JP6130577B1 - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
【課題】先端部に形成された発電素子部の破損を抑制できる燃料電池スタックを提供することを課題とする。【解決手段】燃料電池スタック100は、燃料マニホールド200と、一対の燃料電池セル301と、複数の仕切部材302とを備えている。各仕切部材302は、一対の燃料電池セル301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る。各仕切部材302は、各燃料電池セル301の先端部に接合される。各発電素子部10は、仕切部材302よりも各燃料電池セル301の基端部側に配置される。【選択図】図2It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack capable of suppressing damage to a power generating element portion formed at a tip portion. A fuel cell stack includes a fuel manifold, a pair of fuel cells, and a plurality of partition members. Each partition member 302 is disposed between the pair of fuel cells 301 at intervals in the width direction of the fuel cells 301. Each partition member 302 is joined to the tip of each fuel cell 301. Each power generation element unit 10 is disposed closer to the base end portion of each fuel cell 301 than the partition member 302. [Selection] Figure 2
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、複数の燃料電池セルとを備えている(特許文献1)。各燃料電池セルは、燃料マニホールドから上方に延びている。各燃料電池セルは、長手方向に延びるガス流路を有している。各燃料電池セルの発電時において、ガス流路内に燃料ガスが流される。各燃料電池セルの先端部において、ガス流路から外部へと排出された燃料ガスは、外部を流れる空気と反応して燃焼する。 The fuel cell stack includes a fuel manifold and a plurality of fuel cells (Patent Document 1). Each fuel cell extends upward from the fuel manifold. Each fuel cell has a gas flow path extending in the longitudinal direction. At the time of power generation of each fuel battery cell, fuel gas flows in the gas flow path. At the tip of each fuel cell, the fuel gas discharged from the gas flow path to the outside reacts with the air flowing outside and burns.
上述したように、各燃料電池セルの先端部において燃料ガスが空気と反応して燃焼するため、各燃料電池セルの先端部近傍は高温となる。このため、各燃料電池セルの先端部近傍に形成された発電素子部が破損してしまうという問題が生じる。そこで、本発明は、先端部に形成された発電素子部の破損を抑制できる燃料電池スタックを提供することを課題とする。 As described above, since the fuel gas reacts with air and burns at the tip of each fuel cell, the vicinity of the tip of each fuel cell becomes high. For this reason, the problem that the electric power generation element part formed in the front-end | tip part vicinity of each fuel cell is damaged will arise. Then, this invention makes it a subject to provide the fuel cell stack which can suppress the failure | damage of the electric power generation element part formed in the front-end | tip part.
本発明のある側面に係る燃料電池スタックは、燃料マニホールドと、一対の燃料電池セルと、複数の仕切部材とを備えている。各燃料電池セルは、発電素子部を有する。各燃料電池セルは、燃料マニホールドから延びる。各仕切部材は、一対の燃料電池セル間において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。各仕切部材は、各燃料電池セルの先端部に接合される。各発電素子部は、仕切部材よりも各燃料電池セルの基端部側に配置される。 A fuel cell stack according to an aspect of the present invention includes a fuel manifold, a pair of fuel cells, and a plurality of partition members. Each fuel cell has a power generation element section. Each fuel cell extends from the fuel manifold. Each partition member is arranged with a space between the pair of fuel cells in the width direction of the fuel cells. Each partition member is joined to the tip of each fuel cell. Each power generation element portion is arranged closer to the base end portion of each fuel cell than the partition member.
この構成によれば、各燃料電池セルの先端部に複数の仕切部材が配置されており、各発電素子部は各仕切部材よりも燃料電池セルの基端部側に配置されている。このため、各燃料電池セルの先端部から外部に排出された燃料ガスが燃焼した場合であっても、その燃焼熱によって発電素子部にクラックが生じることを抑制することができる。また、この仕切部材は、一対の燃料電池セル間に配置されているため、燃料電池スタックを容易に製造することができる。 According to this configuration, the plurality of partition members are disposed at the distal end portion of each fuel cell, and each power generation element portion is disposed closer to the base end portion of the fuel cell than each partition member. For this reason, even if it is a case where the fuel gas discharged | emitted outside from the front-end | tip part of each fuel cell burns, it can suppress that a crack arises in a power generation element part with the combustion heat. Moreover, since this partition member is arrange | positioned between a pair of fuel cell, a fuel cell stack can be manufactured easily.
また、各仕切部材は幅方向に間隔をあけて配置されているため、この隙間を介して、空気を一対の燃料電池セル間から各燃料電池セルの先端部側の外部へと安定して排出することができる。この結果、各燃料電池セルの先端部から排出される燃料ガスを安定して燃焼させることができる。 In addition, since each partition member is arranged at an interval in the width direction, air is stably discharged from between the pair of fuel cells to the outside on the front end side of each fuel cell through this gap. can do. As a result, the fuel gas discharged from the front end portion of each fuel battery cell can be stably burned.
好ましくは、各仕切部材は、導電性を有する。この構成によれば、各仕切部材を介して、一対の燃料電池セルを電気的に接続することができる。 Preferably, each partition member has conductivity. According to this structure, a pair of fuel cell can be electrically connected via each partition member.
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、各発電素子部のうち最も基端部側に配置される発電素子部と燃料マニホールドとの間に酸素を含むガスを供給する。 Preferably, the fuel cell stack further includes a gas supply member. A gas supply member supplies the gas containing oxygen between the power generation element part arrange | positioned most proximally among each power generation element part, and a fuel manifold.
好ましくは、燃料電池セルの幅方向の長さ(W1)に対する、各仕切部材の幅方向の長さの合計値(W2)の割合(W2/W1)は、0.2〜0.8である。 Preferably, the ratio (W2 / W1) of the total value (W2) of the length in the width direction of each partition member to the length (W1) in the width direction of the fuel cell is 0.2 to 0.8. .
本発明に係る燃料電池スタックによれば、先端部に形成された発電素子部の破損を抑制できる。 According to the fuel cell stack of the present invention, it is possible to suppress damage to the power generation element portion formed at the tip portion.
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、複数の仕切部材302と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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
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。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。
As shown in FIG. 2, each
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(x軸方向)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
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、支持基板20の一方の端面から他方の端面まで延びている。すなわち、各ガス流路21は、各燃料電池セル301の基端部側の端面から先端部側の端面まで延びている。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
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Y2O3(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MgAl2O4(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
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
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
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Y2O3(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の厚さ及び第1凹部22の深さは、50〜500μm程度である。
The fuel electrode
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
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
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
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)O2(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
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)O3(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)FeO3(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O3(ランタンニッケルフェライト)、又は、LSC=(La,Sr)CoO3(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
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、LaCrO3(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)TiO3(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
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
空気極集電膜32は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O3(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)CoO3(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
図2に示すように、各燃料電池セル301は、第1接合材101によって、燃料マニホールド200に接合されている。詳細には、各燃料電池セル301が燃料マニホールド200の天板203に支持された状態で、第1接合材101が燃料マニホールド200と各燃料電池セル301とを接合している。
As shown in FIG. 2, each
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1接合材101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. 8, each
第1接合材101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1接合材101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1接合材101は、金属材料又はガラス材料である。第1接合材101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、SiO2−B2O3系、SiO2−CaO系、又はSiO2−MgO系が採用され得る。なお、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1接合材101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1接合材101は、SiO2−MgO−B2O5−Al2O3系及びSiO2−MgO−Al2O3−ZnO系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
The
図2に示すように、各仕切部材302は、一対の燃料電池セル301間に配置されている。各仕切部材302は、第2接合材102を介して、隣り合う燃料電池セル301と接合している。詳細には、各仕切部材302は、各燃料電池セル301の先端部304に接合されている。各仕切部材302は、一対の燃料電池セル301間の空間S1を、外部と仕切る。各発電素子部10は、各仕切部材302よりも燃料電池セル301の基端部側に配置されている。すなわち、各発電素子部10は、一対の燃料電池セル301と各仕切部材302とによって画定される空間S1内に配置されている。
As shown in FIG. 2, each
各仕切部材302は、導電性を有している。このため、各仕切部材302は、燃料電池セル301は、隣り合う燃料電池セル301を電気的に接続している。詳細には、各仕切部材302は、燃料電池セル301の先端部304において、隣り合う燃料電池セル301同士を接続している。仕切部材302は、複数の発電素子部10のうち、最も先端部側に位置する発電素子部10Aよりも先端部側に配置されている。詳細には、図6に示すように、仕切部材302は、最も先端部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、燃料電池セル301の「基端部」とは、燃料電池セル301の燃料マニホールド200側の端部であり、燃料電池セル301の「先端部」とは、燃料マニホールド200から遠い側の端部である。
Each
図7に示すように、一対の燃料電池セル301間に配置された各仕切部材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。この各仕切部材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、各仕切部材302のうち、少なくとも一対の仕切部材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、各仕切部材302のうち、隣り合う仕切部材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
燃料電池セル301の幅方向の長さW1に対する、n個の仕切部材302の幅方向の長さ(w1、w2、・・・、wn)の合計値W2(=w1+w2+・・・+wn)の割合(W2/W1)は、0.2〜0.8とすることが好ましい。なお、特に限定されるものではないが、燃料電池セル301の幅方向の長さW1は、20〜200mm程度とすることが好ましく、各仕切部材302の幅方向の長さ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間に配置される各仕切部材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 of the total value W2 (= w1 + w2 +... + Wn) of the lengths (w1, w2,..., Wn) of the
仕切部材302は、ブロック状である。例えば、仕切部材302は、直方体状又は円柱状である。本実施形態では各仕切部材302の大きさは互いに同じであるが、各仕切部材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)に沿って見た各仕切部材302の面積が、互いに異なっていてもよい。仕切部材302の熱伝導率は、80W/(m・K)以下であることが好ましい。なお、熱伝導率は750℃での測定結果である。
The
仕切部材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)MnO3、又は(La,Sr)(Co,Fe)O3等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、(Mn,Co)3O4、又は(Mn,Fe)3O4等が挙げられる。この仕切部材302は、例えば、可撓性を有していない。
The
仕切部材302は、第2接合材102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2接合材102は、各仕切部材302と各燃料電池セル301とを接合している。第2接合材102は、例えば、(Mn,Co)3O4、(La,Sr)MnO3又は(La,Sr)(Co,Fe)O3等よりなる群から選ばれる少なくとも1種である。
The
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)・O2+2e−→O2 − …(1)
H2+O2 −→H2O+2e− …(2)
The
(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、第2空間S2に供給される。なお、第2空間S2は、各発電素子部10のうち最も基端部側に配置される発電素子部10Bと、燃料マニホールド200の天板203との間の空間である。また、燃料マニホールド200から各ガス流路21内に供給された燃料ガスは、燃料電池セル301の先端部側の端面から外部へと排出される。すなわち、各ガス流路21の排出口は、燃料電池セル301の先端部側の端面に形成されている。この外部へ排出された燃料ガスは、酸素を含むガスと反応して燃焼する。
The gas containing oxygen is supplied to the second space S2, for example, as shown in FIG. Note that the second space S <b> 2 is a space between the power
燃料電池スタック100は、ガス供給部材400をさらに備えている。ガス供給部材400は、各燃料電池セル301の間において、第2空間S2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。
The
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を仕切部材302及び第2接合材102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2接合材102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
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の基端部303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
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1接合材101を充填する。なお、第1接合材101は、天板203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
次に、第2接合材102及び第1接合材101に対して熱処理が加えられる。この熱処理によって、第2接合材102及び第1接合材101が固化され、燃料電池スタック100が完成する。詳細には、第2接合材102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と仕切部材302とが固定される。また、第1接合材101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1接合材101が機能を発揮し、各燃料電池セル301の基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
[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.
例えば、上記実施形態では、各仕切部材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。
For example, in the above embodiment, the
また、少なくとも一対の燃料電池セル301を接合する各仕切部材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間を接合する仕切部材302は、幅方向に間隔をあけていなくてもよい。
In addition, it is only necessary that the
また、図12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302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。
Further, as shown in FIG. 12, each current collecting
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.
(実施例)
実施例1〜20に係る燃料電池スタックを以下のように作製した。
(Example)
Fuel cell stacks according to Examples 1 to 20 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間に複数個の仕切部材302を配置し、(Mn,Co)3O4、(La,Sr)MnO3を介して、各仕切部材302と、1対の燃料電池セル301とを接合した。各仕切部材302は、燃料電池セル301の幅方向に間隔をあけて配置した。この各仕切部材302の間隔は略等間隔とした。
First, a pair of
各仕切部材302は、直方体状である。各仕切部材302は、(La,Sr)MnO3によって形成した。各実施例における燃料電池セル301の幅方向の長さW1、及び各仕切部材302の幅方向の長さの合計値W2は表1に示される通りである。なお、燃料電池セル301の幅方向の長さW1は、長手方向において各仕切部材302が形成された位置で測定した。また、各仕切部材302の幅方向の長さwnは、厚さ方向(z軸方向)において任意の位置で各仕切部材302を切断し、その断面形状において測定した。なお、各仕切部材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つの仕切部材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
各実施例において、燃料電池セル301の幅方向の長さW1、及び各仕切部材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 embodiment, the configuration is the same except the length W1 of the
(比較例)
比較例1、3、5、7として、図13に示すような、仕切部材を有さない燃料電池スタック100を作製した。また、比較例2、4、6、8として、図14に示すような、1つの仕切部材302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。比較例におけるその他の構成は、各実施例と同じである。
(Comparative example)
As Comparative Examples 1, 3, 5, and 7, a
(評価方法)
以上のようにして作製した各実施例1〜20及び比較例1〜8に対して、750℃、1000時間の発電評価を行った。燃料マニホールド200を介して燃料電池セル301に30℃加湿水素ガスを供給した。また、幅方向に沿って、燃料電池セル301の側面側から空気を供給した。そして、各ガス流路21から外部へと排出された水素ガスを、空気と反応させて燃焼させた。
(Evaluation method)
For each of Examples 1-20 and Comparative Examples 1-8 produced as described above, power generation evaluation was performed at 750 ° C. for 1000 hours. A 30 ° C. humidified hydrogen gas was supplied to the
このようにして発電させた各実施例1〜20及び比較例1〜8において、クラックの発生の有無を目視にて確認した。また、クラックが生じていない実施例及び比較例に対して、発電素子部10Aの断面観察を走査型電子顕微鏡によって行い、発電評価前後で発電素子部10Aの微構造変化があるか否かを確認した。なお、表1では、クラックが無く且つ微構造変化のなかったものを「◎」と評価し、破損はないが微構造変化のあったものを「○」と評価し、破損があったものを「×」と評価した。なお、本実施例では、評価が「×」となったものは無かった。
In each of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 8 where power was generated in this manner, the presence or absence of cracks was visually confirmed. In addition, the cross-sectional observation of the power
また、各実施例1〜20及び比較例1〜8において、燃料電池セル301の先端部での発電未使用の水素ガスの燃焼状態の良否を評価した。この評価結果を表1に示す。なお、表1では、失火現象の発生しなかったものを「○」と評価し、失火現象が発生したものを「×」と評価した。なお、本実施例では、評価が「×」となったものは無かった。
Further, in each of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 8, the quality of the combustion state of hydrogen gas that was not used for power generation at the tip of the
また、各実施例1〜20及び比較例1〜8において、燃料電池セル301の先端部での着火状態を評価した。具体的には、各燃料電池セル301の各ガス流路21内にメタンガスを供給し、一対の燃料電池セル301の間に、側面側から空気を供給し、各燃料電池セル301の先端において着火するか否かを確認した。この結果を表1に示す。なお、表1では、着火したものを「○」、そのうち瞬時に着火したものを「◎」、着火しなかったサンプルを「×」と評価した。
In each of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 8, the ignition state at the tip of the
表1に示すように、比較例1、3、5、7では、仕切部材302近傍の発電素子部10Aにクラックが生じていたのに対して、各実施例1〜20及び比較例2、4、6、8では、発電素子部10Aにクラックが生じていないことが確認できた。また、実施例2〜5、7〜10、12〜15、及び17〜20では、発電素子部10Aにおいて微構造変化はなかった。これは、割合「W2/W1」が0.2以上であるため、より断熱性が向上したためであると考えられる。
As shown in Table 1, in Comparative Examples 1, 3, 5, and 7, cracks occurred in the power
各実施例1〜20では、比較例2、4、6、8に比べて、先端部での水素ガス燃焼の失火現象が発生しないことが分かった。これは、各実施例1〜16では、各仕切部材302が幅方向において互いに間隔をあけて配置されているためであると考えられる。
In each Example 1-20, it turned out that the misfire phenomenon of the hydrogen gas combustion in a front-end | tip part does not generate | occur | produce compared with the comparative examples 2, 4, 6, and 8. This is considered to be because the
また、実施例1〜4、6〜9、11〜14、16〜19では、実施例5,10,15,20に比べて、瞬時に着火することが分かった。これは、割合「W2/W1」が0.8以下であるため、空気が各燃料電池セルの先端側へ流れやすいためであると考えられる。 Moreover, in Examples 1-4, 6-9, 11-14, 16-19, it turned out that it ignites instantly compared with Example 5, 10, 15, 20. This is presumably because the ratio “W2 / W1” is 0.8 or less, so that air easily flows to the front end side of each fuel cell.
10 :発電素子部
100 :燃料電池スタック
200 :燃料マニホールド
301 :燃料電池セル
302 :仕切部材
303 :基端部
304 :先端部
400 :ガス供給部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Electric power generation element part 100: Fuel cell stack 200: Fuel manifold 301: Fuel cell 302: Partition member 303: Base end part 304: Tip part 400: Gas supply member
Claims (4)
発電素子部を有し、前記燃料マニホールドから延びる一対の燃料電池セルと、
前記一対の燃料電池セル間において前記燃料電池セルの幅方向に互いに間隔をあけて配置され、前記各燃料電池セルの先端部に接合される複数の仕切部材と、
を備え、
前記各発電素子部は、前記仕切部材よりも前記燃料電池セルの基端部側に配置され、
前記各仕切部材は、前記一対の燃料電池セル間で連続している、
燃料電池スタック。 A fuel manifold;
A pair of fuel cells having a power generation element and extending from the fuel manifold;
A plurality of partition members disposed between the pair of fuel cells in the width direction of the fuel cells and spaced from each other, and joined to the tip of each fuel cell;
With
Each of the power generation element portions is disposed closer to the base end portion of the fuel cell than the partition member ,
Each of the partition members is continuous between the pair of fuel cells.
Fuel cell stack.
請求項1に記載の燃料電池スタック。 Each partition member has conductivity,
The fuel cell stack according to claim 1.
請求項1又は2に記載の燃料電池スタック。 A gas supply member for supplying a gas containing oxygen between the fuel manifold and the power generation element portion disposed on the most proximal side among the power generation element portions;
The fuel cell stack according to claim 1 or 2.
請求項1に記載の燃料電池スタック。 The ratio (W2 / W1) of the total value (W2) of the lengths in the width direction of the partition members to the length (W1) in the width direction of the fuel cells is 0.2 to 0.8. ,
The fuel cell stack according to claim 1.
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