JP6979509B1 - 燃料電池セル、燃料電池カートリッジ、及び、燃料電池セルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
燃料極、固体電解質及び空気極が積層された発電部と、
前記発電部を含まない非発電部と、
前記非発電部の表面を少なくとも部分的に覆うガスシール膜と、
を備え、
前記ガスシール膜は、互いに積層された第1層及び第2層を含み、
前記第1層は前記第2層より電子導電性が低く、
前記第2層は前記第1層より酸素イオン導電性が低い。
本開示の少なくとも一実施形態に係る燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを含む発電室を囲む断熱体と、
を備え、
前記ガスシール膜は、前記断熱体に対向する位置に設けられる。
燃料極、固体電解質及び空気極が積層された発電部と、
前記発電部を含まない非発電部と、
前記非発電部の表面を少なくとも部分的に覆うガスシール膜と、
前記発電部、前記被発電部及び前記ガスシール膜を支持する基体管と、
を備え、
前記ガスシール膜は、互いに積層された第1層及び第2層を含み、
前記第1層は前記第2層より電子導電性が低く、
前記第2層は前記第1層より酸素イオン導電性が低い、燃料電池セルの製造方法であって、
前記基体管のうち前記非発電部に対応する表面上に、前記第1層を構成する材料の第1スラリー、又は、前記第2層を構成する材料の第2スラリーの少なくとも一方を塗布するスラリー塗布工程と、
前記第1スラリー又は第2スラリーの少なくとも一方を、前記基体管のうち前記発電部に対応する表面上に塗布された、前記燃料極及び前記固体電解質を構成する材料の第3スラリーとともに焼成する焼成工程と、
を備える。
また、以下においては、固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料電池セルとして円筒形(筒状)を例として説明するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形の燃料電池セルであってもよい。基体上に燃料電池セルを形成するが、基体ではなく電極(燃料極もしくは空気極)が厚く形成されて、基体を兼用したものでも良い。
尚、ガスシール膜117の配置は、図1〜図3に示す態様に限定されない。
尚、断熱体227には、加工性を向上させるためのコロイダルシリカと、コロイダルシリカを安定化するために添加されるNaとが含まれる。
尚、比較例1及び比較例2において、ガスシール膜117を除く他の構成は前述の実施形態と共通である。
尚、図5のシンボルBに示されるように、試験電圧Vtを所定期間(10分間)印加した際における試験電圧Vtと漏洩電流Ileakとの関係は、シンボルAとほぼ同等であった。
尚、図6では、比較例として、ガスシール膜117がSLTから形成された燃料電池セルに対する耐電圧試験結果が示されている。
続いて図1に示す燃料電池セル101の製造方法について説明する。図7は本発明の一実施形態に係る燃料電池セル101の製造方法の一態様を示すフローチャートである。
尚、本実施形態においては、燃料電池カートリッジ203は、燃料ガス供給ヘッダ217と燃料ガス排出ヘッダ219と酸化性ガス供給ヘッダ221と酸化性ガス排出ヘッダ223とが図11のように配置されることで、燃料ガスと酸化性ガスとが燃料電池セル101の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、必ずしもこの必要はなく、例えば、燃料電池セル101の内側と外側とを平行して流れる、または酸化性ガスが燃料電池セル101の長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
また上部断熱体227aには、加工性を向上させるためのコロイダルシリカと、コロイダルシリカを安定化するために添加されるNaとが含まれることがある。この場合、燃料電池セル101の外表面が上部断熱体227aに接触すると、上部断熱体227aに含まれるNaのような陽イオンが燃料電池セル101側に移動し漏洩電流Ileakがするおそれがあるが、当該位置にガスシール膜117が介在することで、このような陽イオンの移動もまた効果的に抑制できる。
また下部断熱体227bには、加工性を向上させるためのコロイダルシリカと、コロイダルシリカを安定化するために添加されるNaとが含まれることがある。この場合、燃料電池セル101の外表面が下部断熱体227bに接触すると、下部断熱体227bに含まれるNaのような陽イオンが燃料電池セル101側に移動し漏洩電流Ileakがするおそれがあるが、当該位置にガスシール膜117が介在することで、このような陽イオンの移動もまた効果的に抑制できる。
燃料極(例えば上記実施形態の燃料極109)、固体電解質(例えば上記実施形態の固体電解質111)及び空気極(例えば上記実施形態の空気極113)が積層された発電部(例えば上記実施形態の発電部105)と、
前記発電部を含まない非発電部(例えば上記実施形態の非発電部110)と、
前記非発電部の表面を少なくとも部分的に覆うガスシール膜(例えば上記実施形態のガスシール膜117)と、
を備え、
前記ガスシール膜は、互いに積層された第1層(例えば上記実施形態の第1層117a)及び第2層(例えば上記実施形態の第2層117b)を含み、
前記第1層は前記第2層より電子導電性が低く、
前記第2層は前記第1層より酸素イオン導電性が低い。
前記第2層は、前記第1層上に配置される。
また燃料電池セルの外側に周辺構成部材が接触した場合に、酸素イオン導電性が低い第2層117bが第1層117aと周辺構成部材との間に介在することで、セル外部からの酸素イオンの侵入をより効果的に抑制できる。
前記非発電部は、端部にある前記発電部に電気的に接続されるリード膜(例えば上記実施形態のリード膜115)を含み、
前記ガスシール膜が、前記リード膜の表面を少なくとも部分的に覆う。
前記非発電部は、前記発電部同士を電気的に接続するインターコネクタ(例えば上記実施形態のインターコネクタ107)を含み、
前記ガスシール膜が、前記インターコネクタの表面を少なくとも部分的に覆う。
前記第1層は、安定化ジルコニア(ジルコニウムと価数が異なる金属酸化物を固溶した均一相ジルコニアの総称)を含む。
前記第2層は、MTiO3(M:アルカリ土類金属)を含む。
上記(1)から(6)のいずれか一態様に係る燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを含む発電室(例えば上記実施形態の発電室215)を囲む断熱体(例えば上記実施形態の上部断熱体227a、下部断熱体227b)と、
を備え、
前記ガスシール膜は、前記表面と前記断熱体との間に配置される。
燃料極(例えば上記実施形態の燃料極109)、固体電解質(例えば上記実施形態の固体電解質111)及び空気極(例えば上記実施形態の空気極113)が積層された発電部(例えば上記実施形態の発電部105)と、
前記発電部を含まない非発電部(例えば上記実施形態の非発電部110)と、
前記非発電部の表面を少なくとも部分的に覆うガスシール膜(例えば上記実施形態のガスシール膜117)と、
前記発電部、前記非発電部及び前記ガスシール膜を支持する基体管(例えば上記実施形態の基体管103)と、
を備え、
前記ガスシール膜は、互いに積層された第1層(例えば上記実施形態の第1層117a)及び第2層(例えば上記実施形態の第2層117b)を含み、
前記第1層は前記第2層より電子導電性が低く、
前記第2層は前記第1層より酸素イオン導電性が低い、燃料電池セルの製造方法であって、
前記基体管のうち前記非発電部に対応する表面上に、前記第1層を構成する材料の第1スラリー、又は、前記第2層を構成する材料の第2スラリーの少なくとも一方を塗布するスラリー塗布工程と、
前記第1スラリー又は第2スラリーの少なくとも一方を、前記基体管のうち前記発電部に対応する表面上に塗布された、前記燃料極及び前記固体電解質を構成する材料の第3スラリーとともに焼成する焼成工程と、
を備える。
前記スラリー塗布工程では、前記表面上に前記第1スラリー及び前記第2スラリーが塗布され、
前記焼成工程では、前記第1スラリー及び前記第2スラリーが前記第3スラリーとともに焼成される。
前記スラリー塗布工程では、前記表面上に前記第1スラリー又は前記第2スラリーの一方が塗布され、
前記焼成工程では、前記第1スラリー又は前記第2スラリーの一方が前記第3スラリーとともに焼成される。
前記焼成工程の後、前記第1スラリー又は前記第2スラリーの他方を、前記非発電部の表面上に塗布し、前記焼成工程より低温で焼成することにより前記ガスシール膜を形成する。
103 基体管
105 発電部
107 インターコネクタ
109 燃料極
110 非発電部
111 固体電解質
113 空気極
115 リード膜
117 ガスシール膜
117a 第1層
117b 第2層
120 集電部材
130 出力端
132 計測線
134 耐電圧試験器
136 電源
138 漏洩電流計測部
203 燃料電池カートリッジ
215 発電室
217 燃料ガス供給ヘッダ
219 燃料ガス排出ヘッダ
221 酸化性ガス供給ヘッダ
223 酸化性ガス排出ヘッダ
225a 上部管板
225b 下部管板
227 断熱体
227a 上部断熱体
227b 下部断熱体
229a 上部ケーシング
229b 下部ケーシング
231a 燃料ガス供給孔
231b 燃料ガス排出孔
233a 酸化性ガス供給孔
233b 酸化性ガス排出孔
235a 酸化性ガス供給隙間
235b 酸化性ガス排出隙間
Claims (11)
- 燃料極、固体電解質及び空気極が積層された発電部と、
前記発電部を含まない非発電部と、
前記非発電部の表面を少なくとも部分的に覆うガスシール膜と、
を備え、
前記ガスシール膜は、互いに積層された第1層及び第2層を含み、
前記第1層は前記第2層より電子導電性が低く、
前記第2層は前記第1層より酸素イオン導電性が低い、燃料電池セル。 - 前記第2層は、前記第1層上に配置される、請求項1に記載の燃料電池セル。
- 前記非発電部は、端部にある前記発電部に電気的に接続されるリード膜を含み、
前記ガスシール膜が、前記リード膜の表面を少なくとも部分的に覆う、請求項1又は2に記載の燃料電池セル。 - 前記非発電部は、前記発電部同士を電気的に接続するインターコネクタを含み、
前記ガスシール膜が、前記インターコネクタの表面を少なくとも部分的に覆う、請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料電池セル。 - 前記第1層は、安定化ジルコニアを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の燃料電池セル。
- 前記第2層は、MTiO3(M:アルカリ土類金属)を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料電池セル。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを含む発電室を囲む断熱体と、
を備え、
前記ガスシール膜は、前記断熱体に対向する位置に設けられる、燃料電池カートリッジ。 - 燃料極、固体電解質及び空気極が積層された発電部と、
前記発電部を含まない非発電部と、
前記非発電部の表面を少なくとも部分的に覆うガスシール膜と、
前記発電部、前記非発電部及び前記ガスシール膜を支持する基体管と、
を備え、
前記ガスシール膜は、互いに積層された第1層及び第2層を含み、
前記第1層は前記第2層より電子導電性が低く、
前記第2層は前記第1層より酸素イオン導電性が低い、燃料電池セルの製造方法であって、
前記基体管のうち前記非発電部に対応する表面上に、前記第1層を構成する材料の第1スラリー、又は、前記第2層を構成する材料の第2スラリーの少なくとも一方を塗布するスラリー塗布工程と、
前記第1スラリー又は第2スラリーの少なくとも一方を、前記基体管のうち前記発電部に対応する表面上に塗布された、前記燃料極及び前記固体電解質を構成する材料の第3スラリーとともに焼成する焼成工程と、
を備える、燃料電池セルの製造方法。 - 前記スラリー塗布工程では、前記表面上に前記第1スラリー及び前記第2スラリーが塗布され、
前記焼成工程では、前記第1スラリー及び前記第2スラリーが前記第3スラリーとともに焼成される、請求項8に記載の燃料電池セルの製造方法。 - 前記スラリー塗布工程では、前記表面上に前記第1スラリー又は前記第2スラリーの一方が塗布され、
前記焼成工程では、前記第1スラリー又は前記第2スラリーの一方が前記第3スラリーとともに焼成される、請求項8に記載の燃料電池セルの製造方法。 - 前記焼成工程の後、前記第1スラリー又は前記第2スラリーの他方を、前記非発電部の表面上に塗布し、前記焼成工程より低温で焼成することにより前記ガスシール膜を形成する、請求項10に記載の燃料電池セルの製造方法。
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