JP6335233B2 - Fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池セルに関するものである。   The present invention relates to a fuel battery cell.

燃料電池セルは、支持基板と、支持基板に支持される複数の発電素子部とを備えている。例えば、特許文献1に開示された燃料電池セルでは、インターコネクタによって、隣り合う発電素子部を電気的に接続している。   The fuel cell includes a support substrate and a plurality of power generation element units supported by the support substrate. For example, in the fuel battery cell disclosed in Patent Document 1, adjacent power generation element portions are electrically connected by an interconnector.

特開2015−76339号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-76339

燃料電池セルにおいて、発電効率を向上させることが要望されている。そこで、本発明の課題は、発電効率を向上させることのできる燃料電池セルを提供することにある。   There is a demand for improving power generation efficiency in fuel cells. Then, the subject of this invention is providing the fuel battery cell which can improve electric power generation efficiency.

本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、第1発電素子部と、第2発電素子部と、インターコネクタと、シール部とを備えている。支持基板は、第1主面、及び第1主面に形成される凹部、を有する。第1発電素子部は、支持基板に支持される。第1発電素子部は、第1内側電極、第1電解質、及び第1外側電極を有する。第1内側電極は、凹部内に配置される第1内側電極集電部を含む。第2発電素子部は、支持基板に支持される。第2発電素子部は、第2内側電極、第2電解質、及び第2外側電極を有する。インターコネクタは、第1内側電極集電部上に配置される。インターコネクタは、第1発電素子部と第2発電素子部とを電気的に接続する。シール部は、電気絶縁性を有する。シール部は、第1内側電極集電部上においてインターコネクタと隣接する。また、シール部は、第1内側電極集電部の端縁を越えて第2発電素子部側に向かって延びる。第2電解質は、シール部まで延びる。   A fuel battery cell according to an aspect of the present invention includes a support substrate, a first power generation element portion, a second power generation element portion, an interconnector, and a seal portion. The support substrate has a first main surface and a recess formed in the first main surface. The first power generation element unit is supported by the support substrate. The first power generation element unit includes a first inner electrode, a first electrolyte, and a first outer electrode. The first inner electrode includes a first inner electrode current collector disposed in the recess. The second power generation element unit is supported by the support substrate. The second power generation element unit includes a second inner electrode, a second electrolyte, and a second outer electrode. The interconnector is disposed on the first inner electrode current collector. The interconnector electrically connects the first power generation element unit and the second power generation element unit. The seal portion has electrical insulation. The seal portion is adjacent to the interconnector on the first inner electrode current collector. In addition, the seal portion extends toward the second power generation element portion beyond the edge of the first inner electrode current collector. The second electrolyte extends to the seal portion.

本発明者は、隣り合う発電素子部である第1発電素子部と第2発電素子部との間において、好ましくない電流の流れが生じていることを見出した。すなわち、従来の燃料電池セルにおいて、第1発電素子部の内側電極集電部と、第2発電素子部の外側電極集電部とは、インターコネクタを介して電気的に接続されている。一方、第1発電素子部の内側電極集電部と第2発電素子部の外側電極集電部との間に、第2発電素子部の電解質が介在している。このため、第1発電素子部の内側電極集電部、第2発電素子部の電解質、及び第2発電素子部の外側電極集電部によって発電する。この結果、インターコネクタを流れた電流が、第1発電素子部の電解質に向かうべきところ、電流の一部が第2発電素子部の電解質に戻る恐れがある。   The present inventor has found that an undesired current flow occurs between the first power generation element portion and the second power generation element portion, which are adjacent power generation element portions. That is, in the conventional fuel cell, the inner electrode current collector of the first power generation element part and the outer electrode current collector of the second power generation element part are electrically connected via the interconnector. On the other hand, the electrolyte of the second power generation element unit is interposed between the inner electrode current collection unit of the first power generation element unit and the outer electrode current collection unit of the second power generation element unit. Therefore, power is generated by the inner electrode current collector of the first power generation element unit, the electrolyte of the second power generation element unit, and the outer electrode current collector of the second power generation element unit. As a result, there is a possibility that a part of the current returns to the electrolyte of the second power generation element portion where the current flowing through the interconnector should go to the electrolyte of the first power generation element portion.

これに対して、本願発明では、電気絶縁性を有するシール部が第1内側電極集電部上において、インターコネクタから第1内側電極集電部の端縁を越えて第2発電素子部側に向かって延びている。このため、第1内側電極集電部と第2電解質との間にはシール部が介在しており、第1内側電極集電部と第2電解質とは接触していない。このため、上述したような第1内側電極集電部、第2外側電極集電部、及び第2電解質による発電を防ぐことができる。この結果、燃料電池セルの発電効率を向上させることができる。   On the other hand, in the invention of the present application, the seal portion having electrical insulation is on the first inner electrode current collector, beyond the end of the first inner electrode current collector from the interconnector to the second power generating element portion side. It extends towards. For this reason, the seal part is interposed between the first inner electrode current collector and the second electrolyte, and the first inner electrode current collector and the second electrolyte are not in contact with each other. For this reason, the power generation by the first inner electrode current collector, the second outer electrode current collector, and the second electrolyte as described above can be prevented. As a result, the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

好ましくは、第1内側電極集電部は、支持基板の第1主面と同一面上にある第2主面を有している。そして、シール部は、第1内側電極集電部の第2主面上に形成される。すなわち、シール部は、第1内側電極集電部に埋設されていない。   Preferably, the first inner electrode current collector has a second main surface that is on the same plane as the first main surface of the support substrate. The seal portion is formed on the second main surface of the first inner electrode current collector. That is, the seal part is not embedded in the first inner electrode current collector.

好ましくは、第1及び第2内側電極は、燃料極であり、第1及び第2外側電極は、空気極である。   Preferably, the first and second inner electrodes are fuel electrodes, and the first and second outer electrodes are air electrodes.

本発明によれば、燃料電池セルの発電効率を向上させることができる。   According to the present invention, the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

燃料電池スタックの斜視図。The perspective view of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of a fuel cell stack. 燃料マニホールドの斜視図。The perspective view of a fuel manifold. 燃料電池セルの斜視図。The perspective view of a fuel cell. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 燃料電池セルと燃料マニホールドとの接合を示す図。The figure which shows joining of a fuel battery cell and a fuel manifold. 空気の供給方法を示す図。The figure which shows the supply method of air. 燃料電池セル内を流れる電流を示す図。The figure which shows the electric current which flows through the inside of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 変形例に係る燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of the fuel battery cell which concerns on a modification.

以下、本発明に係る燃料電池セルを用いた燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of a fuel cell stack using fuel cells according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1及び図2に示すように、燃料電池スタック100は、燃料マニホールド200と、複数の燃料電池セル301と、を備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 100 includes a fuel manifold 200 and a plurality of fuel cells 301.

[燃料マニホールド]
図3に示すように、燃料マニホールド200は、燃料ガスを各燃料電池セル301に分配するように構成されている。燃料マニホールド200は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド200の内部空間には、導入管201を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド200は、互いに間隔をあけて並ぶ複数の貫通孔202を有している。各貫通孔202は、燃料マニホールド200の天板203に形成されている。各貫通孔202は、燃料マニホールド200の内部空間と外部とを連通する。
[Fuel manifold]
As shown in FIG. 3, the fuel manifold 200 is configured to distribute the fuel gas to the fuel cells 301. The fuel manifold 200 is hollow and has an internal space. Fuel gas is supplied to the internal space of the fuel manifold 200 through the introduction pipe 201. The fuel manifold 200 has a plurality of through holes 202 arranged at intervals. Each through hole 202 is formed in the top plate 203 of the fuel manifold 200. Each through hole 202 communicates the internal space of the fuel manifold 200 with the outside.

[燃料電池セル]
図2に示すように、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200から延びている。詳細には、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200の天板203から上方(x軸方向)に延びている。すなわち、各燃料電池セル301の長手方向(x軸方向)は、上方に延びている。図4及び図5に示すように、燃料電池セル301は、複数の発電素子部10と、支持基板20と、複数のインターコネクタ31と、シール部32と、を備えている。
[Fuel battery cell]
As shown in FIG. 2, each fuel cell 301 extends from the fuel manifold 200. Specifically, each fuel cell 301 extends upward (x-axis direction) from the top plate 203 of the fuel manifold 200. That is, the longitudinal direction (x-axis direction) of each fuel cell 301 extends upward. As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel battery cell 301 includes a plurality of power generation element portions 10, a support substrate 20, a plurality of interconnectors 31, and a seal portion 32.

[支持基板]
支持基板20は、支持基板20の長手方向(x軸方向)に沿って延びる複数のガス流路21を内部に有している。各ガス流路21は、互いに実質的に平行に延びている。図5に示すように、支持基板20は、第1主面22と、複数の凹部23と、を有している。なお、支持基板20は、第1主面22の反対側にも主面を有しているが、その主面、およびその主面上の基本的な構成は第1主面22側のそれと同じであるため、その詳細な説明を省略する。
[Support substrate]
The support substrate 20 has a plurality of gas passages 21 extending along the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. Each gas channel 21 extends substantially parallel to each other. As shown in FIG. 5, the support substrate 20 has a first main surface 22 and a plurality of recesses 23. The support substrate 20 also has a main surface opposite to the first main surface 22, but the main surface and the basic configuration on the main surface are the same as those on the first main surface 22 side. Therefore, detailed description thereof is omitted.

各凹部23は、第1主面22に形成されている。各凹部23は、支持基板20の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。なお、各凹部23は、支持基板20の幅方向(y軸方向)の両端部には形成されていない。   Each recess 23 is formed in the first main surface 22. The recesses 23 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 20. In addition, each recessed part 23 is not formed in the both ends of the width direction (y-axis direction) of the support substrate 20.

支持基板20は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板20は、例えば、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、支持基板20は、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、MgO(酸化マグネシウム)とMgAl(マグネシアアルミナスピネル)とから構成されてもよい。支持基板20の気孔率は、例えば、20〜60%程度である。 The support substrate 20 is made of a porous material that does not have electronic conductivity. The support substrate 20 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, the support substrate 20 may be composed of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia), or composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria). Alternatively, MgO (magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) may be used. The porosity of the support substrate 20 is, for example, about 20 to 60%.

[発電素子部]
各発電素子部10は、支持基板20に支持されている。各発電素子部10は、支持基板20の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル301は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。長手方向に隣り合う発電素子部10は、インターコネクタ31によって互いに電気的に接続されている。
[Power generation element]
Each power generation element unit 10 is supported by a support substrate 20. The power generation element units 10 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 20. That is, the fuel cell 301 according to the present embodiment is a so-called horizontal stripe fuel cell. The power generating element portions 10 adjacent in the longitudinal direction are electrically connected to each other by an interconnector 31.

各発電素子部10は、燃料極4(内側電極の一例)、電解質5、及び空気極6(外側電極の一例)を有している。支持基板20上に、支持基板20側から、燃料極4,電解質5,空気極6の順で支持されている。また、各発電素子部10は、反応防止膜7をさらに有している。   Each power generation element unit 10 includes a fuel electrode 4 (an example of an inner electrode), an electrolyte 5, and an air electrode 6 (an example of an outer electrode). The fuel electrode 4, the electrolyte 5, and the air electrode 6 are supported on the support substrate 20 in this order from the support substrate 20 side. Each power generation element unit 10 further includes a reaction preventing film 7.

図6に示すように、各発電素子部10のうち、ある隣り合う一対の発電素子部10をそれぞれ、第1発電素子部10a、第2発電素子部10bとする。そして、第1発電素子部10aの燃料極4、電解質5、及び空気極6を、第1燃料極4a、第1電解質5a、及び第1空気極6aとする。また、第2発電素子部10bの燃料極4、電解質5、及び空気極6を、それぞれ第2燃料極4b、第2電解質5b、及び第2空気極6bとする。   As shown in FIG. 6, a pair of adjacent power generation element portions 10 among the power generation element portions 10 are defined as a first power generation element portion 10 a and a second power generation element portion 10 b, respectively. And let the fuel electrode 4, the electrolyte 5, and the air electrode 6 of the 1st electric power generation element part 10a be the 1st fuel electrode 4a, the 1st electrolyte 5a, and the 1st air electrode 6a. Further, the fuel electrode 4, the electrolyte 5 and the air electrode 6 of the second power generation element portion 10b are referred to as a second fuel electrode 4b, a second electrolyte 5b and a second air electrode 6b, respectively.

[燃料極]
図5に示すように、燃料極4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4は、燃料極集電部41(内側電極集電部の一例)と燃料極活性部42(内側電極活性部の一例)とを有する。
[Fuel electrode]
As shown in FIG. 5, the fuel electrode 4 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The fuel electrode 4 includes a fuel electrode current collector 41 (an example of an inner electrode current collector) and a fuel electrode active part 42 (an example of an inner electrode active part).

[燃料極集電部]
燃料極集電部41は、凹部23内に配置されている。詳細には、燃料極集電部41は、凹部23内に充填されており、凹部23と同様の外形を有する。各燃料極集電部41は、第2主面411を有している。第2主面411は、第1主面22と実質的に同一面上にある。すなわち、支持基板20の第1主面22と、各燃料極集電部41の第2主面411とによって、一つの平面が構成されている。なお、第2主面411は、第1主面22と完全に同一面上になくてもよい。例えば、第1主面22と第2主面411との間に、50μm以下程度の段差があってもよい。第2主面411は平坦面を構成しており、第2主面411上には凹部は形成されていない。
[Fuel electrode current collector]
The fuel electrode current collector 41 is disposed in the recess 23. Specifically, the fuel electrode current collector 41 is filled in the recess 23 and has the same outer shape as the recess 23. Each fuel electrode current collector 41 has a second main surface 411. The second main surface 411 is substantially flush with the first main surface 22. That is, one plane is constituted by the first main surface 22 of the support substrate 20 and the second main surface 411 of each fuel electrode current collector 41. The second main surface 411 may not be completely on the same plane as the first main surface 22. For example, there may be a step of about 50 μm or less between the first main surface 22 and the second main surface 411. The second main surface 411 constitutes a flat surface, and no recess is formed on the second main surface 411.

燃料極集電部41は、電子伝導性を有する。燃料極集電部41は、燃料極活性部42よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部41は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。   The fuel electrode current collector 41 has electronic conductivity. The fuel electrode current collector 41 preferably has higher electron conductivity than the fuel electrode active part 42. The fuel electrode current collector 41 may or may not have oxygen ion conductivity.

燃料極集電部41は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極集電部41は、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とCSZ(カルシア安定化ジルコニア)とから構成されてもよい。燃料極集電部41の厚さ、及び凹部23の深さは、50〜500μm程度である。 The fuel electrode current collector 41 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode current collector 41 may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). Also good. The thickness of the fuel electrode current collector 41 and the depth of the recess 23 are about 50 to 500 μm.

[燃料極活性部]
燃料極活性部42は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部42は、燃料極集電部41よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部42における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部41における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
[Fuel electrode active part]
The fuel electrode active portion 42 has oxygen ion conductivity and electronic conductivity. The anode active part 42 has a higher content of oxygen ion conductive material than the anode current collector 41. Specifically, the volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the total volume excluding the pore portion in the fuel electrode active portion 42 is determined by the oxygen ion conduction in the total volume excluding the pore portion in the fuel electrode current collector 41. It is larger than the volume ratio of the substance having the property.

燃料極活性部42は、燃料極集電部41の第2主面411上に配置されている。すなわち、燃料極活性部42は、燃料極集電部41に埋設されていない。燃料極活性部42のインターコネクタ31と反対側の端縁(図5の右端縁)は、第2主面411上において、燃料極集電部41の端縁よりも内側に形成されている。詳細には、燃料極活性部42は、燃料極集電部41よりも平面視(z軸方向視)の面積が小さい。そして、燃料極活性部42は、第2主面411内に収まっている。   The anode active part 42 is disposed on the second main surface 411 of the anode current collector 41. That is, the fuel electrode active part 42 is not embedded in the fuel electrode current collector 41. An end edge (right end edge in FIG. 5) opposite to the interconnector 31 of the fuel electrode active part 42 is formed on the second main surface 411 on the inner side of the edge of the fuel electrode current collector 41. Specifically, the anode active portion 42 has a smaller area in plan view (viewed in the z-axis direction) than the anode current collector 41. The anode active part 42 is accommodated in the second main surface 411.

また、燃料極活性部42のインターコネクタ31側の端部(図5の左端部)は、後述するシール部32に当接している。燃料極活性部42の端部は、シール部32上に載っていてもよい。   Further, the end portion (left end portion in FIG. 5) of the fuel electrode active portion 42 on the side of the interconnector 31 is in contact with a seal portion 32 described later. The end of the fuel electrode active part 42 may rest on the seal part 32.

燃料極活性部42は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極活性部42は、NiO(酸化ニッケル)とGDC(ガドリニウムドープセリア)とから構成されてもよい。燃料極活性部42の厚さは、5〜30μmである。   The fuel electrode active part 42 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode active part 42 may be composed of NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium-doped ceria). The thickness of the fuel electrode active part 42 is 5 to 30 μm.

[電解質]
電解質5は、燃料極4上を覆うように配置されている。詳細には、電解質5は、あるインターコネクタ31から他のインターコネクタ31まで支持基板20の長手方向(x軸方向)に延びている。支持基板20の長手方向において、電解質5とインターコネクタ31とが交互に配置されている。
[Electrolytes]
The electrolyte 5 is disposed so as to cover the fuel electrode 4. Specifically, the electrolyte 5 extends from one interconnector 31 to another interconnector 31 in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. In the longitudinal direction of the support substrate 20, the electrolyte 5 and the interconnector 31 are alternately arranged.

電解質5は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質5は、例えば、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、電解質5は、LSGM(ランタンガレート)から構成されてもよい。電解質5の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。   The electrolyte 5 is a fired body made of a dense material that has ionic conductivity and no electronic conductivity. The electrolyte 5 can be made of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or the electrolyte 5 may be comprised from LSGM (lanthanum gallate). The thickness of the electrolyte 5 is, for example, about 3 to 50 μm.

[反応防止膜]
反応防止膜7は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜7は、電解質5と空気極活性部61との間に配置されている。反応防止膜7は、電解質5内のYSZと空気極活性部61内のSrとが反応して電解質5と空気極活性部61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。また、反応防止膜7は、電解質5と空気極集電部62との間にも配置されている。反応防止膜7は、例えば、GDC=(Ce,Gd)O(ガドリニウムドープセリア)から構成され得る。反応防止膜7の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。なお、反応防止膜7は、電解質5と空気極活性部61との間に配置されていればよく、電解質5と空気極集電部62との間には配置されていなくてもよい。
[Reaction prevention film]
The reaction preventing film 7 is a fired body composed of a dense material. The reaction preventing film 7 is disposed between the electrolyte 5 and the air electrode active part 61. The reaction preventing film 7 causes a phenomenon in which a reaction layer having a large electric resistance is formed at the interface between the electrolyte 5 and the air electrode active part 61 due to a reaction between YSZ in the electrolyte 5 and Sr in the air electrode active part 61. It is provided to suppress this. The reaction preventing film 7 is also disposed between the electrolyte 5 and the air electrode current collector 62. The reaction preventing film 7 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 7 is, for example, about 3 to 50 μm. Note that the reaction preventing film 7 may be disposed between the electrolyte 5 and the air electrode active part 61, and may not be disposed between the electrolyte 5 and the air electrode current collecting part 62.

[空気極]
空気極6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6は、電解質5を介して、燃料極4と反対側に配置されている。空気極6は、空気極活性部61と空気極集電部62とを有している。
[Air electrode]
The air electrode 6 is a fired body composed of a porous material having electron conductivity. The air electrode 6 is disposed on the opposite side of the fuel electrode 4 with the electrolyte 5 interposed therebetween. The air electrode 6 includes an air electrode active part 61 and an air electrode current collector 62.

[空気極活性部]
空気極活性部61は、反応防止膜7上に配置されている。空気極活性部61は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部61は、空気極集電部62よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部61おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部62における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
[Air electrode active part]
The air electrode active part 61 is disposed on the reaction preventing film 7. The air electrode active part 61 has oxygen ion conductivity and electron conductivity. The air electrode active part 61 has a higher content of a substance having oxygen ion conductivity than the air electrode current collecting part 62. Specifically, the volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the total volume excluding the pore portion in the air electrode active portion 61 is determined by the oxygen ion conductivity in the air electrode current collector 62 with respect to the total volume excluding the pore portion. It is larger than the volume ratio of the substance having the property.

空気極活性部61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61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61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61の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The air electrode active part 61 can be composed of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode active part 61 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 61 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 61 is, for example, 10 to 100 μm.

[空気極集電部]
空気極集電部62は、空気極活性部61上に配置されている。また、空気極集電部62は、空気極活性部61から、隣の発電素子部10に向かって延びている。空気極集電部62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。空気極集電部62は、空気極活性部61よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部62は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
[Air electrode current collector]
The air electrode current collector 62 is disposed on the air electrode active part 61. Further, the air electrode current collector 62 extends from the air electrode active part 61 toward the adjacent power generation element part 10. The air electrode current collector 62 is a fired body made of a porous material having electronic conductivity. The air electrode current collector 62 preferably has higher electron conductivity than the air electrode active part 61. The air electrode current collector 62 may or may not have oxygen ion conductivity.

空気極集電部62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62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62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62の厚さは、例えば、50〜500μm程度である。 The air electrode current collector 62 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode current collector 62 may be made of LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite). Or the air electrode current collection part 62 may be comprised from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy). The thickness of the air electrode current collector 62 is, for example, about 50 to 500 μm.

[インターコネクタ]
インターコネクタ31は、支持基板20の長手方向(x軸方向)において隣り合う発電素子部10を電気的に接続するように構成されている。例えば、図6に示すように、インターコネクタ31は、第1発電素子部10aと第2発電素子部10bとを電気的に接続している。詳細には、インターコネクタ31は、第1発電素子部10aの燃料極集電部41aと、第2発電素子部10bの空気極集電部62bとを電気的に接続している。
[Interconnector]
The interconnector 31 is configured to electrically connect the power generating element portions 10 adjacent in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. For example, as shown in FIG. 6, the interconnector 31 electrically connects the first power generation element portion 10a and the second power generation element portion 10b. Specifically, the interconnector 31 electrically connects the fuel electrode current collector 41a of the first power generation element unit 10a and the air electrode current collector 62b of the second power generation element unit 10b.

インターコネクタ31は、第1燃料極集電部41a上に配置されている。詳細には、インターコネクタ31は、第1燃料極集電部41aの第2主面411a上に配置されている。すなわち、インターコネクタ31は、第1燃料極集電部41aに埋設されていない。インターコネクタ31は、第2主面411a上において、燃料極活性部42と間隔をあけて配置されている。   The interconnector 31 is disposed on the first fuel electrode current collector 41a. Specifically, the interconnector 31 is disposed on the second main surface 411a of the first fuel electrode current collector 41a. That is, the interconnector 31 is not embedded in the first fuel electrode current collector 41a. The interconnector 31 is disposed on the second main surface 411a with a space from the anode active part 42.

インターコネクタ31は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ31は、例えば、LaCrO(ランタンクロマイト)から構成され得る。或いは、インターコネクタ31は、(Sr,La)TiO(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコネクタ31の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The interconnector 31 is a fired body composed of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 31 can be made of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, the interconnector 31 may be made of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 31 is, for example, 10 to 100 μm.

[シール部]
シール部32は、第1燃料極集電部41a上に配置されている。シール部32は、インターコネクタ31と隣接している。詳細には、シール部32は、インターコネクタ31を囲むように配置されている。すなわち、シール部32は、環状である。なお、インターコネクタ31の一部が、シール部32上に載っていてもよい。詳細には、インターコネクタ31の外周端部が、シール部32の内周端部に載っていてもよい。
[Seal part]
The seal portion 32 is disposed on the first fuel electrode current collector 41a. The seal portion 32 is adjacent to the interconnector 31. Specifically, the seal portion 32 is disposed so as to surround the interconnector 31. That is, the seal part 32 is annular. A part of the interconnector 31 may be placed on the seal portion 32. Specifically, the outer peripheral end portion of the interconnector 31 may be placed on the inner peripheral end portion of the seal portion 32.

シール部32は、第1燃料極集電部41aから第1燃料極集電部41aの端縁を越えて第2発電素子部10bに向かって延びている。詳細には、シール部32は、第1燃料極集電部41aと支持基板20とに亘って延びている。シール部32は、第1燃料極集電部41aの第2主面411a上に形成されている。また、シール部32は、支持基板20の第1主面22上に形成されている。第2電解質5bは、シール部32まで延びている。詳細には、第2電解質5bの先端部は、シール部32上に載っている。   The seal portion 32 extends from the first fuel electrode current collector 41a toward the second power generation element portion 10b beyond the edge of the first fuel electrode current collector 41a. Specifically, the seal portion 32 extends across the first fuel electrode current collector 41 a and the support substrate 20. The seal portion 32 is formed on the second main surface 411a of the first fuel electrode current collector 41a. Further, the seal portion 32 is formed on the first main surface 22 of the support substrate 20. The second electrolyte 5 b extends to the seal portion 32. Specifically, the distal end portion of the second electrolyte 5 b is placed on the seal portion 32.

シール部32は、電気絶縁性を有している。すなわち、シール部32は、電子伝導性を有していない。シール部32は、例えば、MgO(マグネシア)、CaZrO(カルシウムジルコネート)、Y(イットリア)、又はMgAl(マグネシアアルミナスピネル)などから構成され得る。 The seal part 32 has electrical insulation. That is, the seal part 32 does not have electronic conductivity. The seal portion 32 can be made of, for example, MgO (magnesia), CaZrO 3 (calcium zirconate), Y 2 O 3 (yttria), MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel), or the like.

[集電部材]
以上のように構成された燃料電池セル301は、隣り合う燃料電池セル301と、集電部材302によって電気的に接続されている。図2に示すように、集電部材302は、一対の燃料電池セル301間に配置されている。そして、集電部材302は、厚さ方向(z軸方向)において隣り合う燃料電池セル301同士を電気的に接続するよう、導電性を有している。
[Current collecting member]
The fuel cell 301 configured as described above is electrically connected to the adjacent fuel cell 301 by the current collecting member 302. As shown in FIG. 2, the current collecting member 302 is disposed between the pair of fuel cells 301. And the current collection member 302 has electroconductivity so that the fuel cell 301 adjacent in the thickness direction (z-axis direction) may be electrically connected.

詳細には、集電部材302は、燃料電池セル301のガス供給側において、隣り合う燃料電池セル301同士を接続している。図7に示すように、集電部材302は、基端側に配置されたインターコネクタ31から延びる空気極集電部62上に配置されている。なお、基端側とは、燃料電池セル301を燃料マニホールド200に取り付けたとき、燃料マニホールド200側のことをいう。   Specifically, the current collecting member 302 connects adjacent fuel cells 301 on the gas supply side of the fuel cells 301. As shown in FIG. 7, the current collecting member 302 is disposed on the air electrode current collector 62 extending from the interconnector 31 disposed on the base end side. The base end side means the fuel manifold 200 side when the fuel battery cell 301 is attached to the fuel manifold 200.

集電部材302は、ブロック状である。例えば、集電部材302は、直方体状又は円柱状である。集電部材302は、例えば、酸化物セラミックスの焼成体で構成されている。このような酸化物セラミックスとしては、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、(La,Sr)MnO、又は(La,Sr)(Co,Fe)O等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、(Mn,Co)、又は(Mn,Fe)等が挙げられる。この集電部材302は、例えば、可撓性を有していない。 The current collecting member 302 has a block shape. For example, the current collecting member 302 has a rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape. The current collecting member 302 is made of, for example, a fired body of oxide ceramics. Examples of such oxide ceramics include perovskite oxide and spinel oxide. Examples of the perovskite oxide include (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) (Co, Fe) O 3, and the like. Examples of the spinel oxide include (Mn, Co) 3 O 4 , (Mn, Fe) 3 O 4, and the like. For example, the current collecting member 302 does not have flexibility.

集電部材302は、第1接合材101によって、各燃料電池セル301に接合されている。すなわち、第1接合材101は、各集電部材302と各燃料電池セル301とを接合している。第1接合材101は、例えば、(Mn,Co)、(La,Sr)MnO又は(La,Sr)(Co,Fe)O等よりなる群から選ばれる少なくとも1種である。 The current collecting member 302 is joined to each fuel cell 301 by the first joining material 101. That is, the first bonding material 101 joins each current collecting member 302 and each fuel cell 301. The first bonding material 101 is, for example, at least one selected from the group consisting of (Mn, Co) 3 O 4 , (La, Sr) MnO 3, (La, Sr) (Co, Fe) O 3, and the like. .

[表裏間接続部材]
図2に示すように、燃料電池セル301は、表裏間接続部材303を有している。表裏間接続部材303は、支持基板20の一方面においてガス排出側に配置された発電素子部10と、支持基板20の他方面においてガス排出側に配置された発電素子部10とを、電気的に接続している。表裏間接続部材303は、例えば、上述した空気極集電部62において説明した材料によって形成することができる。
[Front-back connection member]
As shown in FIG. 2, the fuel cell 301 has a front-back connection member 303. The front-back connection member 303 electrically connects the power generation element portion 10 disposed on the gas discharge side on one side of the support substrate 20 and the power generation element portion 10 disposed on the gas discharge side on the other side of the support substrate 20. Connected to. The front-back connection member 303 can be formed of the material described in the air electrode current collector 62 described above, for example.

各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200に支持されている。詳細には、各燃料電池セル301は、第2接合材102によって、燃料マニホールド200の天板203に固定されている。より詳細には、図8に示すように、各燃料電池セル301は、燃料マニホールド200の貫通孔202に挿入されている。燃料電池セル301は、貫通孔202に挿入された状態で、第2接合材102によって燃料マニホールド200に固定されている。   Each fuel cell 301 is supported by the fuel manifold 200. Specifically, each fuel cell 301 is fixed to the top plate 203 of the fuel manifold 200 by the second bonding material 102. More specifically, as shown in FIG. 8, each fuel cell 301 is inserted into the through hole 202 of the fuel manifold 200. The fuel cell 301 is fixed to the fuel manifold 200 by the second bonding material 102 in a state of being inserted into the through hole 202.

第2接合材102は、燃料電池セル301が挿入された状態の貫通孔202内に充填される。すなわち、第2接合材102は、燃料電池セル301の外周面と、貫通孔202を画定する壁面との隙間に充填される。第2接合材102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2接合材102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2接合材102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 second bonding material 102 is filled in the through hole 202 in a state where the fuel battery cell 301 is inserted. That is, the second bonding material 102 is filled in a gap between the outer peripheral surface of the fuel cell 301 and the wall surface that defines the through hole 202. The second bonding material 102 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 second bonding material 102, amorphous glass, brazing material, ceramics, or the like may be employed. Specifically, the second bonding material 102 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. .

燃料マニホールド200から突出している各燃料電池セル301の長手方向(x軸方向)の長さは、100〜300mm程度とすることができる。また、各燃料電池セル301は、燃料電池セル301の厚さ方向(z軸方向)に間隔をあけて並んでいる。この燃料電池セル301同士の間隔は、1〜5mm程度とすることができる。   The length of each fuel cell 301 protruding from the fuel manifold 200 in the longitudinal direction (x-axis direction) can be about 100 to 300 mm. The fuel cells 301 are arranged at intervals in the thickness direction (z-axis direction) of the fuel cells 301. The interval between the fuel cells 301 can be about 1 to 5 mm.

[発電方法]
以上のように構成された燃料電池スタック100は、次のようにして発電する。燃料マニホールド200を介して各燃料電池セル301のガス流路21内に燃料ガス(水素ガス等)を流すとともに、支持基板20の両面を酸素を含むガス(空気等)に曝す。
[Power generation method]
The fuel cell stack 100 configured as described above generates power as follows. A fuel gas (hydrogen gas or the like) is caused to flow into the gas flow path 21 of each fuel cell 301 through the fuel manifold 200, and both surfaces of the support substrate 20 are exposed to a gas (air or the like) containing oxygen.

酸素を含むガスは、例えば、図9に示すように、幅方向(y軸方向)に沿って流れるように、燃料マニホールド200の天板203に沿って流れる。詳細には、燃料電池スタック100は、ガス供給部材400をさらに有している。ガス供給部材400は、各燃料電池セル301の間において、空気などのガスを供給するように構成されている。なお、ガス供給部材400から供給されたガスが効率的に上方へ流れるよう、案内板401がガス供給部材400と反対側に設置されていてもよい。案内板401は、平板状であって、燃料電池セル301の長手方向に延びるとともに、燃料電池セル301の厚さ方向に延びている。   For example, as shown in FIG. 9, the oxygen-containing gas flows along the top plate 203 of the fuel manifold 200 so as to flow along the width direction (y-axis direction). Specifically, the fuel cell stack 100 further includes a gas supply member 400. The gas supply member 400 is configured to supply a gas such as air between the fuel cells 301. Note that the guide plate 401 may be installed on the opposite side of the gas supply member 400 so that the gas supplied from the gas supply member 400 efficiently flows upward. The guide plate 401 has a flat plate shape and extends in the longitudinal direction of the fuel cell 301 and also extends in the thickness direction of the fuel cell 301.

以上のように、燃料ガス、及び酸素を含むガスを供給された各発電素子部10において、電解質5の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック100を外部の負荷に接続すると、空気極6において下記(1)式に示す電気化学反応が起こり、燃料極4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→O …(1)
+O →HO+2e …(2)
発電状態においては、電流は、図10において矢印で示すように流れる。インターコネクタ31、及び発電素子部10において、電流は厚さ方向に流れる。
As described above, in each power generation element unit 10 supplied with the fuel gas and the gas containing oxygen, an electromotive force is generated due to an oxygen partial pressure difference generated between both side surfaces of the electrolyte 5. When this fuel cell stack 100 is connected to an external load, an electrochemical reaction represented by the following formula (1) occurs in the air electrode 6, and an electrochemical reaction represented by the following formula (2) occurs in the fuel electrode 4, causing a current to flow. .
(1/2) · O 2 + 2e → O 2 (1)
H 2 + O 2 → H 2 O + 2e (2)
In the power generation state, current flows as shown by arrows in FIG. In the interconnector 31 and the power generation element unit 10, a current flows in the thickness direction.

[製造方法]
次に、上述したように構成された燃料電池セルの製造方法について説明する。図11から図16において、各部材の符号の末尾の「g」は、その部材が焼成前であることを示している。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the fuel battery cell configured as described above will be described. In FIG. 11 to FIG. 16, “g” at the end of the reference numeral of each member indicates that the member is not fired.

まず、図11に示すように、支持基板の成形体20gを作製する。この支持基板の成形体20gは、例えば、支持基板20の材料(例えば、CSZ)の粉末にバインダー等を添加して得られる坏土を用いて、押し出し成形、及び切削等の手法を利用して作製され得る。   First, as shown in FIG. 11, a support substrate compact 20g is prepared. The molded body 20g of the support substrate is obtained by using a method such as extrusion molding and cutting using a clay obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the support substrate 20 (for example, CSZ). Can be made.

支持基板の成形体20gが作製されると、次に、図12に示すように、支持基板の成形体20gの上下面における各凹部23に、燃料極集電部の成形体41gを充填する。燃料極集電部の成形体41gは、例えば、上述した燃料極集電部41の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって作製される。   When the support substrate molded body 20g is manufactured, next, as shown in FIG. 12, the concave portions 23 on the upper and lower surfaces of the support substrate molded body 20g are filled with the molded body 41g of the fuel electrode current collector. The molded body 41g of the fuel electrode current collector is produced by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the fuel electrode current collector 41 described above.

次に、図13に示すように、燃料極集電部の成形体41g上に、シール部の成形膜32gを形成する。シール部の成形膜32gは、支持基板の成形体20g上にまで延びている。この成形膜32gは、例えば、上述したシール部32の材料の粉末にバインダーなどを添加して得られるスラリーを用いて、印刷法などによって形成される。   Next, as shown in FIG. 13, a molded film 32g of the seal portion is formed on the molded body 41g of the fuel electrode current collector. The molding film 32g of the seal portion extends up to the molded body 20g of the support substrate. The molded film 32g is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the seal portion 32 described above.

次に、図14に示すように、燃料極集電部の成形体41g上に、燃料極活性部の成形膜42gを形成する。燃料極活性部の成形膜42gは、その端部がシール部の成形膜32gと当接している。なお、燃料極活性部の成形膜42gの端部は、シール部の成形膜32g上に載っていてもよい。この成形膜42gは、例えば、上述した燃料極活性部42の材料の粉末にバインダーなどを添加して得られるスラリーを用いて、印刷法などによって形成される。   Next, as shown in FIG. 14, a molded film 42 g of the fuel electrode active part is formed on the molded body 41 g of the fuel electrode current collector. The end portion of the molded membrane 42g of the fuel electrode active portion is in contact with the molded membrane 32g of the seal portion. The end portion of the molded film 42g of the fuel electrode active part may be placed on the molded film 32g of the seal part. The formed film 42g is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material for the fuel electrode active portion 42 described above.

次に、図15に示すように、各燃料極集電部の成形体41g上に、インターコネクタの成形膜31gを形成する。詳細には、シール部の成形膜32g内に、インターコネクタの成形膜31gを形成する。インターコネクタの成形膜31gの外周縁部は、シール部の成形膜32gの内周縁部上に形成されている。各インターコネクタの成形膜31gは、例えば、上述したインターコネクタ31の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。   Next, as shown in FIG. 15, an interconnector molded film 31 g is formed on the molded body 41 g of each fuel electrode current collector. More specifically, an interconnector molding film 31g is formed in the sealing film molding film 32g. The outer peripheral edge of the interconnector molding film 31g is formed on the inner peripheral edge of the sealing film molding film 32g. The molded film 31g of each interconnector is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the interconnector 31 described above.

また、燃料極活性部の成形膜42g上に、電解質の成形膜5gを形成する。詳細には、電解質の成形膜5gの一方の端部は、第1発電素子部10aのシール部の成形膜32g上に配置されており、電解質の成形膜5gの他方の端部は、第2発電素子部10bのシール部の成形膜32g上に配置される。これによって、燃料極集電部の成形体41g、及び燃料極活性部の成形膜42gが形成された状態の支持基板の成形体20gは、インターコネクタの成形膜31g、電解質の成形膜5g、及びシール部の成形膜32gによって覆っている。電解質の成形膜5gは、例えば、上述した電解質5の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法、又はディッピング法等によって形成される。   Further, an electrolyte molded film 5g is formed on the molded film 42g of the fuel electrode active portion. Specifically, one end of the electrolyte molding film 5g is disposed on the molding film 32g of the seal portion of the first power generation element portion 10a, and the other end of the electrolyte molding film 5g is the second end. It arrange | positions on the shaping | molding film 32g of the seal | sticker part of the electric power generation element part 10b. As a result, the molded body 41g of the fuel electrode current collector and the molded body 20g of the support substrate in a state where the molded film 42g of the fuel electrode active part is formed, the molded film 31g of the interconnector, the molded film 5g of the electrolyte, The sealing film is covered with a molding film 32g. The electrolyte molded film 5g is formed by, for example, a printing method or a dipping method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the electrolyte 5 described above.

次に、図16に示すように、電解質膜の成形膜5g上に、反応防止膜の成形膜7gを形成する。各反応防止膜の成形膜7gは、例えば、上述した反応防止膜7の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。   Next, as shown in FIG. 16, a reaction prevention film molding film 7g is formed on the electrolyte membrane molding film 5g. The molded film 7g of each reaction preventing film is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the reaction preventing film 7 described above.

そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体20gを、空気中にて1000〜1500℃程度で1〜5時間程度焼成する。これにより、空気極6が形成されていない状態の燃料電池セルが得られる。   Then, 20 g of the support substrate molded body in which various molded films are thus formed is fired at about 1000 to 1500 ° C. for about 1 to 5 hours in the air. Thereby, the fuel battery cell in the state where the air electrode 6 is not formed is obtained.

次に、図17に示すように、各反応防止膜7上に、空気極活性部の成形膜61gを形成する。各空気極活性部の成形膜61gは、例えば、上述した空気極活性部61の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。   Next, as shown in FIG. 17, a forming film 61 g of the air electrode active portion is formed on each reaction preventing film 7. The molded film 61g of each air electrode active portion is formed by a printing method or the like using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode active portion 61 described above.

次に、図18に示すように、空気極活性部の成形膜61gと、隣の発電素子部のインターコネクタ31とを跨ぐように、空気極集電部の成形膜62gを形成する。すなわち、空気極集電部の成形膜62gは、空気極活性部の成形膜61g、電解質5、シール部32、及び、インターコネクタ31上に形成される。各空気極集電部の成形膜62gは、例えば、上述した空気極集電部62の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。   Next, as shown in FIG. 18, a forming film 62 g of the air electrode current collector is formed so as to straddle the forming film 61 g of the air electrode active part and the interconnector 31 of the adjacent power generation element part. That is, the molding film 62g of the air electrode current collector is formed on the molding film 61g of the air electrode active part, the electrolyte 5, the seal part 32, and the interconnector 31. The molded film 62g of each air electrode current collector is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode current collector 62 described above.

そして、このように空気極の成形膜61g、62gが形成された状態の支持基板20を、空気中にて800〜1200℃程度で1〜5時間程度焼成する。これによって、燃料電池セル301が完成する。   The support substrate 20 in which the air electrode forming films 61g and 62g are thus formed is baked in the air at about 800 to 1200 ° C. for about 1 to 5 hours. Thereby, the fuel cell 301 is completed.

[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、支持基板20は平板状であったが、円筒状であってもよい。すなわち、燃料電池セル301は、円筒型であってもよい。
Modification 1
In the above embodiment, the support substrate 20 has a flat plate shape, but may have a cylindrical shape. That is, the fuel battery cell 301 may be cylindrical.

変形例2
上記実施形態の発電素子部10では、燃料極4が内側電極となり、空気極6が外側電極となっていたが、発電素子部10の構成はこれに限定されない。例えば、空気極6を内側電極とし、燃料極4を外側電極としてもよい。この場合、支持基板20の凹部23内には、空気極集電部62が形成される。
Modification 2
In the power generation element unit 10 of the above embodiment, the fuel electrode 4 is an inner electrode and the air electrode 6 is an outer electrode, but the configuration of the power generation element unit 10 is not limited to this. For example, the air electrode 6 may be an inner electrode and the fuel electrode 4 may be an outer electrode. In this case, an air electrode current collector 62 is formed in the recess 23 of the support substrate 20.

変形例3
図19に示すように、インターコネクタ31は、インターコネクタ本体部311と、中間部312とを有していてもよい。中間部312は、インターコネクタ本体部311と燃料極集電部41との間に配置されている。すなわち、中間部312は、燃料極集電部41の第2主面411上に配置されており、インターコネクタ本体部311は、中間部312上に配置されている。
Modification 3
As shown in FIG. 19, the interconnector 31 may have an interconnector main body 311 and an intermediate portion 312. The intermediate portion 312 is disposed between the interconnector main body 311 and the anode current collector 41. That is, the intermediate portion 312 is disposed on the second main surface 411 of the fuel electrode current collector 41, and the interconnector main body portion 311 is disposed on the intermediate portion 312.

インターコネクタ本体部311は、電子伝動性を有する緻密質材料から構成される。例えば、インターコネクタ本体部311の気孔率は、10%以下程度とすることができる。なお、インターコネクタ本体部311は、上述したインターコネクタ31と同様の材料で形成することができる。   The interconnector body 311 is made of a dense material having electronic conductivity. For example, the porosity of the interconnector body 311 can be about 10% or less. The interconnector body 311 can be formed of the same material as the interconnector 31 described above.

中間部312は、電子伝動性を有する。中間部312は、インターコネクタ本体部311よりも電子伝導性が高いことが好ましい。また、中間部312は、インターコネクタ本体部311よりも気孔率が大きいことが好ましい。例えば、中間部312は、多孔質材料から構成されてもよい。具体的には、中間部312の気孔率は、15〜50%程度とすることができる。なお、中間部312の材料は、インターコネクタ本体部311と同じとすることができる。また、中間部312は、複数層に分かれていてもよい。   The intermediate part 312 has electronic conductivity. The intermediate part 312 preferably has higher electronic conductivity than the interconnector body part 311. Further, the intermediate part 312 preferably has a larger porosity than the interconnector body part 311. For example, the intermediate part 312 may be made of a porous material. Specifically, the porosity of the intermediate portion 312 can be about 15 to 50%. The material of the intermediate part 312 can be the same as that of the interconnector body 311. Further, the intermediate part 312 may be divided into a plurality of layers.

変形例4
シール部32は、複数層に分かれていてもよい。
Modification 4
The seal part 32 may be divided into a plurality of layers.

10a :第1発電素子部
4a :第1燃料極
41a :第1燃料極集電部
411 :第2主面
5a :第1電解質
6a :第1空気極
10b :第2発電素子部
4b :第2燃料極
5b :第2電解質
6b :第2空気極
10 :発電素子部
20 :支持基板
22 :第1主面
23 :凹部
31 :インターコネクタ
32 :シール部
301 :燃料電池セル
10a: first power generation element portion 4a: first fuel electrode 41a: first fuel electrode current collector 411: second main surface 5a: first electrolyte 6a: first air electrode 10b: second power generation element portion 4b: second Fuel electrode 5b: second electrolyte 6b: second air electrode 10: power generation element unit 20: support substrate 22: first main surface 23: recess 31: interconnector 32: seal part 301: fuel cell

Claims (4)

第1主面、及び前記第1主面に形成される凹部、を有する支持基板と、
前記凹部内に配置される第1内側電極集電部を含む第1内側電極、第1電解質、及び第1外側電極を有し、前記支持基板に支持される第1発電素子部と、
第2内側電極、第2電解質、及び第2外側電極を有し、前記支持基板に支持される第2発電素子部と、
前記第1内側電極集電部上に配置され、前記第1発電素子部と前記第2発電素子部とを電気的に接続するインターコネクタと、
電気絶縁性を有するシール部と、
を備え、
前記シール部は、前記第1内側電極集電部上において前記インターコネクタと隣接するとともに、前記第1内側電極集電部の端縁を越えて前記第2発電素子部側に向かって延び、
前記第2電解質は、前記シール部まで延び、
前記第1内側電極集電部は、第2主面を有し、
前記インターコネクタは、前記第2主面上に配置されるとともに前記シール部上に配置される
燃料電池セル。
A support substrate having a first main surface and a recess formed in the first main surface;
A first power generation element unit having a first inner electrode, a first electrolyte, and a first outer electrode including a first inner electrode current collector disposed in the recess, and supported by the support substrate;
A second power generation element portion having a second inner electrode, a second electrolyte, and a second outer electrode, and supported by the support substrate;
An interconnector disposed on the first inner electrode current collector and electrically connecting the first power generation element part and the second power generation element part;
A seal part having electrical insulation;
With
The seal portion is adjacent to the interconnector on the first inner electrode current collector, and extends toward the second power generation element portion beyond the edge of the first inner electrode current collector,
The second electrolyte extends to the seal portion,
The first inner electrode current collector has a second main surface,
The interconnector is disposed on the second main surface and disposed on the seal portion .
Fuel cell.
前記第2主面は、前記支持基板の第1主面と同一面上にあり、
前記シール部は、前記第2主面上に形成される、
請求項1に記載の燃料電池セル。
The second main surface is on the same plane as the first main surface of the support substrate,
The seal portion is formed on the second main surface.
The fuel battery cell according to claim 1.
前記第1及び第2内側電極は、燃料極であり、
前記第1及び第2外側電極は、空気極である、
請求項1又は2に記載の燃料電池セル。
The first and second inner electrodes are fuel electrodes;
The first and second outer electrodes are air electrodes;
The fuel battery cell according to claim 1 or 2.
前記第2電解質は、前記シール部上に配置され、  The second electrolyte is disposed on the seal portion;
前記第2外側電極は、前記インターコネクタまで延びる第2外側電極集電部を有し、  The second outer electrode has a second outer electrode current collector extending to the interconnector;
前記第2電解質と前記インターコネクタとの間に前記第2外側電極集電部が介在する、  The second outer electrode current collector is interposed between the second electrolyte and the interconnector;
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池セル。The fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
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