JP6517993B1 - 電気化学装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(燃料電池装置1の構成)
第1実施形態に係る燃料電池装置1の構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、燃料電池装置1の構成を示す断面図である。
燃料電池セル10は、固体電解質層11、燃料極12、空気極13、燃料極側集電部14、及び空気極側集電部15を有する。
インターコネクタ20は、空気極13と電気的に接合される。本実施形態において、インターコネクタ20は、空気極側集電部15を介して空気極13と電気的に接合されている。インターコネクタ20は、空気極側集電部15と電気的かつ機械的に接合される。インターコネクタ20は、燃料電池装置1が複数積層された場合、隣接する2つの燃料電池セル10の間に挟まれる。この場合、インターコネクタ20は、燃料極側集電部14及び空気極側集電部15それぞれと電気的かつ機械的に接合される。
セパレータ30は、燃料電池セル10の周囲を取り囲むように配置される。本実施形態に係るセパレータ30は、固体電解質層11の第2主面11Tに接合され、空気極13を取り囲むように配置されている。
酸化剤ガス供給部40は、燃料電池セル10の側方に配置される。酸化剤ガス供給部40は、酸化剤ガス供給路41と酸化剤ガス供給口42とを有する。
酸化剤ガス排出部50は、燃料電池セル10の側方に配置される。酸化剤ガス排出部50は、酸化剤ガス排出路51と酸化剤ガス排出口52とを有する。
汚染物質トラップ部60は、本発明に係る「第1汚染物質トラップ部」の一例である。本実施形態において、汚染物質トラップ部60は、固体電解質層11の第2主面11T上に配置されている。汚染物質トラップ部60は、その表面及び/又は内部を流通する酸化剤ガスに含まれる汚染物質を吸着する物質によって構成される。
燃料電池装置1の製造方法の一例について説明する。
第2実施形態に係る燃料電池装置2では、汚染物質トラップ部60がセパレータ30上に配置されている点において、第1実施形態に係る燃料電池装置1と異なっている。以下、当該相違点について説明する。図2は、第2実施形態に係る燃料電池装置2の構成を示す断面図である。
第3実施形態に係る燃料電池装置3では、汚染物質トラップ部60が空気極側集電体15と直接的に接触している点において、第1実施形態に係る燃料電池装置1と異なっている。以下、当該相違点について説明する。図3は、第3実施形態に係る燃料電池装置3の構成を示す断面図である。
第4実施形態に係る燃料電池装置4では、汚染物質トラップ部60がインターコネクタ20と直接的に接触している点において、第1実施形態に係る燃料電池装置1と異なっている。以下、当該相違点について説明する。図4は、第4実施形態に係る燃料電池装置4の構成を示す断面図である。
第5実施形態に係る燃料電池装置5は、汚染物質トラップ部70が空気極13の酸化剤ガス排出口52側に配置される点において、第1実施形態に係る燃料電池装置1と異なる。以下、当該相違点について説明する。図5は、第5実施形態に係る燃料電池装置5の構成を示す断面図である。
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
サンプルNo.1〜16の燃料電池装置は、図1に示した燃料電池装置1である。具体的には、酸化剤ガス供給口42の高さが5mm、酸化剤ガス供給口42の奥行きが130mm、ガス供給方向D1における固体電解質層11の幅が120mm、固体電解質層11の奥行きが120mm、ガス供給方向D1における空気極13の幅が80mm、空気極13の奥行きが80mm、ガス供給方向D1における空気極13と酸化剤ガス供給口42との最短距離40Mが30mmであった。また、汚染物質トラップ部60は、ガス供給方向D1における幅が5mm、奥行きが100mmの直方体形状とした。そして、表1に示すように、ガス供給方向D1における汚染物質トラップ部60と酸化剤ガス供給口42との最短距離40Lをサンプルごとに変更した。汚染物質トラップ部60は、汚染物質(例えば、S、BやSi等)をトラップできるMgO、SrO、ガラス等によって構成した。
サンプルNo.1〜16について、以下の条件で1000時間の連続発電試験を実施した。
・試験温度:750℃
・電流密度:0.3A/cm2(空気極13のうち空気極側集電部15が配置される主面の面積に対する値)
・空気極に空気を供給(酸素ガス利用率40%)
・燃料極に水素ガスを供給(燃料ガス利用率80%以下)
10 燃料電池セル
11 固体電解質層
12 燃料極
13 空気極
20 インターコネクタ
30 セパレータ
40 酸化剤ガス供給部
41 酸化剤ガス供給路
42 酸化剤ガス供給口
50 酸化剤ガス排出部
60 汚染物質トラップ部
Claims (14)
- 燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極の間に配置される固体電解質層とを有する電気化学セルと、
前記空気極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給口を有する酸化剤ガス供給部と、
前記空気極と前記酸化剤ガス供給口との間に配置され、前記酸化剤ガスに含まれる汚染物質を吸着する第1汚染物質トラップ部と、
前記空気極に供給された酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出口を有する酸化剤ガス排出部と、
前記空気極と前記酸化剤ガス排出口との間に配置され、前記酸化剤ガスに含まれる汚染物質を吸着する第2汚染物質トラップ部と、
を備える、
固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記第1汚染物質トラップ部は、前記固体電解質層に接触している、
請求項1に記載された固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記固体電解質層に接合されるセパレータを備え、
前記第1汚染物質トラップ部は、前記セパレータに接触している、
請求項1に記載された固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記空気極と電気的に接合されるインターコネクタを備え、
前記第1汚染物質トラップ部は、前記インターコネクタに接触している、
請求項1に記載された固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記第1汚染物質トラップ部は、前記空気極から離れている、
請求項2乃至4のいずれかに記載された固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記空気極に接続される空気極側集電部をさらに備え、
前記第1汚染物質トラップ部は、前記空気極側集電部に接触している、
請求項1に記載された固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記第1汚染物質トラップ部は、酸素イオン伝導性と電子伝導性とを有する、
請求項3に記載された固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記ガス供給方向における前記酸化剤ガス供給口と前記第1汚染物質トラップ部との最短距離は、前記ガス供給方向における前記酸化剤ガス供給口と前記空気極との最短距離の1/2以下である、
請求項1乃至7のいずれかに記載された固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記第1汚染物質トラップ部は、金属酸化物によって構成される、
請求項1乃至8のいずれかに記載された固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記第1汚染物質トラップ部は、S、Cr、Si、B、及びClの少なくとも1種の元素を含有する物質を含む、
請求項9に記載された固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記第1汚染物質トラップ部の少なくとも一部は、前記酸化剤ガス供給口から供給される前記酸化剤ガスのガス供給方向において、前記酸化剤ガス供給口から20mm以内に配置されている、
請求項1乃至10のいずれかに記載された固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記第2汚染物質トラップ部の少なくとも一部は、前記酸化剤ガス排出口から排出される前記酸化剤ガスのガス排出方向において、前記酸化剤ガス排出口から20mm以内に配置されている、
請求項1乃至11のいずれかに記載された固体酸化物形の電気化学装置。 - 燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極の間に配置される固体電解質層とを有する電気化学セルと、
前記空気極に供給された酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出口を有する酸化剤ガス排出部と、
前記空気極と前記酸化剤ガス排出口との間に配置され、前記酸化剤ガスに含まれる汚染物質を吸着する汚染物質トラップ部と、
を備える、
固体酸化物形の電気化学装置。 - 前記汚染物質トラップ部の少なくとも一部は、前記酸化剤ガス排出口から排出される前記酸化剤ガスのガス排出方向において、前記酸化剤ガス排出口から20mm以内に配置されている、
請求項13に記載された固体酸化物形の電気化学装置。
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