JP6835768B2 - Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack - Google Patents
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Description
本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単位に関する。 The techniques disclosed herein relate to electrochemical reaction units.
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の1つとして、固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFCの構成単位である燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」ともいう)は燃料電池単セル(以下、単に「単セル」ともいう)を備える。単セルは、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。空気極は、例えば、ペロブスカイト型酸化物を含む。また、燃料極は、電子伝導性物質(例えば、ニッケル(以下、「Ni」という))と酸化物イオン伝導性セラミックス(例えば、イットリア安定化ジルコニア(以下、「YSZ」という))とを含有する(例えば、特許文献1参照)。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one of the fuel cells that generate electricity by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell power generation unit (hereinafter, also simply referred to as “power generation unit”), which is a constituent unit of the SOFC, includes a fuel cell single cell (hereinafter, also simply referred to as “single cell”). The single cell includes an electrolyte layer containing a solid oxide, and an air electrode and a fuel electrode that face each other in a predetermined direction (hereinafter, referred to as “first direction”) across the electrolyte layer. The air electrode includes, for example, a perovskite-type oxide. Further, the fuel electrode contains an electron conductive substance (for example, nickel (hereinafter referred to as "Ni")) and an oxide ion conductive ceramic (for example, yttria-stabilized zirconia (hereinafter referred to as "YSZ")). (See, for example, Patent Document 1).
発電単位は、さらに、集電体とインターコネクタとを備える。集電体は、第1の方向において、特定電極とインターコネクタとの間に配置され、特定電極とインターコネクタとを電気的に接続する導電性の集電体である。また、集電体は、特定電極における集電体に対向する表面に接触している複数の電極対向部と、インターコネクタにおける集電体に対向する表面に接触している複数のインターコネクタ対向部と、電極対向部とインターコネクタ対向部とをつなぐ連接部と、を有する。集電体は、電極対向部と連接部とインターコネクタ対向部とによって、燃料極およびインターコネクタに電気的に接続されて両者の間の導電性(電気的接続)を確保する(例えば、特許文献2参照)。 The power generation unit further includes a current collector and an interconnector. The current collector is a conductive current collector that is arranged between the specific electrode and the interconnector in the first direction and electrically connects the specific electrode and the interconnector. Further, the current collector includes a plurality of electrode facing portions in contact with the surface of the specific electrode facing the current collector, and a plurality of interconnector facing portions in contact with the surface of the interconnector facing the current collector. And a connecting portion that connects the electrode facing portion and the interconnector facing portion. The current collector is electrically connected to the fuel electrode and the interconnector by the electrode facing portion, the connecting portion, and the interconnector facing portion to ensure conductivity (electrical connection) between the two (for example, Patent Document). 2).
一般に、SOFCの運転時には、特定電極としての燃料極や空気極に反応ガスが供給されることによって生成した生成ガスがガス室に滞留し、ガス室へのさらなる反応ガスの流入を妨げる傾向がある。そのため、特定電極における反応ガスの分圧が低下し、ひいては、反応効率の低下を招くという課題がある。また、特定電極が燃料極の場合には、特に、燃料極の表面の内、集電体の電極対向部の表面と密着している部分において、単セルにおける反応により燃料極側で生成される水(水蒸気)が、燃料室へ排出されにくく燃料極の表面に滞留することによって、水蒸気分圧が高くなる傾向がある。燃料極のある領域において水蒸気分圧が高くなると、燃料極の該領域に含まれるNiの微構造変化(凝集)が促進される。このような燃料極に含まれるNiの微構造変化が、三相界面の減少を引き起こし、単セルの性能劣化の原因となるという課題もある。 Generally, during the operation of SOFC, the generated gas generated by supplying the reaction gas to the fuel electrode or the air electrode as a specific electrode tends to stay in the gas chamber and hinder the further inflow of the reaction gas into the gas chamber. .. Therefore, there is a problem that the partial pressure of the reaction gas at the specific electrode decreases, which in turn causes a decrease in the reaction efficiency. Further, when the specific electrode is a fuel electrode, it is generated on the fuel electrode side by a reaction in a single cell, particularly in a portion of the surface of the fuel electrode that is in close contact with the surface of the electrode facing portion of the current collector. Water (water vapor) is hard to be discharged to the fuel chamber and stays on the surface of the fuel electrode, so that the water vapor partial pressure tends to increase. When the partial pressure of water vapor increases in a region of the fuel electrode, the microstructural change (aggregation) of Ni contained in the region of the fuel electrode is promoted. There is also a problem that such a microstructural change of Ni contained in the fuel electrode causes a decrease in the three-phase interface and causes a deterioration in the performance of the single cell.
なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」という)の構成単位である電解セル単位にも共通の課題である。すなわち、SOECの運転時には、特定電極に反応ガスが供給されることによって生成した生成ガスが滞留し、さらなる反応ガスの流入を妨げる傾向がある。そのため、SOECにおいても、SOFCと同様に、特定電極における反応ガスの分圧が低下し、ひいては、反応効率の低下を招くという課題がある。なお、本明細書では、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて電気化学反応単位と呼ぶ。また、このような課題は、SOFCやSOECに限らず、他のタイプの電気化学反応単位にも共通の課題である。 It should be noted that such a problem is also common to the electrolytic cell unit, which is a constituent unit of a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOEC”) that generates hydrogen by utilizing the electrolysis reaction of water. Is. That is, during the operation of the SOEC, the generated gas generated by supplying the reaction gas to the specific electrode tends to stay and hinder the inflow of further reaction gas. Therefore, the SOEC also has a problem that the partial pressure of the reaction gas at the specific electrode is lowered and the reaction efficiency is lowered, as in the SOFC. In this specification, the fuel cell power generation unit and the electrolytic cell unit are collectively referred to as an electrochemical reaction unit. Moreover, such a problem is common not only to SOFC and SOEC but also to other types of electrochemical reaction units.
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technique capable of solving the above-mentioned problems.
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The technique disclosed in the present specification can be realized, for example, in the following forms.
(1)本明細書に開示される電気化学反応単位は、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、を含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルに対して前記燃料極と前記空気極との一方である特定電極側に配置された導電性を有するインターコネクタと、前記第1の方向において、前記特定電極と前記インターコネクタとの間に配置され、前記特定電極と前記インターコネクタとを電気的に接続する導電性の集電体であって、前記特定電極における前記集電体に対向する表面に接触している複数の電極対向部と、前記インターコネクタにおける前記集電体に対向する表面に接触している複数のインターコネクタ対向部と、前記電極対向部と前記インターコネクタ対向部とをつなぐ連接部と、を有する集電体と、前記第1の方向で前記電極対向部における前記インターコネクタ対向部側の表面に接触するスペーサと、を備える電気化学反応単位において、少なくとも1つの前記電極対向部には、前記特定電極に面する第1の欠損空間が形成されており、前記第1の欠損空間は、前記特定電極の内の前記電極対向部に対向していない部分に面するガス室に連通している。このように、本電気化学反応単位によれば、集電体の内、特定電極における集電体に対向する表面に接触している電極対向部に、特定電極に面する第1の欠損空間が形成されているため、特定電極の内、電極対向部と接触している領域において生成した生成ガスを、第1の欠損空間を介して特定電極に面するガス室へ良好に排出することができる。そのため、特定電極に反応ガスが供給されることによって生成した生成ガスが滞留することが抑制され、反応ガスのガス室への流入を容易にし、単セルにおける反応を効率的に実行することができる。また、特定電極が燃料極である場合には、本電気化学反応単位では、燃料極の内、燃料極側集電体の電極対向部と接触している領域における水蒸気の滞留を抑制し、水蒸気分圧の上昇を抑制することができる。このため、本電気化学反応単位では、水蒸気分圧の上昇に伴うNiの微構造変化の発生を抑制することができ、ひいては、単セルの性能劣化を抑制することができる。 (1) The electrochemical reaction unit disclosed in the present specification includes an electrolyte layer, an electrochemical reaction single cell including an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween. A conductive interconnector arranged on a specific electrode side of one of the fuel electrode and the air electrode with respect to the electrochemical reaction single cell, and the specific electrode and the interconnector in the first direction. A plurality of conductive current collectors arranged between the specific electrodes and electrically connecting the specific electrode and the interconnector, which are in contact with the surface of the specific electrode facing the current collector. A collection having an electrode facing portion, a plurality of interconnector facing portions in contact with the surface of the interconnector facing the current collector, and a connecting portion connecting the electrode facing portion and the interconnector facing portion. In an electrochemical reaction unit including an electric body and a spacer that contacts the surface of the electrode facing portion on the side facing the interconnector in the first direction, at least one of the electrode facing portions has the specific electrode. A first defect space facing the electrode is formed, and the first defect space communicates with a gas chamber facing a portion of the specific electrode that does not face the electrode facing portion. As described above, according to the present electrochemical reaction unit, the first defect space facing the specific electrode is formed in the electrode facing portion of the current collector that is in contact with the surface of the specific electrode facing the current collector. Since it is formed, the generated gas generated in the region of the specific electrode in contact with the electrode facing portion can be satisfactorily discharged to the gas chamber facing the specific electrode through the first defect space. .. Therefore, it is possible to suppress the retention of the generated gas generated by supplying the reaction gas to the specific electrode, facilitate the inflow of the reaction gas into the gas chamber, and efficiently carry out the reaction in a single cell. .. In addition, when the specific electrode is the fuel electrode, in this electrochemical reaction unit, the retention of water vapor is suppressed in the region of the fuel electrode in contact with the electrode facing portion of the current collector on the fuel electrode side, and the water vapor is vaporized. The increase in partial pressure can be suppressed. Therefore, in this electrochemical reaction unit, it is possible to suppress the occurrence of microstructural changes in Ni due to an increase in the partial pressure of water vapor, and by extension, it is possible to suppress deterioration in the performance of a single cell.
(2)上記電気化学反応単位において、前記第1の欠損空間は、前記ガス室に直接連通している構成としてもよい。このように、本電気化学反応単位では、第1の欠損空間に滞留する生成ガスを直接的にガス室へ排出することができる。したがって本電気化学反応単位では、単セルにおける反応をさらに効率的に実行することができる。 (2) In the electrochemical reaction unit, the first defect space may be configured to directly communicate with the gas chamber. As described above, in the present electrochemical reaction unit, the generated gas staying in the first defective space can be directly discharged to the gas chamber. Therefore, in this electrochemical reaction unit, the reaction in a single cell can be carried out more efficiently.
(3)上記電気化学反応単位において、前記第1の欠損空間は、前記電極対向部における前記連接部との境界側において、前記ガス室に直接連通しており、前記スペーサの前記連接部側の端面は、前記電極対向部側において前記連接部から離間しており、前記連接部から離間した前記スペーサの前記端面と前記連接部との間に形成される離間空間は、前記第1の欠損空間に直接連通し、かつ、前記ガス室に直接連通している構成としてもよい。このように、本電気化学反応単位によれば、第1の欠損空間に滞留する生成ガスを、スペーサの端面と連接部との間に形成された離間空間を介してガス室へ排出することもできる。これにより、特定電極の内、集電体の電極対向部と接触している領域における生成ガスの滞留をより抑制することができる。さらに、この離間空間が第1の欠損空間と連通していることにより、第1の欠損空間に反応ガスが拡散しやすくなる。これにより、第1の欠損空間に面する特定電極における反応を促進させることができると共に、第1の欠損空間に滞留する生成ガスがガス室へ排出することを容易にする。したがって、本電気化学反応単位では、単セルにおける反応をさらに効率的に実行することができる。 (3) In the electrochemical reaction unit, the first defect space is directly communicated with the gas chamber on the boundary side with the connecting portion at the electrode facing portion, and is on the connecting portion side of the spacer. The end face is separated from the connecting portion on the electrode facing portion side, and the separating space formed between the end face of the spacer separated from the connecting portion and the connecting portion is the first defect space. It may be configured to directly communicate with the gas chamber and directly communicate with the gas chamber. As described above, according to the present electrochemical reaction unit, the generated gas staying in the first defect space can be discharged to the gas chamber through the separation space formed between the end face of the spacer and the connecting portion. it can. As a result, it is possible to further suppress the retention of the generated gas in the region of the specific electrode that is in contact with the electrode facing portion of the current collector. Further, since this separated space communicates with the first defective space, the reaction gas easily diffuses into the first defective space. As a result, the reaction at the specific electrode facing the first defective space can be promoted, and the generated gas staying in the first defective space can be easily discharged to the gas chamber. Therefore, in this electrochemical reaction unit, the reaction in a single cell can be carried out more efficiently.
(4)上記電気化学反応単位において、前記連接部には、前記ガス室に面する第2の欠損空間が形成されており、前記第2の欠損空間は、前記第1の欠損空間に直接連通している構成としてもよい。このように、本電気化学反応単位によれば、第1の欠損空間に滞留する生成ガスを、第2の欠損空間を介して、効果的にガス室へ排出させることができる。したがって、本電気化学反応単位では、単セルにおける反応をさらに効率的に実行することができる。 (4) In the electrochemical reaction unit, a second defective space facing the gas chamber is formed in the connecting portion, and the second defective space directly communicates with the first defective space. It may be configured as such. As described above, according to the present electrochemical reaction unit, the produced gas staying in the first defective space can be effectively discharged to the gas chamber through the second defective space. Therefore, in this electrochemical reaction unit, the reaction in a single cell can be carried out more efficiently.
(5)上記電気化学反応単位において、前記第2の欠損空間は、前記インターコネクタ対向部の表面の内の前記スペーサと対向する表面を前記第1の方向に略直交する方向に延長した仮想延長面から離間している構成としてもよい。このため、本電気化学反応単位によれば、第1の欠損空間に滞留する生成ガスを効果的にガス室へ排出させることができると共に、集電体の連接部における強度を確保することができる。したがって、本電気化学反応単位では、単セルにおける反応をさらに効率的に実行することができると共に、集電体の連接部における強度を確保することができる。 (5) In the electrochemical reaction unit, the second defect space is a virtual extension in which the surface of the surface of the interconnector facing portion facing the spacer is extended in a direction substantially orthogonal to the first direction. It may be configured to be separated from the surface. Therefore, according to the present electrochemical reaction unit, the generated gas staying in the first defective space can be effectively discharged to the gas chamber, and the strength at the connecting portion of the current collector can be secured. .. Therefore, in the present electrochemical reaction unit, the reaction in a single cell can be carried out more efficiently, and the strength at the connecting portion of the current collector can be secured.
(6)上記電気化学反応単位において、前記第1の欠損空間は、前記第1の方向視において前記電極対向部の中心点を含む領域に形成されている構成としてもよい。特定電極において反応により生成した生成ガスは、特定電極と接触している面である電極対向部の中心点を含む領域において、特に、ガス室に排出されにくく滞留しやすい。本電気化学反応単位によれば、このような電極対向部の中心点を含む領域に第1の欠損空間を形成することにより、生成ガスのガス室への排出を容易にし、特定電極と電極対向部との間における生成ガスの滞留を低減することができる。したがって、本電気化学反応単位では、単セルにおける反応をさらに効率的に実行することができると共に、単セルの性能劣化をさらに抑制することができる。 (6) In the electrochemical reaction unit, the first defect space may be formed in a region including the center point of the electrode facing portion in the first directional view. The generated gas generated by the reaction at the specific electrode is difficult to be discharged into the gas chamber and tends to stay in the region including the center point of the electrode facing portion, which is the surface in contact with the specific electrode. According to the present electrochemical reaction unit, by forming the first defect space in the region including the center point of the electrode facing portion, the generated gas can be easily discharged to the gas chamber, and the specific electrode faces the electrode. It is possible to reduce the retention of the generated gas between the parts. Therefore, in the present electrochemical reaction unit, the reaction in a single cell can be carried out more efficiently, and the performance deterioration of the single cell can be further suppressed.
(7)上記電気化学反応単位において、前記第1の欠損空間は、前記ガス室におけるガスの主たる流れ方向に略平行に延びるガス流路空間に直接連通している構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第1の欠損空間がガス室におけるガス流路空間に直接連通していることにより、第1の欠損空間に滞留する生成ガスをより効率的にガス室へ排出することができる。したがって、本電気化学反応単位では、単セルにおける反応をさらに効率的に実行することができると共に、単セル110の性能劣化をさらに抑制することができる。
(7) In the electrochemical reaction unit, the first defect space may be directly communicated with a gas flow path space extending substantially parallel to the main flow direction of gas in the gas chamber. According to this electrochemical reaction unit, since the first defective space is directly communicated with the gas flow path space in the gas chamber, the generated gas staying in the first defective space is discharged to the gas chamber more efficiently. can do. Therefore, in the present electrochemical reaction unit, the reaction in the single cell can be carried out more efficiently, and the performance deterioration of the
(8)上記電気化学反応単位において、前記電気化学反応単セルを挟んで前記集電体に対向する他の集電体の少なくとも一部が、前記第1の方向視において、前記電極対向部における前記第1の欠損空間を挟んで所定の方向に対向する2つの領域の少なくとも一部分に重なるように配置されている構成としてもよい。一方、単セルを挟んで集電体に対向する他の集電体が、第1の方向視において、電極対向部における第1の欠損空間を挟んで所定の方向に対向する2つの領域に重ならない場合、単セルにおける他の集電体の縁部付近に応力が集中してセル割れ等の原因となりうる。本電気化学反応単位では、上記構成を採用しているため、複数の単セルを組み立てて電気化学反応セルスタックとして構成する際や、電気化学反応セルスタックの運転中に、単セルにおいて応力集中が発生し、セル割れによる性能低下が発生することを低減する。 (8) In the electrochemical reaction unit, at least a part of other current collectors facing the current collector across the electrochemical reaction single cell is in the electrode facing portion in the first directional view. The configuration may be arranged so as to overlap at least a part of two regions facing each other in a predetermined direction with the first defect space in between. On the other hand, another current collector facing the current collector with a single cell sandwiched overlaps the two regions facing in a predetermined direction with the first defect space in the electrode facing portion sandwiched in the first directional view. If this is not the case, stress may be concentrated near the edges of other current collectors in the single cell, causing cell cracking and the like. Since the above-mentioned configuration is adopted in this electrochemical reaction unit, stress concentration occurs in a single cell when assembling a plurality of single cells to form an electrochemical reaction cell stack or during operation of the electrochemical reaction cell stack. It reduces the occurrence of performance degradation due to cell cracking.
(9)上記電気化学反応単位において、前記電極対向部には、前記第1の方向視で、前記電極対向部がU字形状となるように前記第1の欠損空間が形成されており、前記第1の方向視において、前記電極対向部の内の前記第1の欠損空間を形成している部分が有する、少なくとも1つの角部はR形状である構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、電極対向部の内の第1の欠損空間を形成している部分が有する、少なくとも1つの角部をR形状とすることで、集電体を加工する際や、電気化学反応セルスタックの運転中に、角部に応力集中が発生することを低減し、ひいては、当該応力集中する角部を起点として亀裂が発生することを低減することができる。 (9) In the electrochemical reaction unit, the first defect space is formed in the electrode facing portion so that the electrode facing portion has a U shape in the first directional view. In the first directional view, at least one corner portion of the portion of the electrode facing portion forming the first defect space may have an R shape. According to this electrochemical reaction unit, when processing a current collector, at least one corner portion of the portion of the electrode facing portion forming the first defect space is formed into an R shape. It is possible to reduce the occurrence of stress concentration at the corners during the operation of the electrochemical reaction cell stack, and to reduce the occurrence of cracks starting from the corners where the stress is concentrated.
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単位(燃料電池発電単位または電解セル単位)、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(燃料電池スタックまたは電解セルスタック)、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technique disclosed in the present specification can be realized in various forms, for example, an electrochemical reaction unit (fuel cell power generation unit or an electrolytic cell unit), electricity including a plurality of electrochemical reaction units. It can be realized in the form of a chemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolytic cell stack), a method for producing them, and the like.
A.第1実施形態:
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。
A. First Embodiment:
A-1. Device configuration:
(Structure of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of the
燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)燃料電池発電単位(以下、「発電単位」という)102と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のエンドプレート104,106は、7つの発電単位102から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、燃料電池スタック100は、特許請求の範囲における電気化学反応セルスタックに相当し、発電単位102は、特許請求の範囲における電気化学反応単位に相当し、上記配列方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。
The
燃料電池スタック100を構成する各層(発電単位102、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の(本実施形態では8つの)孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート104から他方のエンドプレート106にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。
A plurality of holes (eight in this embodiment) penetrating in the vertical direction are formed on the peripheral edge of each layer (
各連通孔108には上下方向に延びるボルト22が挿通されており、ボルト22とボルト22の両側に嵌められたナット24とによって、燃料電池スタック100は締結されている。なお、図2および図3に示すように、ボルト22の一方の側(上側)に嵌められたナット24と燃料電池スタック100の上端を構成するエンドプレート104の上側表面との間、および、ボルト22の他方の側(下側)に嵌められたナット24と燃料電池スタック100の下端を構成するエンドプレート106の下側表面との間には、絶縁シート26が介在している。ただし、後述のガス通路部材27が設けられた箇所では、ナット24とエンドプレート106の表面との間に、ガス通路部材27とガス通路部材27の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート26とが介在している。絶縁シート26は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。
A
各ボルト22の軸部の外径は各連通孔108の内径より小さい。そのため、各ボルト22の軸部の外周面と各連通孔108の内周面との間には、空間が確保されている。図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22A)と、そのボルト22Aが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22B)と、そのボルト22Bが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスOGとして、例えば空気が使用される。
The outer diameter of the shaft portion of each
また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22D)と、そのボルト22Dが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102に供給する燃料ガス導入マニホールド171として機能し、該辺の反対側の辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22E)と、そのボルト22Eが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド172として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスFGとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。
Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the midpoint of one side (the side on the positive side of the Y-axis of the two sides parallel to the X-axis) on the outer circumference of the
燃料電池スタック100には、4つのガス通路部材27が設けられている。各ガス通路部材27は、中空筒状の本体部28と、本体部28の側面から分岐した中空筒状の分岐部29とを有している。分岐部29の孔は本体部28の孔と連通している。各ガス通路部材27の分岐部29には、ガス配管(図示せず)が接続される。また、図2に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161を形成するボルト22Aの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド161に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド162を形成するボルト22Bの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド162に連通している。また、図3に示すように、燃料ガス導入マニホールド171を形成するボルト22Dの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス導入マニホールド171に連通しており、燃料ガス排出マニホールド172を形成するボルト22Eの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。
The
(エンドプレート104,106の構成)
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。
(Structure of
The pair of
(発電単位102の構成)
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。なお、図7には、後述する燃料極側集電体144の一部の構成が拡大して示されている。
(Structure of power generation unit 102)
FIG. 4 is an explanatory view showing an XZ cross-sectional configuration of two
図4および図5に示すように、発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電体134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電体144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150におけるZ軸方向回りの周縁部には、上述したボルト22が挿通される連通孔108に対応する孔が形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
インターコネクタ150は、略矩形の平板形状の導電性部材である。本実施形態では、インターコネクタ150はステンレス鋼材により形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。また、燃料電池スタック100は一対のエンドプレート104,106を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない(図2および図3参照)。
The
単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向(発電単位102が並ぶ配列方向)に互いに対向する空気極(カソード)114および燃料極(アノード)116とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で電解質層112および空気極114を支持する燃料極支持形の単セルである。なお、単セル110は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルに相当する。
The
電解質層112は、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層112は、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極114は、Z軸方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極114は、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄))により形成されている。燃料極116は、Z軸方向視で電解質層112と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極116は、例えば、Ni(ニッケル)、Niとセラミック粒子からなるサーメット、Ni基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル110(発電単位102)は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。
The
セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、電解質層112(単セル110)と接合されている。セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。
The
図6に示すように、空気極側フレーム130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する。図4に示すように、空気極側フレーム130は、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス導入マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133とが形成されている。
As shown in FIG. 6, the air
図7に示すように、燃料極側フレーム140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。図5に示すように、燃料極側フレーム140は、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス導入マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通孔143とが形成されている。
As shown in FIG. 7, the fuel
図6に示すように、空気極側集電体134は、空気室166内に配置されている。空気極側集電体134は、複数の略四角柱状の集電体要素135から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における空気極側集電体134は、上側のエンドプレート104に接触している。空気極側集電体134は、このような構成であるため、空気極114とインターコネクタ150(またはエンドプレート104)とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体134とインターコネクタ150とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向(Z軸方向)に直交する平板形の部分がインターコネクタ150として機能し、該平板形の部分から空気極114に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素135が空気極側集電体134として機能する。また、空気極側集電体134とインターコネクタ150との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極114と空気極側集電体134との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。
As shown in FIG. 6, the air electrode side
図7に示すように、燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電体144は、インターコネクタ対向部146と、複数の電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ複数の連接部147とを備えており、導電性材料により形成されている。複数の電極対向部145は、Z軸方向視で、X軸方向およびY軸方向に沿った格子状に配置されている。また、本実施形態では、燃料極側集電体144は、ニッケル箔(例えば厚さ10〜200μm)により形成されている。図7における部分拡大図に示すように、燃料極側集電体144は、略矩形のニッケル箔に切り込みを入れ、複数の矩形部分を曲げ起こすように加工することにより製造される。曲げ起こされた各矩形部分が電極対向部145となり、曲げ起こされた部分以外の穴148が開いた状態の平板部分がインターコネクタ対向部146となり、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ部分が連接部147となる。すなわち、インターコネクタ対向部146と電極対向部145と連接部147とから構成される燃料極側集電体144は、一体部材である。なお、図7における部分拡大図では、燃料極側集電体144の製造方法を示すため、一部の矩形部分について、曲げ起こし加工が完了する前の状態を示している。電極対向部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102におけるインターコネクタ対向部146は、下側のエンドプレート106に接触している。燃料極側集電体144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)とを電気的に接続する。なお、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカ等の絶縁材料により形成されたスペーサ149が配置されている。そのため、燃料極側集電体144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)との電気的接続が良好に維持される。なお、燃料極116は、特許請求の範囲における特定電極に相当し、燃料極側集電体144は、特許請求の範囲における集電体に相当する。燃料極側集電体144の詳細構成については後述する。
As shown in FIG. 7, the fuel electrode side
燃料極側集電体144が上記構成であるため、燃料室176は、Z軸方向視において、Y軸方向に並ぶ電極対向部145の列と、当該列のX軸方向で隣に位置する電極対向部145の列との間に形成される空間であって、Y軸方向に略平行に延びる空間(以下、「燃料ガス流路空間210」という)を有している。なお、燃料ガス流路空間210は、後述する燃料ガスFGの主たる流れ方向に略平行に延びている。
Since the fuel electrode side
なお、燃料極側集電体144において、電極対向部145と、インターコネクタ対向部146とは、次のように規定される。まず、電極対向部145の表面の内のスペーサ149と対向する表面をZ軸方向に略直交する方向(電極対向部145の面方向)に延長した第1の仮想延長面と、インターコネクタ対向部146の表面の内のスペーサ149と対向する表面をZ軸方向に略直交する方向(インターコネクタ対向部146の面方向)に延長した第2の仮想延長面を規定する。このとき、電極対向部145は、燃料極側集電体144の内、Z軸方向において、第1の仮想延長面と燃料極116との間に存在する部分である。インターコネクタ対向部146は、燃料極側集電体144の内、Z軸方向において、第2の仮想延長面とインターコネクタ150との間に存在する部分である。また、電極対向部145と連接部147との上側境界B1と、インターコネクタ対向部146と連接部147との下側境界B2とは、次のように規定される。図8および図9に示すように、上側境界B1は、上記第1の仮想延長面と、燃料極側集電体144におけるスペーサ149が配置されている方とは反対側の表面とが交わる交線である。下側境界B2は、上記第2の仮想延長面と、燃料極側集電体144におけるスペーサ149が配置されている方とは反対側の表面とが交わる交線である。また、上側境界B1は、Z軸方向視において、電極対向部145の外縁の一部である。下側境界B2は、Z軸方向視において、インターコネクタ対向部146の外縁の一部である。図9において、上側境界B1および下側境界B2は、ともに点線で示されている。なお、図8において、上側境界B1として示した点線は、電極対向部145における上記第1の仮想延長面の一部を示すため、便宜上図示された点線である。下側境界B2として示した点線は、インターコネクタ対向部146における上記第2の仮想延長面の一部を示すため、便宜上図示された点線である。
In the fuel electrode side
A−2.燃料電池スタック100の動作:
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。
A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2, 4 and 6, the oxidant gas is passed through a gas pipe (not shown) connected to a
各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGに含まれる酸素と燃料ガスFGに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は空気極側集電体134を介して一方のインターコネクタ150に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電体144を介して他方のインターコネクタ150に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するエンドプレート104,106から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば700℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。
When the oxidant gas OG is supplied to the
各発電単位102の空気室166から排出された酸化剤オフガスOOGは、図2、図4および図6に示すように、酸化剤ガス排出連通孔133を介して酸化剤ガス排出マニホールド162に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29の孔を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。また、各発電単位102の燃料室176から排出された燃料オフガスFOGは、図3、図5および図7に示すように、燃料ガス排出連通孔143を介して燃料ガス排出マニホールド172に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド172の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29の孔を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示しない)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。
The oxidant off-gas OOG discharged from the
なお、図6に示すように、本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102における、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向は、概ねX軸正方向側からX軸負方向側に向かう方向である。一方、図7に示すように、本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102における、燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向は、概ねY軸正方向側からY軸負方向側に向かう方向である。すなわち、本実施形態の燃料電池スタック100は、酸化剤ガスOGの主たる流れ方向と燃料ガスFGの主たる流れ方向とが交差するクロスフロータイプのものである。
As shown in FIG. 6, the main flow direction of the oxidant gas OG in the
A−3.燃料極側集電体144の詳細構成:
図8は、燃料極側集電体144の詳細構成を示すXZ断面図である。図8には、図4のX1部の拡大図であり、図10のVIII−VIIIの位置の断面図が示されている。また、図9は、燃料極側集電体144の詳細構成を示すYZ断面図である。図9には、図5のX2部の拡大図であり、図10のIX−IXの位置の断面図が示されている。また、図10は、燃料極側集電体144の詳細構成を示すXY断面図である。図10には、図7のX3部の拡大図であり、図8および図9のX−Xの位置の断面図が示されている。
A-3. Detailed configuration of the fuel electrode side current collector 144:
FIG. 8 is an XZ cross-sectional view showing a detailed configuration of the fuel electrode side
上述したように、燃料極側集電体144は、複数の電極対向部145を有しており、各電極対向部145は、燃料極116の表面に接触(面同士で接触)している。なお、本明細書において、「接触」という用語は、部材Aと部材Bとが直接的に接触している状態の他に、部材Aと部材Bとが他の部材Cを介して接触している状態も含む意味である。例えば、上述した電極対向部145と燃料極116との「接触」は、両者が直接的に接触している状態であってもよいし、両者の間に導電性を有する他の部材(例えばNiのペースト)が介在した状態であってもよい。
As described above, the fuel electrode side
本実施形態において、燃料極側集電体144は、ガス透過性を有さない材料により構成されている。ここで、ガス透過性を有さない材料とは、ガスを実質的に透過しない材料をいう。本実施形態における燃料極側集電体144は、上述したように、ニッケル箔により形成されている。
In the present embodiment, the fuel electrode side
ここで、図8から図10に示すように、本実施形態では、燃料極側集電体144における各電極対向部145に、電極対向部145におけるスペーサ149側の表面とスペーサ149が配置されている方とは反対側の表面とを貫通する第1の欠損空間40(図8において点線で図示)が形成されている。本実施形態において、第1の欠損空間40は、電極対向部145をZ軸方向(厚み方向)に貫通するように形成されている。Z軸方向視において、第1の欠損空間40は、電極対向部145における連接部147との境界である上側境界B1の略中央から、電極対向部145の外縁の内、上側境界B1に対向する側の外縁の方向(本実施形態では、X軸負方向)へ向かって延びており、上側境界B1に対向する側の外縁に達していない。換言すれば、本実施形態において、Z軸方向視での第1の欠損空間40は、電極対向部145における上側境界B1において燃料室176に直接連通しており、かつ、電極対向部145における上側境界B1以外の外縁において燃料室176に連通していない欠損部(切り欠き)である。すなわち、電極対向部145には、Z軸方向視で、電極対向部145がU字形状となるように第1の欠損空間40が形成されている。このような構成であるため、第1の欠損空間40は、燃料室176に直接連通している。
Here, as shown in FIGS. 8 to 10, in the present embodiment, the surface of the
更には、第1の欠損空間40は、燃料室176における燃料ガスの主たる流れ方向に略平行に延びる燃料ガス流路空間210に直接連通している。また、第1の欠損空間40は、Z軸方向視において電極対向部145の中心点P0を含む領域に形成されている。なお、Z軸方向視において、電極対向部145の外縁により領域を規定したとき、当該領域における重心(面心)を中心点P0とすることができる。また、燃料ガス流路空間210は、特許請求の範囲におけるガス流路空間に相当する。
Further, the first
また、電極対向部145の面方向(Z軸方向に直交する方向)の内、上側境界B1に相当する境界線が伸びる方向(本実施形態では、Y軸方向)に沿った第1の欠損空間40の長さは、同方向に沿った電極対向部145の長さの3分の1以下であることが好ましい。X軸方向における、第1の欠損空間40の深さは、同方向に沿った電極対向部145の長さの3分の2以下であることが好ましい。また、Z軸方向視において、電極対向部145の内の第1の欠損空間40を形成している部分が有する角部は全てR形状である。
Further, in the plane direction of the electrode facing portion 145 (the direction orthogonal to the Z-axis direction), the first defect space is along the direction in which the boundary line corresponding to the upper boundary B1 extends (in the present embodiment, the Y-axis direction). The length of 40 is preferably one-third or less of the length of the
また、図8から図10に示すように、本実施形態では、燃料極側集電体144における各連接部147に、連接部147におけるスペーサ149側の表面とスペーサ149が配置されている方とは反対側の表面とを貫通する第2の欠損空間50(図8において点線で図示)が形成されている。本実施形態において、第2の欠損空間50は、連接部147をX軸方向(厚み方向)に貫通するように形成されている。すなわち、第2の欠損空間50は、燃料室176に面して形成されている。X軸方向視において、第2の欠損空間50は、電極対向部145における連接部147との境界である上側境界B1の略中央から、連接部147における上側境界B1に対向する側の外縁、すなわち、下側境界B2の方向(本実施形態では、Z軸負方向)へ向かって延びている。また、第2の欠損空間50は、下側境界B2には達していない。換言すれば、本実施形態において、X軸方向視での第2の欠損空間50は、上側境界B1において第1の欠損空間40に直接連通しており、かつ、連接部147におけるインターコネクタ対向部146との境界である下側境界B2から離間している。また、X軸方向視において、第2の欠損空間50は、連接部147における上側境界B1以外の外縁において、外縁に達していない欠損部(切り欠き)である。すなわち、連接部147には、X軸方向視で、連接部147がU字形状となるように第2の欠損空間50が形成されている。このような構成であるため、第2の欠損空間50は、第1の欠損空間40および燃料室176に直接連通している。換言すると、燃料極側集電体144において、第1の欠損空間40は第2の欠損空間50と直接連通している。
Further, as shown in FIGS. 8 to 10, in the present embodiment, the surface of the connecting
また、連接部147の面方向(X軸方向に直交する方向)の内、上側境界B1に相当する境界線が伸びる方向(本実施形態では、Y軸方向)に沿った第2の欠損空間50の長さは、同方向に沿った連接部147の長さの3分の1以下であることが好ましい。Z軸方向における、第2の欠損空間50の深さは、同方向に沿った連接部147の長さの2分の1以下であることが好ましい。また、X軸方向視において、連接部147の内の第2の欠損空間50を形成している部分が有する角部は全てR形状である。
In addition, the
図8に示すように、本実施形態において、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間に配置されているスペーサ149は、X軸方向において、電極対向部145の外縁の内、上側境界B1に対向する側の外縁から、上側境界B1の方向へ向かって延びており、連接部147におけるスペーサ149に対向する面には達していない。すなわち、図8に示すように、スペーサ149の連接部147側の端面60は、連接部147から離間している。これにより、スペーサ149の端面60と連接部147との間に離間空間62が形成されている。そして、離間空間62は、第1の欠損空間40および第2の欠損空間50に直接連通し、かつ、燃料室176に直接連通している。
As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the
図10を用いて、発電単位102における燃料極側集電体144と空気極側集電体134との配置関係を説明する。本実施形態の発電単位102において、集電体要素135(空気極側集電体134)は、燃料極側集電体144に対して、集電体要素135のY軸方向における幅が、電極対向部145における2つの領域、すなわち、領域R1または領域R2(図10において点線で図示)のいずれか一方のY軸方向における幅の範囲内に収まるように設けられている。すなわち、集電体要素135(空気極側集電体134)は、Z軸方向視において、第1の欠損空間40以外の部分に重なっており、第1の欠損空間40に重なっていない。また、上記2つの領域(領域R1,R2)には、それぞれ異なる集電体要素135(空気極側集電体134)が設けられている。なお、領域R1および領域R2は、燃料極側集電体144の電極対向部145における、第1の欠損空間40を挟んでY軸方向に対向する2つの領域である。また、図10において、単セル110を挟んで燃料極側集電体144に対向する側に存在する空気極側集電体134として、Z軸方向視において、X軸方向を長手方向とする矩形状の集電体要素135の外縁を点線で示している。なお、図10では、便宜上、発電単位102が備える空気極側集電体134のうち3つの集電体要素135のみを図示しており、他の集電体要素135の図示を省略している。すなわち、他の燃料極側集電体144に対向する位置にも上述の配置関係のように、他の集電体要素135が配置されている。
The arrangement relationship between the fuel pole side
A−4.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102では、燃料極側集電体144は、燃料極116における燃料極側集電体144に対向する表面に接触している複数の電極対向部145と、インターコネクタ150における燃料極側集電体144に対向する表面に接触している複数のインターコネクタ対向部146と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147と、を有する。また、各発電単位102は、Z軸方向で電極対向部145におけるインターコネクタ対向部146側の表面に接触するスペーサ149と、を備える。このような各発電単位102において、電極対向部145には、電極対向部145に面する第1の欠損空間40が形成されており、第1の欠損空間40は、燃料極116の内の電極対向部145に対向していない部分に面する燃料室176に連通している。このように、本実施形態の発電単位102では、燃料極側集電体144の内、燃料極116における燃料極側集電体144に対向する表面に接触している電極対向部145に、燃料極116に面する第1の欠損空間40が形成されている。このため、本実施形態の発電単位102では、燃料極側集電体144における電極対向部145に第1の欠損空間40が形成されていない構成と比較して、燃料極116の内、電極対向部145と接触している領域において発生した水蒸気を、第1の欠損空間40を介して燃料室176へ良好に排出することができる。そのため、燃料極116に燃料ガスFGが供給されることによって発生した水蒸気が滞留することが抑制され、燃料ガスFGの燃料室176への流入を容易にし、単セル110における反応を効率的に実行することができる。また、本実施形態の発電単位102では、燃料極116の内、燃料極側集電体144の電極対向部145と接触している領域における水蒸気の滞留を抑制し、水蒸気分圧の上昇を抑制することができる。このため、本実施形態の発電単位102では、水蒸気分圧の上昇に伴うNiの微構造変化の発生を抑制することができ、ひいては、単セル110の性能劣化を抑制することができる。
A-4. Effect of this embodiment:
As described above, in each
さらに、本実施形態の発電単位102では、第1の欠損空間40は、燃料室176に直接連通している。このため、第1の欠損空間40に滞留する水蒸気を直接的に燃料室176へ排出することができる。したがって、本実施形態の発電単位102では、単セル110における反応をさらに効率的に実行することができると共に、単セル110の性能劣化をさらに抑制することができる。
Further, in the
また、本実施形態の発電単位102では、第1の欠損空間40は、電極対向部145における連接部147との上側境界B1側において、燃料室176に直接連通しており、かつ、スペーサ149の連接部147側の端面60は、電極対向部145側において連接部147から離間している。そして、連接部147から離間したスペーサ149の端面60と連接部147との間に形成される離間空間62は、第1の欠損空間40に直接連通し、かつ、燃料室176に直接連通している。このため、第1の欠損空間40に滞留する水蒸気を、離間空間62を介して燃料室176へ排出することもできる。これにより、燃料極116の内、燃料極側集電体144の電極対向部145と接触している領域における水蒸気の滞留をより抑制することができる。さらに、この離間空間62が第1の欠損空間40と連通していることにより、第1の欠損空間40に燃料ガスFGが拡散しやすくなる。これにより、第1の欠損空間40に面する燃料極116における反応を促進させることができると共に、第1の欠損空間40に滞留する水蒸気が燃料室176へ排出することを容易にする。したがって、本実施形態の発電単位102では、単セル110における反応をさらに効率的に実行することができると共に、単セル110の性能劣化をさらに抑制することができる。
Further, in the
また、本実施形態の発電単位102では、連接部147には、燃料室176に面する第2の欠損空間50が形成されており、この第2の欠損空間50は、第1の欠損空間40に直接連通している。このため、第1の欠損空間40に滞留する水蒸気を、第2の欠損空間50を介して、効果的に燃料室176へ排出させることができる。したがって、本実施形態の発電単位102では、単セル110における反応をさらに効率的に実行することができると共に、単セル110の性能劣化をさらに抑制することができる。
Further, in the
また、本実施形態の発電単位102では、第2の欠損空間50は、インターコネクタ対向部146の第2の仮想延長面から離間している。このため、第1の欠損空間40に滞留する水蒸気を効果的に燃料室176へ排出させることができると共に、燃料極側集電体144の連接部147における強度を確保することができる。したがって、本実施形態の発電単位102では、単セル110における反応をさらに効率的に実行することができると共に、燃料極側集電体144の連接部147における強度を確保することができる。
Further, in the
また、本実施形態の発電単位102では、第1の欠損空間40は、Z軸方向視において電極対向部145の中心点P0を含む領域に形成されている。燃料極116において反応により生成した水蒸気は、燃料極116と接触している面である電極対向部145の中心点P0を含む領域において、特に、燃料室176に排出されにくく滞留しやすい。本実施形態の発電単位102によれば、このような電極対向部145の中心点P0を含む領域に第1の欠損空間40を形成することにより、水蒸気の燃料室176への排出を容易にし、燃料極116と電極対向部145との間における水蒸気の滞留を低減することができる。したがって、本実施形態の発電単位102では、単セル110における反応をさらに効率的に実行することができると共に、単セル110の性能劣化をさらに抑制することができる。
Further, in the
また、本実施形態の発電単位102では、第1の欠損空間40は、燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向に略平行に延びる燃料ガス流路空間210に直接連通している。このように、第1の欠損空間40が燃料室176における燃料ガス流路空間210に直接連通していることにより、第1の欠損空間40に滞留する水蒸気をより効率的に燃料室176へ排出することができる。したがって、本実施形態の発電単位102では、単セル110における反応をさらに効率的に実行することができると共に、単セル110の性能劣化をさらに抑制することができる。
Further, in the
また、単セル110を挟んで燃料極側集電体144に対向する他の空気極側集電体134が、Z軸方向視において、電極対向部145における第1の欠損空間40を挟んでY軸方向に対向する2つの領域(領域R1,R2)に重ならない場合、単セル110における空気極側集電体134の縁部付近に応力が集中してセル割れ等の原因となりうる。一方、本実施形態の発電単位102では、単セル110を挟んで燃料極側集電体144に対向する他の空気極側集電体134の少なくとも一部が、Z軸方向視において、電極対向部145における上記2つの領域(領域R1,R2)の少なくとも一部分に重なるように配置されている。このため、本実施形態の発電単位102では、複数の単セル110を組み立てて燃料電池スタック100として構成する際や、燃料電池スタック100の運転中に、単セル110において応力集中が発生し、セル割れによる性能低下が発生することを低減する。
Further, another air pole side
また、本実施形態の発電単位102では、電極対向部145には、Z軸方向視で、電極対向部145がU字形状となるように第1の欠損空間40が形成されており、Z軸方向視において、電極対向部145の内の第1の欠損空間40を形成している部分が有する角部はR形状である。当該角部をR形状とすることで、燃料極側集電体144を加工する際や、燃料電池スタック100の運転中に、角部に応力集中が発生することを低減し、ひいては、当該応力集中する角部を起点として亀裂が発生することを低減することができる。
Further, in the
B.変形例:
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。例えば、本明細書で開示される技術は、円筒型や円筒平板型等の燃料電池の公知の構造にも適用することができる。
B. Modification example:
The technique disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be transformed into various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible. For example, the techniques disclosed herein can also be applied to known structures of fuel cells such as cylindrical and cylindrical flat plates.
図11に示すように、上記実施形態において、第1の欠損空間40(図11(A)において点線で図示)は、Z軸方向視において、Z軸方向視における電極対向部145の外縁の内、連接部147との上側境界B1の略中央から、上側境界B1に対向する側の外縁の方向(X軸負方向)へ向かって延びており、上側境界B1に対向する側の外縁に達している態様としてもよい。換言すれば、Z軸方向視において第1の欠損空間40は、電極対向部145における上側境界B1において燃料室176に直接連通しており、かつ、電極対向部145における上側境界B1と対向する側の外縁においても燃料室176に直接連通している欠損部(切り欠き)であってもよい。すなわち、図11(B)に示すように、電極対向部145には、Z軸方向視で、I字形状の第1の欠損空間40が形成されていることになる。このような構成であるため、第1の欠損空間40は、電極対向部145の外縁の内、上側境界B1と、上側境界B1に対向する側の外縁との両方において、燃料室176に連通していることになる。また、連接部147には、上記実施形態における連接部147と同様に、第2の欠損空間50(図11(A)において点線で図示)が形成されていてもよい。このような態様において、スペーサ149は、X軸方向において、電極対向部145の外縁の内、上側境界B1に対向する側の外縁から、上側境界B1の方向へ向かって延びており、連接部147におけるスペーサ149に対向する面に達していてもよい。この場合、スペーサ149の連接部147側の端面60は、連接部147から離間していないことになる。すなわち、離間空間62が形成されていなくてもよい。
As shown in FIG. 11, in the above embodiment, the first defect space 40 (shown by the dotted line in FIG. 11A) is the inner edge of the
図12に示すように、上記実施形態において、燃料極側集電体144は第1の欠損空間40(図12(A)において点線で図示)のみを有している態様としてもよい。すなわち、燃料極側集電体144の連接部147に第2の欠損空間50が形成されていなくてもよい。このような態様において、スペーサ149は、スペーサ149におけるZ軸方向での電極対向部145側では、X軸方向において、電極対向部145の外縁の内、上側境界B1に対向する側の外縁から、上側境界B1の方へ向かって延びており、連接部147におけるスペーサ149に対向する面には達していない一方、スペーサ149におけるZ軸方向でのインターコネクタ対向部146側では、X軸方向において、電極対向部145の外縁の内、上側境界B1に対向する側の外縁から、上側境界B1の方へ向かって延びており、連接部147におけるスペーサ149に対向する面に達していてもよい。この場合、スペーサ149の連接部147側の端面60の内、電極対向部145側の端面60aは、連接部147から離間しており、インターコネクタ対向部146側の端面60bは、連接部147から離間していないことになる。すなわち、スペーサ149の端面60aと連接部147との間にのみ離間空間62が形成されていてもよい。
As shown in FIG. 12, in the above embodiment, the fuel electrode side
図13(A)に示すように、上記実施形態において、第1の欠損空間40は、Z軸方向視において、Z軸方向視における電極対向部145の外縁の内、連接部147との上側境界B1に対向する側の外縁の略中央から、上側境界B1の方向(X軸正方向)へ向かって延びており、上側境界B1に達していない態様としてもよい。換言すれば、Z軸方向視での第1の欠損空間40は、電極対向部145における上側境界B1と対向する側の外縁において燃料室176に直接連通しており、かつ、電極対向部145における上側境界B1と対向する側の外縁以外の外縁において燃料室176に連通していない欠損部(切り欠き)であってもよい。すなわち、電極対向部145には、Z軸方向視で、電極対向部145がU字形状となるように第1の欠損空間40が形成されていてもよい。
As shown in FIG. 13A, in the above embodiment, the
図13(B)に示すように、上記実施形態において、第1の欠損空間40は、Z軸方向視において、Z軸方向視における電極対向部145の外縁の内、連接部147との上側境界B1の略中央から、上側境界B1に対向する側の外縁の方向(X軸負方向)へ向かって延びる矩形部分と、電極対向部145の中心点P0を含み、かつ、上記矩形部分のY軸方向における幅より広い幅の直径を有する略円形の円形部分とが結合した態様としてもよい。換言すれば、Z軸方向視での第1の欠損空間40は、電極対向部145における上側境界B1において燃料室176に直接連通しており、かつ、電極対向部145における上側境界B1以外の外縁において燃料室176に連通していない欠損部(切り欠き)であってもよい。すなわち、電極対向部145には、Z軸方向視で、カギ穴形状の第1の欠損空間40が形成されていることになる。図13(B)では、第1の欠損空間40の先端部分の形状は略円形としているが、略円形に限られず、略矩形であってもよいし、他の形状であってもよい。
As shown in FIG. 13B, in the above embodiment, the
図14(A)に示すように、上記実施形態において、第1の欠損空間40は、Z軸方向視において、Z軸方向視における電極対向部145の外縁の内、連接部147との上側境界B1の略中央から、上側境界B1に対向する側の外縁の方向(X軸負方向)へ向かって延びる第1の部分と、上側境界B1に対向する側の外縁の略中央から、上側境界B1の方向(X軸正方向)へ向かって延びる第2の部分とからなり、第1の部分は電極対向部145の中心点P0において、第2の部分に達していない態様としてもよい。換言すれば、Z軸方向視での第1の欠損空間40は、電極対向部145における上側境界B1と、電極対向部145における上側境界B1と対向する側の外縁と、において燃料室176に直接連通しており、かつ、電極対向部145における上側境界B1および電極対向部145における上側境界B1と対向する側の外縁以外の外縁において燃料室176に直接連通していない欠損部(切り欠き)であってもよい。すなわち、電極対向部145には、Z軸方向視で、電極対向部145がH字形状となるように第1の欠損空間40が形成されていることになる。
As shown in FIG. 14A, in the above embodiment, the
図14(B)に示すように、上記実施形態において、第1の欠損空間40は、Z軸方向視において、Z軸方向視における電極対向部145の外縁の内、連接部147との上側境界B1から、上側境界B1に対向する側の外縁の方向(X軸負方向)へ向かって延びており、上側境界B1に対向する側の外縁に達していない2つの部分からなる態様としてもよい。換言すれば、Z軸方向視での第1の欠損空間40は、電極対向部145における上側境界B1の2箇所において燃料室176に直接連通しており、かつ、電極対向部145における上側境界B1と対向する側の外縁においては燃料室176に連通していない欠損部(切り欠き)であってもよい。すなわち、電極対向部145には、Z軸方向視で、電極対向部145がE字形状となるように第1の欠損空間40が形成されていることになる。
As shown in FIG. 14B, in the above embodiment, the
なお、燃料極側集電体144とスペーサ149との組み合わせは、上記実施形態および変形例に記載した組み合わせに限定されず、上記実施形態および変形例に記載した燃料極側集電体144とスペーサ149とを自由に組み合わせることができる。
The combination of the fuel electrode side
また、上記実施形態の発電単位102では、第1の欠損空間40は電極対向部145を厚み方向に貫通する貫通孔であり、第2の欠損空間50は連接部147を厚み方向に貫通する貫通孔としたが、これに限定されない。すなわち、第1の欠損空間40は、電極対向部145の表面の内の燃料極116と対向する側の表面に開口し、電極対向部145を厚み方向に貫通しない有底孔であってもよい。同様に、第2の欠損空間50は、連接部147の表面の内の燃料室176に面する側の表面に開口し、連接部147を厚み方向に貫通しない有底孔であってもよい。また、第1の欠損空間40および第2の欠損空間50は、ともに貫通孔であってもよく、ともに有底孔であってもよく、貫通孔と有底孔との組み合わせであってもよい。また、一の第1の欠損空間40の一部が貫通しており、他の一部が貫通していない構造であってもよい。第2の欠損空間50についても同様である。
Further, in the
本実施形態の発電単位102では、単セル110を挟んで燃料極側集電体144に対向する空気極側集電体134は、燃料極側集電体144の電極対向部145における領域R1,R2の幅の範囲内に収まるように設けられていることとしたが、これに限定されない。例えば、空気極側集電体134の少なくとも一部が、Z軸方向視において、電極対向部145における第1の欠損空間40を挟んでY軸方向に対向する領域R1,R2の少なくとも一部分に重なるように配置されている構成としてもよい。
In the
上記実施形態の発電単位102または燃料電池スタック100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、電気化学反応単位として、クロスフロータイプの発電単位102を例示したが、これに限らず、酸化剤ガスの主たる流れ方向と燃料ガスの主たる流れ方向とが略反対方向(互いに対向する方向)であるカウンタフロータイプの構成や、酸化剤ガスの主たる流れ方向と燃料ガスの主たる流れ方向とが同じ方向であるコフロータイプの構成でもよい。
The configuration of the
また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(SOEC)の構成単位である電解単セルや、複数の電解単セルを備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば国際公開第2012/165409号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替え、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔108を介して燃料室176に原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解単セルにおいて水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、連通孔108を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。
Further, in the above embodiment, the SOFC that generates power by utilizing the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidizing agent gas is targeted, but the present invention comprises an electrolysis reaction of water. It is also applicable to an electrolytic single cell, which is a constituent unit of a solid oxide fuel cell (SOEC) that generates hydrogen by utilizing it, and an electrolytic cell stack including a plurality of electrolytic single cells. The configuration of the electrolytic cell stack is not described in detail here because it is known as described in, for example, International Publication No. 2012/165409, but is generally the same as the
ここで、SOECの運転時には、燃料極116側に供給されるガスとしての水蒸気が、ガス流れ方向に進みつつ電解単セルにおける反応に供されるため、燃料極116の内、ガス流れ方向の上流側の領域において水蒸気分圧が高くなる。そのため、SOECにおいても、燃料極116における特定の領域において水蒸気分圧が高くなることによって燃料極116に含まれるNiの微構造変化が促進され、電解単セルの性能劣化が発生しやすいという課題がある。そこで、電解単セルの燃料極側集電体144においても、電極対向部145に第1の欠損空間40が形成されており、第1の欠損空間40が燃料室176に連通している構成を採用すれば、水蒸気分圧の上昇に伴うNiの微構造変化の発生を抑制することができ、ひいては、単セル110の性能劣化を抑制することができる。
Here, during the operation of the SOEC, water vapor as a gas supplied to the
また、上記実施形態において説明した燃料極116の構成(Ni含有率の関係等)は、燃料電池スタック100(または電解セルスタック、以下同様)に含まれるすべての単セル110(または電解単セル、以下同様)において採用されていてもよいし、燃料電池スタック100に含まれる一部のみの単セル110において採用されていてもよい。
Further, the configuration of the fuel electrode 116 (relationship of Ni content, etc.) described in the above embodiment includes all the single cells 110 (or electrolytic single cells) included in the fuel cell stack 100 (or the electrolytic cell stack, the same applies hereinafter). It may be adopted in the
22:ボルト 24:ナット 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 40:第1の欠損空間 50:第2の欠損空間 60,60a,60b:端面 62:離間空間 100:燃料電池スタック 102:燃料電池発電単位(発電単位) 104,106:エンドプレート 108:連通孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極(カソード) 116:燃料極(アノード) 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム 131:孔 132:酸化剤ガス供給連通孔 133:酸化剤ガス排出連通孔 134:空気極側集電体 135:集電体要素 140:燃料極側フレーム 141:孔 142:燃料ガス供給連通孔 143:燃料ガス排出連通孔 144:燃料極側集電体 145:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 148:穴 149:スペーサ 150:インターコネクタ 161:酸化剤ガス導入マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス導入マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 210:燃料ガス流路空間
22: Bolt 24: Nut 26: Insulation sheet 27: Gas passage member 28: Main body 29: Branch 40: First defective space 50: Second
Claims (8)
前記電気化学反応単セルに対して前記燃料極と前記空気極との一方である特定電極側に配置された導電性を有するインターコネクタと、
前記第1の方向において、前記特定電極と前記インターコネクタとの間に配置され、前記特定電極と前記インターコネクタとを電気的に接続する導電性の集電体であって、前記特定電極における前記集電体に対向する表面に接触している複数の電極対向部と、前記インターコネクタにおける前記集電体に対向する表面に接触している複数のインターコネクタ対向部と、前記電極対向部と前記インターコネクタ対向部とをつなぐ連接部と、を有する集電体と、
前記第1の方向で前記電極対向部における前記インターコネクタ対向部側の表面に接触するスペーサと、を備える電気化学反応単位において、
少なくとも1つの前記電極対向部には、前記特定電極に面する第1の欠損空間が形成されており、
前記第1の欠損空間は、前記電極対向部における前記連接部との境界側において、前記特定電極の内の前記電極対向部に対向していない部分に面するガス室に直接連通しており、
前記スペーサの前記連接部側の端面は、前記電極対向部側において前記連接部から離間しており、前記連接部から離間した前記スペーサの前記端面と前記連接部との間に形成される離間空間は、前記第1の欠損空間に直接連通し、かつ、前記ガス室に直接連通している、
ことを特徴とする電気化学反応単位。 An electrochemical reaction single cell containing an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction across the electrolyte layer.
A conductive interconnector arranged on one of the fuel electrode and the air electrode on the specific electrode side with respect to the electrochemical reaction single cell,
A conductive current collector that is arranged between the specific electrode and the interconnector in the first direction and electrically connects the specific electrode and the interconnector, and is the said in the specific electrode. A plurality of electrode facing portions in contact with the surface facing the current collector, a plurality of interconnector facing portions in contact with the surface of the interconnector facing the current collector, the electrode facing portion and the above. A current collector having a connecting portion that connects the interconnector facing portions, and
In an electrochemical reaction unit comprising a spacer in contact with the surface of the electrode facing portion on the side facing the interconnector in the first direction.
A first defect space facing the specific electrode is formed in at least one electrode facing portion.
Said first defect space in the boundary side of the connecting portion in the electrode facing portion, it communicates directly with the gas chamber facing the not opposed to the electrode facing portions of said particular electrode,
The end surface of the spacer on the connecting portion side is separated from the connecting portion on the electrode facing portion side, and a separation space formed between the end surface of the spacer separated from the connecting portion and the connecting portion. Directly communicates with the first defective space and directly communicates with the gas chamber.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
前記連接部には、前記ガス室に面する第2の欠損空間が形成されており、
前記第2の欠損空間は、前記第1の欠損空間に直接連通している、
ことを特徴とする電気化学反応単位。 In the electrochemical reaction unit according to claim 1,
A second defect space facing the gas chamber is formed in the connecting portion.
The second defective space directly communicates with the first defective space.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
前記第2の欠損空間は、前記インターコネクタ対向部の表面の内の前記スペーサと対向する表面を前記第1の方向に略直交する方向に延長した仮想延長面から離間している、
ことを特徴とする電気化学反応単位。 In the electrochemical reaction unit according to claim 2,
The second defect space is separated from a virtual extension surface in which the surface of the surface of the interconnector facing portion facing the spacer is extended in a direction substantially orthogonal to the first direction.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
前記第1の欠損空間は、前記第1の方向視において前記電極対向部の中心点を含む領域に形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。 In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 3.
The first defect space is formed in a region including the center point of the electrode facing portion in the first directional view.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
前記第1の欠損空間は、前記ガス室におけるガスの主たる流れ方向に略平行に延びるガス流路空間に直接連通している、
ことを特徴とする電気化学反応単位。 In the electrochemical reaction unit according to claim 1,
The first defect space directly communicates with a gas flow path space extending substantially parallel to the main flow direction of gas in the gas chamber.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
前記電気化学反応単セルを挟んで前記集電体に対向する他の集電体の少なくとも一部が、前記第1の方向視において、前記電極対向部における前記第1の欠損空間を挟んで所定の方向に対向する2つの領域の少なくとも一部分に重なるように配置されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。 In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 5.
At least a part of the other current collectors facing the current collector with the electrochemical reaction single cell sandwiched sandwiching the first defect space in the electrode facing portion in the first directional view is predetermined. Arranged so as to overlap at least a part of two regions facing each other in the direction of
An electrochemical reaction unit characterized by that.
前記電極対向部には、前記第1の方向視で、前記電極対向部がU字形状となるように前記第1の欠損空間が形成されており、
前記第1の方向視において、前記電極対向部の内の前記第1の欠損空間を形成している部分が有する、少なくとも1つの角部はR形状である、
ことを特徴とする電気化学反応単位。 In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 6.
The first defect space is formed in the electrode facing portion so that the electrode facing portion has a U shape in the first directional view.
In the first directional view, at least one corner portion of the portion of the electrode facing portion forming the first defect space has an R shape.
An electrochemical reaction unit characterized by that.
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7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。 In an electrochemical reaction cell stack having a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction.
At least one of the plurality of electrochemical reaction units is the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 7 .
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
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