JP6573720B2 - 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック - Google Patents
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Description
A−1.装置構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。また、図6は、図4および図5のVI−VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図7は、図4および図5のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。
図2、図4および図6に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。また、図3、図5および図7に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
上述したフェルト部材41を構成するフェルト材料について行った性能評価について、以下説明する。図8は、性能評価結果を示す説明図である。
図8に示すように、性能評価では、アルミナ−シリカ系のフェルト材料の4つのサンプル(サンプルS1〜S4)を用いた。各サンプルは、Si含有量(質量%)が互いに異なっている。各サンプルのSi含有量(質量%)は、各サンプルに対して所定温度(例えば850℃)で所定時間(例えば100時間)の熱処理を行った後、XRF分析(X−Ray Fluorescence Analysis)を行うことによって特定した。なお、各サンプルについてXRD分析(X−Ray Diffraction Analysis)を行い、いずれのサンプルもAl2O3の結晶構造を有し、かつ、SiO2の結晶構造を有していることを確認した。
本性能評価では、ハンドリング特性試験と、耐久特性試験との2つの項目について評価を行った。ハンドリング特性試験では、上記熱処理の後に、各サンプルのフェルト材料を所定形状(例えば10mm×10mm×100mmの略直方体状)に成形し、ピンセットで端部をつまんで持ち上げた。このとき、フェルト材料の繊維の崩れ落ちが発生しない場合には、フェルト部材41として使用できるとして合格(〇)と判定し、繊維の崩れ落ちが発生した場合には、フェルト部材41として使用することが難しいとして不合格(×)と判定した。
ハンドリング特性試験において、サンプルS1〜S3,S5では合格(〇)と判定されたが、サンプル4では不合格(×)と判定された。サンプルS4のフェルト材料は、Si含有量が0.5質量%と少ないため、強度が不足したものと考えられる。合格と判定された各サンプル(サンプルS1〜S3,S5)におけるSi含有量はすべて1.0質量%以上であることから、1割拡張して、Si含有量が0.9質量%以上であれば、フェルト材料の強度を確保することができると言える。なお、Si含有量が1.0質量%以上であることがより好ましい。
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
Claims (5)
- 電解質層と前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、
セラミックスまたは金属とシリカ成分とを含むフェルト部材と、
を備える電気化学反応単位において、
前記フェルト部材は、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室における、ガスの主たる流れ方向に直交する方向の両端の位置に配置されており、
前記フェルト部材のSi含有量は、0.9質量%以上、13.2質量%以下であることを特徴とする、電気化学反応単位。 - 請求項1に記載の電気化学反応単位において、さらに、
前記特定電極に面する前記ガス室を構成する孔が形成されたフレーム部材と、
前記特定電極に電気的に接続された集電部材と、
を備え、
前記フェルト部材は、前記第1の方向に直交する方向において、前記集電部材における外側表面と前記フレーム部材における前記孔の表面との間に配置されていることを特徴とする、電気化学反応単位。 - 請求項1または請求項2に記載の電気化学反応単位において、
前記フェルト部材は、前記セラミックスとしてのアルミナを含むことを特徴とする、電気化学反応単位。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記電気化学反応単位は、燃料電池発電単位であることを特徴とする、電気化学反応単位。 - 前記第1の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも1つは、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
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