JP6947228B2 - セルユニット - Google Patents
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Description
図1〜図7を参照して、第1実施形態のセルユニット100について説明する。本実施形態のセルユニット100は、電解質として例えば、安定化ジルコニアなどの酸化物イオン導電体を用いた固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)に用いられる。
図2は、セルユニット100の分解斜視図である。図2に示すように、セルユニット100は、メタルサポートセルアッセンブリー110と、集電補助層130と、アノードガスおよびカソードガスを含むガスの流路Fを区画形成する流路部121を備えるセパレータ120と、を順に積層して構成される。なお、メタルサポートセルアッセンブリー110と集電補助層130との間に両者を導通接触させる接点材を配置してもよい。
発電セル111は、図3および図4に示すように、電解質層111Eの両側に一対の電極であるアノード層111Aおよびカソード層111Cを積層して構成される。
メタルサポート部112は、図3および図4に示すように、発電セル111をアノード層111Aの側から支持するものである。メタルサポート部112によって発電セル111を支持することにより、発電セル111に面圧分布の偏りがわずかに生じた場合でも、曲げによる発電セル111の破損を抑制できる。メタルサポート部112は、ガス透過性および電気伝導性を有する多孔質の金属である。メタルサポート部112の形成材料は、例えば、ニッケルやクロムを含有する耐食合金や耐食鋼、ステンレス鋼などが挙げられる。
セルフレーム113は、図3および図4に示すように、メタルサポートセル110Mを周囲から保持するものである。図3に示すように、セルフレーム113は、開口部113Hを有する。セルフレーム113の開口部113Hには、メタルサポートセル110Mが配置される。メタルサポートセル110Mの外周は、セルフレーム113の開口部113Hの内縁に接合される。セルフレーム113の形成材料は、例えば、表面に絶縁処理が施された金属が挙げられる。
セパレータ120は、図2に示すように、メタルサポートセル110Mの発電セル111と対向する領域に流路部121を有する。
図5に示すように、集電補助層130は、発電セル111とセパレータ120との間に配置される。集電補助層130は、セルユニット100内において発電セル111側に突出するようにアーチ形状に湾曲した複数の湾曲部131と、湾曲部131の両端に連続して設けられ、湾曲部131と異なる曲率を有する変曲部132と、を有する。
図5に示すように、連結部200は、集電補助層130の変曲部132と、セパレータ120の突出部122とを連結してなる。これにより、集電補助層130とセパレータ120とが連結されるため、電子伝導性をさらに向上することができる。
図13は、第1実施形態の変形例に係るセルユニットの規制部210aを示す断面図である。前述した第1実施形態に係る規制部210は、セパレータ120の被係合部124と、集電補助層130の係合部133とによって構成されるとした。第1実施形態の変形例に係る規制部210aは、溶接部によって構成される点で前述した第1実施形態と異なる。その他の構成は、前述した第1実施形態と同様なので説明を省略する。
図14は、第2実施形態に係るセルユニット300の断面図である。図15の上図は、図14に示すセルユニット300に積層方向の荷重(白抜き矢印)が付与された状態を示し、図15の下図は、発電セル111が受ける面圧分布を示す。なお、図15の下図の面圧分布の横軸は、図15の上図のX方向に対応している。
100、300 セルユニット、
110 メタルサポートセルアッセンブリー、
110M メタルサポートセル、
111 発電セル、
111A アノード層、
111C カソード層、
111E 電解質層、
112 メタルサポート部、
113 セルフレーム、
120 セパレータ、
121 流路部、
122 突出部、
130 集電補助層、
131 湾曲部、
132 変曲部、
133 係合部、
200 連結部、
210 規制部、
G ガス、
F 流路、
E 電子、
X (セルユニットの)短手方向、
Y (セルユニットの)長手方向、
Z (セルユニットの)積層方向。
Claims (9)
- カソード層、電解質層およびアノード層を含む発電セルと、電気的な接触を補助する集電補助層と、ガスの流路を区画形成する流路部を備えるセパレータと、を順に積層してなる固体酸化物形燃料電池用のセルユニットであって、
前記集電補助層は、前記ガスの前記流路と積層方向に重なるように配置され、前記発電セル側に突出するようにアーチ形状に湾曲した湾曲部を有する、セルユニット。 - 前記集電補助層と前記セパレータとを連結する連結部を有する、請求項1に記載のセルユニット。
- 前記連結部は、積層方向と直交する面方向において、前記集電補助層と前記セパレータとの相対的な変位を規制する規制部を有する、請求項2に記載のセルユニット。
- 前記集電補助層の前記湾曲部の少なくとも一部は、前記カソード層に埋設される、請求項2または請求項3に記載のセルユニット。
- 前記集電補助層は、複数の前記湾曲部と、前記湾曲部の両端に連続して設けられ、前記湾曲部と異なる曲率を有する変曲部と、を有し、
前記連結部は、前記集電補助層の前記変曲部と前記セパレータとを連結してなる、請求項4に記載のセルユニット。 - 前記変曲部は、前記セパレータと係合する係合部を有する、請求項5に記載のセルユニット。
- 前記セパレータの前記流路部は、前記集電補助層側に突出した複数の突出部を含む凹凸形状を有し、
前記連結部は、前記セパレータの前記突出部と、前記集電補助層の前記変曲部とを連結してなる、請求項5または請求項6に記載のセルユニット。 - 前記発電セルを支持する金属製のメタルサポート部をさらに有する、請求項2〜7のいずれか1項に記載のセルユニット。
- 前記集電補助層は、導電性の多孔質体からなる、請求項2〜8のいずれか1項に記載のセルユニット。
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