JP6286222B2 - 燃料電池スタック - Google Patents
燃料電池スタック Download PDFInfo
- Publication number
- JP6286222B2 JP6286222B2 JP2014028077A JP2014028077A JP6286222B2 JP 6286222 B2 JP6286222 B2 JP 6286222B2 JP 2014028077 A JP2014028077 A JP 2014028077A JP 2014028077 A JP2014028077 A JP 2014028077A JP 6286222 B2 JP6286222 B2 JP 6286222B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- interconnector
- fuel
- fuel cell
- single cell
- 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.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 87
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 64
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 64
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 20
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 18
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 18
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 12
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 9
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 8
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 5
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 3
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 3
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 description 3
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017563 LaCrO Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[La+3] NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 229910021526 gadolinium-doped ceria Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229910005745 Ge—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000968352 Scandia <hydrozoan> Species 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RJBSIFOTJSUDHY-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Fe+2].[Co+2].[Sr+2].[La+3] Chemical compound [O-2].[Fe+2].[Co+2].[Sr+2].[La+3] RJBSIFOTJSUDHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YMVZSICZWDQCMV-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Mn+2].[Sr+2].[La+3] Chemical compound [O-2].[Mn+2].[Sr+2].[La+3] YMVZSICZWDQCMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);scandium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sc+3].[Sc+3] HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
第1貫通孔を有し、可撓性を有する金属板からなる第1セパレータと、
前記第1セパレータと接合され、前記第1貫通孔から一部が露出するインターコネクタ本体と、
第2貫通孔を有し、可撓性を有する金属板からなる第2セパレータと、
燃料極と、空気極と、固体電解質と、を含み、前記第2セパレータに接合部を介し接合され、前記第2貫通孔から一部が露出する単セルと、
を順に複数組積層した燃料電池スタックであって、
前記インターコネクタ本体の第1主面と前記単セルの空気極とを電気的に接続する第1接点部と、
前記第1主面と反対側の第2主面と前記単セルの燃料極とを電気的に接続する第2接点部と、を具備し、
前記燃料電池スタックを積層方向から見た場合に、前記インターコネクタ本体の外周は、前記接合部の外周により囲まれた領域の内側に存在していることを特徴とする。
前記第2セパレータは前記単セルの空気極又は燃料極の何れかの電極と電気的に接続されており、
前記第2セパレータと電気的に接続された側の前記単セルの電極と、第1接点部又は第2接点部の何れかの接点部を介して電気的に接続された前記インターコネクタ本体は、
前記第1セパレータが電気的に接続された側の第2セパレータと対向する面と反対側の面に接合されていることが好ましい。
単セルと接合部を介して接合されている第2セパレータは、カソード又はアノードの電位と同じ電位を有している。この第2セパレータと異なる電極と電気的に接続するインターコネクタ本体又は第1セパレータは、第2セパレータと絶縁されている。
第1屈曲部と第2屈曲部が互いに電気的に接続されている方向に突出していることから、熱応力により第1セパレータ又は第2セパレータが変形した場合であっても、屈曲部が突出方向にセパレータの変形を促すので、第1セパレータと第2セパレータ間での接触が防止される。
前記第1セパレータを前記インターコネクタ本体よりも薄くすることで、インターコネクタ本体に印加される応力を逃がし、緩和することができる。また、前記第1セパレータが、0.05mm以上の厚さを有することで、その耐久性を確保できる。
第1セパレータが、アルミニウムを含むことで、その表面に耐酸化性の高いアルミナの被膜を形成できる。アルミニウムの含有量が1質量%に満たないと、アルミナの被膜形成が不十分になるため、長期に渡って耐久性が得られない。また、アルミニウムの含有量が10重量%を超えると、常温で第1セパレータが硬くなり過ぎ、応力緩和に支障を来す可能性がある。
図1は,本発明の第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタック10を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池スタック10は,反応ガス(燃料ガス(例えば,水素)と酸化剤ガス(例えば,空気(詳しくは空気中の酸素)))の供給を受けて発電する。
固体酸化物形燃料電池スタック10は,燃料電池セル40(1)〜40(4)を積層して構成される燃料電池スタックである。ここでは,判り易さのために,4つの燃料電池セル40(1)〜40(4)を積層しているが,一般には,20〜60個程度の燃料電池セル40を積層することが多い。
エンドプレート11,12は,積層される燃料電池セル40(1)〜40(4)を押圧,保持する保持板であり,かつ燃料電池セル40(1)〜40(4)からの電流の出力端子でもある。
なお、図3において、図中Z方向を上側とし、Z方向に位置する面を上面とする。
集電部49は,燃料ガス流路48の内部に配置され,単セル44の燃料極441とインターコネクタ62(インターコネクタ本体621)との間の導通を確保するためのものであり,導電性部材491,スペーサ492を有する。
LaCrO3(ランタンクロマイト)系のセラミック材料を主成分とする材料を用いる場合、特に高温の領域(例えば、700〜1000℃)で使用する場合に高い導電性を確保することができる。その結果、インターコネクタ本体611の電気抵抗による損失を低減し、燃料電池スタック10の発電性能の向上に寄与する。
なお、図3に示すように、インターコネクタ用セパレータ612には、ボルト21,22(22a,22b),23(23a,23b)に対応して、貫通孔が形成されている。
このため、本実施形態では金属製セパレータ53と、この金属製セパレータ53が接合部71を介して接合している単セル44の燃料極441と電気的に接続しているインターコネクタ用セパレータ622の間の電気的接続は問題とはならない。
図6は、変形例1に係る燃料電池セル40aの一部拡大断面図である。
図6に示したように、変形例1では、インターコネクタ本体611をインターコネクタ用セパレータ612の上面に接合している。この場合でも、燃料電池スタックの積層方向から見た場合に、インターコネクタ本体611の外周が、単セル44と金属製セパレータ53との接合部71の外周により囲まれる領域の内側に存在するように配置されることで、インターコネクタ用セパレータ612を変形させてインターコネクタ本体611と接合することが可能となる。
したがって、接合部71の外周より外側の金属製セパレータ53と、インターコネクタ用セパレータ612との間の距離が十分に確保できる。
図7、図8はそれぞれ、変形例2に係る燃料電池セル40b(2)の一部拡大断面図および上面図である。
屈曲部415,531,455はそれぞれ、板状のインターコネクタ用セパレータ612、金属製セパレータ53、インターコネクタ用セパレータ622の一部を屈曲させた部位である。インターコネクタ本体611又は単セル44に応力が印加された場合に、屈曲部415,531,455のそれぞれが突出方向に、インターコネクタ用セパレータ612又は金属性セパレータ53、若しくはその両方の変形を促す。
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
11,12 エンドプレート
21,22 ボルト
31,32 貫通孔
35 ナット
40 燃料電池セル
42,422,423 集電部(第1接点部)
49,492 集電部(第2接点部)
43 枠部
44,45 単セル
46,462 開口
47,472 酸化剤ガス流路
48,482 燃料ガス流路
51,512 空気極フレーム
52,522 絶縁フレーム
53,532 金属製セパレータ
54,542 燃料極フレーム
443,453 空気極
442,452 固体電解質層
441,451 燃料極
58,582 開口部(第2貫通部)
61,62,63 インターコネクタ
71,712 接合部
415,531,455 屈曲部
491 導電性部材
492 スペーサ
611,621,631 インターコネクタ本体
612,622,632 インターコネクタ用セパレータ
613,623,633 貫通孔(第1貫通孔)
614,624,634 接合部
Claims (4)
- 第1貫通孔を有し、可撓性を有する金属板からなる第1セパレータと、
前記第1セパレータと接合され、前記第1貫通孔から一部が露出するインターコネクタ本体と、
第2貫通孔を有し、可撓性を有する金属板からなる第2セパレータと、
燃料極と、空気極と、固体電解質と、を含み、前記第2セパレータに接合部を介し接合され、前記第2貫通孔から一部が露出する単セルと、
を順に複数組積層した燃料電池スタックであって、
前記インターコネクタ本体の第1主面と前記単セルの空気極とを電気的に接続する第1接点部と、
前記第1主面と反対側の第2主面と前記単セルの燃料極とを電気的に接続する第2接点部と、を具備し、
前記燃料電池スタックを積層方向から見た場合に、前記インターコネクタ本体の外周は、前記接合部の外周により囲まれた領域の内側に存在しており、
前記第1セパレータは前記インターコネクタ本体と電気的に接続され、
前記第2セパレータは前記単セルの空気極又は燃料極の何れかの電極と電気的に接続されており、
前記第2セパレータと電気的に接続された側の前記単セルの電極と、第1接点部又は第2接点部の何れかの接点部を介して電気的に接続された前記インターコネクタ本体は、
前記第1セパレータのうち、前記第1セパレータと電気的に接続された前記第2セパレータと対向する面と反対側の面に接合されている
ことを特徴とする燃料電池スタック。 - 前記第1セパレータは電気的に接続された側の前記第2セパレータ側に突出する第1屈曲部を有し、前記第2セパレータは電気的に接続された側の前記第1セパレータ側に突出する第2屈曲部を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記第1セパレータは、前記インターコネクタ本体よりも薄く、且つ0.05mm以上の厚さを有する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池スタック。 - 前記第1セパレータが、1質量%以上10質量%以下のアルミニウムを含む
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014028077A JP6286222B2 (ja) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | 燃料電池スタック |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014028077A JP6286222B2 (ja) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | 燃料電池スタック |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015153671A JP2015153671A (ja) | 2015-08-24 |
JP6286222B2 true JP6286222B2 (ja) | 2018-02-28 |
Family
ID=53895701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014028077A Active JP6286222B2 (ja) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | 燃料電池スタック |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6286222B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018055914A (ja) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | Toto株式会社 | 固体酸化物形燃料電池セルスタック |
JP6924229B2 (ja) * | 2019-08-08 | 2021-08-25 | 日本碍子株式会社 | 電気化学セル |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3466960B2 (ja) * | 1999-05-20 | 2003-11-17 | 東京瓦斯株式会社 | 保持薄板枠付き平板型単電池及びそれを用いた燃料電池 |
JP4737935B2 (ja) * | 2004-01-16 | 2011-08-03 | 日本特殊陶業株式会社 | 固体電解質形燃料電池 |
JP2007242279A (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質型燃料電池スタック及びその製造方法 |
JP5198797B2 (ja) * | 2007-05-23 | 2013-05-15 | 日本特殊陶業株式会社 | 固体電解質形燃料電池 |
-
2014
- 2014-02-18 JP JP2014028077A patent/JP6286222B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015153671A (ja) | 2015-08-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6286223B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
US11735758B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack | |
KR102133161B1 (ko) | 연료 전지 스택 | |
JP4955831B1 (ja) | 固体酸化物形燃料電池の発電部間を電気的に接続する接合体 | |
JP5876944B2 (ja) | 燃料電池および燃料電池スタック | |
JP6147606B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池スタック | |
JP5727428B2 (ja) | セパレータ付燃料電池セル,および燃料電池 | |
JP2016062655A (ja) | セパレータ付燃料電池単セル | |
JP6118230B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP6286222B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP5727431B2 (ja) | セパレータ付燃料電池セル,および燃料電池 | |
JP6773472B2 (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP2015032557A (ja) | 固体酸化物形燃料電池スタック及びセパレータ付インターコネクタ | |
JP5846936B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP7082954B2 (ja) | 電気化学反応セルスタック | |
JP5607771B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池スタックとその製造方法 | |
JP4932965B1 (ja) | 固体酸化物形燃料電池の発電部間を電気的に接続する接合体 | |
JP5727429B2 (ja) | セパレータ付燃料電池セル,および燃料電池 | |
JP2013257973A (ja) | 固体酸化物形燃料電池スタック | |
JP7522796B2 (ja) | 電気化学反応セルスタックおよび導電性部材 | |
JP5727567B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形燃料電池スタックおよびスペーサ | |
JP6734707B2 (ja) | 集電部材−電気化学反応単セル複合体および電気化学反応セルスタック | |
JP2018014246A (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP6774230B2 (ja) | 集電部材−電気化学反応単セル複合体および電気化学反応セルスタック | |
JP2016024951A (ja) | 固体酸化物形燃料電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160810 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170725 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170801 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170926 |
|
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: 20180123 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180205 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6286222 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |