JP6309151B1 - End current collecting member and cell stack device - Google Patents

End current collecting member and cell stack device Download PDF

Info

Publication number
JP6309151B1
JP6309151B1 JP2017220147A JP2017220147A JP6309151B1 JP 6309151 B1 JP6309151 B1 JP 6309151B1 JP 2017220147 A JP2017220147 A JP 2017220147A JP 2017220147 A JP2017220147 A JP 2017220147A JP 6309151 B1 JP6309151 B1 JP 6309151B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
joint
drawer
manifold
cell stack
current collecting
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
Application number
JP2017220147A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018113249A (en
Inventor
裕己 田中
裕己 田中
中村 俊之
俊之 中村
玄太 寺澤
玄太 寺澤
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 JP6309151B1 publication Critical patent/JP6309151B1/en
Publication of JP2018113249A publication Critical patent/JP2018113249A/en
Active 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】端部集電部材が金属部品と接触することによって短絡することを防止する。【解決手段】端部集電部材3は、燃料電池セルから電力を取り出すように構成されている。端部集電部材3は、接合部31と、引出し部32と、絶縁層33と、を備えている。接合部31は、燃料電池セルに接合されるように構成されている。引出し部32は、接合部31から延びる。絶縁層33は、引出し部32を覆う。【選択図】図7An end current collecting member is prevented from being short-circuited due to contact with a metal part. An end current collecting member is configured to take out electric power from a fuel cell. The end current collecting member 3 includes a joining portion 31, a drawing portion 32, and an insulating layer 33. The joining portion 31 is configured to be joined to the fuel cell. The lead portion 32 extends from the joint portion 31. The insulating layer 33 covers the lead portion 32. [Selection] Figure 7

Description

本発明は、端部集電部材、及びセルスタック装置に関するものである。   The present invention relates to an end current collecting member and a cell stack device.

セルスタック装置は、筐体、燃料電池セル、及びマニホールドを備えている(特許文献1)。燃料電池セル、及びマニホールドは、筐体内に配置されている。燃料電池セルは、マニホールドから上方に延びている。マニホールドは、燃料電池セルのガス流路に燃料ガスを供給する。また、燃料電池セルの外側面に酸素を含むガス(空気など)が供給される。燃料電池セルは、燃料ガス及び空気を用いて電力を生成する。この燃料電池セルによって生成された電力は、燃料電池セルに電気的に接続された端部集電部材によって外部回路へと取り出される。   The cell stack device includes a housing, a fuel cell, and a manifold (Patent Document 1). The fuel battery cell and the manifold are disposed in the housing. The fuel cell extends upward from the manifold. The manifold supplies fuel gas to the gas flow path of the fuel battery cell. In addition, oxygen-containing gas (such as air) is supplied to the outer surface of the fuel cell. The fuel cell generates electric power using fuel gas and air. The electric power generated by the fuel battery cell is taken out to an external circuit by an end current collecting member electrically connected to the fuel battery cell.

特開2016−171064号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-171064

端部集電部材は、筐体内から外部へと延びている。筐体は一般的に金属材料で構成されているため、端部集電部材が筐体と接触すると短絡などの問題が生じるおそれがある。また、端部集電部材が筐体以外の金属部品と接触することによっても、同様に短絡の問題が生じ得る。   The end current collecting member extends from the inside of the housing to the outside. Since the casing is generally made of a metal material, there is a possibility that problems such as a short circuit may occur when the end current collecting member comes into contact with the casing. Moreover, the problem of a short circuit may occur similarly when the end current collecting member comes into contact with a metal part other than the casing.

本発明の課題は、端部集電部材が金属部品と接触することによって短絡することを防止することにある。   An object of the present invention is to prevent an end current collecting member from short-circuiting due to contact with a metal part.

本発明の第1側面に係る端部集電部材は、燃料電池セルから電力を取り出すように構成されている。端部集電部材は、接合部と、引出し部と、絶縁層と、を備えている。接合部は、燃料電池セルに接合されるように構成されている。引出し部は、接合部から延びる。絶縁層は、引出し部を覆う。   The end current collecting member according to the first aspect of the present invention is configured to extract electric power from the fuel cell. The end current collecting member includes a joint portion, a lead portion, and an insulating layer. The joining portion is configured to be joined to the fuel battery cell. The drawer portion extends from the joint portion. The insulating layer covers the drawer portion.

この構成によれば、引出し部が、外部回路へと接続するために接合部から延びている。そして、この引出し部を覆うように、絶縁層が形成されている。このため、筐体などの金属部品には絶縁層が接触することになり引出し部は直接接触しない。この結果、端部集電部材が金属部品と接触することによる短絡を防止することができる。また、引出し部が絶縁層によって覆われているため、引出し部の酸化を抑制できる。この結果、酸化によって引出し部における抵抗が増大することを抑制できる。   According to this configuration, the drawer portion extends from the joint portion for connection to an external circuit. And the insulating layer is formed so that this drawer | drawing-out part may be covered. For this reason, an insulating layer contacts metal parts, such as a housing | casing, and a drawer | drawing-out part does not contact directly. As a result, it is possible to prevent a short circuit due to contact of the end current collecting member with the metal part. Moreover, since the drawer part is covered with the insulating layer, oxidation of the drawer part can be suppressed. As a result, it is possible to suppress an increase in resistance in the drawer portion due to oxidation.

好ましくは、端部集電部材は、接合部を覆う導電層をさらに備える。接合部がステンレス鋼などのようなクロムを含む材料によって構成されている場合に、その接合部から揮発したクロムによって燃料電池セルの発電素子部が被毒するおそれがある。これに対して、接合部が導電層によって覆われていることで、クロムの揮発が抑制され、この結果、燃料電池セルの発電素子部の被毒を抑制することができる。   Preferably, the end current collecting member further includes a conductive layer covering the joint portion. When the joint portion is made of a material containing chromium such as stainless steel, the power generation element portion of the fuel cell may be poisoned by chromium volatilized from the joint portion. On the other hand, since the joining portion is covered with the conductive layer, the volatilization of chromium is suppressed, and as a result, poisoning of the power generation element portion of the fuel cell can be suppressed.

好ましくは、絶縁層は、絶縁性セラミックスによって構成される。   Preferably, the insulating layer is made of an insulating ceramic.

好ましくは、接合部は、鉄とクロムとを含む金属材料で構成される。   Preferably, the joining portion is made of a metal material containing iron and chromium.

好ましくは、接合部と引出し部とは、1つの部材によって構成される。   Preferably, the joint portion and the drawer portion are configured by one member.

好ましくは、接合部及び引出し部は、一枚の金属板から構成される。例えば、接合部と引出し部とが別の部材から構成される場合、接合部と引出し部とを接合する箇所が生じる。すると、この接合箇所での抵抗発生による電力損失が問題となる。これに対して、接合部と引出し部とが一枚の金属板から構成された場合、上述したような接合箇所が生じない。このため、接合箇所での抵抗が発生せず、燃料電池セルから電流を外部に取出す際の電力損失をより低減することができる。   Preferably, the joining portion and the drawing portion are made of a single metal plate. For example, when the joining portion and the drawer portion are composed of different members, a location where the joint portion and the drawer portion are joined is generated. Then, a power loss due to the generation of resistance at this junction becomes a problem. On the other hand, when a junction part and a drawer | drawing-out part are comprised from the metal plate of 1 sheet, the junction location as mentioned above does not arise. For this reason, the resistance in a joining location does not generate | occur | produce and the power loss at the time of taking out an electric current from a fuel battery cell outside can be reduced more.

本発明の第2側面に係るセルスタック装置は、筐体と、マニホールドと、燃料電池セルと、上記いずれかの端部集電部材と、を備えている。筐体は、取出し孔を有する。マニホールドは、筐体内に配置される。燃料電池セルは、筐体内に配置され、マニホールドから上方に延びる。端部集電部材は、燃料電池セルと電気的に接続される。端部集電部材の引出し部は、筐体の取出し孔を介して、筐体の外部へと延びる。   The cell stack device according to the second aspect of the present invention includes a housing, a manifold, a fuel cell, and any one of the end current collecting members. The housing has an extraction hole. The manifold is disposed in the housing. The fuel cell is disposed in the housing and extends upward from the manifold. The end current collecting member is electrically connected to the fuel battery cell. The lead-out portion of the end current collecting member extends to the outside of the housing through the take-out hole of the housing.

好ましくは、引出し部は、マニホールドの上面に沿って延びる第2部分を有する。そして、第2部分は、接合部から離れるにつれて、マニホールドの上面から離れるように傾斜して延びる。   Preferably, the drawer has a second portion extending along the upper surface of the manifold. And the 2nd part is inclined and extended so that it may leave | separate from the upper surface of a manifold as it leaves | separates from a junction part.

好ましくは、引出し部は、マニホールドの上面に沿って延びる第2部分を有する。そして、第2部分は、接合部から離れるにつれて、マニホールドの上面に近付くように傾斜して延びる。   Preferably, the drawer has a second portion extending along the upper surface of the manifold. And the 2nd part inclines and extends so that it may approach the upper surface of a manifold as it leaves | separates from a junction part.

好ましくは、接合部及び引出し部は、表面に酸化皮膜を有する。そして、引出し部の酸化皮膜は、接合部の酸化皮膜よりも薄い。この構成によれば、端部集電部材を酸化皮膜によって保護することができる。また、引出し部の酸化皮膜を薄くすることによって、引出し部における電気抵抗を低くすることができる。   Preferably, the joining portion and the drawing portion have an oxide film on the surface. And the oxide film of a drawer | drawing-out part is thinner than the oxide film of a junction part. According to this configuration, the end current collecting member can be protected by the oxide film. Moreover, the electrical resistance in a drawer part can be made low by making the oxide film of a drawer part thin.

好ましくは、セルスタック装置は、燃料電池セルと接合部とを接合する第1接合材をさらに備える。接合部は、Crを含む合金によって構成される基材と、基材を覆う酸化クロム膜とを有する。燃料電池セルの外表面に垂直な断面において、接合部は、外表面に対して角度を有する第1面と、外表面に対して角度を有する第2面と、第1面と第2面とによって形成される角部とを含む。角部は、第1面及び第2面それぞれよりも外表面に近接している。   Preferably, the cell stack device further includes a first bonding material for bonding the fuel cell and the bonding portion. The joining portion has a base material made of an alloy containing Cr and a chromium oxide film covering the base material. In a cross section perpendicular to the outer surface of the fuel cell, the joint includes a first surface having an angle with respect to the outer surface, a second surface having an angle with respect to the outer surface, a first surface, and a second surface. And a corner portion formed by. The corner portion is closer to the outer surface than each of the first surface and the second surface.

本発明によれば、端部集電部材が金属部品と接触することによって短絡することを防止できる。   According to the present invention, it is possible to prevent the end current collecting member from being short-circuited by coming into contact with the metal part.

セルスタック装置の斜視図。The perspective view of a cell stack apparatus. セルスタック装置の断面図。Sectional drawing of a cell stack apparatus. 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. セルスタック装置の拡大断面図。The expanded sectional view of a cell stack device. 端部集電部材の斜視図。The perspective view of an edge part current collection member. 端部集電部材の断面図。Sectional drawing of an edge part current collection member. 変形例に係る端部集電部材の斜視図。The perspective view of the edge part current collection member which concerns on a modification. 変形例に係る端部集電部材の側面断面図。The side sectional view of the end current collection member concerning a modification. 変形例に係る端部集電部材の斜視図。The perspective view of the edge part current collection member which concerns on a modification. 変形例に係る端部集電部材の斜視図。The perspective view of the edge part current collection member which concerns on a modification. 変形例に係る端部集電部材の斜視図。The perspective view of the edge part current collection member which concerns on a modification. 変形例に係るセルスタック装置の拡大断面図。The expanded sectional view of the cell stack apparatus concerning a modification. 変形例に係る端部集電部材の側面断面図。The side sectional view of the end current collection member concerning a modification. 変形例に係る端部集電部材の側面断面図。The side sectional view of the end current collection member concerning a modification. 変形例に係る端部集電部材の側面断面図。The side sectional view of the end current collection member concerning a modification. 変形例に係る端部集電部材の側面断面図。The side sectional view of the end current collection member concerning a modification.

[セルスタック装置]
以下、本発明に係る端部集電部材、及びセルスタック装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1及び図2に示すように、セルスタック装置100は、複数の燃料電池セル1と、マニホールド2と、一対の端部集電部材3と、を備えている。このセルスタック装置100は、筐体90によって覆われている。筐体90は、金属材料から構成されている。例えば、筐体90は、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、又はNi基合金などによって構成されている。
[Cell stack equipment]
Embodiments of an end current collecting member and a cell stack device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the cell stack device 100 includes a plurality of fuel cells 1, a manifold 2, and a pair of end current collecting members 3. The cell stack apparatus 100 is covered with a casing 90. The housing 90 is made of a metal material. For example, the housing 90 is made of ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, Ni-based alloy, or the like.

[マニホールド]
マニホールド2は、各燃料電池セル1にガスを分配するように構成されている。マニホールド2は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド2の内部空間には、導入管201を介して燃料ガスなどのガスが供給される。マニホールド2は、この内部空間と外部とを連通する複数の貫通孔27を有している。
[Manifold]
The manifold 2 is configured to distribute gas to each fuel cell 1. The manifold 2 is hollow and has an internal space. A gas such as fuel gas is supplied to the internal space of the manifold 2 through the introduction pipe 201. The manifold 2 has a plurality of through holes 27 that allow the internal space to communicate with the outside.

マニホールド2は、各燃料電池セル1を支持している。マニホールド2は、マニホールド本体21と、上壁22とを備えている。マニホールド本体21と上壁22とは、互いに別部材であって接合されている。なお、マニホールド本体21と上壁22とは、一体的に形成されていてもよい。このマニホールド本体21と上壁22とによって、マニホールド2の内部空間を画定している。   The manifold 2 supports each fuel cell 1. The manifold 2 includes a manifold body 21 and an upper wall 22. The manifold body 21 and the upper wall 22 are separate members and are joined to each other. The manifold body 21 and the upper wall 22 may be integrally formed. The manifold body 21 and the upper wall 22 define an internal space of the manifold 2.

マニホールド本体21は、直方体状であって、上面が開口した内部空間を有する。詳細には、マニホールド本体21は、底壁23と、側壁24と、を有している。側壁24は、底壁23の周縁部から上方に延びている。導入管201は、側壁24に取り付けられており、マニホールド2の内部空間と連通している。導入管201は、例えば、上方に延びている。   The manifold body 21 has a rectangular parallelepiped shape and has an internal space whose upper surface is open. Specifically, the manifold body 21 has a bottom wall 23 and a side wall 24. The side wall 24 extends upward from the peripheral edge of the bottom wall 23. The introduction pipe 201 is attached to the side wall 24 and communicates with the internal space of the manifold 2. The introduction pipe 201 extends upward, for example.

例えば、マニホールド本体21は、耐熱性を有するような金属あるいは絶縁性セラミックスによって形成される。より具体的には、マニホールド本体21は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、Ni基合金、MgO(酸化マグネシウム)、Al(酸化アルミニウム)、MgAl(マグネシアアルミナスピネル)、MgO・SiO(ステアタイト)、及び2MgO・SiO(フォルステライト)よりなる群から選ばれる少なくとも1種から形成されている。 For example, the manifold body 21 is formed of a metal having heat resistance or insulating ceramics. More specifically, the manifold body 21 is made of ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, Ni-based alloy, MgO (magnesium oxide), Al 2 O 3 (aluminum oxide), MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel), It is formed of at least one selected from the group consisting of MgO · SiO 2 (steatite) and 2MgO · SiO 2 (forsterite).

上壁22は、マニホールド本体21の上面を塞ぐように、マニホールド本体21に取り付けられている。例えば、上壁22とマニホールド本体21とは、結晶化ガラス等によって接合されている。上壁22は、上述したマニホールド本体21の材料の少なくとも一種から形成することができる。   The upper wall 22 is attached to the manifold body 21 so as to block the upper surface of the manifold body 21. For example, the upper wall 22 and the manifold body 21 are joined by crystallized glass or the like. The upper wall 22 can be formed from at least one of the materials of the manifold body 21 described above.

上壁22は、各燃料電池セル1が取り付けられるように構成されている。詳細には、上壁22は、複数の貫通孔27を有している。各貫通孔27は、マニホールド2の幅方向(y軸方向)に延びている。また、各貫通孔27は、配列方向(z軸方向)において、互いに間隔をあけて配置されている。   The upper wall 22 is configured such that each fuel cell 1 is attached. Specifically, the upper wall 22 has a plurality of through holes 27. Each through hole 27 extends in the width direction (y-axis direction) of the manifold 2. Moreover, each through-hole 27 is arrange | positioned at intervals in the sequence direction (z-axis direction).

[燃料電池セル]
各燃料電池セル1は、マニホールド2から上方に延びている。詳細には、各燃料電池セル1は、マニホールド2の上壁22から上方に延びている。燃料電池セル1の下端部は、貫通孔27内に挿入されている。燃料電池セル1の下端部は、上壁22から下方に突出していてもよい。燃料電池セルの長手方向(x軸方向)の長さは、例えば、100〜300mm程度とすることができる。なお、燃料電池セル1の下端部が貫通孔27内に挿入された状態において、燃料電池セル1の下端部の外周面と貫通孔27の内壁面との間には隙間が形成されている。この隙間に、後述する第3接合材103が充填されていてもよい。
[Fuel battery cell]
Each fuel cell 1 extends upward from the manifold 2. Specifically, each fuel cell 1 extends upward from the upper wall 22 of the manifold 2. The lower end portion of the fuel battery cell 1 is inserted into the through hole 27. The lower end portion of the fuel cell 1 may protrude downward from the upper wall 22. The length of the fuel cell in the longitudinal direction (x-axis direction) can be, for example, about 100 to 300 mm. In the state where the lower end portion of the fuel cell 1 is inserted into the through hole 27, a gap is formed between the outer peripheral surface of the lower end portion of the fuel cell 1 and the inner wall surface of the through hole 27. This gap may be filled with a third bonding material 103 described later.

各燃料電池セル1は、配列方向(z軸方向)に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。なお、各燃料電池セル1は、配列方向に沿って、等間隔に配置されていることが好ましいが、等間隔に配置されていなくてもよい。   The fuel cells 1 are arranged at intervals from each other along the arrangement direction (z-axis direction). In addition, although it is preferable that each fuel cell 1 is arrange | positioned at equal intervals along the sequence direction, it does not need to be arrange | positioned at equal intervals.

図3に示すように、燃料電池セル1は、複数の発電素子部11と、支持基板12とを備えている。   As shown in FIG. 3, the fuel cell 1 includes a plurality of power generation element portions 11 and a support substrate 12.

[支持基板]
支持基板12は、マニホールド2から上方に延びている。すなわち、支持基板12は、上下方向に延びている。支持基板12は、支持基板12の長手方向(x軸方向)に延びる複数のガス流路121を内部に有している。各ガス流路121は、支持基板12の幅方向(y軸方向)において互いに間隔をあけて配置されている。ガス流路121は、マニホールド2の内部空間と連通している。
[Support substrate]
The support substrate 12 extends upward from the manifold 2. That is, the support substrate 12 extends in the vertical direction. The support substrate 12 has a plurality of gas flow paths 121 extending in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 12 inside. The gas flow paths 121 are arranged at intervals from each other in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 12. The gas flow path 121 communicates with the internal space of the manifold 2.

支持基板12の長手方向(x軸方向)は、燃料電池セル1の長手方向と同じ方向である。各ガス流路121は、互いに実質的に平行に延びている。各ガス流路121は、支持基板12の長手方向の両端面において開口している。   The longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 12 is the same direction as the longitudinal direction of the fuel cell 1. Each gas channel 121 extends substantially parallel to each other. Each gas flow path 121 is open at both end faces in the longitudinal direction of the support substrate 12.

図4に示すように、支持基板12は、複数の第1凹部123を有している。各第1凹部123は、支持基板12の両面に形成されている。各第1凹部123は支持基板12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。   As shown in FIG. 4, the support substrate 12 has a plurality of first recesses 123. Each first recess 123 is formed on both surfaces of the support substrate 12. The first recesses 123 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 12.

支持基板12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12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12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12の気孔率は、例えば、20〜60%程度である。 The support substrate 12 is made of a porous material that does not have electronic conductivity. The support substrate 12 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, the support substrate 12 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 12 is, for example, about 20 to 60%.

[発電素子部]
各発電素子部11は、支持基板12の両面に支持されている。なお、各発電素子部11は、支持基板12の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部11は、燃料電池セル1の長手方向(x軸方向)において、配列されている。すなわち、各発電素子部11は、上下方向に配列されている。本実施形態に係る燃料電池セル1は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。
[Power generation element]
Each power generating element portion 11 is supported on both surfaces of the support substrate 12. Each power generation element unit 11 may be supported only on one side of the support substrate 12. The respective power generation element portions 11 are arranged in the longitudinal direction (x-axis direction) of the fuel battery cell 1. That is, the respective power generation element portions 11 are arranged in the vertical direction. The fuel cell 1 according to the present embodiment is a so-called horizontal stripe fuel cell.

各発電素子部11は、発電素子本体部110と、電気的接続部111と、を有している。発電素子本体部110は、燃料極13、電解質14、及び空気極15を有している。また、各発電素子部11は、反応防止膜16をさらに有している。燃料極13は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極13は、燃料極集電部131と燃料極活性部132とを有する。   Each power generation element portion 11 includes a power generation element main body portion 110 and an electrical connection portion 111. The power generation element main body 110 includes a fuel electrode 13, an electrolyte 14, and an air electrode 15. Each power generation element unit 11 further includes a reaction preventing film 16. The fuel electrode 13 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The fuel electrode 13 includes a fuel electrode current collector 131 and a fuel electrode active part 132.

燃料極集電部131は、第1凹部123内に配置されている。詳細には、燃料極集電部131は、第1凹部123内に充填されており、第1凹部123と同様の外形を有する。各燃料極集電部131は、第2凹部131a及び第3凹部131bを有している。燃料極活性部132は、第2凹部131a内に配置されている。詳細には、燃料極活性部132は、第2凹部131a内に充填されている。   The fuel electrode current collector 131 is disposed in the first recess 123. Specifically, the fuel electrode current collector 131 is filled in the first recess 123 and has the same outer shape as the first recess 123. Each fuel electrode current collector 131 has a second recess 131a and a third recess 131b. The anode active part 132 is disposed in the second recess 131a. Specifically, the fuel electrode active part 132 is filled in the second recess 131a.

燃料極集電部131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131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131の厚さ、並びに第1凹部123の深さは、50〜500μm程度である。 The fuel electrode current collector 131 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode current collector 131 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 131 and the depth of the first recess 123 are about 50 to 500 μm.

燃料極活性部132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132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132の厚さは、5〜30μmである。   The fuel electrode active part 132 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode active part 132 may be composed of NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium-doped ceria). The thickness of the fuel electrode active part 132 is 5 to 30 μm.

電解質14は、燃料極13上を覆うように配置されている。詳細には、電解質14は、隣り合うインターコネクタ112間を長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル1の長手方向において、電解質14とインターコネクタ112とが交互に配置されている。   The electrolyte 14 is disposed so as to cover the fuel electrode 13. Specifically, the electrolyte 14 extends between the adjacent interconnectors 112 in the longitudinal direction. That is, the electrolyte 14 and the interconnector 112 are alternately arranged in the longitudinal direction of the fuel cell 1.

電解質14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構成される焼成体である。電解質14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14は、LSGM(ランタンガレート)から構成されてもよい。電解質14の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。   The electrolyte 14 is a fired body made of a dense material that has ionic conductivity and no electronic conductivity. The electrolyte 14 can be composed of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or the electrolyte 14 may be comprised from LSGM (lanthanum gallate). The thickness of the electrolyte 14 is, for example, about 3 to 50 μm.

反応防止膜16は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜16は、電解質14と空気極15との間に配置されている。反応防止膜16は、電解質14内のYSZと空気極15内のSrとが反応して電解質14と空気極15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。   The reaction preventing film 16 is a fired body composed of a dense material. The reaction preventing film 16 is disposed between the electrolyte 14 and the air electrode 15. The reaction preventing film 16 suppresses occurrence of a phenomenon in which a reaction layer having a large electric resistance is formed at the interface between the electrolyte 14 and the air electrode 15 due to a reaction between YSZ in the electrolyte 14 and Sr in the air electrode 15. Is provided.

反応防止膜16は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜16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16の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。 The reaction preventing film 16 is made of a material containing ceria containing a rare earth element. The reaction preventing film 16 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 16 is, for example, about 3 to 50 μm.

空気極15は、空気極活性部151と、空気極集電部152とを有している。空気極活性部151は、反応防止膜16上に配置されている。空気極活性部151は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極活性部151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、空気極活性部151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。空気極活性部151は、LSCFから構成される第1層(内側層)とLSCから構成される第2層(外側層)との2層によって構成されてもよい。空気極活性部151の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The air electrode 15 includes an air electrode active part 151 and an air electrode current collector 152. The air electrode active part 151 is disposed on the reaction preventing film 16. The air electrode active part 151 is a fired body made of a porous material having electronic conductivity. The air electrode active part 151 can be composed of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode active portion 151 may have 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 active part 151 may be configured by two layers of a first layer (inner layer) composed of LSCF and a second layer (outer layer) composed of LSC. The thickness of the air electrode active part 151 is, for example, 10 to 100 μm.

空気極集電部152は、空気極活性部151上に配置されている。空気極集電部152は、空気極活性部151上から隣の発電素子部11に向かって延びている。詳細には、空気極集電部152は、隣の発電素子部11の電気的接続部111であるインターコネクタ112まで延びている。空気極集電部152は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。   The air electrode current collector 152 is disposed on the air electrode active part 151. The air electrode current collector 152 extends from the air electrode active part 151 toward the adjacent power generation element part 11. Specifically, the air electrode current collector 152 extends to the interconnector 112 that is the electrical connection 111 of the adjacent power generation element 11. The air electrode current collector 152 is a fired body made of a porous material having electronic conductivity.

空気極集電部152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、空気極集電部152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、空気極集電部152は、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)から構成されてもよい。空気極集電部152の厚さは、例えば、50〜500μm程度である。 The air electrode current collector 152 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode current collector 152 may be made of LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite). Or the air electrode current collection part 152 may be comprised from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy). The thickness of the air electrode current collector 152 is, for example, about 50 to 500 μm.

各発電素子部11のうち、最も下方に配置される下側発電素子部11aを除いた残りの発電素子部11は、電気的接続部111としてインターコネクタ112を有している。インターコネクタ112は、隣り合う発電素子本体部110同士を互いに電気的に接続するように構成されている。   Among the power generation element units 11, the remaining power generation element units 11 excluding the lower power generation element unit 11 a arranged at the lowermost side have an interconnector 112 as an electrical connection unit 111. The interconnector 112 is configured to electrically connect adjacent power generation element main body portions 110 to each other.

インターコネクタ112は、第3凹部131b内に配置されている。詳細には、インターコネクタ112は、第3凹部131b内に埋設(充填)されている。インターコネクタ112は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ112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112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112の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The interconnector 112 is disposed in the third recess 131b. Specifically, the interconnector 112 is embedded (filled) in the third recess 131b. The interconnector 112 is a fired body composed of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 112 can be composed of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, the interconnector 112 may be made of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 112 is, for example, 10 to 100 μm.

図5に示すように、各発電素子部11のうち、最も下方に配置される下側発電素子部11aは、発電素子本体部110と、電気的接続部111とを有している。なお、支持基板12の両面に発電素子部11が配置されている場合、支持基板12の両面のそれぞれに下側発電素子部11aが配置されている。電気的接続部111は、発電素子本体部110と電気的に接続している。また、電気的接続部111は、発電素子本体部110から下方に延びている。この下側発電素子部11aの電気的接続部111は、第1接続部113と、第2接続部114とを有している。   As shown in FIG. 5, among the power generation element portions 11, the lower power generation element portion 11 a disposed at the lowermost side includes a power generation element main body portion 110 and an electrical connection portion 111. In addition, when the power generation element unit 11 is disposed on both surfaces of the support substrate 12, the lower power generation element unit 11 a is disposed on each of both surfaces of the support substrate 12. The electrical connection portion 111 is electrically connected to the power generation element main body portion 110. Further, the electrical connection portion 111 extends downward from the power generation element main body portion 110. The electrical connection portion 111 of the lower power generation element portion 11 a includes a first connection portion 113 and a second connection portion 114.

第1接続部113は、上述したインターコネクタ112と同様の構成を有している。すなわち、第1接続部113は、燃料極集電部131の第3凹部131b内に配置されている。第1接続部113は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される。第1接続部113は、上述したインターコネクタ112の材料のいずれかで形成することができる。   The 1st connection part 113 has the structure similar to the interconnector 112 mentioned above. That is, the first connection portion 113 is disposed in the third recess 131 b of the fuel electrode current collector 131. The 1st connection part 113 is comprised from the precise | minute material which has electronic conductivity. The first connection portion 113 can be formed of any of the materials for the interconnector 112 described above.

第2接続部114は、上述した空気極集電部152の材料のいずれかで形成することができる。第2接続部114は、第1接続部113と電気的に接続されている。また、第2接続部114は、第1接続部113から下方に延びている。   The second connection portion 114 can be formed of any of the materials for the air electrode current collector 152 described above. The second connection part 114 is electrically connected to the first connection part 113. In addition, the second connection portion 114 extends downward from the first connection portion 113.

燃料電池セル1の下端部は、緻密膜18によって覆われている。詳細には、緻密膜18は、支持基板12を覆っている。緻密膜18は、第2接続部114と支持基板12との間から下方に延びている。   The lower end of the fuel cell 1 is covered with a dense film 18. Specifically, the dense film 18 covers the support substrate 12. The dense film 18 extends downward from between the second connection portion 114 and the support substrate 12.

緻密膜18は、緻密膜18の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密膜18の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。このガスシール機能を発揮するため、この緻密膜18の気孔率は、例えば、10%以下である。また、緻密膜18は、絶縁性セラミックスで構成されている。   The dense membrane 18 exhibits a gas seal function that prevents mixing of the fuel gas flowing in the space inside the dense membrane 18 and the air flowing in the space outside the dense membrane 18. In order to exhibit this gas sealing function, the porosity of the dense film 18 is, for example, 10% or less. The dense film 18 is made of insulating ceramics.

具体的には、緻密膜18は、上述した電解質14と反応防止膜16とによって構成することができる。緻密膜18を構成する電解質14は、支持基板12を覆っており、第1接続部113から支持基板12の下端近傍まで延びている。また、緻密膜18を構成する反応防止膜16は、電解質14と第2接続部114との間に配置されている。なお、緻密膜18は、電解質14のみで構成されていてもよいし、電解質14及び反応防止膜16以外の材料によって構成されていてもよい。   Specifically, the dense film 18 can be constituted by the electrolyte 14 and the reaction preventing film 16 described above. The electrolyte 14 constituting the dense film 18 covers the support substrate 12 and extends from the first connecting portion 113 to the vicinity of the lower end of the support substrate 12. Further, the reaction preventing film 16 constituting the dense film 18 is disposed between the electrolyte 14 and the second connection portion 114. The dense film 18 may be composed of only the electrolyte 14 or may be composed of a material other than the electrolyte 14 and the reaction preventing film 16.

[端部集電部材]
図1及び図2に示すように、一対の端部集電部材3は、複数の燃料電池セル1から構成されるセルスタックから電力を取り出すように構成されている。各端部集電部材3は、各燃料電池セル1のうち、配列方向(z軸方向)の両端部に配置される各燃料電池セル1に取り付けられている。なお、一対の端部集電部材3は、取り付けられる位置が互いに異なるだけであって互いの構成は実質的に同じであるため、以下では、一方の端部集電部材3のみについて説明する。
[End current collector]
As shown in FIGS. 1 and 2, the pair of end current collecting members 3 are configured to extract electric power from a cell stack including a plurality of fuel cells 1. Each end current collecting member 3 is attached to each fuel cell 1 disposed at both ends in the arrangement direction (z-axis direction) of each fuel cell 1. The pair of end current collecting members 3 are only different in attachment positions and are substantially the same in structure. Therefore, only one end current collecting member 3 will be described below.

図5に示すように、端部集電部材3は、配列方向(z軸方向)の端部に配置された燃料電池セル1の下側発電素子部11aと電気的に接続される。詳細には、端部集電部材3は、下側発電素子部11aの電気的接続部111に接続されている。   As shown in FIG. 5, the end current collecting member 3 is electrically connected to the lower power generation element portion 11a of the fuel cell 1 disposed at the end in the arrangement direction (z-axis direction). Specifically, the end current collecting member 3 is connected to the electrical connection portion 111 of the lower power generation element portion 11a.

図6及び図7に示すように、端部集電部材3は、接合部31と、引出し部32とを有している。また、端部集電部材3は、絶縁層33と、導電層34と、をさらに有している。接合部31が導電層34によって覆われ、引出し部32が絶縁層33によって覆われている。   As shown in FIGS. 6 and 7, the end current collecting member 3 includes a joint portion 31 and a drawer portion 32. The end current collecting member 3 further includes an insulating layer 33 and a conductive layer 34. The joint portion 31 is covered with a conductive layer 34, and the lead portion 32 is covered with an insulating layer 33.

接合部31と引出し部32とは、1つの部材によって構成されている。例えば、接合部31と引出し部32とは、一枚の金属板から構成されている。この接合部31及び引出し部32の板厚は、例えば、0.1〜2.0mm程度とすることができる。   The joining part 31 and the drawer | drawing-out part 32 are comprised by one member. For example, the joining part 31 and the drawer | drawing-out part 32 are comprised from one metal plate. The plate thickness of the joining portion 31 and the drawing portion 32 can be set to about 0.1 to 2.0 mm, for example.

接合部31及び引出し部32は、金属材料から構成されている。接合部31及び引出し部32は、鉄及びクロムを含んでいる。好ましくは、接合部31及び引出し部32は、ステンレス材料から構成される。具体的には、接合部31及び引出し部32は、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、又はNi基合金から構成されている。   The joining part 31 and the drawer | drawing-out part 32 are comprised from the metal material. The joining part 31 and the drawer | drawing-out part 32 contain iron and chromium. Preferably, the joining part 31 and the drawer | drawing-out part 32 are comprised from stainless steel material. Specifically, the joining part 31 and the lead-out part 32 are made of ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, or a Ni-based alloy.

[接合部]
接合部31は、燃料電池セル1に接合されるように構成されている。詳細には、接合部31は、導電層34を介して燃料電池セル1に接合されている。接合部31は、板状である。具体的には、接合部31は、配列方向視(z軸方向視)において、矩形状を有している。接合部31の幅W1は、例えば、下側発電素子部11aの幅と同じ程度とすることができる。
[Joint part]
The joining portion 31 is configured to be joined to the fuel battery cell 1. Specifically, the joint portion 31 is joined to the fuel cell 1 via the conductive layer 34. The joining part 31 is plate-shaped. Specifically, the joint portion 31 has a rectangular shape when viewed in the arrangement direction (viewed in the z-axis direction). The width W1 of the joint portion 31 can be set to be approximately the same as the width of the lower power generation element portion 11a, for example.

図5に示すように、接合部31は、下側発電素子部11aに接合されている。詳細には、接合部31は、電気的接続部111に接合されている。例えば、接合部31は、第1接合材101によって、下側発電素子部11aに接合されている。なお、第1接合材101は、例えば、(Mn,Co)、(La,Sr)MnO、及び(La,Sr)(Co,Fe)Oなどから選ばれる少なくとも1種である。 As shown in FIG. 5, the joint portion 31 is joined to the lower power generation element portion 11a. Specifically, the joint portion 31 is joined to the electrical connection portion 111. For example, the joining portion 31 is joined to the lower power generation element portion 11 a by the first joining material 101. The first bonding material 101 is at least one selected from, for example, (Mn, Co) 3 O 4 , (La, Sr) MnO 3 , and (La, Sr) (Co, Fe) O 3. .

[引出し部]
図6に示すように、引出し部32は、接合部31から延びている。引出し部32は、全体として、接合部31の面方向と直交する方向(z軸方向)に延びている。好ましくは、引出し部32は、例えば、接合部31の下端中央部から延びている。引出し部32の幅W2は、接合部31の幅W1よりも小さい。なお、端部集電部材3の各部分の幅W1,W2は、第1方向(y軸方向)における寸法を意味している。
[Drawer part]
As shown in FIG. 6, the drawer portion 32 extends from the joint portion 31. The lead-out part 32 extends in a direction (z-axis direction) orthogonal to the surface direction of the joint part 31 as a whole. Preferably, the drawer | drawing-out part 32 is extended from the lower end center part of the junction part 31, for example. The width W <b> 2 of the lead portion 32 is smaller than the width W <b> 1 of the joint portion 31. In addition, width W1, W2 of each part of the edge part current collection member 3 means the dimension in a 1st direction (y-axis direction).

引出し部32は、第1部分321と、第2部分322と、を有している。第1部分321は、接合部31の面方向に沿った方向に延びている。すなわち、第1部分321の主面と、接合部31の主面とは、実質的に同一面上に配置されている。第1部分321は、接合部31から第2方向(x軸方向)に延びている。なお、第2方向は、同一面内において第1方向と直交する方向である。端部集電部材3が燃料電池セル1に取り付けられた状態において、第1部分321は、接合部31から下方に延びている。   The drawer part 32 has a first part 321 and a second part 322. The first portion 321 extends in a direction along the surface direction of the joint portion 31. That is, the main surface of the first portion 321 and the main surface of the joint portion 31 are disposed on substantially the same surface. The first portion 321 extends from the joint portion 31 in the second direction (x-axis direction). The second direction is a direction orthogonal to the first direction in the same plane. In a state where the end current collecting member 3 is attached to the fuel cell 1, the first portion 321 extends downward from the joint portion 31.

第2部分322は、第1部分321から屈曲して延びている。すなわち、第2部分322は、第1部分321の下端部から延びている。第2部分322は、接合部31の面方向と直交する方向(z軸方向)に沿って延びている。すなわち、第2部分322は、接合部31の主面と直交する方向に延びている。   The second portion 322 is bent and extends from the first portion 321. That is, the second portion 322 extends from the lower end portion of the first portion 321. The second portion 322 extends along a direction (z-axis direction) orthogonal to the surface direction of the joint portion 31. That is, the second portion 322 extends in a direction orthogonal to the main surface of the joint portion 31.

端部集電部材3が燃料電池セル1に取り付けられた状態において、第2部分322は、第1部分321の下端部から水平に延びている。詳細には、第2部分322は、燃料電池セル1から離れる方向に延びている。   In a state where the end current collecting member 3 is attached to the fuel cell 1, the second portion 322 extends horizontally from the lower end portion of the first portion 321. Specifically, the second portion 322 extends in a direction away from the fuel cell 1.

図5に示すように、第2部分322は、上壁22に沿って延びている。第2部分322は、上壁22と間隔をあけて延びている。第2部分322と上壁22との絶縁性を確保するために、第2部分322と上壁22との間に電気絶縁性部材を配置していてもよい。   As shown in FIG. 5, the second portion 322 extends along the upper wall 22. The second portion 322 extends at a distance from the upper wall 22. In order to ensure insulation between the second portion 322 and the upper wall 22, an electrically insulating member may be disposed between the second portion 322 and the upper wall 22.

図2に示すように、引出し部32の先端部は、筐体90を超えて、筐体90の外部まで延びている。具体的には、第2部分322の先端部が筐体90の外部まで延びている。筐体90は取出し孔91を有しており、引出し部32はこの取出し孔91を介して筐体90の外部へと延びている。この引出し部32の先端部に、外部回路のリード線などが取り付けられている。例えば、引出し部32の先端部には、リード線を取り付けるための取付孔又は取付凹部などが形成されている。   As shown in FIG. 2, the leading end of the drawer portion 32 extends beyond the housing 90 to the outside of the housing 90. Specifically, the tip of the second portion 322 extends to the outside of the housing 90. The housing 90 has an extraction hole 91, and the drawer portion 32 extends to the outside of the housing 90 through the extraction hole 91. A lead wire of an external circuit or the like is attached to the leading end portion of the drawer portion 32. For example, an attachment hole or an attachment recess for attaching a lead wire is formed at the tip of the drawer portion 32.

[絶縁層]
図7に示すように、絶縁層33は、引出し部32を覆っている。絶縁層33は、絶縁性の材料によって構成することができる。例えば、絶縁層33は、絶縁性セラミックスによって構成することができる。より具体的には、絶縁層33は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア、又は結晶化ガラスなどによって構成することができる。なお、絶縁層33は、引出し部32の全面を覆っている必要はなく、引出し部32のうち少なくとも筐体90と接触する可能性のある部分を覆っていればよい。また、引出し部32は、外部回路のリード線やバスバーと接続される。絶縁層33は、引出し部32のうち、この接続部分を覆っていない。絶縁層33の膜厚は、例えば、1〜200μm程度である。より好ましくは、絶縁層33の膜厚は10μm以上とすることができる。また、絶縁層33の抵抗率は、例えば、750℃において1〜600MΩ・cmとすることができる。
[Insulation layer]
As shown in FIG. 7, the insulating layer 33 covers the lead portion 32. The insulating layer 33 can be made of an insulating material. For example, the insulating layer 33 can be made of insulating ceramics. More specifically, the insulating layer 33 can be made of alumina, silica, zirconia, magnesia, crystallized glass, or the like. The insulating layer 33 does not need to cover the entire surface of the drawer portion 32, and may cover at least a portion of the drawer portion 32 that may come into contact with the housing 90. In addition, the drawer portion 32 is connected to a lead wire or bus bar of an external circuit. The insulating layer 33 does not cover this connecting portion of the lead portion 32. The film thickness of the insulating layer 33 is, for example, about 1 to 200 μm. More preferably, the thickness of the insulating layer 33 can be 10 μm or more. The resistivity of the insulating layer 33 can be set to 1 to 600 MΩ · cm at 750 ° C., for example.

[導電層]
導電層34は、接合部31を覆っている。導電層34は、好ましくは、接合部31の全体を覆っている。導電層34は、導電性の材料によって構成することができる。例えば、導電層34は、(Mn,Co)、(La,Sr)MnO、又は(La,Sr)(Co,Fe)Oなどによって構成することができる。導電層34は、緻密層とすることが好ましい。例えば、導電層34の気孔率は約10%以下である。導電層34の膜厚は、0.1〜20μm程度である。なお、導電層34は、引出し部32の第1部分321を絶縁層33の代わりに覆っていてもよい。
[Conductive layer]
The conductive layer 34 covers the joint portion 31. The conductive layer 34 preferably covers the entire joint portion 31. The conductive layer 34 can be made of a conductive material. For example, the conductive layer 34 can be composed of (Mn, Co) 3 O 4 , (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) (Co, Fe) O 3, or the like. The conductive layer 34 is preferably a dense layer. For example, the porosity of the conductive layer 34 is about 10% or less. The film thickness of the conductive layer 34 is about 0.1 to 20 μm. The conductive layer 34 may cover the first portion 321 of the lead portion 32 instead of the insulating layer 33.

[セル間集電部材]
図2に示すように、各燃料電池セル1は、セル間集電部材4を介して互いに電気的に接続されている。セル間集電部材4は、各燃料電池セル1の間に配置されており、隣り合う各燃料電池セル1を電気的に接続している。セル間集電部材4は、導電性を有する材料から形成されている。例えば、セル間集電部材4は、酸化物セラミックスの焼成体又は金属などによって形成されている。なお、セル間集電部材4は、第2接合材102によって各燃料電池セル1に接合されている。第2接合材102は、例えば、第1接合材101の材料として挙げたいずれかの材料で構成することができる。
[Current collector between cells]
As shown in FIG. 2, each fuel cell 1 is electrically connected to each other via an inter-cell current collecting member 4. The inter-cell current collecting member 4 is disposed between the fuel cells 1 and electrically connects the adjacent fuel cells 1. The inter-cell current collecting member 4 is formed of a conductive material. For example, the inter-cell current collecting member 4 is formed of a sintered body of oxide ceramics or a metal. The inter-cell current collecting member 4 is joined to each fuel cell 1 by the second joining material 102. For example, the second bonding material 102 can be made of any of the materials mentioned as the material of the first bonding material 101.

[表裏接続部材]
各燃料電池セル1において、支持基板12の一方面に形成された発電素子部11と、支持基板12の他方面に形成された発電素子部11とは、表裏接続部材5によって電気的に接続されている。詳細には、表裏接続部材5は、支持基板12の一方面及び他方面のそれぞれにおいて最も上方に配置される各発電素子部11同士を電気的に接続している。
[Front and back connection members]
In each fuel cell 1, the power generation element portion 11 formed on one surface of the support substrate 12 and the power generation element portion 11 formed on the other surface of the support substrate 12 are electrically connected by the front / back connection member 5. ing. Specifically, the front / back connection member 5 electrically connects the power generating element portions 11 disposed at the uppermost positions on one side and the other side of the support substrate 12.

[第3接合材]
各燃料電池セル1は、第3接合材103によって、マニホールド2に固定されている。第3接合材103は、燃料電池セル1とマニホールド2の上壁22とを接合している。第3接合材103は、燃料電池セル1の下端部とマニホールド2の上壁22とを接合している。図5に示すように、第3接合材103は、緻密膜18と接触している。
[Third bonding material]
Each fuel cell 1 is fixed to the manifold 2 by a third bonding material 103. The third bonding material 103 joins the fuel battery cell 1 and the upper wall 22 of the manifold 2. The third bonding material 103 joins the lower end portion of the fuel battery cell 1 and the upper wall 22 of the manifold 2. As shown in FIG. 5, the third bonding material 103 is in contact with the dense film 18.

第3接合材103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3接合材103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3接合材103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 third bonding material 103 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 third bonding material 103, amorphous glass, brazing material, ceramics, or the like may be employed. Specifically, the third bonding material 103 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. .

[発電方法]
以上のように構成されたセルスタック装置100は、次のようにして発電する。マニホールド2を介して各燃料電池セル1のガス流路121内に燃料ガス(水素ガス等)を流すとともに、支持基板12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14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。このセルスタック装置100を端部集電部材3を用いて外部の負荷に接続すると、空気極15において下記(1)式に示す電気化学反応が起こり、燃料極13において下記(2)式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
(1/2)・O+2e→O2− …(1)
+O2−→HO+2e …(2)
[Power generation method]
The cell stack device 100 configured as described above generates power as follows. By flowing a fuel gas (hydrogen gas or the like) through the manifold 2 into the gas flow path 121 of each fuel battery cell 1 and exposing both surfaces of the support substrate 12 to a gas (air or the like) containing oxygen, An electromotive force is generated by a difference in oxygen partial pressure generated between the two side surfaces. When this cell stack device 100 is connected to an external load using the end current collecting member 3, an electrochemical reaction shown in the following formula (1) occurs in the air electrode 15, and shown in the following formula (2) in the fuel electrode 13. An electrochemical reaction occurs and current flows.
(1/2) · O 2 + 2e → O 2− (1)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e (2)

[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
上記実施形態では、燃料極集電部131が第2凹部131a及び第3凹部131bを有しているが、燃料極集電部131の構成はこれに限定されない。例えば、燃料極集電部131は第2凹部131a及び第3凹部131bなどの凹部を有していなくてもよい。この場合、燃料極活性部132は、燃料極集電部131上に形成されており、燃料極集電部131に埋設されていない。また、インターコネクタ112及び第1接続部113は、燃料極集電部131上に形成されており、燃料極集電部131に埋設されていない。
Modification 1
In the above embodiment, the fuel electrode current collector 131 has the second recess 131a and the third recess 131b, but the configuration of the fuel electrode current collector 131 is not limited to this. For example, the fuel electrode current collector 131 does not have to have recesses such as the second recess 131a and the third recess 131b. In this case, the anode active portion 132 is formed on the anode current collecting portion 131 and is not embedded in the anode current collecting portion 131. Further, the interconnector 112 and the first connection portion 113 are formed on the anode current collector 131 and are not embedded in the anode current collector 131.

変形例2
上記実施形態では、端部集電部材3の第1部分321は、接合部31の面方向に沿った方向に延びているが、第1部分321の構成はこれに限定されない。例えば、図8に示すように、第1部分321の面方向は、接合部31の面方向に対して傾斜していてもよい。詳細には、第1部分321は、下方に行くにつれて燃料電池セル1から離れるように傾斜している。なお、図9に示すように、接合部31の主面と、第1部分321の主面とがなす角度αは、100〜170°程度とすることができる。
Modification 2
In the said embodiment, although the 1st part 321 of the edge part current collection member 3 is extended in the direction along the surface direction of the junction part 31, the structure of the 1st part 321 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 8, the surface direction of the first portion 321 may be inclined with respect to the surface direction of the joint portion 31. Specifically, the first portion 321 is inclined so as to move away from the fuel cell 1 as it goes downward. As shown in FIG. 9, the angle α formed by the main surface of the joint portion 31 and the main surface of the first portion 321 can be about 100 to 170 °.

変形例3
図10に示すように、引出し部32は、引出し本体部323と、中間部324とを有していてもよい。なお、引出し本体部323は、上記実施形態の第2部分322に相当し、中間部324は、上記実施形態の第1部分321に相当している。
Modification 3
As shown in FIG. 10, the drawer part 32 may have a drawer body part 323 and an intermediate part 324. The drawer main body 323 corresponds to the second portion 322 of the above embodiment, and the intermediate portion 324 corresponds to the first portion 321 of the above embodiment.

中間部324は、引出し本体部323と接合部31との間に配置されている。中間部324は、接合部31から下方に延びている。中間部324の幅W3は、接合部31の幅W1よりも小さく、引出し本体部323の幅W4よりも大きい。なお、中間部324の幅W3は、接合部31から離れるにつれて小さくなっている。中間部324の幅W3が引出し本体部323の幅W4よりも大きいとは、中間部324の上端部における幅W3が引出し本体部323の幅W3よりも大きいことを意味する。引出し本体部323の幅W4は、接合部31の幅W1よりも小さい。   The intermediate portion 324 is disposed between the drawer main body portion 323 and the joint portion 31. The intermediate portion 324 extends downward from the joint portion 31. The width W3 of the intermediate part 324 is smaller than the width W1 of the joint part 31 and larger than the width W4 of the drawer main body part 323. Note that the width W3 of the intermediate portion 324 decreases as the distance from the joint portion 31 increases. That the width W3 of the intermediate portion 324 is larger than the width W4 of the drawer main body portion 323 means that the width W3 at the upper end portion of the intermediate portion 324 is larger than the width W3 of the drawer main body portion 323. The width W4 of the drawer body 323 is smaller than the width W1 of the joint 31.

なお、中間部324の幅W3は、接合部31から離れるにつれて小さくなっていなくてもよい。例えば、図11に示すように、中間部324の幅W3は、一定であってもよい。   Note that the width W <b> 3 of the intermediate portion 324 does not have to decrease as the distance from the joint portion 31 increases. For example, as shown in FIG. 11, the width W3 of the intermediate portion 324 may be constant.

変形例4
上記実施形態では、引出し部32は、第1部分321と、第2部分322とを有していたが、引出し部32の構成はこれに限定されない。例えば、図12に示すように、引出し部32は、第1部分321を有していなくてもよい。この場合、第2部分322が接合部31から直接延びている。
Modification 4
In the said embodiment, although the drawer | drawing-out part 32 had the 1st part 321 and the 2nd part 322, the structure of the drawer | drawing-out part 32 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 12, the drawer portion 32 may not have the first portion 321. In this case, the second portion 322 extends directly from the joint portion 31.

変形例5
上記実施形態では、端部集電部材3は、下側発電素子部11aの電気的接続部111に接合されているが、特にこれに限定されない。例えば、図13に示すように、端部集電部材3は、下側発電素子部11aの発電素子本体部110に接合されていてもよい。この場合、下側発電素子部11aは、電気的接続部111を有していなくてもよい。
Modification 5
In the said embodiment, although the edge part current collection member 3 is joined to the electrical connection part 111 of the lower power generation element part 11a, it is not limited to this in particular. For example, as shown in FIG. 13, the end current collecting member 3 may be joined to the power generation element main body 110 of the lower power generation element portion 11a. In this case, the lower power generation element portion 11a may not have the electrical connection portion 111.

変形例6
上記実施形態では、端部集電部材3は、下側発電素子部11aに接合されているが、下側発電素子部11a以外の発電素子部11に接合されていてもよい。
Modification 6
In the said embodiment, although the edge part current collection member 3 is joined to the lower power generation element part 11a, you may be joined to power generation element parts 11 other than the lower power generation element part 11a.

変形例7
上記実施形態では、第2部分322は、マニホールドの上面と略平行に延びているが、特にこれに限定されない。例えば、図14に示すように、第2部分322は、第1部分321から離れるにつれて、マニホールドの上壁22の上面から離れるように傾斜して延びていてもよい。また、図15に示すように、第2部分322は、第1部分321から離れるにつれて、マニホールド2の上壁22の上面に近付くように傾斜して延びていてもよい。このときのマニホールド2の上壁22の上面に対する第2部分322の角度θは、特に制限されないが、例えば、約0.5〜20度とすることができる。
Modification 7
In the said embodiment, although the 2nd part 322 is extended substantially parallel to the upper surface of a manifold, it is not limited to this in particular. For example, as shown in FIG. 14, the second portion 322 may be inclined and extended away from the upper surface of the upper wall 22 of the manifold as it is away from the first portion 321. Further, as shown in FIG. 15, the second portion 322 may be inclined and extended so as to approach the upper surface of the upper wall 22 of the manifold 2 as the distance from the first portion 321 increases. At this time, the angle θ of the second portion 322 with respect to the upper surface of the upper wall 22 of the manifold 2 is not particularly limited, but may be, for example, about 0.5 to 20 degrees.

変形例8
図16に示すように、接合部31及び引出し部32は、表面に酸化皮膜300を有していてもよい。この場合、絶縁層33及び導電層34は、酸化皮膜300の上から引出し部32や接合部31を覆っている。なお、導電層34は、形成されていなくてもよい。
Modification 8
As shown in FIG. 16, the joining part 31 and the drawer | drawing-out part 32 may have the oxide film 300 on the surface. In this case, the insulating layer 33 and the conductive layer 34 cover the lead portion 32 and the joint portion 31 from above the oxide film 300. Note that the conductive layer 34 may not be formed.

引出し部32の酸化皮膜300は、接合部31の酸化皮膜300よりも薄い。具体的には、接合部31の酸化皮膜300の厚さは、例えば、0.5〜40μm程度であり、引出し部32の酸化皮膜300の厚さは、例えば、0.1〜20μm程度である。なお、接合部31のうち、第1接合材101と接する面には、酸化皮膜300を有していなくてもよいし有していてもよい。   The oxide film 300 of the lead portion 32 is thinner than the oxide film 300 of the joint portion 31. Specifically, the thickness of the oxide film 300 of the joint portion 31 is, for example, about 0.5 to 40 μm, and the thickness of the oxide film 300 of the lead portion 32 is, for example, about 0.1 to 20 μm. . Note that the oxide film 300 may or may not be provided on the surface of the bonding portion 31 that is in contact with the first bonding material 101.

接合部31の酸化皮膜300の厚さは、例えば、接合部31の中央部を接合部31と直交する面で切断し、その切断面にて測定することができる。また、引出し部32の酸化皮膜300の厚さは、例えば、第2部分322の任意の位置において第2部分322と直交する面で切断し、その切断面にて測定することができる。   The thickness of the oxide film 300 of the joint portion 31 can be measured, for example, by cutting the central portion of the joint portion 31 along a plane orthogonal to the joint portion 31. Moreover, the thickness of the oxide film 300 of the drawer | drawing-out part 32 can be cut | disconnected by the surface orthogonal to the 2nd part 322 in the arbitrary positions of the 2nd part 322, and can be measured in the cut surface.

本変形例において、接合部31及び引出し部32は、例えば、Cr(クロム)を含有する合金等によって構成される。このような合金としては、Fe−Cr系合金鋼(ステンレス鋼など)、又はNi−Cr系合金鋼などを用いることができる。また、上述した酸化皮膜300としては、酸化クロム膜などを例示することができる。引出し部32を接合部31よりも低温で熱処理することによって、引出し部32の酸化皮膜300を接合部31の酸化皮膜300よりも薄くすることができる。   In this modification, the joining part 31 and the drawer | drawing-out part 32 are comprised by the alloy etc. which contain Cr (chromium), for example. As such an alloy, Fe—Cr alloy steel (stainless steel, etc.), Ni—Cr alloy steel, or the like can be used. Moreover, as the oxide film 300 described above, a chromium oxide film or the like can be exemplified. By heat-treating the drawing portion 32 at a lower temperature than the bonding portion 31, the oxide film 300 of the drawing portion 32 can be made thinner than the oxide film 300 of the bonding portion 31.

変形例9
上記実施形態では、端部集電部材3の接合部31は、下側発電素子部11aの外表面Sと略平行に延びているが、これに限定されず、以下のような構成とすることができる。
Modification 9
In the said embodiment, although the junction part 31 of the edge part current collection member 3 is extended substantially parallel to the outer surface S of the lower side power generation element part 11a, it is not limited to this, It is set as the following structures. Can do.

図17に示すように、端部集電部材3の接合部31は、第1接合材101を介して、下側発電素子部11aの外表面Sに接合される。接合部31は、表面に酸化クロム膜301Yを有している。具体的には、接合部31は、基材301Xと酸化クロム膜301Yとを有する。   As shown in FIG. 17, the joining portion 31 of the end current collecting member 3 is joined to the outer surface S of the lower power generation element portion 11 a via the first joining material 101. The junction 31 has a chromium oxide film 301Y on the surface. Specifically, the joint portion 31 includes a base material 301X and a chromium oxide film 301Y.

基材301Xは、板状に形成される。基材301Xの厚みは特に制限されないが、例えば0.1〜4.0mmとすることができる。   The substrate 301X is formed in a plate shape. The thickness of the base material 301X is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 to 4.0 mm.

基材301Xは、Cr(クロム)を含有する合金によって構成される。このような合金としては、Fe−Cr系合金鋼(ステンレス鋼など)、又はNi−Cr系合金鋼などを用いることができる。基材301XにおけるCrの含有割合は特に制限されないが、例えば4〜30質量%とすることができる。   The substrate 301X is made of an alloy containing Cr (chromium). As such an alloy, Fe—Cr alloy steel (stainless steel, etc.), Ni—Cr alloy steel, or the like can be used. Although the content rate of Cr in the base material 301X is not particularly limited, it can be, for example, 4 to 30% by mass.

基材301Xは、Ti(チタン)やAl(アルミニウム)を含有していてもよい。基材301XにおけるTiの含有割合は特に制限されないが、例えば0.01〜1.0at.%とすることができる。基材301XにおけるAlの含有割合は特に制限されないが、例えば0.01〜0.4at.%とすることができる。基材301Xは、TiをTiO(チタニア)として含有していてもよいし、AlをAl(アルミナ)として含有していてもよい。 The base material 301X may contain Ti (titanium) or Al (aluminum). The content ratio of Ti in the base material 301X is not particularly limited, but is 0.01 to 1.0 at. %. Although the content rate of Al in the base material 301X is not particularly limited, for example, 0.01 to 0.4 at. %. The base material 301X may contain Ti as TiO 2 (titania) or may contain Al as Al 2 O 3 (alumina).

酸化クロム膜301Yは、基材301X上に形成される。酸化クロム膜301Yは、基材301Xを覆う。酸化クロム膜301Yは、基材301Xの表面全体を覆っていることが好ましいが、基材301Xの表面を部分的に覆っていなくてもよい。酸化クロム膜301Yの厚みは特に制限されないが、例えば1μm〜20μmとすることができる。   The chromium oxide film 301Y is formed on the base material 301X. The chromium oxide film 301Y covers the base material 301X. The chromium oxide film 301Y preferably covers the entire surface of the substrate 301X, but may not partially cover the surface of the substrate 301X. The thickness of the chromium oxide film 301Y is not particularly limited, but can be, for example, 1 μm to 20 μm.

酸化クロム膜301Yは、酸化クロム(Cr)を主成分として含む。具体的には、酸化クロム膜301Yは、酸化クロムを50wt%以上含む。酸化クロム膜301Yは、Mn、Fe、Cr、Mo、Siなどを不純物として含有していてもよい。酸化クロム膜301Yは、RF(radio-frequency)マグネトロンスパッタ装置を用いてCrターゲットをArスパッタリングし、反応ガス(例えば、酸素)との反応により酸化物を成膜することによって形成することができる。 The chromium oxide film 301Y contains chromium oxide (Cr 2 O 3 ) as a main component. Specifically, the chromium oxide film 301Y contains 50 wt% or more of chromium oxide. The chromium oxide film 301Y may contain Mn, Fe, Cr, Mo, Si, or the like as impurities. The chromium oxide film 301Y can be formed by depositing an oxide by reacting with a reactive gas (for example, oxygen) by sputtering an Cr target using an RF (radio-frequency) magnetron sputtering apparatus.

図17に示すように、基材301Xは、下側発電素子部11aの外表面Sに垂直な断面において、第1面Y1、第2面Y2及び角部Y3を含む。   As shown in FIG. 17, the base material 301X includes a first surface Y1, a second surface Y2, and a corner portion Y3 in a cross section perpendicular to the outer surface S of the lower power generation element portion 11a.

第1面Y1は、下側発電素子部11aの外表面Sに対して角度を有する。すなわち、第1面Y1は、外表面Sと平行ではなく、外表面Sに対して傾斜している。第1面Y1は、角部Y3側に向かうほど外表面Sに近づく。外表面Sに対する第1面Y1の角度θ1は特に制限されないが、例えば0.5度〜45度とすることができる。なお、図17に示す例では、第1面Y1が平坦に形成されているが、実際には微小な凹凸が形成されていてもよい。   The first surface Y1 has an angle with respect to the outer surface S of the lower power generation element portion 11a. That is, the first surface Y1 is not parallel to the outer surface S but is inclined with respect to the outer surface S. The first surface Y1 is closer to the outer surface S toward the corner Y3. The angle θ1 of the first surface Y1 with respect to the outer surface S is not particularly limited, but can be, for example, 0.5 degrees to 45 degrees. In the example shown in FIG. 17, the first surface Y1 is formed flat, but in actuality, minute unevenness may be formed.

第1面Y1において、酸化クロム膜301Yは、基材301Xを覆っていることが好ましい。第1面Y1に形成された酸化クロム膜301Yの厚みは、角部Y3に近づくほど厚く形成されていてもよい。   In the first surface Y1, the chromium oxide film 301Y preferably covers the base member 301X. The thickness of the chromium oxide film 301 </ b> Y formed on the first surface Y <b> 1 may be formed thicker as it approaches the corner Y <b> 3.

第2面Y2は、第1面Y1に連なる。第2面Y2は、下側発電素子部11aの外表面Sに対して角度を有する。すなわち、第2面Y2は、外表面Sと平行ではなく、外表面Sに対して傾斜している。第2面Y2は、角部Y3側に向かうほど外表面Sに近づく。外表面Sに対する第2面Y2の角度θ2は特に制限されないが、例えば45度〜135度とすることができる。   The second surface Y2 is continuous with the first surface Y1. The second surface Y2 has an angle with respect to the outer surface S of the lower power generation element portion 11a. That is, the second surface Y2 is not parallel to the outer surface S but is inclined with respect to the outer surface S. The second surface Y2 approaches the outer surface S toward the corner Y3 side. The angle θ2 of the second surface Y2 with respect to the outer surface S is not particularly limited, but can be, for example, 45 degrees to 135 degrees.

また、第2面Y2は、第1面Y1に対して角度を有する。すなわち、第2面Y2は、第1面Y1と平行ではなく、第1面Y1に対して傾斜している。第1面Y1に対する第2面Y2の角度θ3は特に制限されないが、例えば30度〜135度とすることができる。なお、図17に示す例では、第2面Y2が平坦に形成されているが、実際には微小な凹凸が形成されていてもよい。   The second surface Y2 has an angle with respect to the first surface Y1. That is, the second surface Y2 is not parallel to the first surface Y1, but is inclined with respect to the first surface Y1. The angle θ3 of the second surface Y2 with respect to the first surface Y1 is not particularly limited, but can be, for example, 30 degrees to 135 degrees. In the example shown in FIG. 17, the second surface Y2 is formed flat. However, actually, minute unevenness may be formed.

第2面Y2において、酸化クロム膜301Yは、基材301Xを覆っていることが好ましい。第2面Y2に形成された酸化クロム膜301Yの厚みは、角部Y3に近づくほど厚く形成されていてもよい。   In the second surface Y2, the chromium oxide film 301Y preferably covers the base material 301X. The thickness of the chromium oxide film 301Y formed on the second surface Y2 may be formed thicker as it approaches the corner Y3.

角部Y3は、第1面Y1と第2面Y2とによって形成される。本実施形態において、「第1面Y1と第2面Y2とによって形成される」とは、“第1面Y1と第2面Y2とによって規定される”、“第1面Y1と第2面Y2とによって区画される”、及び“第1面Y1と第2面Y2との間に設けられる”のうち少なくとも1つを意味する。   The corner Y3 is formed by the first surface Y1 and the second surface Y2. In the present embodiment, “formed by the first surface Y1 and the second surface Y2” means “defined by the first surface Y1 and the second surface Y2”, “the first surface Y1 and the second surface. It means at least one of “partitioned by Y2” and “provided between the first surface Y1 and the second surface Y2.”

角部Y3は、第1面Y1と第2面Y2とが屈曲するように連なることで形成されていてもよいし、第1面Y1と第2面Y2とが他の1以上の面(湾曲面又は屈曲面)を介して連なることで形成されていてもよい。   The corner portion Y3 may be formed such that the first surface Y1 and the second surface Y2 are bent so that the first surface Y1 and the second surface Y2 are one or more other surfaces (curved). (A surface or a bent surface).

角部Y3において、酸化クロム膜301Yは、基材301Xを覆っていることが好ましい。角部Y3に形成された酸化クロム膜301Yは、角部Y3周辺において他の部分よりも厚く形成されていてもよい。   In the corner portion Y3, the chromium oxide film 301Y preferably covers the base member 301X. The chromium oxide film 301Y formed at the corner portion Y3 may be formed thicker than the other portions around the corner portion Y3.

角部Y3は、第1面Y1及び第2面Y2それぞれよりも下側発電素子部11aの外表面Sに近接している。角部Y3は、端部集電部材3の第1先端部301aに設けられる。本変形例において、角部Y3は、端部集電部材3のうち、下側発電素子部11aの外表面Sに最も近接する部位である。角部Y3から外表面Sまでの距離Dは特に制限されないが、0.5〜2000μmとすることができる。   The corner portion Y3 is closer to the outer surface S of the lower power generation element portion 11a than the first surface Y1 and the second surface Y2. The corner portion Y <b> 3 is provided at the first tip portion 301 a of the end current collecting member 3. In the present modification, the corner Y3 is a portion of the end current collecting member 3 that is closest to the outer surface S of the lower power generation element portion 11a. The distance D from the corner Y3 to the outer surface S is not particularly limited, but can be 0.5 to 2000 μm.

下側発電素子部11aから端部集電部材3に流れる電流は、端部集電部材3のうち下側発電素子部11aの外表面Sに近接する角部Y3に集中する。角部Y3に電流が集中すると、角部Y3の温度が上昇するため、角部Y3に形成された酸化クロム膜301Yの温度が上昇して、酸化クロム膜301Yの電気抵抗が低下する。その結果、下側発電素子部11aから端部集電部材3へスムーズに電流を流すことができるため、下側発電素子部11aと端部集電部材3との電気的接続性を向上させることができる。   The current flowing from the lower power generating element portion 11a to the end current collecting member 3 is concentrated on the corner Y3 of the end current collecting member 3 that is close to the outer surface S of the lower power generating element portion 11a. When the current concentrates on the corner Y3, the temperature of the corner Y3 increases, so the temperature of the chromium oxide film 301Y formed in the corner Y3 increases, and the electrical resistance of the chromium oxide film 301Y decreases. As a result, since a current can flow smoothly from the lower power generating element portion 11a to the end current collecting member 3, the electrical connectivity between the lower power generating element portion 11a and the end current collecting member 3 can be improved. Can do.

また、角部Y3を形成する第1面Y1及び第2面Y2のそれぞれが外表面Sに対して角度を有しているため、角部Y3を第1導電性接合材102aに挿入した際に、第1導電性接合材102a中の気泡を角部Y3周辺から排除することができる。その結果、下側発電素子部11aと端部集電部材3との電気的接続性を更に向上させることができる。   Further, since each of the first surface Y1 and the second surface Y2 forming the corner portion Y3 has an angle with respect to the outer surface S, when the corner portion Y3 is inserted into the first conductive bonding material 102a. In addition, bubbles in the first conductive bonding material 102a can be excluded from the periphery of the corner Y3. As a result, the electrical connectivity between the lower power generation element portion 11a and the end current collecting member 3 can be further improved.

なお、本変形例に係る端部集電部材3は導電層34を有していないが、導電層34を有していてもよい。この場合、導電層34は、酸化クロム膜301Yの上から接合部31を覆うように構成することができる。   The end current collecting member 3 according to this modification does not have the conductive layer 34, but may have the conductive layer 34. In this case, the conductive layer 34 can be configured to cover the bonding portion 31 from above the chromium oxide film 301Y.

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.

図6に示すような形状の端部集電部材3を複数作製した。詳細には、金属板をプレス加工し、引出し部32を覆うように絶縁層33を形成した。絶縁層33は、ディップコート法、または溶射法によって、引出し部32に形成した。なお、絶縁層33は、サンプル毎に材質及び厚さを変えている。絶縁層33の材質や、厚さ、抵抗率は、表1に示す通りである。なお、接合部31には、絶縁層33や導電層34は形成されていない。また、サンプル21は、比較例であり、引出し部32に絶縁層33を形成していない。各材料の抵抗率は直流三端子法(JIS C2141)を参考として測定した。端部集電部材3を模擬した金属板上に絶縁層33を形成し、絶縁層側に主電極、ガード電極、金属板側に対向電極を白金で形成した。作製したサンプルについて大気中、750℃で体積抵抗率を測定し、金属板の抵抗を除いたものを各材料の抵抗率とした。   A plurality of end current collecting members 3 having a shape as shown in FIG. 6 were produced. In detail, the metal plate was pressed and the insulating layer 33 was formed so that the drawer | drawing-out part 32 might be covered. The insulating layer 33 was formed on the extraction portion 32 by dip coating or thermal spraying. The insulating layer 33 is changed in material and thickness for each sample. The material, thickness, and resistivity of the insulating layer 33 are as shown in Table 1. In addition, the insulating layer 33 and the conductive layer 34 are not formed in the bonding portion 31. Sample 21 is a comparative example, and the insulating layer 33 is not formed on the lead portion 32. The resistivity of each material was measured with reference to the direct current three-terminal method (JIS C2141). An insulating layer 33 was formed on a metal plate simulating the end current collecting member 3, and a main electrode and a guard electrode were formed on the insulating layer side, and a counter electrode was formed on the metal plate side with platinum. About the produced sample, volume resistivity was measured at 750 degreeC in air | atmosphere, and what removed the resistance of the metal plate was made into the resistivity of each material.

このように作製された端部集電部材3を第1接合材101を介して燃料電池セル1の発電素子部11に接合した。この状態において、端部集電部材3の引出し部32を覆う絶縁層33と、マニホールド2の上壁22との距離は約10mmとした。   The end current collecting member 3 produced in this way was joined to the power generation element part 11 of the fuel cell 1 via the first joining material 101. In this state, the distance between the insulating layer 33 covering the lead-out portion 32 of the end current collecting member 3 and the upper wall 22 of the manifold 2 was about 10 mm.

(評価方法)
以上のように作製された各サンプルに対して、絶縁層33の筐体との短絡防止可否の評価を行った。詳細には、燃料電池セル1の両面の発電素子部11に接合された端部集電部材3のそれぞれの引出し部32に、リード線を介して電子負荷装置を接続し発電評価できる状態にした。さらに、引出し部32に筐体を模擬したコの字型の金属片を接触させ、筐体が接触した状態を模擬して燃料電池セルの通電試験を行った。具体的には、マニホールド2の上壁22の上に高さ10mmのアルミナ製ブロックを置き、その上にコの字型の金属片を載せて引出し部32と接触させた状態にし、通電試験を行った。この通電試験を一つの水準につき5サンプルで行った。表1において、サンプル5個中、全て不具合なく通電試験を実施できたものを、評価「◎」とした。また、サンプル5個のうち1つでも、引出し部32と金属片の間で短絡回路を形成して大電流が生じ評価が不可能となったものを、評価「○」とした。一方、5個全てで評価が不可能となった場合、短絡防止効果なしとして「×」とした。各水準で評価が不可能になった数が、表1に示されている。
(Evaluation method)
Each sample produced as described above was evaluated for the possibility of short circuit prevention with the casing of the insulating layer 33. Specifically, an electronic load device is connected to each lead-out portion 32 of the end current collecting member 3 joined to the power generation element portion 11 on both surfaces of the fuel cell 1 via a lead wire so that power generation can be evaluated. . Further, a U-shaped metal piece simulating the casing was brought into contact with the drawer portion 32, and the energization test of the fuel cell was performed by simulating the state where the casing was in contact. Specifically, an alumina block having a height of 10 mm is placed on the upper wall 22 of the manifold 2, and a U-shaped metal piece is placed on the block and brought into contact with the drawer portion 32. went. This energization test was performed with 5 samples per level. In Table 1, among the five samples, the ones that could carry out the energization test without any defects were evaluated as “◎”. In addition, even in one of the five samples, a case where a short circuit was formed between the lead portion 32 and the metal piece to generate a large current and evaluation was impossible was evaluated as “good”. On the other hand, when the evaluation was impossible with all five, “x” was given as no short-circuit prevention effect. Table 1 shows the numbers that could not be evaluated at each level.

Figure 0006309151
Figure 0006309151

表1に示すように、絶縁層33を形成していないものに比べて、絶縁層33を形成するものは、短絡防止効果を有することが分かった。また、絶縁層33の抵抗率を1MΩ以上、膜厚を10μm以上とすることによって、引出し部32と筐体との短絡をより確実に防止できることが分かった。   As shown in Table 1, it was found that the one that formed the insulating layer 33 had a short-circuit preventing effect compared to the one that did not form the insulating layer 33. Further, it has been found that the short circuit between the lead portion 32 and the housing can be more reliably prevented by setting the resistivity of the insulating layer 33 to 1 MΩ or more and the film thickness to 10 μm or more.

1 燃料電池セル
2 マニホールド
3 端部集電部材
31 接合部
32 引出し部
33 絶縁層
34 導電層
90 筐体
91 取出し孔
100 セルスタック装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Manifold 3 End current collection member 31 Junction part 32 Drawer part 33 Insulation layer 34 Conductive layer 90 Case 91 Extraction hole 100 Cell stack apparatus

Claims (10)

取出し孔を有する筐体と、
前記筐体内に配置されるマニホールドと、
前記筐体内に配置され、前記マニホールドから上方に延びる燃料電池セルと、
前記燃料電池セルと電気的に接続される端部集電部材と、
を備え、
前記端部集電部材は、
前記燃料電池セルに接合されるように構成された接合部と、
前記接合部から延びる引出し部と、
前記引出し部を覆う絶縁層と、
を有し、
前記端部集電部材の引出し部は、前記筐体の取出し孔を介して、前記筐体の外部へと延びる、
セルスタック装置。
A housing having an extraction hole;
A manifold disposed within the housing;
A fuel cell disposed within the housing and extending upward from the manifold;
And the end portion current collector that will be connected the fuel cells electrically,
With
The end current collecting member is
A joint configured to be joined to the fuel cell;
A drawer extending from the joint;
An insulating layer covering the lead portion;
Have
The lead-out portion of the end current collecting member extends to the outside of the casing through the extraction hole of the casing.
Cell stack device.
前記端部集電部材は、前記接合部を覆う導電層をさらに有する、  The end current collecting member further includes a conductive layer covering the joining portion.
請求項1に記載のセルスタック装置。The cell stack device according to claim 1.
前記絶縁層は、絶縁性セラミックスによって構成される、  The insulating layer is made of insulating ceramics.
請求項1又は2に記載のセルスタック装置。The cell stack apparatus according to claim 1 or 2.
前記接合部は、鉄とクロムとを含む金属材料で構成される、  The joint is made of a metal material containing iron and chromium.
請求項1から3のいずれかに記載のセルスタック装置。The cell stack device according to claim 1.
前記接合部と前記引出し部とは、1つの部材によって構成される、  The joint portion and the drawer portion are configured by one member.
請求項1から4のいずれかに記載のセルスタック装置。The cell stack device according to claim 1.
前記接合部及び前記引出し部は、一枚の金属板から構成される、  The joint part and the drawer part are composed of a single metal plate,
請求項1から5のいずれかに記載のセルスタック装置。The cell stack device according to claim 1.
前記引出し部は、前記マニホールドの上面に沿って延びる第2部分を有し、
前記第2部分は、前記接合部から離れるにつれて、前記マニホールドの上面から離れるように傾斜して延びる、
請求項1から6のいずれかに記載のセルスタック装置。
The drawer has a second portion extending along an upper surface of the manifold;
The second portion extends obliquely away from the top surface of the manifold as it moves away from the joint.
The cell stack device according to claim 1 .
前記引出し部は、前記マニホールドの上面に沿って延びる第2部分を有し、
前記第2部分は、前記接合部から離れるにつれて、前記マニホールドの上面に近付くように傾斜して延びる、
請求項1から6のいずれかに記載のセルスタック装置。
The drawer has a second portion extending along an upper surface of the manifold;
The second portion extends at an angle so as to approach the upper surface of the manifold as it moves away from the joint.
The cell stack device according to claim 1 .
前記接合部及び前記引出し部は、表面に酸化皮膜を有し、
前記引出し部の酸化皮膜は、前記接合部の酸化皮膜よりも薄い、
請求項1から8のいずれかに記載のセルスタック装置。
The joint and the drawer have an oxide film on the surface,
The oxide film of the drawer part is thinner than the oxide film of the joint part,
The cell stack device according to claim 1 .
前記燃料電池セルと前記接合部とを接合する第1接合材をさらに備え、
前記接合部は、Crを含む合金によって構成される基材と、前記基材を覆う酸化クロム膜とを有し、
前記燃料電池セルの外表面に垂直な断面において、前記接合部は、前記外表面に対して角度を有する第1面と、前記外表面に対して角度を有する第2面と、前記第1面と前記第2面とによって形成される角部とを含み、
前記角部は、前記第1面及び前記第2面それぞれよりも前記外表面に近接している、
請求項1から9のいずれかに記載のセルスタック装置。
A first bonding material for bonding the fuel cell and the bonding portion;
The joint has a base material made of an alloy containing Cr, and a chromium oxide film covering the base material,
In a cross section perpendicular to the outer surface of the fuel cell, the joint includes a first surface having an angle with respect to the outer surface, a second surface having an angle with respect to the outer surface, and the first surface. And a corner formed by the second surface,
The corner is closer to the outer surface than each of the first surface and the second surface;
The cell stack device according to claim 1 .
JP2017220147A 2017-01-12 2017-11-15 End current collecting member and cell stack device Active JP6309151B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017003162 2017-01-12
JP2017003162 2017-01-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6309151B1 true JP6309151B1 (en) 2018-04-11
JP2018113249A JP2018113249A (en) 2018-07-19

Family

ID=61901976

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017220147A Active JP6309151B1 (en) 2017-01-12 2017-11-15 End current collecting member and cell stack device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6309151B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112602216A (en) * 2018-09-07 2021-04-02 日本碍子株式会社 Alloy member

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5998473A (en) * 1982-11-26 1984-06-06 Agency Of Ind Science & Technol Molten carbonate type fuel cell
JP2007149618A (en) * 2005-11-30 2007-06-14 Kyocera Corp Current collection structure in fuel battery cell stack
JP2012003941A (en) * 2010-06-17 2012-01-05 Ngk Spark Plug Co Ltd Fuel cell
WO2013061575A1 (en) * 2011-10-24 2013-05-02 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Fuel cell power generation device, fuel cell system and support structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5998473A (en) * 1982-11-26 1984-06-06 Agency Of Ind Science & Technol Molten carbonate type fuel cell
JP2007149618A (en) * 2005-11-30 2007-06-14 Kyocera Corp Current collection structure in fuel battery cell stack
JP2012003941A (en) * 2010-06-17 2012-01-05 Ngk Spark Plug Co Ltd Fuel cell
WO2013061575A1 (en) * 2011-10-24 2013-05-02 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Fuel cell power generation device, fuel cell system and support structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112602216A (en) * 2018-09-07 2021-04-02 日本碍子株式会社 Alloy member

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018113249A (en) 2018-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6178534B1 (en) Fuel cell stack
JP6077094B1 (en) Manifold and fuel cell stack
JP6154042B1 (en) Fuel cell stack
JP6144813B2 (en) Manifold and fuel cell stack
JP6291623B1 (en) Cell stack device
JP6309151B1 (en) End current collecting member and cell stack device
JP6472559B2 (en) End current collecting member and cell stack device
JP6378820B2 (en) End current collecting member and cell stack device
JP6267300B1 (en) Fuel cell
JP6077095B1 (en) Manifold and fuel cell stack
JP6297199B1 (en) End current collecting member and cell stack device
JP6526267B1 (en) Cell stack device
JP6318314B1 (en) Fuel cell stack
JP6359169B2 (en) Fuel cell stack
JP6378742B2 (en) Fuel cell stack
JP6261646B2 (en) Fuel cell stack
JP6159868B1 (en) Fuel cell stack
JP6257721B1 (en) Fuel cell
JP2019215980A (en) Metal member for electrochemical cell, cell stack, and cell stack device
JP2018098201A (en) Fuel battery cell
JP6611393B1 (en) Cell stack device
JP2018098203A (en) Fuel battery cell
JP6188267B1 (en) Fuel cell stack and manifold
JP6501843B2 (en) Cell stack device
JP6466902B2 (en) Manifold and fuel cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180124

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: 20180213

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180313

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6309151

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150