JP6174577B2 - セルおよびセルスタック装置並びに電気化学モジュール、電気化学装置 - Google Patents
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Description
近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(通常、空気である)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルが開発されている。燃料電池セル(以下、セルということがある。)は、固体電解質層を燃料極層と酸素極層とで挟んだ構造を有している。セルは、燃料極層に燃料ガスを、酸素極層に酸素含有ガスを流し、セルを1000〜1050℃に加温することによって発電する(例えば特許文献1参照)。
図1は、本実施形態の固体酸化物形のセル1の一例を示すものであり、(a)はその横断面図、(b)は(a)のインターコネクタ層側から見た側面図である。なお、両図面において、セル1の各構成の一部を拡大して示している。
本実施態様の酸素極層10は、いわゆるABO3型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスからなる。例えば、かかるペロブスカイト型酸化物として、Laを含有する遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にAサイトにSrが共存するLaMnO3系酸化物、LaFeO3系酸化物、LaCoO3系酸化物の少なくとも1種が挙げられ、600〜1000℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からLaCoO3系酸化物がよい。なお、このペロブスカイト型酸化物においては、Bサイトに、CoとともにFeやMnが固溶するものであっても良い。
以上説明した本実施形態のセル1の作製方法の一例について説明する。
酸素極層を形成する二次原料粒子の粒度分布をこのような範囲に調整するためには、原料の粉砕時間を調整する方法も採用することができるが、場合によっては、均一な粒度分布に調整した微粒な二次原料に対して、再仮焼等を行って全体を粗粒に調整した二次原料を混合して調整する方法も挙げられる。
図4は、上述したセル1の複数個を、集電部材13を介して電気的に直列に接続して構成されたセルスタック装置の一例を示したものであり、(a)はセルスタック装置18を概略的に示す側面図、(b)は(a)のセルスタック装置18の破線部についての横断面図であり、(a)で示した破線で囲った部分を抜粋して示している。なお、(b)において(a)で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示しており、(b)で示すセル1においては、上述した中間層12等の一部の部材を省略して示している。
図5は、セルスタック装置18を収納容器内に収納してなる電気化学モジュールの一例である燃料電池モジュール30の一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器31の内部に、図4に示したセルスタック装置18を収納する前の状態を示している。すなわち収納容器31の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置18および改質器32を後方に取り出した状態で示している。図5に示した燃料電池モジュール30においては、セルスタック装置18を、収納容器31内にスライドして収納することが可能である。
図6は、外装ケース内に図5で示した燃料電池モジュール30と、燃料電池モジュール30を動作させるための補機とを収納してなる電気化学装置の一例である燃料電池装置の一例を示す斜視図である。なお、図6においては一部構成を省略して示している。
2:導電性支持体(支持体)
3:燃料ガス通路
8:燃料極層
9:電解質層
10:酸素極層
11:インターコネクタ層
12:中間層
20:第1気孔
21:第2気孔
22:第3気孔
24:ポーラス部
25:緻密部
26:空隙部
p1 第1ピーク
p2 第2ピーク
p3 第3ピーク
p1t 第1ピークの最大値
p2t 第2ピークの最大値
p3t 第3ピークの最大値
Claims (11)
- 固体酸化物形の電解質層の一方主面に燃料極層を、他方主面に酸素極層を配置してなり、前記酸素極層は複数の気孔を有し、前記酸素極層の任意断面にて観察される前記気孔の気孔径分布において3つ以上のピークを有し、
該3つ以上のピークが、気孔径0.02〜1μmの範囲にピークの最大値が存在する第1ピークと、気孔径1〜5μmの範囲にピークの最大値が存在する第2ピークと、気孔径4〜25μmの範囲にピークの最大値が存在する第3ピークとからなるセル。 - 前記第1ピークの面積比率が80〜90%、前記第2ピークの面積比率が9〜19%、前記第3ピークの面積比率が0.3〜2%である請求項1記載のセル。
- 前記第1ピークの最大値が気孔径0.15〜0.6μmの範囲に存在する請求項1または2記載のセル。
- 前記複数の気孔は、前記第1ピークの範囲内にある第1気孔と、前記第2ピークの範囲内にある第2気孔と、前記第3ピークの範囲内にある第3気孔とからなり、前記第2ピークの範囲内にある気孔は、アスペクト比が3〜10の扁平気孔を含む請求項1乃至3のいずれかに記載のセル。
- 前記酸素極層は、該酸素極層の任意断面を観察したとき、ポーラス部と緻密部と空隙部とからなり、前記ポーラス部は、前記第1気孔のそれぞれを中心として半径が前記第1ピークの最大値に対応する気孔径の3倍の円をそれぞれ描き、該円の中に含まれる気孔の面積が15%以上となる円が重畳して形成される集合体のうち、最も外側に位置する前記円の中心同士をつないで囲まれる領域であり、前記空隙部は気孔径が10μm以上の気孔からなる領域であり、前記緻密部は前記ポーラス部および前記空隙部を除く領域である請求項4に記載のセル。
- 前記緻密部は、当該緻密部の外周長さが前記第1ピークの最大値に対応する気孔径の10倍以上である請求項5記載のセル。
- 前記緻密部は、当該緻密部の面積に対する当該緻密部の外周長さの2乗の値が40〜100である請求項5または6記載のセル。
- 前記ポーラス部が25〜55面積%、前記緻密部が15〜35面積%、前記空隙部が10
〜60面積%の割合で存在する請求項5乃至7のいずれかに記載のセル。 - 請求項1乃至8のいずれかに記載のセルの複数を、集電部材を介して電気的に接続してなるセルスタックを具備するセルスタック装置。
- 請求項9に記載のセルスタック装置が、収納容器内に収納されてなる電気化学モジュール。
- 請求項10に記載の電気化学モジュールを具備する電気化学装置。
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