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.
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.
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
[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
[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
[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
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
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Y2O3(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MgAl2O4(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
[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
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
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
[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
[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
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
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Y2O3(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
[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
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
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
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
[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
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
[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)O2(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
[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
[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
空気極活性部61は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O3(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)FeO3(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O3(ランタンニッケルフェライト)、又は、LSC=(La,Sr)CoO3(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
[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
空気極集電部62は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O3(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)CoO3(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
[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
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
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、LaCrO3(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)TiO3(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
[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
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
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)、CaZrO3(カルシウムジルコネート)、Y2O3(イットリア)、又はMgAl2O4(マグネシアアルミナスピネル)などから構成され得る。
The
[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
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
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)MnO3、又は(La,Sr)(Co,Fe)O3等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、(Mn,Co)3O4、又は(Mn,Fe)3O4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
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)3O4、(La,Sr)MnO3又は(La,Sr)(Co,Fe)O3等よりなる群から選ばれる少なくとも1種である。
The
[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
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
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、SiO2−B2O3系、SiO2−CaO系、又はSiO2−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、SiO2−MgO−B2O5−Al2O3系及びSiO2−MgO−Al2O3−ZnO系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
The
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
[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
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
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)・O2+2e−→O2 − …(1)
H2+O2 −→H2O+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
(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
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
変形例4
シール部32は、複数層に分かれていてもよい。
The
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
Claims (4)
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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