JP6795894B2

JP6795894B2 - 電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法

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Inventors: 益博江川; 直毅柳橋
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Description

本発明は、平板型セルを用いた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ：ＳＯＦＣ）の性能特性を評価するための電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法に関するものである。

近年、エネルギー変換効率の高い固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣと略称する）が次世代のエネルギー供給システムとして注目を集めている。ＳＯＦＣは、電解質膜にイオン伝導性固体電解質を使用し、その電解質膜の一方の面に多孔質焼結体からなる燃料極（アノード）を、他方の面に空気極（カソード）を接合して構成される。ＳＯＦＣでは、燃料極に燃料（水素）を供給し、空気極に空気（酸素）を供給し、電気化学反応によって電気エネルギーを取り出している。

また、本願出願人は、性能評価時におけるセルへの悪影響が無く、且つ装置の小型化による電気炉への設置容易性と組立容易性に優れた電気化学セル評価用ホルダとして、下記特許文献１に開示されるホルダを提供している。

特開２０１３−１０５６６２号公報

ところで、ＳＯＦＣにおいて、燃料ガスや空気ガスを加圧しながら供給することで電気化学セルの発電性能が向上することが近年の研究で明らかになっている。そのため、同一圧力による試験の他、差圧条件下（例えば、１００〜３００ＫＰａ）による試験を行って各電極の圧力特性や発電特性等の性能評価を行いたいという要望がある。

しかしながら、特許文献１の評価用ホルダでは、挟持部材を挟持した状態で組み立てたときの気密性が低く、燃料ガスと空気ガスとの間に圧力差が生じる差圧条件下でセル評価試験を実施すると、流路やホルダ本体の僅かな隙間からガスが漏洩して正確なセル評価試験を実施することができなかった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、差圧条件下におけるセル評価試験を実施した場合であっても供給する燃料ガスや空気ガスの漏洩を防止して高精度なセル評価試験を実施することができる電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る第１の態様は、電解質が燃料極と空気極のそれぞれの界面と同一面上に露出面を有して前記燃料極と前記空気極との間に挟まれたセル部を含む挟持部材と、
燃料ガスを供給する燃料ガス導入管と、供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管と、固定用の複数の燃料極側挿通孔とを有する金属製の燃料極側筐体と、
空気ガスを供給する空気ガス導入管と、供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管と、固定用の複数の空気極側挿通孔とを有する金属製の空気極側筐体と、を備え、
前記挟持部材は、
前記燃料ガスを均等に拡散する金属製の燃料ガス拡散板と、
前記空気ガスを均等に拡散する金属製の空気ガス拡散板と、
前記セル部を収容する際の位置決め用の収容孔が形成され、且つ前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔と一直線上に連通する位置に固定用挿通孔が形成されたセル用ガスケットと、
前記セル用ガスケットと前記燃料ガス拡散板の間に介在し、燃料極集電体を収容する際の位置決め用の収容孔が形成され、且つ前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔と一直線上に連通する位置に固定用挿通孔が形成された燃料極集電体用ガスケットと、
前記セル用ガスケットと前記空気ガス拡散板の間に介在し、空気極集電体を収容する際の位置決め用の収容孔が形成され、且つ前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔と一直線上に連通する位置に固定用挿通孔が形成された空気極集電体用ガスケットと、
前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔と一直線上に連通する位置に固定用挿通孔が形成され、前記燃料極側筐体と前記燃料ガス拡散板との間に介在される燃料ガス拡散板用ガスケットと、
前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔と一直線上に連通する位置に固定用挿通孔が形成され、前記空気極側筐体と前記空気ガス拡散板との間に介在される空気ガス拡散板用ガスケットと、を含み、
前記挟持部材を前記燃料極側筐体と前記空気極側筐体との間に挟み込んだ状態で固定部材によって固定し、前記燃料ガスと前記空気ガスとの間に圧力差が生じる差圧条件下におけるセル評価試験に用いられる電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法であって、
前記セル部における前記電解質のそれぞれの露出面に、セル評価試験時の加熱温度に耐え得るガラスペーストを塗布するステップと、
前記燃料極側挿通孔、前記空気極側挿通孔及び前記固定用挿通孔が一直線上に連通するように位置合わせし、前記燃料極側筐体と前記空気極側筐体との間に前記挟持部材を挟み込んだ状態で対向するように突き合わせ、前記塗布したガラスペーストが前記セル部と前記セル用ガスケットの収容孔との間の隙間や、前記セル用ガスケットと前記燃料極集電体用ガスケットおよび前記空気極集電体用ガスケットとの間の隙間に入り込むように均等に荷重を加えながら前記固定部材で固定して組み立てるステップと、を含むことを特徴とする、電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法である。

本発明に係る第２の態様は、第１の態様に係る電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法において、前記燃料極集電体用ガスケットの収容孔と、前記空気極集電体用ガスケットの収容孔を、前記セル用ガスケットの収容孔よりも小さく形成するステップを含むことを特徴とする、電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法である。

本発明に係る第３の態様は、第１又は第２の態様に係る電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法において、前記セル用ガスケット、前記燃料極集電体用ガスケット、前記空気極集電体用ガスケット、前記燃料ガス拡散板用ガスケット及び前記空気ガス拡散板用ガスケットの両面にガラスコーティング処理を施すステップを含むことを特徴とする、電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法である。

本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法によれば、セル部における電解質の少なくとも一方の露出面にガラスペーストが塗布した状態で組み立てるため、塗布したガラスペーストが塗布部分からその周囲へと広がってガス漏洩が懸念される隙間が埋まるので、高精度にセル評価試験を行うことができる。

また、燃料極集電体等ガスケット及び空気極集電体用ガスケットの収容孔は、セル用ガスケットの収容孔よりも小さく形成されているため、組み立てた際にセル部とセル用ガスケットの収容孔との隙間を覆うように塞がるので、燃料ガスや空気ガスの漏洩を防止する効果を奏する。

さらに、セル用ガスケット、燃料極集電体用ガスケット、空気極集電体用ガスケット、燃料ガス拡散板用ガスケット、空気ガス拡散板用ガスケットの両面にガラスコーティング処理が施されているため、組み立てた際に、上下の部品との密着性を高めることができる。

本発明に係る電気化学セル評価用ホルダの概略構成を示す分解斜視図である。同評価用ホルダの部分断面図である。同評価用ホルダの燃料極側筐体及び空気極側筐体に形成されたガス導入溝及びガス排出溝とそれに取り付けられるハーメチック端子を説明するための部分断面図である。同評価用ホルダと従来の評価用ホルダにおける気密性能評価試験の比較結果を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、この形態に基づいて当業者などによりなされる実施可能な他の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。

なお、本明細書において、添付する各図を参照した以下の説明において、方向乃至位置を示すために上、下、左、右の語を使用した場合、これはユーザが各図を図示の通りに見た場合の上、下、左、右に一致する。

［構成要件について］
図１や図２に示すように、電気化学セル評価用ホルダ（以下、「評価用ホルダ」と略称する）１は、例えば固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ：ＳＯＦＣ）で用いられる平板型の電気化学セル（セル部２１）の性能評価を行うための機器である。
この評価用ホルダ１は、燃料極側筐体２（図中下方）と空気極側筐体３（図中上方）との間に挟持部品４（後述するセル部２１、燃料極集電体２２、空気極集電体２３、一対のガス拡散板２４、セル用ガスケット２５、一対の集電体用ガスケット２６、一対のガス拡散板用ガスケット２７を含む）を挟持し、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを固定部材５で締結固定して組み立てる構成を基本構造としている。

−燃料極側筐体−
燃料極側筐体２は、セル評価試験時の高温に耐え、且つ組み立て時に加わる荷重（例えば１０〜２０ＭＰａ）に耐え得るように金属製（例えばステンレス）である。また、燃料極側筐体２の略中央部分には、後述する燃料ガス導入管８を介して導入された燃料ガスをセル部２１に供給するための燃料ガス供給孔６と、セル部２１に供給された燃料ガスを後述する燃料ガス排出管９を介して排出するための燃料ガス排出孔７が形成されている。

図１や図２に示すように、燃料極側筐体２の一側面（図中では左側面）には、燃料ガス導入管８と燃料ガス排出管９とが並設されている。

燃料ガス導入管８は、外部から燃料ガスを取り込むガス導入口８ａを有し、ガス導入口８ａから取り込んだ燃料ガスを燃料極側筐体２に形成された燃料ガス供給孔６を介してセル部２１に供給している。

燃料ガス排出管９は、燃料ガスを排出するガス排出口９ａを有し、セル部２１に供給された未反応の燃料ガスを、燃料極側筐体２に形成された燃料ガス排出孔７を介してガス排出口９ａから排出している。

また、図１に示すように、燃料極側筐体２には、固定部材５により空気極側筐体３との締結固定を行うための複数の燃料極側挿通孔１０が形成されている。図１の例では、燃料極側筐体２の外縁に沿って等間隔に８箇所貫通して燃料極側挿通孔１０が形成され、使用する固定部材５に応じて孔径が適宜決定される。

さらに、燃料極側筐体２の表面と、燃料ガス導入管８及び燃料ガス排出管９の表面と内面には、例えばＡｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）によるメッキ加工が施されている。

−空気極側筐体−
空気極側筐体３は、セル評価試験時の高温に耐え、且つ組み立て時に加わる荷重（例えば１０〜２０ＭＰａ）に耐え得るように金属製（例えばステンレス）である。また、空気極側筐体３の略中央部分には、後述する空気ガス導入管１３から導入された空気ガスをセル部２１に供給するための空気ガス供給孔１１と、セル部２１に供給された空気ガスを後述する空気ガス排出管１４を介して排出するための空気ガス排出孔１２が形成されている。

図１や図２に示すように、空気極側筐体３の一側面（図中では左側面）には、空気ガス導入管１３と空気ガス排出管１４とが並設されている。

空気ガス導入管１３は、外部から空気ガスを取り込むガス導入口１３ａを有し、ガス導入口１３ａから取り込んだ空気ガスを空気極側筐体３に形成された空気ガス供給孔１１を介して後述するセル部２１に供給している。

空気ガス排出管１４は、空気ガスを排出するガス排出口１４ａを有し、セル部２１に供給された未反応の空気ガスを空気極側筐体３に形成された空気ガス排出孔１２を介してガス排出口１４ａから排出している。

図１に示すように、空気極側筐体３には、固定部材５により燃料極側筐体２との締結固定を行うための複数の空気極側挿通孔１５が形成されている。図１の例では、空気極側筐体３の外縁に沿って等間隔に８箇所貫通して空気極側挿通孔１５が形成され、使用する固定部材５に応じて孔径が適宜決定される。

なお、図１に示すように、燃料極側挿通孔１０及び空気極側挿通孔１５は、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせたときに、固定部材５の後述するボルト５１が挿入可能なように各孔の個数が同数であり、且つ対向する孔同士が一直線上となる位置にそれぞれ形成されている。

さらに、空気極側筐体３の表面と、空気ガス導入管１３及び空気ガス排出管１４の表面と内面には、例えばＡｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）によるメッキ加工が施されている。

−挟持部材−
図１や図２に示すように、挟持部品４は、セル部２１、燃料極集電体２２、空気極集電体２３、一対のガス拡散板２４、セル用ガスケット２５、一対の集電体用ガスケット２６、一対のガス拡散板用ガスケット２７から構成される。

図１や図２に示すように、挟持部品４は、燃料極側筐体２を上方、空気極側筐体３を下方として配置した場合、上から順に燃料ガス拡散板用ガスケット２７ａ、燃料ガス拡散板２４ａ、燃料極集電体２２及び燃料極集電体用ガスケット２６ａ、セル部２１及びセル用ガスケット２５、空気極集電体２３及び空気極集電体用ガスケット２６ｂ、空気ガス拡散板２４ｂ、空気ガス拡散板用ガスケット２７ｂの順に積層される部品である。

セル部２１は、例えばＹＳＺ／Ｎｉサーメットなどの燃料極と、例えば（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ₃などの空気極との間に、例えばＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）やＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）などの電解質を一体化した円板形状を成して構成される。セル部２１における燃料極及び空気極は、電解質よりも小さいサイズで形成されているため、電解質が各極の周囲に露出した状態となる。なお、セル部２１の形状としては、図中に示すような円盤形状に限定されず、例えば矩形形状でもよい。

また、セル部２１における電解質の露出面２１ａの少なくとも一方の面（表面、裏面）には、セル評価試験時の加熱温度（８５０℃以下）まで耐熱性を有するガラスペースト２１ｂを塗布する。ガラスペースト２１ｂは、図２における拡大部分に示すように、組み立ての際に塗布した部分からその周囲へと広がって、セル部２１と後述するセル用ガスケット２５の収容孔２５ａとの間の隙間や、セル用ガスケット２５と集電体用ガスケット２６との間の隙間が埋まる。このため、セル評価試験時における燃料ガスや空気ガスの漏洩を防止することができる。

なお、図２の拡大部分では、ガラスペースト２１ｂが周囲に広がった状態を表現するため多少デフォルメした図となっているが、実際にはガラスペースト２１ｂの層は薄く、セル部２１の露出面２１ａとその上下にある集電体用ガスケット２６との間はガラスペースト２１ｂを介して密着した状態となる。

また、ガラスペースト２１ｂを塗布する領域は、少なくとも燃料極と空気極には塗布せず電解質の露出面２１ａのみとし、塗布量は使用するセル部２１における電解質の露出面２１ａの大きさやセル部２１とセル用ガスケット２５の収容孔２５ａとの間の隙間の大きさによって適宜決定すればよい。

燃料極集電体２２は、還元雰囲気で安定であるＮｉ網などで構成される。また、空気極集電体２３は、高温で酸化しにくい貴金属である例えば金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）製の網などで構成される。なお、燃料極集電体２２や空気極集電体２３のサイズは、少なくとも対応する電極（燃料極又は空気極）よりも小さくする。

一対のガス拡散板２４（燃料ガス拡散板２４ａ、空気ガス拡散板２４ｂ）は、燃料極側筐体２や空気極側筐体３と同様、評価試験時の高温に耐え、且つ組み立て時に加わる荷重（５〜１０ＫＮ程度）に耐え得るように金属製である。また、各ガス拡散板２４ａ、２４ｂにおける略中央部分には、セル部２１に燃料ガス（又は空気ガス）を供給するためのガス供給孔２４ｃと、セル部２１に供給した燃料ガス（又は空気ガス）を燃料ガス排出管９（又は空気ガス排出管１４）に向けて排出するためのガス排出孔２４ｄが形成されている。

なお、各ガス拡散板２４ａ、２４ｂに形成されたガス供給孔２４ｃとガス排出孔２４ｄは、燃料極側筐体２や空気極側筐体３に形成された燃料ガス供給孔６、燃料ガス排出孔７、空気ガス供給孔１１、空気ガス排出孔１２の位置に合わせて連通するように形成されている。

また、本ホルダ組み立ての際に、ボルト５１が挿入される固定用挿通孔２４ｅが、各ガス拡散板２４ａ、２４ｂの外縁に沿って所定数形成されている。この固定用挿通孔２４ｅは、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせたときに、固定部材５のボルト５１が挿入可能なように、燃料極側挿通孔１０及び空気極側挿通孔１５の各孔の個数と同数であり、且つ対向する孔同士が一直線上に連通する位置にそれぞれ形成されている。
よって、図１に示すように、本実施形態の固定用挿通孔２４ｅは、燃料極側挿通孔１０及び空気極側挿通孔１５の貫通位置及び個数に合わせ、各ガス拡散板２４ａ、２４ｂの外縁に沿って等間隔に８箇所貫通して形成されている。

セル用ガスケット２５は、ガス漏洩防止用として弾力性を有するセラミックス（例えば、バーミキュライト、マイカ、アルミナファイバー等）からなり、その両面には上下の部品との密着性を高めるようにガラスコーティング処理が施されている。セル用ガスケット２５の略中央部分には、セル部２１を設置する際の位置決めとなる収容孔２５ａが、セル部２１と略同等のサイズに形成されている。

また、本ホルダ組み立ての際に、ボルト５１が挿入される固定用挿通孔２５ｂが、セル用ガスケット２５の外縁に沿って所定数形成されている。この固定用挿通孔２５ｂは、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせたときに、固定部材５のボルト５１が挿入可能なように、燃料極側挿通孔１０及び空気極側挿通孔１５の各孔の個数と同数であり、且つ対向する孔同士が一直線上に連通する位置にそれぞれ形成されている。
よって、図１に示すように、本実施形態の固定用挿通孔２５ｂは、燃料極側挿通孔１０及び空気極側挿通孔１５の貫通位置及び個数に合わせ、セル用ガスケット２５の外縁に沿って等間隔に８箇所貫通して形成されている。

一対の集電体用ガスケット２６（燃料極集電体用ガスケット２６ａ、空気極集電体用ガスケット２６ｂ）は、セル用ガスケット２５と同様、ガス漏洩防止用として弾力性を有するセラミックス（例えば、バーミキュライト、マイカ、アルミナファイバー等）からなり、その両面には上下の部品との密着性を高めるようにガラスコーティング処理が施されている。また、各集電体用ガスケット２６ａ、２６ｂの略中央部分には、燃料極集電体２２や空気極集電体２３を設置する際の位置決めとなる収容孔２６ｃが、各集電体と略同等のサイズに形成されている。

収容孔２６ｃは、セル用ガスケット２５の収容孔２５ａよりも小さく形成されている。これは、組み立てた際に、セル用ガスケット２５と燃料極集電体用ガスケット２６ａ（又は空気極集電体用ガスケット２６ｂ）とが密着したときに、セル部２１と収容孔２５ａとの隙間を覆うように塞ぐためである。
よって、セル評価試験時に、ガラスペースト２１ｂによる作用効果に加えて、燃料ガスや空気ガスの漏洩を防止する効果を奏することができる。

また、本ホルダ組み立ての際に、ボルト５１が挿入される固定用挿通孔２６ｄが、各集電体用ガスケット２６ａ、２６ｂの外縁に沿って所定数形成されている。この固定用挿通孔２６ｄは、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせたときに、固定部材５のボルト５１が挿入可能なように、燃料極側挿通孔１０及び空気極側挿通孔１５の各孔の個数と同数であり、且つ対向する孔同士が一直線上に連通する位置にそれぞれ形成されている。
よって、図１に示すように、本実施形態の固定用挿通孔２６ｄは、燃料極側挿通孔１０及び空気極側挿通孔１５の貫通位置及び個数に合わせ、各集電体用ガスケット２６ａ、２６ｂの外縁に沿って等間隔に８箇所貫通して形成されている。

一対のガス拡散板用ガスケット２７（燃料ガス拡散板用ガスケット２７ａ，空気ガス拡散板用ガスケット２７ｂ）は、セル用ガスケット２５や集電体用ガスケット２６と同様、ガス漏洩防止用として弾力性を有するセラミックス（例えば、バーミキュライト、マイカ、アルミナファイバー等）からなり、その両面には上下の部品との密着性を高めるようにガラスコーティング処理が施されている。

また、各ガス拡散板用ガスケット２７ａ、２７ｂにおける略中央部分には、セル部２１に燃料ガス（又は空気ガス）を供給するためのガス供給孔２７ｃと、セル部２１に供給した燃料ガス（又は空気ガス）を燃料ガス排出管９（又は空気ガス排出管１４）に向けて排出するためのガス排出孔２７ｄが形成されている。

さらに、各ガス拡散板用ガスケット２７ａ、２７ｂには、本ホルダ組み立ての際に、ボルト５１が挿入される固定用挿通孔２７ｅが、外縁に沿って所定数形成されている。この固定用挿通孔２７ｅは、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせたときに、固定部材５のボルト５１が挿入可能なように、燃料極側挿通孔１０及び空気極側挿通孔１５の各孔の個数と同数であり、且つ対向する孔同士が一直線上に連通する位置にそれぞれ形成されている。
よって、図１に示すように、本実施形態の固定用挿通孔２７ｅは、燃料極側挿通孔１０及び空気極側挿通孔１５の貫通位置及び個数に合わせ、各ガス拡散板用ガスケット２７ａ、２７ｂの外縁に沿って等間隔に８箇所貫通して形成されている。

図３に示すように、燃料ガス導入管８及び空気ガス導入管１３のガス導入口１３ａには、セル部２１で発電した電流を燃料極集電体２２又は空気極集電体２３から取り出す電流取出用リード線３１と、セル部２１の各電極の電圧測定を行う電圧測定用リード線３２と、セル部２１近傍の温度測定を行う温度センサ３３とを導入するためのハーメチック端子４１（燃料極側ハーメチック端子４１ａ、空気極側ハーメチック端子４１ｂ）がそれぞれ設置されている。

図３に示すように、ハーメチック端子４１（４１ａ，４１ｂ）は、燃料ガス導入管８、燃料ガス排出管９、空気ガス導入管１３、空気ガス排出管１４のそれぞれに装着され、燃料ガス（又は空気ガス）を案内するガス案内路４２ａが設けられた端子本体４２と、各ガス導入管８，１３やガス排出管９，１４に挿入された状態で端子本体４２とＯ−リング４３を介して螺合してガス漏れを防止する第１係合部材４４と、端子導入部材４５とＯ−リング４６とを介在した状態で端子本体４２と螺合してガス漏れを防止する第２係合部材４７とで構成され、電流取出用リード線３１、電圧測定用リード線３２、温度センサ３３をガス漏れさせずに外部から導入して評価用ホルダ１内の所定箇所に配置するための気密端子である。

図１や図３に示すように、固定部材５は、燃料極側筐体２や空気極側筐体３と同様のステンレス製のボルト５１と、ボルト５１の軸部に挿入される絶縁チューブ５２と、ボルト５１と螺合するステンレス製のナット５３とで構成されている。

図示の例では、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせた状態で、挟持部品４（下から順に、空気ガス拡散板用ガスケット２７ｂ、空気ガス拡散板２４ｂ、空気極集電体用ガスケット２６ｂ、空気極集電体２３、セル用ガスケット２５、セル部２１、燃料極集電体２２、燃料極集電体用ガスケット２６ａ、燃料ガス拡散板２４ａ、燃料ガス拡散板用ガスケット２７ａ、の順で積層）を挟持する。次に、空気極側挿通孔１５に絶縁チューブ５２を装着したボルト５１を燃料極側挿通孔１０から挿通した状態でナット５３により締付固定している。

また、挟持部品４に含まれるセル用ガスケット２５、集電体用ガスケット２６、ガス拡散板用ガスケット２７を、それぞれの上下にある部材と確実に密着させるため、締結時に油圧プレス機等の荷重手段で上側にある燃料極側筐体２の表面から均等に所定の荷重を加えている。

これにより、各ガスケット同士が上下にある部材と均一に密着するため、空気ガスや燃料ガスが漏洩を防止することができる。

［組み立て手順について］
次に、上記のように構成される評価用ホルダ１の組み立て手順について説明する。
ここでは、図１に示すように、空気極側筐体３を下方、燃料極側筐体２を上方に配置した状態で組み立てる際の手順である。

まず、空気極側筐体３における空気ガス供給孔１１及び空気ガス排出孔１２が形成された面を上向きとし、この状態で空気ガス拡散板用ガスケット２７ｂを接着剤で仮止めして位置決めする。接着剤は、空気ガス拡散板用ガスケット２７ｂの一時的な仮止めであるため、位置固定が即時可能な瞬間接着剤が好適である。

次に、位置決めした空気ガス拡散板用ガスケット２７ｂの上に空気ガス拡散板２４ｂ、空気極集電体用ガスケット２６ｂの順で載せる。そして、空気極集電体用ガスケット２６ｂの収容孔２６ｃに空気極集電体２３を収容する。

同様に、燃料極側筐体２における燃料ガス供給孔６及び燃料ガス排出孔７が形成された面を上向きとし、この状態で燃料ガス拡散板用ガスケット２７ａを接着剤で仮止めして位置決めする。

次に、位置決めした燃料ガス拡散板用ガスケット２７ａの上に燃料ガス拡散板２４ａ、燃料極集電体用ガスケット２６ａの順で載せる。そして、燃料極集電体用ガスケット２６ａの収容孔２６ｃに燃料極集電体２２を収容する。

次に、空気極側筐体３における空気極集電体２３の上にセル用ガスケット２５を載せ、収容孔２５ａにセル部２１を収容する。そして、セル部２１の電解質の露出面２１ａの表裏面（若しくは一方の面）にガラスペースト２１ｂを塗布する。ガラスペースト２１ｂの塗布量は、セル部２１と収容孔２５ａとの間の隙間が埋まる程度の量とし、ホルダを組み立てた後に各電極表面に付着しないように塗布する。

次に、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを突き合わせて挟持部品４を挟持させた状態で、燃料極側挿通孔１０から挿入したボルト５１をナット５３で仮止めする。そして、仮止めした状態の評価用ホルダ１を荷重手段によって所定の荷重（５〜１０ＫＮ程度）を均等に加えた後、緩みが生じたナット５３を締め付け、燃料極側筐体２と空気極側筐体３とを固定する。これにより、評価用ホルダ１の組み立て作業が終了する。

［実施例］
次に、本発明に係る評価用ホルダ１における気密性能評価試験について説明する。
以下の試験では、本発明の評価用ホルダ１のセル部２１における電解質の露出面２１ａに所定量のガラスペースト２１ｂを塗布し、比較対象となる評価用ホルダには電解質の露出面２１ａにガラスペースト２１ｂを塗布しない構成とした。

また、図４に示すように、流量測定を行うガスはＨｅ（ヘリウム）ガスを使用し、単位時間（１分間）あたりの流量を１００ｃｍ³／ｍｉｎ（以下、「ｃｃｍ」とする）とし、燃料ガス導入管８から流入した流入ガス（インガス）の圧力を可変させ、ホルダ内の流路を通過させた後、燃料ガス排出管９から排出ガス（オフガス）の排出流量をプロットした。

図示に示すように、ガラスペースト２１ｂを塗布した評価用ホルダ１は、圧力が０ＫＰａのときに「１００ｃｃｍ」、６０ＫＰａのときに「９９．２５ｃｃｍ」、１００ＫＰａのときに「９８．４４ｃｃｍ」、１５５ＫＰａのときに「９７．１１ｃｃｍ」、２１４ＫＰａのときに「９５．９８ｃｃｍ」、２６２ＫＰａのときに「９４．８６ｃｃｍ」、３０９ＫＰａのときに「９３．４５ｃｃｍ」、３１２ＫＰａのときに「９３．５３ｃｃｍ」となった。

一方、ガラスペースト２１ｂを塗布しない評価用ホルダでは、０ＫＰａのときに「１００ｃｃｍ」、５０ＫＰａのときに「８５．９ｃｃｍ」、９８ＫＰａのときに「７０ｃｃｍ」となった。

以上の結果より、ガラスペースト２１ｂをセル部２１の電解質の露出面２１ａに塗布することで、評価用ホルダ１の高気密化が図れることが実証された。

以上説明したように、上述した電気化学セル評価用ホルダ１は、燃料極側筐体２と燃料ガス拡散板２４ａとの間に燃料ガス拡散板用ガスケット２７ａを介在させ、空気極側筐体３と空気ガス拡散板２４ｂとの間に空気ガス拡散板用ガスケット２７ｂを介在させる。また、燃料ガス拡散板２４ａと空気ガス拡散板２４ｂとの間には、セル部２１及びセル用ガスケット２５を境とし、燃料極側に燃料極集電体２２及び燃料極集電体用ガスケット２６ａを、空気極側に空気極集電体２３及び空気極集電体用ガスケット２６ｂをそれぞれ介在させる。そして、セル部２１の電解質の露出面２１ａには、ガラスペースト２１ｂを塗布した後、各筐体２，３間で挟持部品４を挟持した状態で、所定の荷重を加えながら燃料極側挿通孔１０又は空気極側挿通孔１５の何れか一方から挿入したボルト５１をナット５３で締結固定して組み立てる。

これにより、組み立ての際に、塗布したガラスペースト２１ｂがその塗布部分から周囲へと広がって、セル部２１とセル用ガスケット２５の収容孔２５ａとの間の隙間や、セル用ガスケット２５と集電体用ガスケット２６との間の隙間に入り込んで埋まるため、燃料ガスや空気ガスの漏洩が防止され、高精度にセル評価試験を実施することができる。

また、収容孔２６ｃは、セル用ガスケット２５の収容孔２５ａよりも小さく形成されているため、セル用ガスケット２５と燃料極集電体用ガスケット２６ａ（又は空気極集電体用ガスケット２６ｂ）とが密着したときに、セル部２１と収容孔２５ａとの隙間を覆うように塞ぐことができるため、燃料ガスや空気ガスの漏洩を防止する効果を奏する。

さらに、セル用ガスケット２５、燃料極集電体用ガスケット２６ａ、空気極集電体用ガスケット２６ｂ、燃料ガス拡散板用ガスケット２７ａ、空気ガス拡散板用ガスケット２７ｂの両面にはガラスコーティング処理が施されているため、組み立てた際に、上下の部品との密着性を高めることができる。

１…電気化学セル評価用ホルダ（評価用ホルダ）
２…燃料極側筐体
３…空気極側筐体
４…挟持部品
５…固定部材
６…燃料ガス供給孔
７…燃料ガス排出孔
８…燃料ガス導入管（８ａ…ガス導入口）
９…燃料ガス排出管（９ａ…ガス排出口）
１０…燃料極側挿通孔
１１…空気ガス供給孔
１２…空気ガス排出孔
１３…空気ガス導入管（１３ａ…ガス導入口）
１４…空気ガス排出管（１４ａ…ガス導入口）
１５…空気極側挿通孔
２１…セル部（２１ａ…電解質の露出面、２１ｂ…ガラスペースト）
２２…燃料極集電体
２３…空気極集電体
２４…ガス拡散板（２４ａ…燃料ガス拡散板、２４ｂ…空気ガス拡散板、２４ｃ…ガス供給孔、２４ｄ…ガス排出孔、２４ｅ…固定用挿通孔）
２５…セル用ガスケット（２５ａ…収容孔、２５ｂ…固定用挿通孔）
２６…集電体用ガスケット（２６ａ…燃料極集電体用ガスケット、２６ｂ…空気極集電体用ガスケット、２６ｃ…収容孔、２６ｄ…固定用挿通孔）
２７…ガス拡散板用ガスケット（２７ａ…燃料ガス拡散板用ガスケット、２７ｂ…空気ガス拡散板用ガスケット、２７ｃ…ガス供給孔、２７ｄ…ガス排出孔、２７ｅ…固定用挿通孔）
３１…電流取出用リード線
３２…電圧測定用リード線
３３…温度センサ
４１（４１ａ、４１ｂ）…ハーメチック端子
４２…端子本体
４３、４６… Ｏ−リング
４４…第１係合部材
４５…端子導入部材
４７…第２係合部材
５１…ボルト
５２…絶縁チューブ
５３…ナット

Claims

電解質が燃料極と空気極のそれぞれの界面と同一面上に露出面を有して前記燃料極と前記空気極との間に挟まれたセル部を含む挟持部材と、
燃料ガスを供給する燃料ガス導入管と、供給された燃料ガスを排出する燃料ガス排出管と、固定用の複数の燃料極側挿通孔とを有する金属製の燃料極側筐体と、
空気ガスを供給する空気ガス導入管と、供給された空気ガスを排出する空気ガス排出管と、固定用の複数の空気極側挿通孔とを有する金属製の空気極側筐体と、を備え、
前記挟持部材は、
前記燃料ガスを均等に拡散する金属製の燃料ガス拡散板と、
前記空気ガスを均等に拡散する金属製の空気ガス拡散板と、
前記セル部を収容する際の位置決め用の収容孔が形成され、且つ前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔と一直線上に連通する位置に固定用挿通孔が形成されたセル用ガスケットと、
前記セル用ガスケットと前記燃料ガス拡散板の間に介在し、燃料極集電体を収容する際の位置決め用の収容孔が形成され、且つ前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔と一直線上に連通する位置に固定用挿通孔が形成された燃料極集電体用ガスケットと、
前記セル用ガスケットと前記空気ガス拡散板の間に介在し、空気極集電体を収容する際の位置決め用の収容孔が形成され、且つ前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔と一直線上に連通する位置に固定用挿通孔が形成された空気極集電体用ガスケットと、
前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔と一直線上に連通する位置に固定用挿通孔が形成され、前記燃料極側筐体と前記燃料ガス拡散板との間に介在される燃料ガス拡散板用ガスケットと、
前記燃料極側挿通孔及び前記空気極側挿通孔と一直線上に連通する位置に固定用挿通孔が形成され、前記空気極側筐体と前記空気ガス拡散板との間に介在される空気ガス拡散板用ガスケットと、を含み、
前記挟持部材を前記燃料極側筐体と前記空気極側筐体との間に挟み込んだ状態で固定部材によって固定し、前記燃料ガスと前記空気ガスとの間に圧力差が生じる差圧条件下におけるセル評価試験に用いられる電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法であって、
前記セル部における前記電解質のそれぞれの露出面に、セル評価試験時の加熱温度に耐え得るガラスペーストを塗布するステップと、
前記燃料極側挿通孔、前記空気極側挿通孔及び前記固定用挿通孔が一直線上に連通するように位置合わせし、前記燃料極側筐体と前記空気極側筐体との間に前記挟持部材を挟み込んだ状態で対向するように突き合わせ、前記塗布したガラスペーストが前記セル部と前記セル用ガスケットの収容孔との間の隙間や、前記セル用ガスケットと前記燃料極集電体用ガスケットおよび前記空気極集電体用ガスケットとの間の隙間に入り込むように均等に荷重を加えながら前記固定部材で固定して組み立てるステップと、を含むことを特徴とする電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法。
前記燃料極集電体用ガスケットの収容孔と、前記空気極集電体用ガスケットの収容孔を、前記セル用ガスケットの収容孔よりも小さく形成するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法。
前記セル用ガスケット、前記燃料極集電体用ガスケット、前記空気極集電体用ガスケット、前記燃料ガス拡散板用ガスケット及び前記空気ガス拡散板用ガスケットの両面にガラスコーティング処理を施すステップを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の電気化学セル評価用ホルダの組み立て方法。