JP6663470B1 - 燃料電池セル及びセルスタック装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図2及び図3に示すように、燃料電池セル10は、固体電解質11と、空気極12と、燃料極13と、を有している。燃料電池セル10は、平面視(z軸方向視)において、矩形状である。なお、燃料電池セル10は、固体酸化物形燃料電池として構成されている。
図3及び図4に示すように、緻密領域14は、燃料電池セル10の外周縁部10aの一部から他の材料が含浸されてなる。なお、燃料電池セル10の外周縁部10aは、外周面を含む縁部である。本実施形態の緻密領域14は、燃料極13に形成されている。詳細には、図4に示すように、緻密領域14は、露出領域133、及び、外周面131bにおける主面側131aに位置する領域134から、他の材料が含浸されてなる。すなわち、緻密領域14は、露出領域133から他の材料が含浸されている部分を有する。緻密領域14は、外周面131bの一部である領域134から他の材料が含浸されてなる部分をさらに有する。緻密領域14は、燃料電池セル10の外周縁部10aの全てから他の材料が含浸されてなる場合、例えば、連続した枠状、または断続的な枠状である。
図2及び図3に示すように、セパレータ30は、燃料電池セル10に接続される。詳細には、セパレータ30は、固体電解質11と第1シール部材110により接合されている。セパレータ30は、固体電解質11の周端部と接続されている。セパレータ30は、燃料ガスが流れる空間と酸化剤ガスが流れる空間とを区画する。このため、セパレータ30は、酸化剤ガスと燃料ガスとの混合を防止する機能を有している。
インターコネクタ40は、燃料電池セル10間の導通を確保する。また、インターコネクタ40は、燃料電池セル10間でのガスの混合を防止する。インターコネクタ40は、板状であり、x軸方向及びy軸方向に延びる。インターコネクタ40は、例えば、金属で構成される。
集電体50は、燃料電池セル10の空気極12及び燃料極13と、インターコネクタ40との間の導通を確保する。集電体50は、例えば、インターコネクタ40から空気極12に向けて突出する複数の突出部である。また集電体50は、例えば、インターコネクタ40から燃料極13に向けて突出する複数の突出部である。各突出部は、互いに間隔をあけて配置されている。各突出部の間は、ガス流路を構成する。例えば、集電体50は、y軸方向に間隔をあけて配置され、x軸方向に延びている。集電体は、例えば、金属で構成される。
シール部材100は、セルスタック装置1を構成する部材の隙間を密閉する。シール部材100は、例えば、板状部材に挟まれている。セルスタック装置1において、シール部材100は、複数設けられている。シール部材100は、例えば、図2及び図3に示すように、第1シール部材110及び第2シール部材120を含む。
(1/2)・O2+2e−→O2− …(1)
H2+O2−→H2O+2e− …(2)
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。
本実施例では、燃料電池セルの外周縁部の一部から他の材料が含浸されてなる緻密領域の効果について調べた。
図1〜図4に示すセルスタック装置を準備した。具体的には、燃料極基板131の気孔率は、40%であった。燃料極基板131の露出領域133は、主面131aにおいて、外周面131bから50μm(図4におけるL1)内側に延び、領域134は、外周面131bにおいて、主面131aから50μm(図4におけるL2)下方に延びていた。領域133、134に、下記の表1のスラリー状のガラスを塗布した。真空引きをして燃料極基板131の外周縁部10aにガラスを含浸させた。各サンプルにおいて、真空引きの時間を変更して、領域133、134からの含浸深さを調整した。その後、熱処理を施すことにより、緻密領域14を形成した。領域133、134からの含浸深さを、下記の表1に記載する。なお、燃料電池セル10とセパレータ30とを接合する第1シール部材110は、結晶化ガラスで構成されていた。
サンプルNo.10のセルスタック装置は、燃料極基板131に他の材料を含浸しなかった点において、サンプルNo.1〜9と異なっていた。つまり、サンプルNo.10の燃料電池セルは、緻密領域を備えていなかった。
サンプルNo.1〜10のセルスタック装置について、熱サイクル試験により、燃料電池セルの強度及び接合強度を調べた。具体的には、各セルスタック装置を電気炉内に設置し、室温から800℃まで昇降温速度400℃/hrでの上げ下げを10回繰り返した後、電気炉から取り出して、燃料電池セルにおけるクラック発生の有無及びガスリーク量と、第1シール部材におけるクラック発生の有無を調べた。
表1に示すように、緻密領域14を有するサンプルNo.1〜9は、燃料電池セルの強度を向上できた。特に、他の材料が1.0μm以上含浸されてなる緻密領域14を有するサンプルNo.2〜6、8及び9は、燃料電池セルの強度をより向上できた。
サンプルNo.11〜14のセルスタック装置のそれぞれは、気孔率が8%、10%、60%及び70%の気孔率の多孔質材料で構成された燃料極基板となる材料を準備した点において、サンプルNo.2と異なっていた。
10 燃料電池セル
14,15,16 緻密領域
30 セパレータ
100 シール部材
Claims (7)
- 平板形であって、固体電解質と、前記固体電解質の一方面に設けられた空気極と、前記固体電解質の他方面に設けられた燃料極と、を備える燃料電池セルと、
前記燃料極と前記空気極との間を隔離するセパレータと、
前記燃料電池セルと前記セパレータとを接合するシール部材と、
を備え、
前記燃料電池セルの外周縁部の一部から他の材料が含浸されてなる緻密領域が形成され、
前記緻密領域は、前記燃料極に形成され、
前記緻密領域の厚さは、前記燃料極の厚さよりも小さく、
前記燃料極は、前記固体電解質側に位置する主面を含む段差構造を有し、
前記主面は、前記固体電解質から露出する露出領域を有し、
前記緻密領域は、前記露出領域から、他の材料が含浸されてなり、
前記シール部材は、前記露出領域と前記セパレータとを接合する、
セルスタック装置。
- 前記固体電解質と前記空気極との間に配置された反応防止膜をさらに備え、
前記緻密領域は、前記固体電解質及び前記反応防止膜の少なくとも1つにさらに形成される、請求項1に記載のセルスタック装置。
- 前記緻密領域は、他の材料が1.0μm以上含浸されてなる、
請求項1または2に記載のセルスタック装置。
- 前記他の材料は、ガラスまたはろう材である、
請求項1から3のいずれかに記載のセルスタック装置。
- 前記緻密領域が形成される部材の気孔率は、10%以上60%以下である、
請求項1から4のいずれかに記載のセルスタック装置。
- 前記緻密領域は、前記シール部材を構成する材料と同じ材料が含浸されてなる、
請求項1から5のいずれかに記載のセルスタック装置。
- 前記シール部材と前記固体電解質とは、ガスシール部を構成する、
1から6のいずれかに記載のセルスタック装置。
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