JP6839022B2 - 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
電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック Download PDFInfo
- Publication number
- JP6839022B2 JP6839022B2 JP2017070327A JP2017070327A JP6839022B2 JP 6839022 B2 JP6839022 B2 JP 6839022B2 JP 2017070327 A JP2017070327 A JP 2017070327A JP 2017070327 A JP2017070327 A JP 2017070327A JP 6839022 B2 JP6839022 B2 JP 6839022B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air electrode
- ratio
- current collector
- reaction unit
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 title claims description 121
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 93
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 34
- 239000011530 conductive current collector Substances 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 157
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 132
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 69
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 56
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 50
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 37
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 31
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 31
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 28
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 19
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 17
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 14
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 9
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 7
- 229910021526 gadolinium-doped ceria Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 3
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- QRXDDLFGCDQOTA-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) iron(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Fe+2].[Co+2].[O-2] QRXDDLFGCDQOTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N oxide(2-) Chemical compound [O-2] AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
A−1.構成:
(電気化学反応セルスタック100の構成)
図1は、実施形態における電気化学反応セルスタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1(および後述する図6,7)のII−IIの位置における電気化学反応セルスタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1(および後述する図6,7)のIII−IIIの位置における電気化学反応セルスタック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、電気化学反応セルスタック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、最も上に位置する反応単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する反応単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の反応単位102が押圧された状態で挟持されている。FCモードにおいては、上側のエンドプレート104は、電気化学反応セルスタック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、電気化学反応セルスタック100のマイナス側の出力端子として機能する。また、ECモードにおいては、上側のエンドプレート104は、電気化学反応セルスタック100のプラス側の入力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、電気化学反応セルスタック100のマイナス側の入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つの反応単位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つの反応単位102のYZ断面構成を示す説明図である。図5の上部には、反応単位102の一部分のYZ断面構成が拡大して示されている。また、図6は、図4のVI−VIの位置における反応単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図7は、図4のVII−VIIの位置における反応単位102のXY断面構成を示す説明図である。
(FCモードにおける動作)
FCモードにおいて、図2および図4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から各反応単位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および図5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から各反応単位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。
ECモードにおいて、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)を介して水蒸気が供給されると、水蒸気は、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から各反応単位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。また、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)を介して回収ガス(例えば空気)が供給されると、回収ガスは、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から各反応単位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。
本実施形態の電気化学反応セルスタック100を構成する各反応単位102は、空気極114と集電体190との関係に特徴がある。以下、空気極114と集電体190との関係に関して行った性能評価について説明する。
図5に示すように、本性能評価では、Z軸方向における空気極114の厚さを、「空気極厚さβ」といい、Z軸方向における空気極114の集電層210の厚さを、「空気極集電層厚さδ」という。なお、空気極114の厚さが一様ではない場合には、空気極厚さβは、空気極114(ただし、集電体190の凸部192に接する部分)における最薄部の厚さとする。同様に、空気極114の集電層210の厚さが一様ではない場合には、空気極集電層厚さδは、空気極114の集電層210(ただし、集電体190の凸部192に接する部分)における最薄部の厚さとする。
図11は、性能評価結果を示す説明図である。図11に示すように、性能評価に用いられた反応単位102の各サンプル(S1〜S16)は、上述した凸部間最短距離α、空気極厚さβ、空気極集電層厚さδ、および、凸部接触部幅γの値が互いに異なっており、その結果、第1の比率R1から第4の比率R4の値が互いに異なっている。さらに、各サンプルは、空気極114の集電層210の気孔率RO1、および、空気極114の活性層220の気孔率RO2の値が互いに異なっている。図11に示すように、性能評価に用いられたすべてのサンプルにおいて、空気極114の集電層210の気孔率RO1は、空気極114の活性層220の気孔率RO2より高くなっている。気孔率RO1および気孔率RO2の特定方法については、後述する。
本性能評価では、初期通電特性についての評価を行った。具体的には、作製した反応単位102の各サンプルについて、空気極114側に第1の混合ガス(20vol%の酸素と80vol%の窒素との混合ガス)を供給し、燃料極116側に第2の混合ガス(95vol%の水素と5vol%の水蒸気との混合ガス)を供給し、温度700℃において、電流密度が−0.1A/cm2〜0.55A/cm2の範囲となるように通電を行い、電圧を測定した。なお、電流密度が正の値のときは反応単位102がFCモードで動作しており、電流密度が負の値のときは反応単位102がECモードで動作していることとなる。
・評価:「A」・・・電圧:0.920V以上
・評価:「B」・・・電圧:0.915V以上、0.920V未満
・評価:「C」・・・電圧:0.910V以上、0.915V未満
・評価:「D」・・・電圧:0.900V以上、0.910V未満
・評価:「E」・・・電圧:0.800V以上、0.900V未満
・評価:「F」・・・電圧:0.800V未満
・評価:「A」・・・電圧:1.125V未満
・評価:「B」・・・電圧:1.125V以上、1.130V未満
・評価:「C」・・・電圧:1.130V以上、1.140V未満
・評価:「D」・・・電圧:1.140V以上、1.150V未満
・評価:「E」・・・電圧:1.150V以上、1.160V未満
・評価:「F」・・・電圧:1.160V以上
(サンプルS1について)
図11に示すように、サンプルS1の評価結果は、FCモード時の評価でもECモード時の評価でも、最も低い「F」評価であった。サンプルS1では、空気極114の集電層210の気孔率RO1が20%であり、他のサンプル(いずれも集電層210の気孔率RO1が30%以上である)と比べて低い値となっている。そのため、サンプルS1では、FCモードにおいては、空気室166に供給された酸化剤ガスOGが空気極114の集電層210内に良好に進入せず、空気極114における反応場として機能する活性層220において酸化剤ガスOGが不足することによってガス拡散分極が極めて大きくなり、その結果、性能が極めて低くなったものと考えられる。また、サンプルS1では、ECモードにおいては、空気極114における反応場として機能する活性層220で発生した酸素が集電層210内を良好に通過しないために酸素の排出が滞り、空気極114の内部でガスの圧力が高くなることによって空気極114の剥離が生じ、その結果、性能が極めて低くなったものと考えられる。この結果から、反応単位102の性能向上(性能低下の抑制)のためには、空気極114の集電層210の気孔率RO1は30%以上であることが好ましいと言える。
サンプルS2〜S4の評価結果は、FCモード時の評価でもECモード時の評価でも、2番目に低い「E」評価であった。サンプルS2〜S4では、空気極114の集電層210の気孔率RO1が30%以上ではあるものの、第1の比率R1(=β/γ)が0.07未満であり、サンプルS5〜S16(いずれも第1の比率R1が0.07以上である)と比べて低い値となっており、かつ、第2の比率R2(=δ/γ)が0.06未満であり、サンプルS5〜S16(いずれも第2の比率R2が0.06以上である)と比べて低い値となっている。そのため、サンプルS2〜S4では、以下に説明するように、サンプルS5〜S16と比べてFCモードおよびECモードにおける性能が低くなったものと考えられる。
サンプルS5の評価結果は、FCモード時の評価でもECモード時の評価でも、3番目に低い「D」評価であった。サンプルS5では、空気極114の集電層210の気孔率RO1が30%以上であり、第1の比率R1(=β/γ)が0.07以上であり、かつ、第2の比率R2(=δ/γ)が0.06以上であるものの、第3の比率R3(=β/α)が0.035未満であり、サンプルS6〜S16(いずれも第3の比率R3が0.035以上である)と比べて低い値となっており、かつ、第4の比率R4(=δ/α)が0.02未満であり、サンプルS6〜S16(いずれも第4の比率R4が0.02以上である)と比べて低い値となっている。そのため、サンプルS5では、以下に説明するように、サンプルS6〜S16と比べてFCモードおよびECモードにおける性能が低くなったものと考えられる。
サンプルS6〜S8の評価結果は、FCモード時の評価でもECモード時の評価でも、4番目に低い(すなわち、3番目に高い)「C」評価であった(ただし、サンプルS6のECモード時の評価は「D」評価)。サンプルS6〜S8では、空気極114の集電層210の気孔率RO1が30%以上であり、第1の比率R1(=β/γ)が0.07以上であり、第2の比率R2(=δ/γ)が0.06以上であり、第3の比率R3(=β/α)が0.035以上であり、かつ、第4の比率R4(=δ/α)が0.02以上である。しかし、サンプルS6およびS8では、第1の比率R1が0.16を超えており、サンプルS9〜S16(いずれも第1の比率R1が0.16以下である)と比べて過度に高い値となっている。また、サンプルS6およびS7では、第2の比率R2が0.14を超えており、サンプルS9〜S16(いずれも第2の比率R2が0.14以下である)と比べて過度に高い値となっている。
サンプルS9〜S11の評価結果は、FCモード時の評価でもECモード時の評価でも、5番目に低い(すなわち、2番目に高い)「B」評価であった(ただし、サンプルS9のECモード時の評価は「C」評価)。サンプルS9〜S11では、空気極114の集電層210の気孔率RO1が30%以上であり、第1の比率R1(=β/γ)が0.07以上、0.16以下であり、第2の比率R2(=δ/γ)が0.06以上、0.14以下であり、第3の比率R3(=β/α)が0.035以上であり、かつ、第4の比率R4(=δ/α)が0.02以上である。しかし、サンプルS9では、第3の比率R3が0.05未満であり、サンプルS12〜S16(いずれも第3の比率R3が0.05以上である)と比べて低い値となっている。また、サンプルS10およびS11では、第4の比率R4が0.04未満であり、サンプルS12〜S16(いずれも第4の比率R4が0.04以上である)と比べて低い値となっている。
サンプルS12の評価結果は、ECモードにおいて、5番目に低い(すなわち、2番目に高い)「B」評価であった(ただし、FCモード時の評価は「A」評価)。サンプルS12では、空気極114の集電層210の気孔率RO1が30%以上であり、第1の比率R1(=β/γ)が0.07以上、0.16以下であり、第2の比率R2(=δ/γ)が0.06以上、0.14以下であり、第3の比率R3(=β/α)が0.05以上であり、かつ、第4の比率R4(=δ/α)が0.04以上である。しかし、サンプルS12では、第3の比率R3が0.13を超えており、サンプルS13〜S16(いずれも第3の比率R3が0.13以下である)と比べて過度に高い値となっている。また、サンプルS12では、第4の比率R4が0.12を超えており、サンプルS13〜S16(いずれも第4の比率R4が0.12以下である)と比べて過度に高い値となっている。
以上説明した性能評価結果を参照すると、反応単位102の性能向上(性能低下の抑制)のためには、空気極114の集電層210の気孔率RO1が30%以上であり、第1の比率R1(凸部接触部幅γに対する空気極厚さβの比(β/γ))が0.07以上であり、かつ、第2の比率R2(凸部接触部幅γに対する空気極集電層厚さδの比(δ/γ))が0.06以上であることが好ましく、第3の比率R3(凸部間最短距離αに対する空気極厚さβの比(β/α))が0.035以上であり、かつ、第4の比率R4(凸部間最短距離αに対する空気極集電層厚さδの比(δ/α))が0.02以上であることがさらに好ましく、第1の比率R1が0.16以下であり、かつ、第2の比率R2が0.14以下であることがさらに好ましく、第3の比率R3が0.05以上であり、かつ、第4の比率R4が0.04以上であることがさらに好ましく、第3の比率R3が0.13以下であり、かつ、第4の比率R4が0.12以下であることが最も好ましいと言える。
上述した空気極114の集電層210の気孔率RO1の特定は、水谷惟恭著「セラミックプロセシング」(技報堂出版)のp.193−195の記載を参考に、以下の方法に従って行った(図24参照)。まず、反応単位102(単セル110)において、空気室166におけるガス(酸化剤ガスOGまたは酸素)の流れ方向(図4および図6に示すように本実施形態ではX軸方向)に沿って並ぶ任意の3つの位置で、該流れ方向に略直交する断面(本実施形態ではYZ断面)を設定し、各断面の任意の3カ所で、空気極114の集電層210における集電体190側の表面を含む部分が写ったFIB−SEM(加速電圧1.5kV)におけるSEM画像(5000倍)を得る。つまり、9つのSEM画像が得られる。上記各SEM画像において、空気極114の集電層210における集電体190側の表面付近に、Z軸方向に直交する5本の仮想直線VL(VL11〜VL15)を1μm間隔で設定する。5本の仮想直線VLのそれぞれにおいて、気孔にあたる各部分の長さを測定し、仮想直線VLの全長に対する気孔にあたる各部分の長さの合計の比を、当該仮想直線VL上における気孔率とする。すべてのSEM画像において設定されたすべての仮想直線VL上における気孔率の平均値を、空気極114の集電層210の気孔率RO1とする。
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。
・1000μm≦凸部間最短距離α≦2000μm
・30μm≦空気極厚さβ≦200μm
・300μm≦凸部接触部幅γ≦2000μm
・20μm≦空気極集電層厚さδ≦190μm
Claims (7)
- 電解質層と、前記電解質層に対して第1の方向の一方側に配置された燃料極と、前記電解質層に対して前記第1の方向の他方側に配置された空気極であって、前記空気極における前記第1の方向の前記他方側の表面を構成する第1の空気極層と、前記第1の空気極層と前記電解質層との間に配置された第2の空気極層と、を含む前記空気極と、を備える電気化学反応単セルと、
前記第1の空気極層における前記第1の方向の前記他方側の表面に接する複数の凸部を有する導電性の集電体と、
を備える電気化学反応単位において、
前記集電体の前記複数の凸部のそれぞれにおける先端部は、前記第1の空気極層と接合される接合層により構成されており、
前記第1の空気極層の気孔率は、30%以上であり、
前記複数の凸部の内の少なくとも1つである特定凸部について、前記第1の方向に直交する第2の方向における前記特定凸部の前記第1の空気極層に接する部分の幅γに対する、前記第1の方向における前記空気極の厚さβの比である第1の比率(β/γ)は、0.07以上であり、かつ、前記幅γに対する、前記第1の方向における前記第1の空気極層の厚さδの比である第2の比率(δ/γ)は、0.06以上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、
前記特定凸部について、前記第2の方向における前記特定凸部と前記特定凸部の隣に位置する前記凸部との間の最短距離αに対する、前記第1の方向における前記空気極の厚さβの比である第3の比率(β/α)は、0.035以上であり、かつ、前記最短距離αに対する、前記第1の方向における前記第1の空気極層の厚さδの比である第4の比率(δ/α)は、0.02以上であることを特徴とする、電気化学反応単位。 - 請求項2に記載の電気化学反応単位において、
前記特定凸部について、前記第1の比率(β/γ)は、0.16以下であり、かつ、前記第2の比率(δ/γ)は、0.14以下であることを特徴とする、電気化学反応単位。 - 請求項3に記載の電気化学反応単位において、
前記特定凸部について、前記第3の比率(β/α)は、0.05以上であり、かつ、前記第4の比率(δ/α)は、0.04以上であることを特徴とする、電気化学反応単位。 - 請求項4に記載の電気化学反応単位において、
前記特定凸部について、前記第3の比率(β/α)は、0.13以下であり、かつ、前記第4の比率(δ/α)は、0.12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から請求項5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、
前記空気極における前記第1の方向の前記他方側の部分の気孔率は、前記空気極における前記第1の方向の前記一方側の部分の気孔率より高いことを特徴とする、電気化学反応単位。 - 前記第1の方向に並べて配列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6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。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017030884 | 2017-02-22 | ||
JP2017030884 | 2017-02-22 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018137206A JP2018137206A (ja) | 2018-08-30 |
JP6839022B2 true JP6839022B2 (ja) | 2021-03-03 |
Family
ID=63367041
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017070327A Active JP6839022B2 (ja) | 2017-02-22 | 2017-03-31 | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6839022B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7082637B2 (ja) * | 2020-04-02 | 2022-06-08 | 森村Sofcテクノロジー株式会社 | 電気化学反応セルスタック |
JP7082636B2 (ja) * | 2020-04-02 | 2022-06-08 | 森村Sofcテクノロジー株式会社 | 電気化学反応セルスタック |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0748378B2 (ja) * | 1991-03-28 | 1995-05-24 | 日本碍子株式会社 | 固体電解質燃料電池用空気電極及びこれを有する固体電解質燃料電池 |
JP4748964B2 (ja) * | 2004-09-28 | 2011-08-17 | 京セラ株式会社 | 燃料電池セル及び燃料電池セルスタック、燃料電池 |
CN2884547Y (zh) * | 2006-03-12 | 2007-03-28 | 中国科学技术大学 | 一种平板型电极支撑固体氧化物燃料电池 |
WO2008156647A1 (en) * | 2007-06-15 | 2008-12-24 | Bloom Energy Corporation | Dot pattern contact layer |
JP5292898B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2013-09-18 | 大日本印刷株式会社 | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
JP5756591B2 (ja) * | 2009-04-20 | 2015-07-29 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料電池 |
JP5225336B2 (ja) * | 2010-07-28 | 2013-07-03 | 京セラ株式会社 | 燃料電池セル及び燃料電池 |
JP2012221623A (ja) * | 2011-04-05 | 2012-11-12 | Nippon Soken Inc | 燃料電池単セルの製造方法および燃料電池単セル |
JP5662612B1 (ja) * | 2013-08-27 | 2015-02-04 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
-
2017
- 2017-03-31 JP JP2017070327A patent/JP6839022B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018137206A (ja) | 2018-08-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107431216B (zh) | 电化学反应单元及燃料电池堆 | |
JP6283330B2 (ja) | 電気化学反応単位および燃料電池スタック | |
JP6839022B2 (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP6917182B2 (ja) | 導電性部材、電気化学反応単位、および、電気化学反応セルスタック | |
JP7096645B2 (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP6177836B2 (ja) | 接合材前駆体の製造方法および電気化学反応セルスタックの製造方法 | |
JP7236966B2 (ja) | 電気化学反応セルスタック | |
JP6773628B2 (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP6839021B2 (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP7096644B2 (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP6773600B2 (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP2020113503A (ja) | 電気化学反応セルスタック | |
JP7187382B2 (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP6959039B2 (ja) | 電気化学反応単位、電気化学反応セルスタック、および、電気化学反応単位の製造方法 | |
JP6821613B2 (ja) | 導電性部材、電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP7112443B2 (ja) | 電気化学反応セルスタック | |
JP7096642B2 (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP7042783B2 (ja) | 電気化学反応セルスタック | |
JP7096643B2 (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
JP6878257B2 (ja) | 集電部材−電気化学反応単セル複合体および電気化学反応セルスタック | |
JP2017154968A (ja) | 接合材前駆体、電気化学反応セルスタックおよびそれらの製造方法 | |
JP6734707B2 (ja) | 集電部材−電気化学反応単セル複合体および電気化学反応セルスタック | |
JP6983017B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP6774230B2 (ja) | 集電部材−電気化学反応単セル複合体および電気化学反応セルスタック | |
JP2023023050A (ja) | 電気化学反応単セル |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191108 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20191224 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200820 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200825 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200925 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210209 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210212 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6839022 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |