JP7115363B2 - 固体酸化物形燃料電池セルスタック - Google Patents
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Description
上記単セルの一方の電極面側に配置され、上記単セルを保持する電気伝導性の保持部材(3)と、を有しており、
上記単セルの一方の電極表面と上記保持部材の表面とが当接することによって当接面部(CP)が構成されており、
上記単セルの一方の電極表面において、上記単セルの厚み方向のセル中心軸(P)が通る点を中心点(O)としたとき、上記電極表面のうち上記中心点を含む中央表面領域(25)内の少なくとも一部が、上記保持部材の表面に固定されており、
上記単セルは、上記カソード電極側が凹反りまたは凸反りとなるように変形された状態で保持されている、
固体酸化物形燃料電池セルスタック(1)にある。
実施形態1の固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、図1~図6を用いて説明する。図1および図2に例示されるように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セルスタック1(以下、単に、「セルスタック」ということがある。)は、アノード電極21、固体電解質22、および、カソード電極23がこの順に積層された平板形の単セル2と、単セル2の一方の電極面側に配置され、単セル2を保持する電気伝導性の保持部材3と、を有している。セルスタック1では、単セル2の一方の電極表面と保持部材3の表面とが当接することによって当接面部CPが構成されている。セルスタック1では、単セル2の一方の電極表面において、単セル2の厚み方向のセル中心軸Pが通る点を中心点Oとしたとき、電極表面のうち中心点Oを含む中央表面領域25内の少なくとも一部が、保持部材3の表面に固定されている。
実施形態2の固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、図7を用いて説明する。なお、実施形態2以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
<単セルの準備>
アノード電極形成用シート、固体電解質形成用シート、および、中間層形成用シートをこの順に積層し、静水圧プレス(WIP)成形法を用いて圧着することにより、成形体を得た。成形体は、圧着後に脱脂した。なお、WIP成形条件は、温度85℃、加圧力50MPa、加圧時間10分という条件とした。
スタック用部材として、保持部材の本体部と、保持部材の保持部形成用シートと、集電体(本例ではSUS430製のメッシュ部材)と、封止用ガラスとを準備した。本体部は、Fe-Cr合金(本例ではSUS430)よりなり、複数の貫通孔が形成された平坦な板状の形状を呈する保持部形成面部を有している。保持部形成用シートは、Niを主成分としており、次のようにして準備した。
保持部材を構成する本体部の保持部形成面部の表面に、保持部形成用シート、単セルをこの順に積層した。この際、保持部形成用シートは、最も穴径の小さい金属含有シートのシート面を保持部形成面部側に向けた状態で積層した。また、単セルは、保持部形成用シートの凹表面にアノード電極を向けた状態で積層した。なお、アノード電極の中央表面領域内の中心点には、直径2mmにてドット状にAgペーストを塗布した。また、単セルの端面には封止用ガラスを塗布した。
試料1のセルスタックユニットを分解し、単セルと保持部材との固定状況を確認した。その結果、アノード電極面のうち中央表面領域内の少なくとも一部が、本体部の表面にAg層を介して結合し固定されていた。また、本実験例では、さらに、アノード電極表面のうち外周表面領域内の一部が、保持部の凹表面に固定されていた。これは、保持部形成材料にNiを用いたためである。なお、この結果から、外周表面領域内の一部が保持部材に固着しないようにするには、上記熱処理によって固着を生じない金属材料を用いればよいことが理解される。また、外周表面領域内の一部は、保持部の凹表面に形成された段部のエッジ部に固定されていた。単セルをセル中心軸方向に引っ張ったところ、外周表面領域内の固定部位が先にとれた。したがって、中央表面領域と保持部材の表面との間の固定力は、外周表面領域と保持部材の表面との間の固定力よりも大きかったことが確認された。
セルスタックユニット全体を熱硬化性樹脂にて固め、空隙部分がない状態とした後、このセルスタックユニットから単セルを切り出した。次いで、単セルのセル厚み方向に沿う断面から、セル形状を三次元計測機(キーエンス社製、「VL3000」)にて計測した。その結果、試料1Cについては、単セルのカソード側が凸反りとなっていることが確認された。そのため、試料1Cでは、保持部形成面部からアノード電極が浮き上がった状態となっている箇所が見られた。これに対し、試料1については、カソード側が凹反りとなるように変形された状態で単セルが保持部によって保持されていることが確認された。
2 単セル
21 アノード電極
22 固体電解質
23 カソード電極
3 保持部材
CP 当接面部
P セル中心軸
O 中心点
25 中央表面領域
Claims (6)
- アノード電極(21)、固体電解質(22)、および、カソード電極(23)がこの順に積層された平板形の単セル(2)と、
上記単セルの一方の電極面側に配置され、上記単セルを保持する電気伝導性の保持部材(3)と、を有しており、
上記単セルの一方の電極表面と上記保持部材の表面とが当接することによって当接面部(CP)が構成されており、
上記単セルの一方の電極表面において、上記単セルの厚み方向のセル中心軸(P)が通る点を中心点(O)としたとき、上記電極表面のうち上記中心点を含む中央表面領域(25)内の少なくとも一部が、上記保持部材の表面に固定されており、
上記単セルは、上記カソード電極側が凹反りまたは凸反りとなるように変形された状態で保持されている、
固体酸化物形燃料電池セルスタック(1)。 - 上記電極表面のうち上記中央表面領域の外周にある外周表面領域(26)内の一部が、上記保持部材の表面に固定されており、
上記中央表面領域と上記保持部材の表面との間の固定力は、上記外周表面領域と上記保持部材の表面との間の固定力よりも大きい、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。 - 上記保持部材は、上記セル中心軸に沿う断面視で、上記単セルの一方の電極表面の端部部分における厚みと、上記セル中心軸部分における厚みとが異なっている、請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。
- 上記保持部材は、当該保持部材の本体をなす本体部(31)と、上記本体部の表面に結合され、上記単セルを保持する保持部(32)と、を有しており、
上記中央表面領域内の少なくとも一部が、上記本体部に固定されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。 - 上記保持部は、それぞれ形状の異なる複数のシート材が積層され一体化された状態にある、請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。
- 上記保持部が開口(322)を有しており、
上記開口を介して、上記中央表面領域内の少なくとも一部が上記本体部に固定されている、請求項4または5に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。
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