JP6130577B1 - Fuel cell stack - Google Patents

Fuel cell stack Download PDF

Info

Publication number
JP6130577B1
JP6130577B1 JP2016221674A JP2016221674A JP6130577B1 JP 6130577 B1 JP6130577 B1 JP 6130577B1 JP 2016221674 A JP2016221674 A JP 2016221674A JP 2016221674 A JP2016221674 A JP 2016221674A JP 6130577 B1 JP6130577 B1 JP 6130577B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
fuel cell
partition member
power generation
cell stack
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
Application number
JP2016221674A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017107846A (en
Inventor
中村 俊之
俊之 中村
誠 大森
誠 大森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Application granted granted Critical
Publication of JP6130577B1 publication Critical patent/JP6130577B1/en
Publication of JP2017107846A publication Critical patent/JP2017107846A/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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.

特許第5162724号公報Japanese Patent No. 5162724

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.

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. 燃料電池スタックの正面図。The front view of a fuel cell stack. 比較例1に係る燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of the fuel cell stack concerning the comparative example 1. FIG. 比較例2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 the comparative example 2. FIG.

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 fuel cell stack 100 includes a fuel manifold 200, a plurality of fuel cells 301, and a plurality of partition 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。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 fuel cell 301 extends from the fuel manifold 200. Specifically, each fuel cell 301 extends upward (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. 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.

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 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 (x-axis direction) of the fuel battery 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、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 support substrate 20 has a plurality of gas passages 21 extending in the longitudinal direction of the support substrate 20 inside. Each gas flow path 21 extends from one end surface of the support substrate 20 to the other end surface. That is, each gas flow path 21 extends from the end surface on the proximal end side of each fuel cell 301 to the end surface on the distal end side. 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の厚さ及び第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.

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 fuel cell 301 is joined to the fuel manifold 200 by the first joining material 101. Specifically, the first bonding material 101 joins the fuel manifold 200 and each fuel cell 301 in a state where each fuel cell 301 is supported by the top plate 203 of the fuel manifold 200.

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 fuel cell 301 is inserted into the through hole 202 of the fuel manifold 200. The fuel battery cell 301 is fixed to the fuel manifold 200 by the first bonding material 101 in a state of being inserted into the through hole 202.

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、SiO−B系、SiO−CaO系、又はSiO−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、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 first bonding material 101 is filled in the through hole 202 in the state where the fuel battery cell 301 is inserted. That is, the first bonding material 101 is filled in the gap between the outer peripheral surface of the fuel cell 301 and the wall surface that defines the through hole 202. The first bonding material 101 is a metal material or a glass material. The first bonding material 101 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 the crystallized glass, the ratio (crystallinity) of “the volume occupied by the crystalline phase” to the total volume is 60% or more, and the ratio of “the volume occupied by the amorphous phase and impurities” to the total volume is 40%. % Glass. Note that amorphous glass, brazing material, ceramics, or the like may be employed as the material of the first bonding material 101. Specifically, the first bonding material 101 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. .

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 partition member 302 is disposed between a pair of fuel cells 301. Each partition member 302 is joined to the adjacent fuel cell 301 via the second joining material 102. Specifically, each partition member 302 is joined to the tip 304 of each fuel cell 301. Each partition member 302 partitions the space S1 between the pair of fuel cells 301 from the outside. Each power generation element unit 10 is disposed closer to the base end portion of the fuel cell 301 than each partition member 302. That is, each power generation element unit 10 is disposed in a space S <b> 1 defined by a pair of fuel cells 301 and each partition member 302.

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 partition member 302 has conductivity. For this reason, in each partition member 302, the fuel cell 301 electrically connects the adjacent fuel cells 301. Specifically, each partition member 302 connects adjacent fuel cells 301 at the tip 304 of the fuel cells 301. The partition member 302 is disposed closer to the distal end portion than the power generating element portion 10A located closest to the distal end portion among the plurality of power generating element portions 10. Specifically, as shown in FIG. 6, the partition member 302 is disposed on the air electrode current collector film 32 extending from the power generating element portion 10 </ b> A located on the most distal end side. The “base end” of the fuel cell 301 is the end of the fuel cell 301 on the fuel manifold 200 side, and the “tip” of the fuel cell 301 is the end far from the fuel manifold 200. Part.

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 partition members 302 arranged between the pair of fuel cells 301 are arranged at intervals in the width direction (y-axis direction) of the fuel cells 301. The intervals between the partition members 302 may be equal intervals or may vary. Of the partition members 302, at least a pair of partition members 302 may be disposed at intervals in the width direction, and among the partition members 302, the partition members 302 are disposed without being spaced from each other. There may be something.

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 n partition members 302 to the length W1 of the fuel cell 301 in the width direction. (W2 / W1) is preferably 0.2 to 0.8. Although not particularly limited, the length W1 of the fuel cell 301 in the width direction is preferably about 20 to 200 mm, and the length wn in the width direction of each partition member 302 is 1.0. It is preferable to be about ˜20 mm. Moreover, it is preferable that the number n of each partition member 302 arrange | positioned between a pair of fuel battery cell 301 shall be about 2-20 pieces, for example.

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 partition member 302 has a block shape. For example, the partition member 302 has a rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape. In this embodiment, the size of each partition member 302 is the same, but the size of each partition member 302 may be different. For example, the areas of the partition members 302 viewed along the first direction (z-axis direction) may be different from each other. The thermal conductivity of the partition member 302 is preferably 80 W / (m · K) or less. The thermal conductivity is a measurement result at 750 ° C.

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)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。この仕切部材302は、例えば、可撓性を有していない。 The partition member 302 is made of a fired body of oxide ceramics, for example. 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. This partition member 302 does not have flexibility, for example.

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)、(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 partition member 302 is joined to each fuel cell 301 by the second joining material 102. That is, the second bonding material 102 joins each partition member 302 and each fuel cell 301. The second bonding material 102 is 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. .

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、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 generation element portion 10 </ b> B disposed on the most proximal side among the power generation element portions 10 and the top plate 203 of the fuel manifold 200. Further, the fuel gas supplied from the fuel manifold 200 into each gas flow path 21 is discharged to the outside from the end surface of the fuel cell 301 on the front end side. That is, the discharge port of each gas flow path 21 is formed on the end face of the fuel cell unit 301 on the front end side. The fuel gas discharged to the outside reacts with the gas containing oxygen and burns.

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 fuel cell stack 100 further includes a gas supply member 400. The gas supply member 400 is configured to supply gas such as air to the second space S <b> 2 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 fuel manifold 200 and a plurality of fuel cells 301 are prepared. And as shown in FIG. 10, each fuel cell 301 is connected by the partition member 302 and the 2nd joining material 102, and the cell assembly 300 is produced. At this stage, the second bonding material 102 is not fired, and the fuel cells 301 are temporarily fixed 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 base end portion 303 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 first bonding material 101 is filled into the through hole 202 in the state where the fuel battery cell 301 is inserted. The first bonding material 101 is preferably filled to the extent that it protrudes upward from the surface of the top plate 203.

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 second bonding material 102 and the first bonding material 101. By this heat treatment, the second bonding material 102 and the first bonding material 101 are solidified, and the fuel cell stack 100 is completed. Specifically, the second bonding material 102 is fired by being subjected to heat treatment. As a result, each fuel cell 301 and the partition member 302 are fixed. Further, the first bonding material 101 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 first bonding material 101 made of crystallized glass functions, and the base 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.

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 partition members 302 are aligned along the width direction (y-axis direction), but may vary.

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 partition members 302 that join at least the pair of fuel cells 301 are arranged at intervals in the width direction. For example, the partition member 302 that joins some of the fuel cells 301 may not be spaced in the width direction.

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 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 302 in the width direction of the fuel cell 301 is measured by a dimension parallel to the width direction of the fuel cell 100.

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)、(La,Sr)MnO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 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. A plurality of partition members 302 are arranged between the fuel cells 301, and each partition member 302 and a pair of fuel cells 301 are interposed via (Mn, Co) 3 O 4 and (La, Sr) MnO 3. And joined. Each partition member 302 was arranged at an interval in the width direction of the fuel cell 301. The intervals between the partition members 302 were set to be approximately equal.

各仕切部材302は、直方体状である。各仕切部材302は、(La,Sr)MnO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 partition member 302 has a rectangular parallelepiped shape. Each partition member 302 was formed of (La, Sr) MnO 3 . The total length W2 of the width direction length W1 of each fuel cell 301 and the width direction length of each partition member 302 in each example is as shown in Table 1. The length W1 in the width direction of the fuel cell 301 was measured at the position where each partition member 302 was formed in the longitudinal direction. Further, the length wn in the width direction of each partition member 302 was measured in a cross-sectional shape by cutting each partition member 302 at an arbitrary position in the thickness direction (z-axis direction). When the partition members 302 are not arranged along the width direction of the fuel cell 301, the length W1 of the fuel cell 301 may be measured at an arbitrary position where at least one partition member 302 is formed. .

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 fuel cell 301 in the width direction and the total value W2 of the lengths of the partition members 302 in the width direction.

(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 fuel cell stack 100 having no partition member as shown in FIG. 13 was produced. Further, as Comparative Examples 2, 4, 6, and 8, a fuel cell stack 100 in which a pair of fuel cells 301 were connected by one partition member 302 as shown in FIG. Other configurations in the comparative example are the same as those in each example.

(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 fuel battery cell 301 via the fuel manifold 200. Moreover, air was supplied from the side surface side of the fuel cell 301 along the width direction. And the hydrogen gas discharged | emitted from each gas flow path 21 outside was made to react with air, and was combusted.

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 generation element unit 10A is performed with a scanning electron microscope for the examples and comparative examples in which no cracks are generated, and it is confirmed whether there is a microstructural change of the power generation element unit 10A before and after power generation evaluation. did. In Table 1, the case where there was no crack and no change in microstructure was evaluated as “◎”, and the case where there was no damage but there was a change in microstructure was evaluated as “◯”. Evaluated as “x”. In this example, none of the evaluations were “x”.

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 fuel cell 301 was evaluated. The evaluation results are shown in Table 1. In Table 1, a case where no misfire phenomenon occurred was evaluated as “◯”, and a case where a misfire phenomenon occurred was evaluated as “x”. In this example, none of the evaluations were “x”.

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 fuel cell 301 was evaluated. Specifically, methane gas is supplied into each gas flow path 21 of each fuel cell 301, air is supplied from the side surface between the pair of fuel cells 301, and ignition occurs at the tip of each fuel cell 301. Confirmed whether or not. The results are shown in Table 1. In Table 1, those that ignited were evaluated as “◯”, those that ignited instantaneously were evaluated as “サ ン プ ル”, and samples that did not ignite were evaluated as “×”.

Figure 0006130577
Figure 0006130577

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 generation element portion 10A in the vicinity of the partition member 302, whereas each of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 2, 4 6 and 8, it was confirmed that no crack was generated in the power generation element portion 10A. Moreover, in Examples 2-5, 7-10, 12-15, and 17-20, there was no microstructure change in 10 A of electric power generation element parts. This is presumably because the ratio “W2 / W1” is 0.2 or more, so that the heat insulation is further improved.

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 partition members 302 are spaced apart from each other in the width direction in each of the first to sixteenth embodiments.

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)

燃料マニホールドと、
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.
前記各仕切部材は、導電性を有する、
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.
前記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前記燃料マニホールドとの間に酸素を含むガスを供給するガス供給部材をさらに備える、
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.
前記燃料電池セルの幅方向の長さ(W1)に対する、前記各仕切部材の前記幅方向の長さの合計値(W2)の割合(W2/W1)は、0.2〜0.8である、
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.
JP2016221674A 2015-11-26 2016-11-14 Fuel cell stack Expired - Fee Related JP6130577B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015230653 2015-11-26
JP2015230653 2015-11-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6130577B1 true JP6130577B1 (en) 2017-05-17
JP2017107846A JP2017107846A (en) 2017-06-15

Family

ID=58714707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016221674A Expired - Fee Related JP6130577B1 (en) 2015-11-26 2016-11-14 Fuel cell stack

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6130577B1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0670162U (en) * 1993-03-15 1994-09-30 三菱重工業株式会社 Flat plate solid oxide fuel cell
JP2006140097A (en) * 2004-11-15 2006-06-01 Kyocera Corp Fuel battery cell, and fuel cell
JP2008186665A (en) * 2007-01-29 2008-08-14 Kyocera Corp Unit cell of fuel cell, cell stack and fuel cell
JP2010232181A (en) * 2010-05-20 2010-10-14 Kyocera Corp Current-collecting member, fuel cell stack, and fuel cell
JP2014096276A (en) * 2012-11-09 2014-05-22 Hitachi Ltd Fuel cell system and solid oxide fuel cell for use therein and cogeneration system using solid oxide fuel cell
JP2014164852A (en) * 2013-02-22 2014-09-08 Ngk Insulators Ltd Horizontal-spiral fuel battery cell

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0670162U (en) * 1993-03-15 1994-09-30 三菱重工業株式会社 Flat plate solid oxide fuel cell
JP2006140097A (en) * 2004-11-15 2006-06-01 Kyocera Corp Fuel battery cell, and fuel cell
JP2008186665A (en) * 2007-01-29 2008-08-14 Kyocera Corp Unit cell of fuel cell, cell stack and fuel cell
JP2010232181A (en) * 2010-05-20 2010-10-14 Kyocera Corp Current-collecting member, fuel cell stack, and fuel cell
JP2014096276A (en) * 2012-11-09 2014-05-22 Hitachi Ltd Fuel cell system and solid oxide fuel cell for use therein and cogeneration system using solid oxide fuel cell
JP2014164852A (en) * 2013-02-22 2014-09-08 Ngk Insulators Ltd Horizontal-spiral fuel battery cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017107846A (en) 2017-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020012818A1 (en) Electrochemical cell and cell stack device
JP6401115B2 (en) Cell stack device, module and module housing device
JP6154042B1 (en) Fuel cell stack
JP6429848B2 (en) Electrochemical cell
JP6197074B2 (en) Fuel cell
JP6063597B1 (en) Fuel cell stack structure
JP6267300B1 (en) Fuel cell
JP6130577B1 (en) Fuel cell stack
JP6261799B1 (en) Fuel cell stack and fuel cell
JP6130576B1 (en) Fuel cell stack
JP6427652B2 (en) Fuel cell
JP6335267B2 (en) Fuel cell stack
JP6239707B1 (en) Fuel cell stack and fuel cell
JP6435032B1 (en) Fuel cell
JP6159868B1 (en) Fuel cell stack
JP6257721B1 (en) Fuel cell
JP6378742B2 (en) Fuel cell stack
JP6130575B1 (en) Fuel cell stack
JP6611393B1 (en) Cell stack device
JP6130578B1 (en) Fuel cell stack
JP6467090B1 (en) Fuel cell and cell stack device
JP6586504B1 (en) Cell stack device
JP6820993B2 (en) Electrochemical equipment
JP6483894B1 (en) Fuel cell and cell stack device
JP6487600B1 (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170313

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: 20170404

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170413

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6130577

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees