 2e (2)

酸素を含むガスは、例えば、図9に示すように、幅方向に沿って流れるように、集電部材302と燃料マニホールド200との間の空間に供給される。詳細には、燃料電池スタック100は、ガス供給部材400をさらに有している。ガス供給部材400は、各燃料電池セル301の間において、各集電部材302と燃料マニホールド200の天板203との間に空気などのガスを供給するように構成されている。なお、ガス供給部材400から供給されたガスが効率的に上方へ流れるよう、案内板401がガス供給部材400と反対側に設置されていてもよい。案内板401は、平板状であって、燃料電池セル301の長手方向に延びるとともに、燃料電池セル301の厚さ方向に延びている。   For example, as shown in FIG. 9, the gas containing oxygen is supplied to the space between the current collecting member 302 and the fuel manifold 200 so as to flow along the width direction. Specifically, the fuel cell stack 100 further includes a gas supply member 400. The gas supply member 400 is configured to supply a gas such as air between the current collecting members 302 and the top plate 203 of the fuel manifold 200 between the fuel cells 301. Note that the guide plate 401 may be installed on the opposite side of the gas supply member 400 so that the gas supplied from the gas supply member 400 efficiently flows upward. The guide plate 401 has a flat plate shape and extends in the longitudinal direction of the fuel cell 301 and also extends in the thickness direction of the fuel cell 301.

次に、上述したように構成された燃料電池スタックの製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the fuel cell stack configured as described above will be described.

まず、燃料マニホールド200と複数の燃料電池セル301とを準備する。そして、図10に示すように、各燃料電池セル301を集電部材302及び第1接合材101によって接続し、セル集合体300を作製する。なお、この段階では第1接合材101は焼成されておらず、各燃料電池セル301は互いに仮止めの状態である。   First, a fuel manifold 200 and a plurality of fuel cells 301 are prepared. Then, as shown in FIG. 10, each fuel battery cell 301 is connected by a current collecting member 302 and a first bonding material 101 to produce a cell assembly 300. At this stage, the first bonding material 101 is not fired, and the fuel cells 301 are temporarily attached to each other.

次に、図11に示すように、セル集合体300の各燃料電池セル301の端部を燃料マニホールド200の各貫通孔202に挿入する。なお、各燃料電池セル301が第1方向に沿って所定の間隔を保持するための治具を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 11, the end of each fuel cell 301 of the cell assembly 300 is inserted into each through hole 202 of the fuel manifold 200. In addition, you may use the jig | tool for each fuel battery cell 301 holding a predetermined space | interval along a 1st direction.

次に、図2に示すように、燃料電池セル301が挿入された状態の貫通孔202内に第2接合材102を充填する。なお、第2接合材102は、支持板の表面から上方に向けてはみ出す程度まで充填することが好ましい。   Next, as shown in FIG. 2, the second bonding material 102 is filled into the through hole 202 in a state where the fuel cell 301 is inserted. The second bonding material 102 is preferably filled to the extent that it protrudes upward from the surface of the support plate.

次に、第1接合材101及び第2接合材102に対して熱処理が加えられる。この熱処理によって、第1接合材101及び第2接合材102が固化され、燃料電池スタック100が完成する。詳細には、第1接合材101は、熱処理を施されることによって焼成される。この結果、各燃料電池セル301と集電部材302とが固定される。また、第2接合材102は、熱処理を施されることによって、非晶質材料の温度が結晶化温度まで到達する。そして、結晶化温度下にて材料の内部で結晶相が生成されて、結晶化が進行していく。この結果、非晶質材料が固化・セラミックス化されて、結晶化ガラスとなる。これにより、結晶化ガラスで構成される第2接合材102が機能を発揮し、各燃料電池セル301の近位端部が燃料マニホールド200に固定される。その後、所定の治具が燃料電池スタック100から取り外される。   Next, heat treatment is applied to the first bonding material 101 and the second bonding material 102. By this heat treatment, the first bonding material 101 and the second bonding material 102 are solidified, and the fuel cell stack 100 is completed. Specifically, the first bonding material 101 is fired by being subjected to heat treatment. As a result, each fuel cell 301 and the current collecting member 302 are fixed. Further, the second bonding material 102 is subjected to heat treatment, so that the temperature of the amorphous material reaches the crystallization temperature. Then, a crystal phase is generated inside the material at the crystallization temperature, and crystallization proceeds. As a result, the amorphous material is solidified and ceramicized to become crystallized glass. As a result, the second bonding material 102 made of crystallized glass functions, and the proximal end portion of each fuel cell 301 is fixed to the fuel manifold 200. Thereafter, a predetermined jig is removed from the fuel cell stack 100.

[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.

変形例1
例えば、上記実施形態では、各集電部材302は、幅方向(y軸方向)に沿って整列しているが、ばらつきがあってもよい。図12に示すように、隣り合う集電部材302は、燃料電池セル301の長手方向視において重なるように配置されていてもよい。この場合、燃料電池セル301の幅方向において、複数の集電部材302の長さの合計値(W2)に対する、各集電部材302の重なり部分の長さl1、l2、・・・lmの合計値L(=l1+l2+・・・+lm)の割合(L/W2)が0.5未満であることが好ましい。
Modification 1
For example, in the above embodiment, the current collecting members 302 are aligned along the width direction (y-axis direction), but there may be variations. As shown in FIG. 12, the adjacent current collecting members 302 may be arranged so as to overlap in the longitudinal direction of the fuel cell 301. In this case, in the width direction of the fuel cell 301, the sum of the lengths l1, l2,... Lm of the overlapping portions of the current collecting members 302 with respect to the total length (W2) of the plurality of current collecting members 302 The ratio (L / W2) of the value L (= l1 + l2 +... + Lm) is preferably less than 0.5.

変形例2
図13に示すように、各集電部材302は、燃料電池セル100の幅方向に平行に配置されていなくもよい。この場合、燃料電池セル301の幅方向における各集電部材の長さwnは、燃料電池セル100の幅方向と平行な寸法を測定する。
Modification 2
As shown in FIG. 13, each current collecting member 302 may not be arranged in parallel to the width direction of the fuel cell 100. In this case, the length wn of each current collecting member in the width direction of the fuel cell 301 is measured by a dimension parallel to the width direction of the fuel cell 100.

変形例3
少なくとも一対の燃料電池セル301を接合する各集電部材302が幅方向に間隔をあけて配置されていればよい。例えば、一部の燃料電池セル301間を接合する集電部材は、幅方向に間隔をあけていなくてもよい。
Modification 3
It suffices that the current collecting members 302 that join at least the pair of fuel cells 301 are arranged at intervals in the width direction. For example, current collecting members that join some of the fuel cells 301 do not have to be spaced apart in the width direction.

変形例4
上記実施形態では、各集電部材302は、各燃料電池セル301の近位端部303側において、隣り合う燃料電池セル301同士を接続しているが、接続箇所はこれに限定されない。例えば、図14に示すように、各集電部材302は、各燃料電池セル301の遠位端部304において、隣り合う燃料電池セル301を接続していてもよい。
Modification 4
In the said embodiment, although each current collection member 302 has connected the adjacent fuel battery cells 301 in the proximal end part 303 side of each fuel battery cell 301, a connection location is not limited to this. For example, as shown in FIG. 14, each current collecting member 302 may connect adjacent fuel cells 301 at the distal end 304 of each fuel cell 301.

変形例5
上記実施形態では、各燃料電池セル301の各発電素子部10は全て直列に接続されているが、並列に接続されていてもよい。例えば、図15に示すように、各燃料電池セル301の上部領域R1に形成された各発電素子部10と、各燃料電池セル301の下部領域R2に形成された各発電素子部10とが並列に接続されていてもよい。この場合、隣り合う燃料電池セル301を上部領域R1において電気的に接続する各集電部材302と、隣り合う燃料電池セル301を下部領域R2において電気的に接続する各集電部材302とが形成されている。
Modification 5
In the above embodiment, all the power generation element portions 10 of each fuel battery cell 301 are connected in series, but may be connected in parallel. For example, as shown in FIG. 15, each power generation element portion 10 formed in the upper region R <b> 1 of each fuel cell 301 and each power generation element portion 10 formed in the lower region R <b> 2 of each fuel cell 301 are arranged in parallel. It may be connected to. In this case, each current collecting member 302 that electrically connects adjacent fuel cells 301 in the upper region R1 and each current collecting member 302 that electrically connects adjacent fuel cells 301 in the lower region R2 are formed. Has been.

例えば、一対の燃料電池セル301間の近位端部303及び遠位端部304のそれぞれにおいて、各集電部材302が一対の燃料電池セル301間を電気的に接続している。そして、上部領域R1と下部領域R2とのそれぞれに、表裏間接続部材305が設けられている。表裏間接続部材305は、支持基板20の一方の面に形成された発電素子部10と、支持基板20の他方の面に形成された発電素子部10とを電気的に接続している。   For example, at each of the proximal end portion 303 and the distal end portion 304 between the pair of fuel cells 301, each current collecting member 302 electrically connects the pair of fuel cells 301. And the front-back connection member 305 is provided in each of upper area | region R1 and lower area | region R2. The front-back connection member 305 electrically connects the power generation element portion 10 formed on one surface of the support substrate 20 and the power generation element portion 10 formed on the other surface of the support substrate 20.

なお、一部の燃料電池セル301のみで各発電素子部10が並列に接続されており、他の燃料電池セル301では各発電素子部10が直列に接続されていてもよい。   In addition, each power generation element part 10 may be connected in parallel by only some fuel battery cells 301, and each power generation element part 10 may be connected in series in other fuel battery cells 301.

変形例6
図16に示すように、各燃料電池セル301の各発電素子部10を並列に接続してもよい。すなわち、各集電部材302は、燃料電池セル301の長手方向(x軸方向)の中央部において、隣り合う燃料電池セル301を電気的に接続している。そして、各燃料電池セル301の近位端部303及び遠位端部304のそれぞれにおいて、表裏間接続部材305が設けられている。各表裏間接続部材305は、支持基板20の一方の面に形成された発電素子部10と、支持基板20の他方の面に形成された発電素子部10とを電気的に接続している。
Modification 6
As shown in FIG. 16, the power generation element units 10 of the fuel cells 301 may be connected in parallel. That is, each current collecting member 302 electrically connects adjacent fuel cells 301 at the center in the longitudinal direction (x-axis direction) of the fuel cells 301. A front-back connection member 305 is provided at each of the proximal end portion 303 and the distal end portion 304 of each fuel cell 301. Each front-back connection member 305 electrically connects the power generation element portion 10 formed on one surface of the support substrate 20 and the power generation element portion 10 formed on the other surface of the support substrate 20.

変形例7
上記実施形態では、各集電部材302は、発電素子部10から延びる空気極集電膜32上に配置されているが、各集電部材302が配置される場所はこれに限定されない。例えば、各集電部材302は、発電素子部10上に配置されていてもよいし、インターコネクタ31上に配置されていてもよい。このように、各集電部材302は、隣り合う燃料電池セル301を電気的に接続していれば、どの部材上に配置されていてもよい。
Modification 7
In the above-described embodiment, each current collecting member 302 is disposed on the air electrode current collecting film 32 extending from the power generation element unit 10, but the place where each current collecting member 302 is disposed is not limited thereto. For example, each current collecting member 302 may be disposed on the power generation element unit 10 or may be disposed on the interconnector 31. Thus, each current collecting member 302 may be disposed on any member as long as adjacent fuel cells 301 are electrically connected.

以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.

[試験A]
(実施例)
実施例として、サンプルNo.1〜9に係る燃料電池スタックを以下のように作製した。
[Test A]
(Example)
As an example, sample no. Fuel cell stacks according to 1 to 9 were produced as follows.

まず、上述したように構成された一対の燃料電池セル301を作製した。各燃料電池セル301は、その長手方向に間隔をあけて配置された5個の発電素子部10を有する。この燃料電池セル301間に2〜20個の集電部材302を配置し、(Mn,Co)、(La,Sr)MnOを介して、各集電部材302と、1対の燃料電池セル301とを接合した。各集電部材302は、燃料電池セル301の幅方向に間隔をあけて配置した。この各集電部材302の間隔は略等間隔とした。 First, a pair of fuel cells 301 configured as described above were produced. Each fuel cell 301 has five power generation element portions 10 arranged at intervals in the longitudinal direction. Two to 20 current collecting members 302 are arranged between the fuel cells 301, and each current collecting member 302 is connected to each pair of the current collecting members 302 via (Mn, Co) 3 O 4 and (La, Sr) MnO 3 . The fuel cell 301 was joined. The current collecting members 302 are arranged at intervals in the width direction of the fuel battery cell 301. The intervals between the current collecting members 302 were set to be approximately equal.

各集電部材302は、直方体状である。各集電部材302は、(La,Sr)MnOによって形成した。各サンプルにおける燃料電池セル301の長さW1、及び各集電部材302の長さの合計値W2は表1に示される通りである。なお、燃料電池セル301の長さW1は、長手方向において各集電部材302が形成された位置で幅方向(y軸方向)に対して測定した。また、各集電部材302の長さwnは、厚さ方向(z軸方向)において任意の位置で各集電部材302を切断し、その断面形状の幅方向(y軸方向)において測定した。なお、各集電部材302が燃料電池セル301の幅方向に沿って並んでいない場合、少なくとも1つの集電部材302が形成された任意の位置において、燃料電池セル301の長さW1を測定すればよい。 Each current collecting member 302 has a rectangular parallelepiped shape. Each current collecting member 302 was formed of (La, Sr) MnO 3 . Table 1 shows the length W1 of the fuel cell 301 and the total length W2 of the current collectors 302 in each sample. The length W1 of the fuel cell 301 was measured in the width direction (y-axis direction) at the position where each current collecting member 302 was formed in the longitudinal direction. The length wn of each current collecting member 302 was measured in the width direction (y-axis direction) of the cross-sectional shape by cutting each current collecting member 302 at an arbitrary position in the thickness direction (z-axis direction). When the current collecting members 302 are not arranged in the width direction of the fuel cell 301, the length W1 of the fuel cell 301 is measured at an arbitrary position where at least one current collecting member 302 is formed. That's fine.

各サンプルにおいて、燃料電池セル301の幅方向の長さW1、及び各集電部材302の幅方向の長さの合計値W2以外の構成は、同じである。   In each sample, the configuration other than the length W1 in the width direction of the fuel cell 301 and the total value W2 of the length in the width direction of each current collecting member 302 is the same.

(比較例)
比較例として、図17に示すような、1つの集電部材によって1対の燃料電池セル301を接続した燃料電池スタック100を作製した。また、比較例におけるその他の構成は、実施例の各サンプルと同じである。
(Comparative example)
As a comparative example, a fuel cell stack 100 in which a pair of fuel cells 301 were connected by one current collecting member as shown in FIG. In addition, other configurations in the comparative example are the same as those of the samples of the examples.

(評価方法)
以上のようにして作製した各サンプルに対して、燃料マニホールド200を介して62℃加湿水素ガスを供給した。また、幅方向に沿って、燃料マニホールド200の天板203と各集電部材302との間に空気を供給した。そして、各サンプルにおいて抵抗過電圧を計測し、各サンプルを評価した。この評価結果を表1に示す。なお、表1では、抵抗過電圧が2.0V以下のサンプルを「○」と評価し、抵抗過電圧が2.1〜2.9Vであるサンプルを「△」と評価し、抵抗過電圧が3.0V以上のサンプルを「×」と評価した。なお、各サンプルの評価条件は以下の通りとした。
・雰囲気温度:750℃
・電流密度:0.003A/mm通電時
(なお、電流密度はz軸方向から見た際にxy平面に形成された1つの発電素子部10の空気極面積測定結果に対する値とする。)
・各サンプルにおける一対の燃料電池セル301全体の抵抗過電圧を測定。
(Evaluation method)
A 62 ° C. humidified hydrogen gas was supplied to each sample produced as described above through the fuel manifold 200. Further, air was supplied between the top plate 203 of the fuel manifold 200 and each current collecting member 302 along the width direction. And resistance overvoltage was measured in each sample, and each sample was evaluated. The evaluation results are shown in Table 1. In Table 1, a sample having a resistance overvoltage of 2.0 V or less is evaluated as “◯”, a sample having a resistance overvoltage of 2.1 to 2.9 V is evaluated as “Δ”, and a resistance overvoltage is 3.0 V. The above samples were evaluated as “x”. The evaluation conditions for each sample were as follows.
・ Atmosphere temperature: 750 ℃
Current density: 0.003 A / mm 2 energized (Note that the current density is a value corresponding to the measurement result of the air electrode area of one power generation element portion 10 formed on the xy plane when viewed from the z-axis direction.)
-The resistance overvoltage of the entire pair of fuel cells 301 in each sample is measured.

Figure 0006130575
Figure 0006130575

表1に示すように、比較例とサンプルNo.4の実施例とを比較すると、W2/W1が同じであるにも関わらず、実施例の方が比較例に比べて抵抗過電圧が低いことがわかった。これは、次の理由によるものと考えられる。すなわち、幅方向に間隔をあけて複数の集電部材302を配置することによって、一方の燃料電池セル301から他方の燃料電池セル301へと流れる電流を燃料電池セル301の幅方向に分散させることができる。この結果、燃料電池スタック100の抵抗過電圧が低減したものと考えられる。この結果より、接合面積が同じであれば、複数の集電部材302に分けて、各集電部材302を幅方向に間隔をあけて配置することで、燃料電池スタック100の発電効率を向上させることができることが分かった。   As shown in Table 1, the comparative example and sample No. When comparing with Example 4 of Example 4, it was found that, although W2 / W1 was the same, the Example had a lower resistance overvoltage than the Example. This is considered to be due to the following reason. That is, by disposing a plurality of current collecting members 302 at intervals in the width direction, the current flowing from one fuel cell 301 to the other fuel cell 301 is dispersed in the width direction of the fuel cell 301. Can do. As a result, it is considered that the resistance overvoltage of the fuel cell stack 100 is reduced. From this result, if the joint area is the same, the power generation efficiency of the fuel cell stack 100 is improved by dividing the current collectors 302 into a plurality of current collectors 302 and arranging the current collectors 302 at intervals in the width direction. I found out that I could do it.

また、表1のサンプルNo.3〜9の結果より、割合「W2/W1」を0.2〜0.8とすることによって、評価が「○」となることが分かった。この割合「W2/W1」を0.2以上とすることによって評価が「○」となる理由は、各集電部材302における電流集中が緩和されて、各集電部材302における電気抵抗の増大が抑制されるためであると考えられる。また、割合「W2/W1」を0.8以下とすることによって評価が「○」となる理由は、各集電部材302の間隔を介して、燃料電池セル301の長手方向に空気が流れ易くなることによって温度分布の偏りが抑制され、この結果、各集電部材302の電気抵抗の増大を抑制できるためであると考えられる。   Sample No. 1 in Table 1 From the results of 3 to 9, it was found that the evaluation becomes “◯” by setting the ratio “W2 / W1” to 0.2 to 0.8. The reason that the evaluation becomes “◯” by setting the ratio “W2 / W1” to 0.2 or more is that the current concentration in each current collecting member 302 is alleviated and the electrical resistance in each current collecting member 302 is increased. This is considered to be suppressed. Further, the reason that the evaluation becomes “O” by setting the ratio “W2 / W1” to 0.8 or less is that air easily flows in the longitudinal direction of the fuel cell 301 through the interval between the current collecting members 302. This is considered to be because the bias of the temperature distribution is suppressed, and as a result, an increase in electrical resistance of each current collecting member 302 can be suppressed.

[試験B]
(実施例)
変形例1の実施例として、サンプルNo.10〜19に係る燃料電池スタックを以下のように作製した。
[Test B]
(Example)
As an example of the first modification, sample no. Fuel cell stacks according to 10 to 19 were produced as follows.

まず、上述したように構成された一対の燃料電池セル301を作製した。各燃料電池セル301は、その長手方向に間隔をあけて配置された5個の発電素子部10を有する。この燃料電池セル301間に3〜20個の集電部材302を配置し、(Mn,Co)、(La,Sr)MnOを介して、各集電部材302と、1対の燃料電池セル301とを接合した。なお、各サンプルにおいて、少なくとも一対の隣り合う集電部材302は、図12に示すように、燃料電池セル301の長手方向視において重なるように配置されている。 First, a pair of fuel cells 301 configured as described above were produced. Each fuel cell 301 has five power generation element portions 10 arranged at intervals in the longitudinal direction. 3 to 20 current collecting members 302 are arranged between the fuel cells 301, and each current collecting member 302 is connected to each pair of the current collecting members 302 via (Mn, Co) 3 O 4 and (La, Sr) MnO 3 . The fuel cell 301 was joined. In each sample, at least a pair of adjacent current collecting members 302 are arranged so as to overlap in the longitudinal direction of the fuel cell 301 as shown in FIG.

各集電部材302は、直方体状である。各集電部材302は、(La,Sr)MnOによって形成した。各サンプルにおける各集電部材302の長さの合計値W2、及び重なり部分の長さの合計値Lは表2に示される通りである。なお、各集電部材302の長さwn及び重なり部分の長さlmは、厚さ方向(z軸方向)において任意の位置で各集電部材302を切断し、その断面形状において測定した。 Each current collecting member 302 has a rectangular parallelepiped shape. Each current collecting member 302 was formed of (La, Sr) MnO 3 . Table 2 shows the total value W2 of the lengths of the respective current collecting members 302 in each sample and the total value L of the lengths of the overlapping portions. Note that the length wn of each current collecting member 302 and the length lm of the overlapping portion were measured by cutting each current collecting member 302 at an arbitrary position in the thickness direction (z-axis direction).

各サンプルにおいて、各集電部材302の幅方向の長さの合計値W2、重なり部分の長さの合計値L以外の構成は、同じである。   In each sample, the configurations other than the total value W2 of the lengths of the current collecting members 302 in the width direction and the total value L of the lengths of the overlapping portions are the same.

(評価方法)
以上のようにして作製した各サンプルに対して、燃料マニホールド200を介して62℃加湿水素ガスを供給した。また、幅方向に沿って、燃料マニホールド200の天板203と各集電部材302との間に空気を供給した。そして、各サンプルにおいて抵抗過電圧を計測し、各サンプルを評価した。この評価結果を表2に示す。なお、表2では、抵抗過電圧が1.3V以下のサンプルを「○」と評価し、抵抗過電圧が1.4V〜2.0Vであるサンプルを「△」と評価した。なお、各サンプルの評価条件は以下の通りとした。
・雰囲気温度:750℃
・電流密度:0.003A/mm通電時
(なお、電流密度はz軸方向から見た際にxy平面に形成された1つの発電素子部10の空気極面積測定結果に対する値とする。)
・各サンプルにおける一対の燃料電池セル301全体の抵抗過電圧を測定。
(Evaluation method)
A 62 ° C. humidified hydrogen gas was supplied to each sample produced as described above through the fuel manifold 200. Further, air was supplied between the top plate 203 of the fuel manifold 200 and each current collecting member 302 along the width direction. And resistance overvoltage was measured in each sample, and each sample was evaluated. The evaluation results are shown in Table 2. In Table 2, samples having a resistance overvoltage of 1.3 V or less were evaluated as “◯”, and samples having a resistance overvoltage of 1.4 V to 2.0 V were evaluated as “Δ”. The evaluation conditions for each sample were as follows.
・ Atmosphere temperature: 750 ℃
Current density: 0.003 A / mm 2 energized (Note that the current density is a value corresponding to the measurement result of the air electrode area of one power generation element portion 10 formed on the xy plane when viewed from the z-axis direction.)
-The resistance overvoltage of the entire pair of fuel cells 301 in each sample is measured.

Figure 0006130575
Figure 0006130575

表2に示すように、割合「L/W2」を0.5未満とすることによって、評価が「○」となることが分かった。これは、割合「L/W2」を0.5未満とすることによって、各集電部材302における電流集中が緩和されて、各集電部材302における電気抵抗の増大が抑制されるためであると考えられる。   As shown in Table 2, it was found that when the ratio “L / W2” was less than 0.5, the evaluation was “◯”. This is because by setting the ratio “L / W2” to be less than 0.5, current concentration in each current collecting member 302 is alleviated and an increase in electrical resistance in each current collecting member 302 is suppressed. Conceivable.

10 :発電素子部
21 :ガス流路
100 :燃料電池スタック
203 :天板
301 :燃料電池セル
302 :集電部材
400 :ガス供給部材
10: Power generation element section 21: Gas flow path 100: Fuel cell stack 203: Top plate 301: Fuel cell 302: Current collecting member 400: Gas supply member

Claims (5)

長手方向に延びるガス流路、及び前記長手方向に間隔をあけて配置される複数の発電素子部、を有する一対の燃料電池セルと、
前記一対の燃料電池セルの間において互いに間隔をあけて前記燃料電池セルの幅方向に配置され、前記一対の燃料電池セルを電気的に接続する複数の集電部材と、
を備え
少なくとも一対の隣り合う前記集電部材は、前記燃料電池セルの長手方向視において重なるように配置されている、
燃料電池スタック。
A pair of fuel cells having a gas flow path extending in the longitudinal direction and a plurality of power generation element portions arranged at intervals in the longitudinal direction;
A plurality of current collecting members arranged in the width direction of the fuel cells with a space between the pair of fuel cells, and electrically connecting the pair of fuel cells,
Equipped with a,
At least a pair of adjacent current collecting members are arranged so as to overlap in a longitudinal view of the fuel cell,
Fuel cell stack.
前記燃料電池セルの幅方向において、前記複数の集電部材の長さの合計値(W2)に対する、前記集電部材の重なり部分の長さの合計値(L)の割合(L/W2)が、0.5未満である、
請求項に記載の燃料電池スタック。
In the width direction of the fuel cell, the ratio (L / W2) of the total value (L) of the overlapping portions of the current collecting members to the total value (W2) of the plurality of current collecting members is , Less than 0.5,
The fuel cell stack according to claim 1 .
前記集電部材は、酸化物セラミックスの焼成体で構成される、
請求項1又は2に記載の燃料電池スタック。
The current collecting member is composed of a sintered body of oxide ceramics,
The fuel cell stack according to claim 1 or 2 .
前記各燃料電池セルにガスを分配するマニホールドをさらに備え、
前記各燃料電池セルは、前記マニホールドの天板から上方に延びる、
請求項1からのいずれかに記載の燃料電池スタック。
A manifold for distributing gas to each of the fuel cells,
Each of the fuel cells extends upward from the top plate of the manifold.
The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3 .
前記一対の燃料電池セル間において、前記各集電部材と前記マニホールドの天板との間にガスを供給するように構成されるガス供給部材をさらに備える、
請求項に記載の燃料電池スタック。
A gas supply member configured to supply gas between each of the current collecting members and the top plate of the manifold between the pair of fuel cells;
The fuel cell stack according to claim 4 .
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