JP7242970B2 - 導電部材、電気化学セル装置、モジュール、モジュール収容装置および導電部材の製造方法 - Google Patents

導電部材、電気化学セル装置、モジュール、モジュール収容装置および導電部材の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、導電部材、電気化学セル装置、モジュール、モジュール収容装置および導電部材の製造方法に関する。
近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数有する燃料電池セルスタック装置が種々提案されている。燃料電池セルは、水素含有ガス等の燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとを用いて電力を得ることができる電気化学セルの１種である。
国際公開第２００９／１３１１８０号
実施形態の一態様に係る導電部材は、基材と、被覆層とを備える。基材は、クロムを含有する。被覆層は、基材を覆う。被覆層は、導電性の酸化物と、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい第１元素の酸化物である第１酸化物とを含む。
また、本開示の電気化学セル装置は、素子部を有する２以上の電気化学セルと、上記に記載の導電部材とを備える。
また、本開示のモジュールは、上記に記載の電気化学セル装置と、電気化学セル装置を収納する収納容器とを備える。
また、本開示のモジュール収容装置は、上記に記載のモジュールと、モジュールの運転を行うための補機と、モジュールおよび補機を収容する外装ケースとを備える。
図１Ａは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。 図１Ｂは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例を空気極側からみた側面図である。 図１Ｃは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。 図２Ａは、第１の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａに示すＸ－Ｘ線の断面図である。 図２Ｃは、第１の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す上面図である。 図３は、実施形態に係る導電部材の一例を示す横断面図である。 図４Ａは、図３に示すＡ－Ａ線に沿った断面図である。 図４Ｂは、図４Ａに示す領域Ｂの拡大図である。 図４Ｃは、図４Ｂに示す被覆層の拡大図である。 図５は、第１の実施形態に係るモジュールの一例を示す外観斜視図である。 図６は、第１の実施形態に係るモジュール収容装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。 図７Ａは、第２の実施形態に係る電気化学セルを示す断面図である。 図７Ｂは、第２の実施形態に係る導電部材の拡大断面図である。 図８Ａは、第３の実施形態に係る電気化学セルを示す斜視図である。 図８Ｂは、図８Ａに示す電気化学セルの部分断面図である。 図９Ａは、第４の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。 図９Ｂは、第４の実施形態に係る電気化学セルの他の一例を示す横断面図である。 図９Ｃは、第４の実施形態に係る電気化学セルの他の一例を示す横断面図である。 図９Ｄは、図９Ａに示す領域Ｃの拡大図である。 図１０は、実施形態に係る導電性粉体材料の一例を概略的に示す図である。 図１１は、実施形態に係るスラリーの一例を概略的に示す図である。 図１２は、実施形態に係る導電部材の製造方法の一例について説明するフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する導電部材、電気化学セル装置、モジュール、モジュール収容装置および導電部材の製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの開示が限定されるものではない。
また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係、比率などが異なる部分が含まれている場合がある。
［第１の実施形態］
＜電気化学セルの構成＞
まず、図１Ａ～図１Ｃを参照しながら、第１の実施形態に係る電気化学セルとして、固体酸化物形の燃料電池セルの例を用いて説明する。電気化学セル装置は、複数の電気化学セルを有するセルスタックを備えていてもよい。複数の電気化学セルを有する電気化学セル装置を、単にセルスタック装置と称する。
図１Ａは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図であり、図１Ｂは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例を空気極側からみた側面図であり、図１Ｃは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。なお、図１Ａ～図１Ｃは、電気化学セルの各構成の一部を拡大して示している。以下、電気化学セルを単にセルという場合もある。
図１Ａ～図１Ｃに示す例において、セル１は中空平板型で、細長い板状である。図１Ｂに示すように、セル１の全体を側面から見た形状は、たとえば、長さ方向Ｌの辺の長さが５ｃｍ～５０ｃｍで、この長さ方向Ｌに直交する幅方向Ｗの長さが１ｃｍ～１０ｃｍの長方形である。このセル１の全体の厚み方向Ｔの厚さは１ｍｍ～５ｍｍである。
図１Ａに示すように、セル１は、導電性の支持基板２と、素子部３と、インターコネクタ４とを備えている。支持基板２は、一対の対向する平坦面ｎ１、ｎ２、およびかかる平坦面ｎ１、ｎ２を接続する一対の円弧状の側面ｍを有する柱状である。
素子部３は、支持基板２の一方の平坦面ｎ１上に設けられている。かかる素子部３は、燃料極５と、固体電解質層６と、空気極８とを有している。また、図１Ａに示す例では、セル１の他方の平坦面ｎ２上にインターコネクタ４が設けられている。なお、セル１は、固体電解質層６と空気極８との間に中間層７を備えていてもよい。
また、図１Ｂに示すように、空気極８はセル１の下端まで延びていない。セル１の下端部では、固体電解質層６のみが平坦面ｎ１の表面に露出している。また、図１Ｃに示すように、インターコネクタ４がセル１の下端まで延びていてもよい。セル１の下端部では、インターコネクタ４および固体電解質層６が表面に露出している。なお、図１Ａに示すように、セル１の一対の円弧状の側面ｍにおける表面では、固体電解質層６が露出している。インターコネクタ４は、セル１の下端まで延びていなくてもよい。
以下、セル１を構成する各構成部材について説明する。
支持基板２は、ガスが流れるガス流路２ａを内部に有している。図１Ａに示す支持基板２の例は、６つのガス流路２ａを有している。支持基板２は、ガス透過性を有し、ガス流路２ａに流れる燃料ガスを燃料極５まで透過させる。支持基板２は導電性を有していてもよい。導電性を有する支持基板２は、発電素子で生じた電気をインターコネクタ４に集電する。
支持基板２の材料は、たとえば、鉄族金属成分および無機酸化物を含む。鉄族金属成分は、たとえば、Ｎｉ（ニッケル）および／またはＮｉＯであってもよい。無機酸化物は、たとえば、特定の希土類元素酸化物であってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される１以上の希土類元素を含んでもよい。
燃料極５の材料には、一般的に公知のものを使用することができる。燃料極５は、多孔質の導電性セラミックス、たとえば酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとを含むセラミックスなどを用いてもよい。この希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される複数の希土類元素を含んでもよい。酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２を安定化ジルコニアと称する場合もある。安定化ジルコニアは、部分安定化ジルコニアも含む。
固体電解質層６は、電解質であり、燃料極５と空気極８との間のイオンの受け渡しをする。同時に、固体電解質層６は、ガス遮断性を有し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。
固体電解質層６の材料は、たとえば、３モル％～１５モル％の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２であってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される１以上の希土類元素を含んでよい。固体電解質層６は、たとえば、Ｙｂ、ＳｃまたはＧｄが固溶したＺｒＯ２を含んでもよく、Ｌａ、ＮｄまたはＹｂが固溶したＣｅＯ２を含んでもよく、ＳｃまたはＹｂが固溶したＢａＺｒＯ３を含んでもよく、ＳｃまたはＹｂが固溶したＢａＣｅＯ３を含んでもよい。
空気極８は、ガス透過性を有している。空気極８の開気孔率は、たとえば２０％以上、特に３０％～５０％の範囲であってもよい。
空気極８の材料は、一般的に空気極に用いられるものであれば特に制限はない。空気極８の材料は、たとえば、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物などの導電性セラミックスであってもよい。
空気極８の材料は、たとえば、ＡサイトにＳｒ（ストロンチウム）とＬａ（ランタン）が共存する複合酸化物であってもよい。このような複合酸化物の例としては、ＬａｘＳｒ１－ｘＣｏｙＦｅ１－ｙＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＭｎＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＦｅＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＣｏＯ３などが挙げられる。なお、ｘは０＜ｘ＜１、ｙは０＜ｙ＜１である。
また、素子部３が中間層７を有する場合、中間層７は、拡散抑制層としての機能を有する。空気極８に含まれるＳｒ（ストロンチウム）などの元素が固体電解質層６に拡散すると、かかる固体電解質層６にたとえばＳｒＺｒＯ３などの抵抗層が形成される。中間層７は、Ｓｒの拡散を抑制し、ＳｒＺｒＯ３その他の電気絶縁性を有する酸化物が形成されにくくする。
中間層７の材料は、一般的にＳｒの拡散抑制層に用いられるものであれば特に制限はない。中間層７の材料は、たとえば、Ｃｅ（セリウム）を除く希土類元素が固溶した酸化セリウム（ＣｅＯ２）を含む。かかる希土類元素としては、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）などが用いられる。
また、インターコネクタ４は、緻密質であり、支持基板２の内部のガス流路２ａを流通する燃料ガス、および支持基板２の外側を流通する酸素含有ガスのリークを生じにくくする。インターコネクタ４は、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していてもよい。
インターコネクタ４の材料には、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）、もしくは、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＳｒＴｉＯ３系酸化物）を使用してもよい。これらの材料は、導電性を有し、かつ燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気など）と接触しても還元も酸化もされにくい。
＜電気化学セル装置の構成＞
次に、上述したセル１を用いた本実施形態に係る電気化学セル装置について、図２Ａ～図２Ｃを参照しながら説明する。図２Ａは、第１の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａに示すＸ－Ｘ線の断面図であり、図２Ｃは、第１の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す上面図である。
図２Ａに示すように、セルスタック装置１０は、セル１の厚み方向Ｔ（図１Ａ参照）に配列（積層）された複数のセル１を有するセルスタック１１と、固定部材１２とを備える。
固定部材１２は、固定材１３と、支持部材１４とを有する。支持部材１４は、セル１を支持する。固定材１３は、セル１を支持部材１４に固定する。また、支持部材１４は、支持体１５と、ガスタンク１６とを有する。支持部材１４である支持体１５およびガスタンク１６は、たとえば金属製である。
図２Ｂに示すように、支持体１５は、複数のセル１の下端部が挿入される挿入孔１５ａを有している。複数のセル１の下端部と挿入孔１５ａの内壁とは、固定材１３で接合されている。
ガスタンク１６は、挿入孔１５ａを通じて複数のセル１に反応ガスを供給する開口部と、かかる開口部の周囲に位置する凹溝１６ａとを有する。支持体１５の外周の端部は、ガスタンク１６の凹溝１６ａに充填された接合材２１によって、ガスタンク１６と接合されている。
図２Ａに示す例では、支持部材１４である支持体１５とガスタンク１６とで形成される内部空間２２に燃料ガスが貯留される。ガスタンク１６にはガス流通管２０が接続されている。燃料ガスは、このガス流通管２０を通してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６からセル１の内部のガス流路２ａ（図１Ａ参照）に供給される。ガスタンク１６に供給される燃料ガスは、後述する改質器１０２（図５参照）で生成される。
水素リッチな燃料ガスは、原燃料を水蒸気改質などすることによって生成することができる。水蒸気改質により燃料ガスを生成する場合には、燃料ガスは水蒸気を含む。
図２Ａに示す例では、２列のセルスタック１１、２つの支持体１５およびガスタンク１６を備えている。２列のセルスタック１１はそれぞれ、複数のセル１を有する。各セルスタック１１は、各支持体１５に固定されている。ガスタンク１６は上面に２つの貫通孔を有している。各貫通孔には、各支持体１５が配置されている。内部空間２２は、１つのガスタンク１６と、２つの支持体１５とで形成される。
挿入孔１５ａの形状は、たとえば、上面視で長円形状である。挿入孔１５ａは、たとえば、セル１の配列方向すなわち厚み方向Ｔの長さが、セルスタック１１の両端に位置する２つの端部集電部材１７の間の距離よりも大きい。挿入孔１５ａの幅は、たとえば、セル１の幅方向Ｗ（図１Ａ参照）の長さよりも大きい。
図２Ｂに示すように、挿入孔１５ａの内壁とセル１の下端部との接合部は、固定材１３が充填され、固化されている。これにより、挿入孔１５ａの内壁と複数個のセル１の下端部とがそれぞれ接合・固定され、また、セル１の下端部同士が接合・固定されている。各セル１のガス流路２ａは、下端部で支持部材１４の内部空間２２と連通している。
固定材１３および接合材２１は、ガラスなどの導電性が低いものを用いることができる。固定材１３および接合材２１の具体的な材料としては、非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。
結晶化ガラスとしては、たとえば、ＳｉＯ２－ＣａＯ系、ＭｇＯ－Ｂ２Ｏ３系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＭｇＯ系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＺｎＯ系、ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＺｎＯ系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にＳｉＯ２－ＭｇＯ系の材料を用いてもよい。
また、図２Ｂに示すように、複数のセル１のうち隣接するセル１の間には、導電部材１８が介在している。導電部材１８は、隣接する一方のセル１の燃料極５と他方のセル１の空気極８とを電気的に直列に接続する。より具体的には、導電部材１８は、隣接する一方のセル１の燃料極５と電気的に接続されたインターコネクタ４と、他方のセル１の空気極８とを接続している。
また、図２Ｂに示すように、複数のセル１の配列方向における最も外側に位置するセル１に、端部集電部材１７が電気的に接続されている。端部集電部材１７は、セルスタック１１の外側に突出する導電部１９に接続されている。導電部１９は、セル１の発電により生じた電気を集電して外部に引き出す。なお、図２Ａでは、端部集電部材１７の図示を省略している。
また、図２Ｃに示すように、セルスタック装置１０は、２つのセルスタック１１Ａ、１１Ｂが直列に接続され、一つの電池として機能する。そのため、セルスタック装置１０の導電部１９は、正極端子１９Ａと、負極端子１９Ｂと、接続端子１９Ｃとに区別される。
正極端子１９Ａは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の正極であり、セルスタック１１Ａにおける正極側の端部集電部材１７に電気的に接続される。負極端子１９Ｂは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の負極であり、セルスタック１１Ｂにおける負極側の端部集電部材１７に電気的に接続される。
接続端子１９Ｃは、セルスタック１１Ａにおける負極側の端部集電部材１７と、セルスタック１１Ｂにおける正極側の端部集電部材１７とを電気的に接続する。
＜導電部材の詳細＞
つづいて、第１の実施形態に係る導電部材１８の詳細について、図３～図４Ｃを参照しながら説明する。図３は、実施形態に係る導電部材の一例を示す横断面図である。
図３に示すように、導電部材１８は、一方のセル１に接続される接続部１８ａと、他方のセル１に接続される接続部１８ｂとを有する。また、導電部材１８は、幅方向Ｗの両端に連結部１８ｃを有しており、接続部１８ａ，１８ｂを接続する。これにより、導電部材１８は、厚み方向Ｔに隣り合うセル１同士を電気的に接続することができる。なお、図３では、セル１の形状を単純化して図示している。
また、接続部１８ａ，１８ｂは、セル１と向かい合う面１８１と、接続部１８ｂ，１８ａと向かい合う面１８２とを有している。
図４Ａは、図３に示すＡ－Ａ線に沿った断面図である。図４Ｂは、図４Ａに示す領域Ｂの拡大図である。
導電部材１８は、セル１の長さ方向Ｌに延在している。図４Ａに示すように、導電部材１８の接続部１８ａ，１８ｂは、セル１の長さ方向Ｌに沿って互い違いに複数位置している。導電部材１８は、接続部１８ａ，１８ｂのそれぞれでセル１と接触している。
また、図４Ｂに示すように、導電部材１８は、基材４０と、被覆層４３とを有している。また、導電部材１８は、基材４０を挟んで向かい合う面１８１，１８２を有する。また、導電部材１８は、面１８１および面１８２をつなぐ面１８３，１８４を有する。
導電部材１８（接続部１８ｂ）は、接合材５０を介してセル１と接合されている。接合材５０は、導電部材１８の面１８１とセル１との間に位置しており、導電部材１８とセル１とを接合する。また、面１８２～１８４は、たとえば空気など、酸化雰囲気に露出している。
また、導電部材１８は、基材４０と、被覆層４３とを有している。基材４０は、導電性および耐熱性を有する。基材４０は、クロムを含有する。基材４０は、たとえば、ステンレス鋼である。基材４０は、たとえば、金属酸化物を含有してもよい。
また、基材４０は、積層構造を有してもよい。図４Ｂに示す例では、基材４０は、第１基材層４１と、第２基材層４２とを有する。第２基材層４２は、クロムの含有率が第１基材層４１よりも大きい。第２基材層４２は、たとえば、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）を含有する。このように基材４０が第２基材層４２を有することにより、導電部材１８の耐久性が高まる。なお、基材４０は、部分的に第２基材層４２を有してもよいし、第２基材層４２を有さなくてもよい。また、基材４０は、さらなる積層構造を有してもよい。
被覆層４３は、基材４０を被覆する。被覆層４３は、導電性の酸化物を有する。かかる酸化物は、たとえば、Ｍｎ（マンガン）およびＣｏ（コバルト）を含んでもよい。また、酸化物はＭｎおよびＣｏ以外の元素、たとえばＺｎ（亜鉛）、Ａｌ（アルミニウム）を含有してもよい。かかる酸化物は、スピネル構造を有する複合酸化物であってもよい。かかる構造を有する複合酸化物としては、たとえば、ＺｎＭｎＣｏＯ４などのＺｎ（ＣｏｘＭｎ１－ｘ）２Ｏ４（０＜ｘ＜１）、Ｍｎ１．５Ｃｏ１．５Ｏ４、ＭｎＣｏ２Ｏ４、ＣｏＭｎ２Ｏ４、などを用いてもよい。かかる複合酸化物は、たとえば、複合酸化物が含有する金属元素の合計に対するＦｅの比率が６０原子％以下であってもよい。
また、被覆層４３は、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい元素の酸化物を含有してもよい。かかる元素の酸化物としては、たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＥｕＯ、ＰｒＯ２が該当する。以下、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい元素を第１元素といい、第１元素の酸化物を第１酸化物という。被覆層４３は、たとえば、第１酸化物のうち、１以上を含有する。第１酸化物には、第１元素以外の元素、たとえばＧｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）などを含んでいてもよい。第１酸化物は、たとえば第１元素が３０原子％以下の割合でＧｄ、ＳｍまたはＹｂに置換されていてもよい。
このように、被覆層４３が上述したような特定の酸化物および第１酸化物を含有することにより、第２基材層４２が成長しにくくなることから、導電部材１８は、内部抵抗が増大しにくくなる。これにより、セル１の電池性能の低下を低減することができる。
次に、図４Ｃを用いて、被覆層４３の詳細についてさらに説明する。図４Ｃは、図４Ｂに示す被覆層の拡大図である。
図４Ｃに示すように、被覆層４３は、酸化物粒子４５と、第１酸化物粒子４６とを含有してもよい。酸化物粒子４５は、導電性の酸化物を有する。酸化物粒子４５は、スピネル構造を有する複合酸化物を有してもよい。第１酸化物粒子４６は、第１酸化物を有する。
被覆層４３は、焼結体であってもよいし、圧粉体であってもよい。また、被覆層４３は、結晶質でもよいし、非晶質でもよい。また、被覆層４３中に、結晶質相と非晶質相とが混在してもよい。
また、被覆層４３は、５体積％以上５０体積％以下の第１酸化物粒子４６を含有してもよい。第１酸化物粒子４６の含有量をこのような範囲とすることにより、たとえば、第２基材層４２が成長しにくくなることから、導電部材１８は、内部抵抗が増大しにくくなる。これにより、セル１の電池性能の低下を低減することができる。なお、上記の第１酸化物粒子４６の体積比率（％）は、被覆層４３中の酸化物粒子４５の体積をｖ４５、第１酸化物粒子４６の体積をｖ４６とそれぞれ規定したとき、（ｖ４６／（ｖ４５＋ｖ４６））×１００として算出することができる。
また、被覆層４３が有する第１酸化物粒子４６は、平均粒径が０．１μｍ以上５μｍ以下であってもよい。第１酸化物粒子４６の平均粒径をこのような範囲とすることにより、たとえば、第２基材層４２が成長しにくくなることから、導電部材１８は、内部抵抗が増大しにくくなる。これにより、セル１の電池性能の低下を低減することができる。第１酸化物粒子４６の平均粒径は１μｍ以下、さらには０．５μｍ以下であってもよい。第１酸化物粒子４６の平均粒径は、酸化物粒子４５の平均粒径より小さくてもよい。第１酸化物粒子４６の粒径が小さいと、第２基材層４２がより成長しにくくなる傾向がある。
被覆層４３は、基材４０から遠い部分が基材４０に近い部分よりも大きい気孔率を有していてもよい。また、導電部材１８は、第１基材層４１と第２基材層４２との間にＳｉＯ２を有していてもよい。ＳｉＯ２は層状でも粒子状でもよい。また、第２基材層４２の第１基材層４１に面する面、被覆層４３に面する面、またはその両方の面が、０．１μｍ～３μｍ程度の線平均粗さを有してもよい。理由は定かではないが、被覆層４３中の第１酸化物粒子４６の含有量が大きいと、第２基材層４２の上記各面の線平均粗さが大きくなる傾向がある。第２基材層４２の被覆層４３に面する面の面粗さが大きいと、被覆層４３が基材４０から剥がれにくくなる。第２基材層４２は、たとえば波状の断面形状を有していてもよい。
被覆層４３が有する酸化物粒子４５のスピネル構造は、たとえば導電部材１８の断面において、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて結晶相の同定を行うことで確認できる。
また、被覆層４３が有する第１酸化物粒子４６の含有率は、たとえば導電部材１８の断面において、ＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ（高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡）、ＦＩＢ－ＳＥＭ（収束イオンビーム走査電子顕微鏡）またはＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）を用いて第１元素のマッピングを行うことで確認できる。また、第１酸化物粒子４６の平均粒径は、被覆層４３の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で観察した結果に基づく円相当径として算出することができる。
被覆層４３は、たとえば印刷法、浸漬法、溶射法、蒸着法、電着法、スパッタリング法などの方法で形成させることができる。また、たとえば基材４０の表面に導電性材料を塗装し、その後焼成および焼結させて被覆層４３としてもよい。
導電部材１８は、被覆層４３をさらに覆う、図示しない外層を有していてもよい。外層は、被覆層４３と接合材５０の間に位置していてもよい。外層は、たとえば、上述した空気極８の材料のような、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物などの導電性セラミックスであってもよい。外層は、第１酸化物を含有していてもよいし、含有しなくてもよい。なお、被覆層４３は、導電性のペロブスカイト型酸化物を含有してもよい。
＜モジュール＞
次に、上述したセルスタック装置１０を用いた本開示の実施形態に係るモジュール１００について、図５を用いて説明する。図５は、第１の実施形態に係るモジュールを示す外観斜視図であり、収納容器１０１の一部である前面および後面を取り外し、内部に収納される燃料電池のセルスタック装置１０を後方に取り出した状態を示している。
図５に示すように、モジュール１００は、収納容器１０１、および収納容器１０１内に収納されたセルスタック装置１０を備えている。また、セルスタック装置１０の上方には、改質器１０２が配置されている。
かかる改質器１０２は、天然ガス、灯油などの原燃料を改質して燃料ガスを生成し、セル１に供給する。原燃料は、原燃料供給管１０３を通じて改質器１０２に供給される。なお、改質器１０２は、水を気化させる気化部１０２ａと、改質部１０２ｂとを備えていてもよい。改質部１０２ｂは、図示しない改質触媒を備えており、原燃料を燃料ガスに改質する。このような改質器１０２は、効率の高い改質反応である水蒸気改質を行うことができる。
そして、改質器１０２で生成された燃料ガスは、ガス流通管２０、ガスタンク１６、および支持部材１４を通じて、セル１のガス流路２ａ（図１Ａ参照）に供給される。
また、上述の構成のモジュール１００では、ガスの燃焼およびセル１の発電に伴い、通常発電時におけるモジュール１００内の温度が５００～１０００℃程度となる。
このようなモジュール１００においては、上述したように、電池性能の低下を低減するセルスタック装置１０を収納して構成されることにより、電池性能の低下を低減するモジュール１００とすることができる。
＜モジュール収容装置＞
図６は、第１の実施形態に係るモジュール収容装置の一例を示す分解斜視図である。本実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、外装ケース１１１と、図５で示したモジュール１００と、図示しない補機と、を備えている。補機は、モジュール１００の運転を行う。モジュール１００および補機は、外装ケース１１１内に収容されている。なお、図６においては一部構成を省略して示している。
図６に示すモジュール収容装置１１０の外装ケース１１１は、支柱１１２と外装板１１３とを有する。仕切板１１４は、外装ケース１１１内を上下に区画している。外装ケース１１１内の仕切板１１４より上側の空間は、モジュール１００を収容するモジュール収容室１１５であり、外装ケース１１１内の仕切板１１４より下側の空間は、モジュール１００を運転する補機を収容する補機収容室１１６である。なお、図６では、補機収容室１１６に収容する補機を省略して示している。
また、仕切板１１４は、補機収容室１１６の空気をモジュール収容室１１５側に流すための空気流通口１１７を有している。モジュール収容室１１５を構成する外装板１１３は、モジュール収容室１１５内の空気を排気するための排気口１１８を有している。
このようなモジュール収容装置１１０においては、上述したように、電池性能の低下を低減するモジュール１００をモジュール収容室１１５に備えていることにより、電池性能の低下を低減するモジュール収容装置１１０とすることができる。
なお、上述の実施形態では、中空平板型の支持基板を用いた場合を例示したが、円筒型の支持基板を用いたセルスタック装置に適用することもできる。
［第２の実施形態］
つづいて、第２の実施形態に係るセルおよびセルスタック装置について、図７Ａ、図７Ｂを参照しながら説明する。
上述の実施形態では、支持基板の表面に燃料極、固体電解質層および空気極を含む素子部が１つのみ設けられたいわゆる「縦縞型」を例示したが、支持基板の表面の互いに離れた複数個所にて素子部がそれぞれ設けられ、隣り合う素子部の間が電気的に接続されたいわゆる「横縞型」のセルを配列した横縞型セルスタック装置に適用することができる。
図７Ａは、第２の実施形態に係る電気化学セルを示す断面図である。セルスタック装置１０Ａは、燃料ガスを流通させる配管７３から複数のセル１Ａが長さ方向Ｌに延びている。セル１Ａは、支持基板２上に複数の素子部３Ａを有している。支持基板２の内部には、配管７３からのガスが流れるガス流路２ａが設けられている。支持基板２上の各素子部３Ａは、図示しない接続層により電気的に接続されている。複数のセル１Ａは、導電部材１８を介して互いに電気的に接続されている。導電部材１８は、各セル１Ａがそれぞれ有する素子部３Ａの間に位置しており、隣り合うセル１Ａを接続している。具体的には、隣り合うセル１Ａのうち一方のセル１Ａの素子部３Ａの空気極と、他方のセル１Ａの素子部３Ａの燃料極と電気的に接続されたインターコネクタとを電気的に接続している。
図７Ｂは、第２の実施形態に係る導電部材の拡大断面図である。図７Ｂに示すように、導電部材１８は、接合材５０を介して互いに隣り合うセル１Ａとそれぞれ接合されている。また、導電部材１８は、基材４０を挟んで向かい合う面１８１および面１８２を有する。また、導電部材１８は、面１８１および面１８２をつなぐ面１８３，１８４を有する。
導電部材１８は、接合材５０を介してセル１Ａと接合されている。接合材５０は、導電部材１８の面１８１と一方のセル１Ａの素子部３Ａとの間、導電部材１８の面１８２と他方のセル１Ａの素子部３Ａとの間に位置しており、導電部材１８を挟んで向かい合う一対のセル１Ａと導電部材１８とを接合する。また、面１８３，１８４は、たとえば空気など、酸化雰囲気に露出している。
導電部材１８は、基材４０と、被覆層４３とを有している。また、基材４０は、第１基材層４１と、第２基材層４２とを有する。導電部材１８を構成する各部位は、たとえば、先に述べた第１の実施形態に係る導電部材１８のような材料で構成することができる。
被覆層４３は、基材４０とセル１Ａの素子部３Ａとの間に位置している。被覆層４３は、導電性の酸化物を有する。被覆層４３は、たとえば、スピネル構造を有する複合酸化物を有してもよい。かかる複合酸化物は、たとえば、複合酸化物が含有する金属元素の合計に対するＦｅの比率が６０原子％以下であってもよい。被覆層４３は、かかる複合酸化物を有する複合酸化物粒子を含有してもよい。
また、被覆層４３は、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい第１元素の酸化物である第１酸化物を有する。被覆層４３は、かかる第１酸化物を有する第１酸化物粒子を含有してもよい。
このように、被覆層４３が上述したような特定の酸化物を含有することにより、第２基材層４２が成長しにくくなることから、導電部材１８は、第２基材層４２の成長に伴う内部抵抗が増大しにくくなる。これにより、セル１Ａの電池性能が低下しにくくなることから、セルスタック装置１０Ａの電池性能の低下を低減することができる。なお、導電部材１８は、被覆層４３をさらに覆う、図示しない外層を有していてもよい。外層は、被覆層４３と接合材５０の間に位置していてもよい。外層は、たとえば、上述した空気極８の材料のような、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物などの導電性セラミックスであってもよい。
［第３の実施形態］
図８Ａは、第３の実施形態に係る電気化学セルを示す斜視図である。図８Ｂは、図８Ａに示す電気化学セルの部分断面図である。
図８Ａに示すように、平板型の電気化学セルであるセル１Ｂは、燃料極５、固体電解質層６および空気極８が積層された素子部３Ｂを有している。複数の平板型セルを積層させたセルスタック装置は、たとえば複数のセル１Ｂが、互いに隣り合う金属層である導電部材９１，９２により電気的に接続されている。導電部材９１，９２は、隣接するセル１Ｂ同士を電気的に接続するとともに、燃料極５または空気極８にガスを供給するガス流路を有している。
図８Ｂに示すように、本実施形態では、導電部材９２は、空気極８にガスを供給するガス流路９３を有している。導電部材９２は、接合材５０を介して素子部３Ｂ（空気極８）と接合されている。なお、導電部材９２は、接合材５０を介さず直接素子部３Ｂと接触していてもよい。換言すれば、本変形例では、接合材５０を用いずに、導電部材９２が素子部３Ｂに直接接続されていてもよい。
導電部材９２は、基材４０と、被覆層４３とを有している。また、基材４０は、第１基材層４１と、第２基材層４２とを有する。導電部材９２を構成する各部位は、たとえば、先に述べた導電部材１８のような材料で構成することができる。
被覆層４３は、基材４０と素子部３Ｂ（空気極８）との間に位置している。被覆層４３は、導電性の酸化物を有する。被覆層４３は、たとえば、スピネル構造を有する複合酸化物を有してもよい。また、被覆層４３は、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい第１元素の酸化物である第１酸化物を有する。被覆層４３は、たとえば、かかる第１元素のうち、１以上を含有する。
このように、被覆層４３が上述したような特定の酸化物を有することにより、第２基材層４２が成長しにくくなることから、導電部材１８は、内部抵抗が増大しにくくなる。これにより、セル１Ｂの電池性能が低下しにくくなることから、電気化学セル装置の電池性能の低下を低減することができる。
［第４の実施形態］
図９Ａは、第４の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。図９Ｂ、図９Ｃは、第４の実施形態に係る電気化学セルの他の一例を示す横断面図である。図９Ｄは、図９Ａに示す領域Ｃの拡大図である。なお、図９Ｄは、図９Ｂ、図９Ｃの例にも適用できる。
図９Ａ～図９Ｃに示すように、セル１Ｃは、燃料極５、固体電解質層６、および空気極８が積層された素子部３Ｃと、支持基板２とを有している。支持基板２は、素子部３の燃料極５と接する部位に貫通孔または細孔を有するとともに、ガス流路２ａの外側に位置する部材１２０を有する。支持基板２は、ガス流路２ａと素子部３Ｃとの間でガスを流通させることができる。支持基板２は、たとえば、１または複数の金属板で構成されてもよい。金属板の材料は、クロムを含有していてもよい。金属板は、導電性の被覆層を有していてもよい。支持基板２は、隣接するセル１Ｃ同士を電気的に接続する導電部材である。素子部３Ｃは、支持基板２上に直接形成されていてもよいし、接合材により支持基板２に接合されていてもよい。
図９Ａに示す例では、燃料極５の側面は固体電解質層６により被覆され、燃料ガスが流れるガス流路２ａを気密に封止している。図９Ｂに示すように、燃料極５の側面は緻密なガラスまたはセラミックからなる封止材９で被覆され、封止されていてもよい。燃料極５の側面を被覆する封止材９は、電気絶縁性を有していてもよい。
また、支持基板２のガス流路２ａは、図９Ｃに示すように凹凸を有する部材１２０により形成されていてもよい。
第４の実施形態において、部材１２０は、隣接する別のセル１Ｃの空気極８とセル間接続部材６０などの他の導電部材および接合材５０を介して接合されている。なお、部材１２０は、他の導電部材を介さずに直接別のセル１Ｃの空気極８と接触していてもよい。
図９Ｄに示すように、部材１２０は、基材４０と、被覆層４３とを有している。また、基材４０は、第１基材層４１と、第２基材層４２とを有する。部材１２０を構成する各部位は、たとえば、先に述べた導電部材１８のような材料で構成することができる。図示による詳細な説明は省略するが、セル間接続部材６０も、基材４０と、被覆層４３とを有する導電部材１８であってもよい。
被覆層４３は、基材４０と隣接する別のセル１Ｃの空気極８との間に位置している。被覆層４３は、導電性の酸化物を有する。被覆層４３は、たとえば、スピネル構造を有する複合酸化物を有してもよい。また、被覆層４３は、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい第１元素の酸化物である第１酸化物を有する。被覆層４３は、たとえば、かかる第１元素のうち、１以上を含有する。
このように、被覆層４３が上述したような特定の酸化物を有することにより、第２基材層４２が成長しにくくなることから、部材１２０は、内部抵抗が増大しにくくなる。これにより、セル１Ｃの電池性能が低下しにくくなることから、電気化学セル装置の電池性能の低下を低減することができる。
＜その他の変形例＞
つづいて、実施形態のその他の変形例について説明する。
上記実施形態では、「電気化学セル」、「電気化学セル装置」、「モジュール」および「モジュール収容装置」の一例として燃料電池セル、燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を示したが、他の例としてはそれぞれ、電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置であってもよい。
また、上記した特定の酸化物を有する導電性材料は、その他の用途に使用することもできる。
図１０は、実施形態に係る導電性粉体材料の一例を概略的に示す図である。図１０に示すように、導電性粉体材料２００は、酸化物粒子４５と、第１酸化物粒子４６とを有する。
酸化物粒子４５は、導電性の酸化物を有する。酸化物粒子４５は、たとえば、Ｍｎ（マンガン）およびＣｏ（コバルト）を含む酸化物を有してもよい。また、酸化物粒子４５は、ＭｎおよびＣｏ以外の元素、たとえばＺｎ（亜鉛）、Ｆｅ（鉄）、Ａｌ（アルミニウム）を含有してもよい。酸化物粒子４５は、スピネル構造を有する複合酸化物を有してもよい。かかる構造を有する複合酸化物としては、たとえば、ＺｎＭｎＣｏＯ４などのＺｎ（ＣｏｘＭｎ１－ｘ）２Ｏ４（０＜ｘ＜１）、Ｍｎ１．５Ｃｏ１．５Ｏ４、ＭｎＣｏ２Ｏ４、ＣｏＭｎ２Ｏ４、などを用いてもよい。かかる複合酸化物は、たとえば、複合酸化物が含有する金属元素の合計に対するＦｅの比率が６０原子％以下であってもよい。
また、第１酸化物粒子４６は、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい第１元素の酸化物を有する。かかる第１元素の酸化物である第１酸化物としては、たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＥｕＯ、ＰｒＯ２が該当する。導電性粉体材料２００は、たとえば、第１酸化物のうち、１以上を含有する。第１酸化物には、第１元素以外の元素、たとえばＧｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）などを含んでいてもよい。第１酸化物は、たとえば第１元素が３０原子％以下の割合でＧｄ、ＳｍまたはＹｂに置換されていてもよい。
このように、上述したような特定の酸化物および第１酸化物を有する導電性粉体材料２００は、たとえば導電層または配線を印刷法、浸漬法、溶射法、電着法等などにより形成する際の導電性原料などとして利用することができる。
図１１は、実施形態に係るスラリーの一例を概略的に示す図である。
図１１に示すように、スラリー３００は、酸化物粒子４５と、第１酸化物粒子４６と、アニオン型樹脂４７と、分散媒４８とを有する。
酸化物粒子４５は、導電性の酸化物を有する。酸化物粒子４５は、たとえば、Ｍｎ（マンガン）およびＣｏ（コバルト）を含む酸化物を有してもよい。また、酸化物粒子４５は、ＭｎおよびＣｏ以外の元素、たとえばＺｎ（亜鉛）、Ｆｅ（鉄）、Ａｌ（アルミニウム）を含有してもよい。酸化物粒子４５は、スピネル構造を有する複合酸化物を有してもよい。かかる構造を有する複合酸化物としては、たとえば、ＺｎＭｎＣｏＯ４などのＺｎ（ＣｏｘＭｎ１－ｘ）２Ｏ４（０＜ｘ＜１）、Ｍｎ１．５Ｃｏ１．５Ｏ４、ＭｎＣｏ２Ｏ４、ＣｏＭｎ２Ｏ４、などを用いてもよい。かかる複合酸化物は、たとえば、複合酸化物が含有する金属元素の合計に対するＦｅの比率が６０原子％以下であってもよい。
また、第１酸化物粒子４６は、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい第１元素の酸化物を有する。かかる第１元素の酸化物である第１酸化物としては、たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＥｕＯ、ＰｒＯ２が該当する。スラリー３００は、たとえば、第１酸化物のうち、１以上を含有する。
また、アニオン型樹脂４７は、たとえば、酸化物粒子４５および第１酸化物粒子４６の均一な分散を補助する分散助剤であってもよい。かかるアニオン型樹脂４７は、所定温度以上に焼成することで、分散媒４８とともに除去される。なお、スラリー３００は、アニオン型樹脂４７を有さなくてもよい。
また、分散媒４８は、流動性を有しており、スラリー３００が有する固体成分を分散させる。分散媒４８は、たとえば、揮発性を有する有機溶剤またはアルコールであってもよい。分散媒４８は、たとえば水を含んでもよい。また、分散媒４８は、スラリー３００が有する固体成分の少なくとも一部を溶解してもよい。
このように、上述したような特定の酸化物および第１酸化物を有するスラリー３００は、たとえば導電層を電着法により形成する際のスラリーとして利用することができる。
＜導電部材の製造方法＞
図１２は、実施形態に係る導電部材の製造方法の一例について説明するフローチャートである。
まず、導電性の酸化物と、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい第１元素の酸化物である第１酸化物と、アニオン型樹脂とを有するスラリーを調製する（ステップＳ１１）。
次に、クロムを含有する基材の表面に、塗膜を形成する（ステップＳ１２）。塗膜は、ステップＳ１１で調製したスラリーの主成分、すなわち導電性の酸化物と、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい第１元素の酸化物である第１酸化物と、アニオン型樹脂とを含む。かかる塗膜は、たとえば電着法により形成されてもよい。
そして、塗膜を形成した基材を焼成し、アニオン型樹脂を除去する（ステップＳ１３）。さらに、焼成した基材を焼結させて、基材を覆う被覆層を形成する（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ１３およびステップＳ１４は一連の工程として連続して行ってもよい。
以上、本開示について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
以上のように、実施形態に係る導電部材１８は、クロムを含有する基材４０と、基材４０を覆う被覆層４３とを備える。被覆層４３は、導電性の酸化物と、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい第１元素の酸化物である第１酸化物とを含む。これにより、内部抵抗の増大に伴う電池性能の低下を低減する導電部材１８とすることができる。
また、実施形態に係る電気化学セル装置（たとえば、セルスタック装置１０）は、素子部３を有する２以上の電気化学セル（たとえば、セル１）と、上記に記載の導電部材１８とを備える。これにより、内部抵抗の増大に伴う電池性能の低下を低減する電気化学セル装置とすることができる。
また、実施形態に係るモジュール１００は、上記に記載の電気化学セル装置（たとえば、セルスタック装置１０）と、電気化学セル装置を収納する収納容器１０１とを備える。これにより、内部抵抗の増大に伴う電池性能の低下を低減するモジュール１００とすることができる。
また、実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、上記に記載のモジュール１００と、モジュール１００の運転を行うための補機と、モジュール１００および補機を収容する外装ケースとを備える。これにより。内部抵抗の増大に伴う電池性能の低下を低減するモジュール収容装置１１０とすることができる。
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１，１Ａ，１Ｂ セル
３，３Ａ，３Ｂ 素子部
５ 燃料極
６ 固体電解質層
７ 中間層
８ 空気極
１０ セルスタック装置
１１ セルスタック
１２ 固定部材
１３ 固定材
１４ 支持部材
１５ 支持体
１６ ガスタンク
１７ 端部集電部材
１８ 導電部材
１００ モジュール
１１０ モジュール収容装置

Claims (10)

  1. クロムを含有する基材と、
    前記基材を覆う被覆層と
    を備え、
    前記被覆層は、導電性の酸化物と、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい第１元素の酸化物である第１酸化物とを含み、
    前記被覆層が、導電性の酸化物粒子と、前記第１酸化物を有する第１酸化物粒子とを含有する焼結体である
    導電部材。
  2. 前記被覆層は、５体積％以上５０体積％以下の前記第１酸化物粒子を含有する
    請求項１に記載の導電部材。
  3. 前記第１酸化物粒子は、平均粒径が０．１μｍ以上５μｍ以下である
    請求項１に記載の導電部材。
  4. 前記導電性の酸化物が、スピネル構造またはペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む
    請求項１に記載の導電部材。
  5. 素子部を有する２以上の電気化学セルと、
    請求項１～４のいずれか１つに記載の導電部材と
    を備える電気化学セル装置。
  6. 請求項５に記載の電気化学セル装置と、
    前記電気化学セル装置を収納する収納容器と
    を備えるモジュール。
  7. 請求項６に記載のモジュールと、
    前記モジュールの運転を行うための補機と、
    前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースと
    を備えるモジュール収容装置。
  8. クロムを含有する基材の表面に、導電性の酸化物と、第一イオン化エネルギーおよび酸化物の生成自由エネルギーの絶対値がクロムよりも小さい第１元素の酸化物である第１酸化物と、アニオン型樹脂とを含む塗膜を形成する第１工程と、
    塗膜を形成した前記基材を焼成する第２工程と、
    焼成した前記基材を焼結させる第３工程と
    を含む導電部材の製造方法。
  9. 前記第３工程は、５体積％以上５０体積％以下の第１酸化物粒子を含有する導電性の被覆層を形成する
    請求項８に記載の導電部材の製造方法。
  10. 前記第３工程は、平均粒径が０．１μｍ以上５μｍ以下の第１酸化物粒子を含有する導電性の被覆層を形成する
    請求項８または９に記載の導電部材の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023145903A1 (ja) * 2022-01-27 2023-08-03 京セラ株式会社 導電部材、電気化学セル、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005281086A (ja) 2004-03-30 2005-10-13 Tdk Corp 複合体型混合導電体及びその製造方法
WO2007083627A1 (ja) 2006-01-17 2007-07-26 Osaka Gas Co., Ltd. 固体酸化物形燃料電池用セル及びその製造方法
JP2009193775A (ja) 2008-02-13 2009-08-27 Toshiba Corp 電気化学セルならびにその製造方法および運転方法
JP2010073648A (ja) 2008-09-22 2010-04-02 Toshiba Corp 固体酸化物型電気化学セル
WO2010087298A1 (ja) 2009-01-28 2010-08-05 京セラ株式会社 耐熱性合金、燃料電池用合金部材、燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP2014209452A (ja) 2013-03-26 2014-11-06 大阪瓦斯株式会社 セル接続部材、固体酸化物形燃料電池用セルおよびそれらの製造に用いる電着塗料
JP2017063012A (ja) 2015-09-24 2017-03-30 大阪瓦斯株式会社 燃料電池用部材の製造方法
WO2017131176A1 (ja) 2016-01-28 2017-08-03 京セラ株式会社 導電部材、セルスタック、モジュール及びモジュール収容装置
JP2019125480A (ja) 2018-01-16 2019-07-25 大阪瓦斯株式会社 セル間接続部材、及び、固体酸化物形燃料電池用セル、及び、固体酸化物形燃料電池、及び、ｓｏｆｃモノジェネレーションシステム、及び、ｓｏｆｃコージェネレーションシステム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK2276094T3 (da) 2008-04-24 2014-05-12 Osaka Gas Co Ltd Celle til fastoxidbrændsels-batteri
US11799095B2 (en) * 2020-11-26 2023-10-24 Kyocera Corporation Conductive member, cell, cell stack device, module, and module housing device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005281086A (ja) 2004-03-30 2005-10-13 Tdk Corp 複合体型混合導電体及びその製造方法
WO2007083627A1 (ja) 2006-01-17 2007-07-26 Osaka Gas Co., Ltd. 固体酸化物形燃料電池用セル及びその製造方法
JP2009193775A (ja) 2008-02-13 2009-08-27 Toshiba Corp 電気化学セルならびにその製造方法および運転方法
JP2010073648A (ja) 2008-09-22 2010-04-02 Toshiba Corp 固体酸化物型電気化学セル
WO2010087298A1 (ja) 2009-01-28 2010-08-05 京セラ株式会社 耐熱性合金、燃料電池用合金部材、燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP2014209452A (ja) 2013-03-26 2014-11-06 大阪瓦斯株式会社 セル接続部材、固体酸化物形燃料電池用セルおよびそれらの製造に用いる電着塗料
JP2017063012A (ja) 2015-09-24 2017-03-30 大阪瓦斯株式会社 燃料電池用部材の製造方法
WO2017131176A1 (ja) 2016-01-28 2017-08-03 京セラ株式会社 導電部材、セルスタック、モジュール及びモジュール収容装置
JP2019125480A (ja) 2018-01-16 2019-07-25 大阪瓦斯株式会社 セル間接続部材、及び、固体酸化物形燃料電池用セル、及び、固体酸化物形燃料電池、及び、ｓｏｆｃモノジェネレーションシステム、及び、ｓｏｆｃコージェネレーションシステム

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