JP6667682B1 - 燃料電池セル - Google Patents
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Abstract
Description
図2及び図3に示すように、燃料電池セル本体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。本明細書において、固体電解質11、空気極12及び燃料極13の各層が積層されている方向を積層方向と言う。積層方向は、各層の主面と直交する。本実施形態の積層方向は、z軸方向である。燃料電池セル本体10は、積層方向視、すなわち平面視(z軸方向視)において、矩形状である。なお、燃料電池セル本体10は、固体酸化物形燃料電池として構成されている。
図2〜図4に示すように、セパレータ30は、燃料電池セル本体10に接続される。詳細には、セパレータ30は、第1接合材110により固体電解質11と接合されている。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。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、燃料電池セル本体10間の導通を確保する。また、インターコネクタ40は、燃料電池セル本体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、燃料電池セル本体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50は、例えば、金属で構成される。
図3及び図4に示すように、第1接合材110は、燃料電池セル本体10の外周縁部14とセパレータ30の内周縁部31とを接合している。本実施形態の第1接合材110は、固体電解質11及び燃料極13の外周縁部14と、セパレータ30の内周縁部31とを接合している。第1接合材110は、燃料ガス及び酸化剤ガスと接する。
図3及び図4に示すように、セパレータ30の内周縁部31は、第1接合材110により、燃料電池セル本体10の外周縁部14に接合されている。セパレータ30の内周縁部31の主面は、積層方向(z軸方向)と直交する方向(y軸方向)に対して傾斜している。すなわち、内周縁部31は、燃料電池セル本体10に対して傾斜している。内周縁部31は、第1接合材110の表面114に接している。
図2及び図3に示すように、第2接合材120は、空気極12に供給する酸化剤ガスの流路、及び燃料極13に供給する燃料ガスの流路を構成する部材に設けられている。詳細には、第2接合材120は、セパレータ30、インターコネクタ40及び締結部材23、27を接合する。第2接合材120は、セルスタック装置1の内部と外部とを隔離している。すなわち、第2接合材120は、複数の部材の隙間を密閉した結果、セルスタック装置1の内部空間と外部空間とを区画している。
(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。
上述した実施形態では、セパレータ30の内周縁部31は、第1接合材110の表面114に接しているが、これに限定されない。例えば、図6に示すように、内周縁部31は、第1接合材110に埋設されていてもよい。この場合、セパレータ30の接合面積が増加する。
上述した実施形態では、内周縁部31の外周側が燃料電池セル本体10から離れるように傾斜しているが、これに限定されない。図8及び図9に示すように、内周縁部31は、外周側に向かうにつれて燃料電池セル本体10に近づくように傾斜してもよい。
上述した実施形態では、第1接合材110は、断面視において楕円の一部が欠けた形状を有しているが、これに限定されない。第1接合材110は、種々の形状を有することができ、例えば、断面視において図7、9〜12に示す形状であってもよい。
上述した実施形態では、セパレータ30全体が湾曲しているが、これに限定されない。セパレータ30の一部が湾曲してもよく、例えば屈曲部、段差部などを有していてもよい。また、セパレータ30は、燃料電池セル本体10に対して直線的に傾斜するように延びてもよい。セパレータ30は、少なくとも一部が撓む形状である。
上述した実施形態では、第1接合材110は、中央部111、第1突出部112及び第2突出部113を有しているが、これに限定されない。中央部111、第1突出部112及び第2突出部113の少なくとも1つは、省略されてもよい。なお、図11では、第2突出部113が省略されている。また、積層方向視において、燃料電池セル本体10とセパレータ30とが重なっていなくてもよい。
上述した実施形態では、第1接合材110は、燃料電池セル本体10とセパレータ30との間に挟み込まれているが、これに限定されない。第1接合材110は、セパレータ30上に配置されてもよい。
上述した実施形態では、積層方向と直交する方向がy軸方向で、内周縁部31がy軸方向に対して傾斜しているが、これに限定されない。例えば、積層方向と直交する方向がy軸方向に対して傾斜しており、内周縁部31がy軸方向に延びてもよい。また、積層方向と直交する方向がy軸方向に対して傾斜しており、内周縁部31もy軸方向に対して傾斜しており、互いに交差してもよい。この場合であっても、セパレータ30は可撓性を有しているので、燃料電池セル本体10の変形に応じて、セパレータ30がその変形を吸収できる。
上述した実施形態では、燃料極基板131及び燃料極活性部132の外周部は、段差構造を有しているが、これに限定されない。例えば、燃料極基板131と燃料極活性部132の外周面は、揃っていてもよい。
上述した実施形態では、積層方向視において、第1接合材110の内周端縁及び外周端縁における角部を除く延伸部は直線であったが、これに限定されない。例えば、図13及び図14に示すように、積層方向視において、第1接合材110における燃料電池セル本体10と接する面の内周端縁115は、互いに対向する2組の延伸部115a〜115dと、各延伸部115a〜115dを連結する連結部115e〜115hと、を有し、少なくとも1つの延伸部115a〜115dは、曲線部を有してもよい。この場合、第1接合材110の内周端縁115に残留する応力が分散されて、応力の集中が抑制されやすくなる。このため、第1接合材110における応力をより緩和できる。
10 燃料電池セル
30 セパレータ
31 内周縁部
110 第1接合材
Claims (7)
- 固体電解質、並びに前記固体電解質を挟むように積層された燃料極及び空気極を有する燃料電池セル本体と、
前記燃料極側の空間と前記空気極側の空間とを隔離する枠状のセパレータと、
前記燃料電池セル本体の外周縁部と前記セパレータの内周縁部とを接合する接合材と、
を備え、
前記セパレータの前記内周縁部の主面、及び前記内周縁部よりも外周側の主面の少なくとも一部は、積層方向と直交する方向に対して傾斜し、
前記セパレータの主面は、前記内周縁部から外周縁まで傾斜しており、
前記セパレータは、可撓性を有するとともに、金属で構成され、
前記固体電解質の外周面は、前記燃料極の外周面よりも内周側に位置する、または、揃っている、
燃料電池セル。
- 前記内周縁部の少なくとも一部は、前記接合材の表面と接する、
請求項1に記載の燃料電池セル。
- 前記表面は湾曲し、
前記セパレータの前記内周縁部は、前記表面に沿って延びる、
請求項2に記載の燃料電池セル。
- 前記内周縁部の少なくとも一部は、前記接合材に埋設されている、
請求項1に記載の燃料電池セル。
- 前記接合材は、
積層方向視において、前記燃料電池セル本体及び前記セパレータと重なる中央部と、
前記中央部から内周側に向けて突出する第1突出部と、
前記中央部から外周側に向けて突出する第2突出部と、
を有する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の燃料電池セル。
- 前記中央部は、前記燃料電池セル本体と前記セパレータとの間に挟み込まれる、
請求項5に記載の燃料電池セル。
- 前記セパレータの前記内周縁部は、内周側に向かうにつれて前記燃料電池セル本体に近づくように傾斜する、
請求項1から6のいずれか1項に記載の燃料電池セル。
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