JP5132878B2 - Fuel cell, fuel cell stack and fuel cell - Google Patents

Fuel cell, fuel cell stack and fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP5132878B2
JP5132878B2 JP2005327687A JP2005327687A JP5132878B2 JP 5132878 B2 JP5132878 B2 JP 5132878B2 JP 2005327687 A JP2005327687 A JP 2005327687A JP 2005327687 A JP2005327687 A JP 2005327687A JP 5132878 B2 JP5132878 B2 JP 5132878B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power generation
fuel cell
fuel
inter
generation element
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
Application number
JP2005327687A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007134230A (en
Inventor
高志 重久
良雄 松崎
輝浩 桜井
慶 小笠原
賢治 堀内
亜紀 河村
顕二郎 藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Kyocera Corp
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp, Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2005327687A priority Critical patent/JP5132878B2/en
Publication of JP2007134230A publication Critical patent/JP2007134230A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5132878B2 publication Critical patent/JP5132878B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、固体電解質形燃料電池セル、燃料電池セルを集積した燃料電池セルスタック、及び当該燃料電池セルスタックを具備する燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell, a fuel cell stack in which fuel cells are integrated, and a fuel cell including the fuel cell stack.

近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数接続してなる燃料電池セルスタックを、収納容器に収容した燃料電池が種々提案されている。このような燃料電池セルとしては、固体高分子形燃料電池セル、リン酸形燃料電池セル、溶融炭酸塩形燃料電池セル、固体電解質形燃料電池セルなど、各種のものが知られている。とりわけ、固体電解質形燃料電池セルは、発電効率が高く、また、作動温度が７００℃〜１０００℃と高いため、その排熱を利用ができるなどの利点を有しており、研究開発が推し進められている。   In recent years, various fuel cells in which a fuel cell stack formed by connecting a plurality of fuel cells is accommodated in a storage container have been proposed as next-generation energy. As such a fuel cell, various types such as a polymer electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, and a solid electrolyte fuel cell are known. In particular, solid electrolyte fuel cells have advantages such as high power generation efficiency and high operating temperatures of 700 ° C to 1000 ° C, so that the exhaust heat can be used, and research and development are being promoted. ing.

図７は、従来公知の固体電解質形燃料電池セルの一部を示す拡大縦断面である（例えば、特許文献１参照）。この固体電解質形燃料電池セルは、「横縞型」といって、多孔質絶縁体である円筒状の支持体２１の表面に、燃料極２３ａ、固体電解質２３ｂ及び空気極２３ｃが順次積層された多層構造の発電素子部２３を、図７に示す発電素子部２３の短辺の延びる方向（図７の矢印Ｇの方向）に所定間隔をおいて複数形成することにより構成されている。   FIG. 7 is an enlarged vertical sectional view showing a part of a conventionally known solid electrolyte fuel cell (see, for example, Patent Document 1). This solid electrolyte fuel cell is called “horizontal stripe type” and is a multilayer in which a fuel electrode 23a, a solid electrolyte 23b, and an air electrode 23c are sequentially laminated on the surface of a cylindrical support 21 that is a porous insulator. A plurality of power generation element portions 23 having a structure are formed at predetermined intervals in the direction in which the short side of the power generation element portion 23 shown in FIG. 7 extends (in the direction of arrow G in FIG. 7).

互いに隣接する発電素子部２３は、それぞれ素子間接続部材（インターコネクタ）２４により電気的に直列に接続されている。すなわち、一方の発電素子部２３の燃料極２３ａと他方の発電素子部２３の空気極２３ｃとが、素子間接続部材２４により接続されている。
また、支持体２１に絶縁体を用いて、各発電素子部２３間の電気的ショートを防いでいる。また、支持体２１の内部には１本又は複数本のガス流路２７が支持体２１の軸長方向Ｇに沿って形成されている。この軸長方向Ｇは、ガス流れ方向でもある。 The power generating element portions 23 adjacent to each other are electrically connected in series by inter-element connection members (interconnectors) 24, respectively. That is, the fuel electrode 23 a of one power generation element portion 23 and the air electrode 23 c of the other power generation element portion 23 are connected by the inter-element connection member 24.
In addition, an insulator is used as the support 21 to prevent electrical shorts between the power generating element portions 23. Further, one or a plurality of gas flow paths 27 are formed in the support body 21 along the axial length direction G of the support body 21. This axial length direction G is also a gas flow direction.

前記燃料電池セルにおいて、固体電解質２３ｂの酸素イオン伝導性が、６００℃以上で高くなるため、このような温度で前記燃料電池セルの周囲に酸素を含むガス（空気）を流し、ガス流路２７に水素を含むガス（燃料ガス）を流すことにより、空気極２３ｃと燃料極２３ａとの酸素濃度差が大きくなり、空気極２３ｃと燃料極２３ａとの間で電位差が発生する。   In the fuel cell, the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte 23b becomes higher at 600 ° C. or higher. Therefore, a gas (air) containing oxygen is caused to flow around the fuel cell at such a temperature, and the gas channel 27 By flowing a gas containing hydrogen (fuel gas) in the air, the oxygen concentration difference between the air electrode 23c and the fuel electrode 23a increases, and a potential difference is generated between the air electrode 23c and the fuel electrode 23a.

この電位差により、酸素イオンは、空気極２３ｃから固体電解質２３ｂを通じて燃料極２３ａへ移動する。移動した酸素イオンが、燃料極２３ａで水素と結合して水となり、同時に燃料極２３ａで電子が発生する。
すなわち、空気極２３ｃでは、下記式（１）の電極反応を生じ、燃料極２３ａでは、下記式（２）の電極反応を生じる。 Due to this potential difference, oxygen ions move from the air electrode 23c to the fuel electrode 23a through the solid electrolyte 23b. The moved oxygen ions combine with hydrogen at the fuel electrode 23a to become water, and at the same time, electrons are generated at the fuel electrode 23a.
That is, the electrode reaction of the following formula (1) occurs in the air electrode 23c, and the electrode reaction of the following formula (2) occurs in the fuel electrode 23a.

空気極２３ｃ： １／２Ｏ2＋２ｅ- →Ｏ2- （１）
燃料極２３ａ： Ｏ2-＋Ｈ2 → Ｈ2Ｏ＋２ｅ- （２）
そして、燃料極２３ａと空気極２３ｃとを負荷に接続することにより、燃料極２３ａから空気極２３ｃへの電子の移動が起こり、両極間で起電力が生じる。
このように、固体電解質形燃料電池セルでは、酸素（空気）と水素（燃料ガス）を供給することにより、前記の反応を連続して起こし、起電力を生じさせて発電する。 Air electrode 23c: 1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (1)
Fuel electrode 23a: O 2− + H 2 → H 2 O + 2e − (2)
By connecting the fuel electrode 23a and the air electrode 23c to a load, electrons move from the fuel electrode 23a to the air electrode 23c, and an electromotive force is generated between the two electrodes.
In this way, in the solid oxide fuel cell, by supplying oxygen (air) and hydrogen (fuel gas), the above reaction is continuously caused to generate electromotive force to generate electric power.

なお、前記した燃料電池セルにおいては、燃料電池セルが直列につながれているため、総合起電力は、各燃料電池セルの起電力の和となり、燃料電池セルスタックから高い電圧が得られるのが特徴である。
特開平１０−００３９３２号公報 In the fuel cell described above, since the fuel cells are connected in series, the total electromotive force is the sum of the electromotive forces of the respective fuel cells, and a high voltage can be obtained from the fuel cell stack. It is.
JP 10-003932 A

前述した横縞型燃料電池セルは、各発電素子部の配列方向と燃料ガスの流れとが同じ支持体２１の軸長方向Ｇである。
ところが、この構成では、燃料ガスの下流（図７の上方向）に位置する発電素子部に供給される水素量は、燃料ガスの上流（図７の下方向）に位置する発電素子部に供給される水素量よりも少なくなる。これは、上流の発電素子部によって水素が消費されるので、下流になるほど燃料ガスに含まれる水素量は減少していくからである。このため、下流の発電素子部では、水素量が不足する状態が生じる。この現象を「燃料枯れ」という。 In the horizontal stripe fuel cell described above, the arrangement direction of the power generation element portions and the flow of the fuel gas are in the axial length direction G of the support 21.
However, in this configuration, the amount of hydrogen supplied to the power generation element portion located downstream of the fuel gas (upward in FIG. 7) is supplied to the power generation element portion located upstream (downward in FIG. 7) of the fuel gas. Less than the amount of hydrogen produced. This is because hydrogen is consumed by the upstream power generation element portion, and therefore the amount of hydrogen contained in the fuel gas decreases as it goes downstream. For this reason, a state where the amount of hydrogen is insufficient occurs in the downstream power generation element portion. This phenomenon is called “fuel depletion”.

発電素子部の特性として、燃料の供給量がある値を下回ると起電力が急激に低下して発電できなくなる。したがって、下流の発電素子部ほど発電能力が低下してしまう。
各発電素子部は、前述したように、互いに直列に接続されているため、一部の発電素子部の発電能力が低下すれば、セル全体の発電能力の低下につながる。
これは、燃料ガスの流れに対して、発電素子部の配置方向が同じ方向に設定されているために起こる問題である。 As a characteristic of the power generation element portion, when the amount of fuel supply falls below a certain value, the electromotive force rapidly decreases and power generation cannot be performed. Therefore, the power generation capacity decreases as the power generation element portion is downstream.
Since each power generation element part is connected in series as described above, if the power generation capacity of some power generation element parts is reduced, the power generation capacity of the entire cell is reduced.
This is a problem that occurs because the arrangement direction of the power generation element portion is set in the same direction with respect to the flow of the fuel gas.

そこで、本発明は、セルあたりの発電電圧が高く、かつ燃料ガスの供給量がどの発電素子部に対しても均等になるような構造を備えることにより、発電能力に優れた燃料電池セル、燃料電池セルスタック及び燃料電池を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a fuel cell having excellent power generation capability and a fuel by providing a structure in which the power generation voltage per cell is high and the supply amount of fuel gas is uniform for any power generation element section. An object is to provide a battery cell stack and a fuel cell.

本発明の燃料電池セルは、内部に軸長方向に貫通するガス流路を備える、表裏を有する電気絶縁性の多孔質支持体と、前記多孔質支持体の表面および裏面にそれぞれ前記ガス流路にそって延びて形成され、それぞれが内側電極、固体電解質及び外側電極を積層した構造を有する複数の発電素子部と、前記発電素子部の内側電極と、同じ多孔質支持体に形成された隣接する前記発電素子部の外側電極とを直列につなぐための素子間接続部材と、前記素子間接続部材で接続された前記発電素子部のうちその一端にある前記発電素子部において、前記素子間接続部材で接続されていない内側電極又は外側電極に接続される第１のセル間接続部材と、前記素子間接続部材で接続された前記発電素子部のうちその他端にある前記発電素子部において、前記素子間接続部材で接続されていない内側電極又は外側電極に接続される第２のセル間接続部材とを備え、該発電素子部間を流れる電流の向きが前記ガス流路の方向に対して垂直であり、前記第１のセル間接続部材と前記第２のセル間接続部材とは、それぞれ前記多孔質支持体の表面及び裏面に設けられていることを特徴とする。
また本発明の燃料電池セルでは、前記表面における前記発電素子部を構成する前記固体電解質が、前記裏面における前記発電素子部まで延びて設けられていてもよい。 Fuel cell of the present invention comprises a gas flow path through the interior in the axial direction, and the electrically insulating porous support having a front and back, the porous support each of the gas passage surface and the back surface of It formed to extend along the respective inner electrodes, and a plurality of power generating element having the structure laminated solid body electrolyte and the outer electrode, and the inner electrode of the power generating element, formed on the same porous support and inter-element connecting member for connecting the outer electrode in series of the power generating element portions adjacent in the power generating element in one end of the power generating element portion connected by a connecting member between said elements, between the elements In the power generation element portion at the other end of the first power cell connection member connected to the inner electrode or the outer electrode not connected by the connection member and the power generation element portion connected by the inter-element connection member, Previous And a second inter-cell connection member connected to the inner electrode or the outer electrode is not connected with inter-element connection member, the vertical direction of the current flowing between the power generating element portion relative to the direction of the gas flow path The first inter-cell connection member and the second inter-cell connection member are provided on the front surface and the back surface of the porous support, respectively .
In the fuel cell of the present invention, the solid electrolyte constituting the power generation element portion on the front surface may be provided extending to the power generation element portion on the rear surface.

この構成によれば、電流の流れる方向は、燃料ガスの流れる方向とほぼ直角の方向になるので、言い換えれば、燃料ガスの流れる方向とほぼ直交する方向に複数の発電素子部が所定間隔をおいて配列され、さらに言い換えれば、燃料電池セルの軸長方向（燃料ガスの流れる方向）に伸びる発電素子部を、燃料ガスの流れる方向と直交する方向に所定間隔をおいて配列したので、ガス流路を流れる燃料ガスの下流側へのガス供給量が減少して発電素子部の一部の発電量が低下しても、それがボトルネックにならず、各発電素子部の発電量はほぼ同一になる。したがって、燃料電池セルにおける発電能力の低下を防止できるとともに、燃料電池セルの寿命を延ばすことができる。また、前記第１のセル間接続部材と前記第２のセル間接続部材とは、それぞれ前記多孔質支持体の表面及び裏面に設けているので、発電素子部の総面積を大きくすることができ、しかもこれらのセル間接続部材を介して、隣接する燃料電池セル同士を直列に接続することも簡単にできる。 According to this configuration, the direction in which the current flows is substantially perpendicular to the direction in which the fuel gas flows. In other words, the plurality of power generation element portions are spaced at a predetermined interval in a direction substantially perpendicular to the direction in which the fuel gas flows. In other words, the power generation element portions extending in the axial direction of the fuel cell (the direction in which the fuel gas flows) are arranged at predetermined intervals in a direction perpendicular to the direction in which the fuel gas flows. Even if the gas supply amount to the downstream side of the fuel gas flowing through the road decreases and the power generation amount of a part of the power generation element portion decreases, it does not become a bottleneck, and the power generation amount of each power generation element portion is almost the same become. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in power generation capacity in the fuel cell and to extend the life of the fuel cell. Further, wherein the first intercell connection member and the second inter-cell connecting member, since each provided on the front and back surfaces of the porous support, it is possible to increase the total area of the power generating element In addition , adjacent fuel cells can be easily connected in series via these inter-cell connecting members .

前記発電素子部が、前記ガス流路の方向に延びた矩形形状を有していれば、多孔質支持体の上に、ガス流路形成方向と直交する方向に所定間隔をおいて互いに平行に配列することができ、発電素子部を前記多孔質支持体の上に高い密度で配置することができる。
また、前記発電素子部に、前記内側電極を発電素子部外に接続するための集電層が形成されていれば、この集電層と前記外側電極とから電気を外に取り出すことができ、複数の発電素子部を容易に直列接続できる。 If the power generation element portion has a rectangular shape extending in the direction of the gas flow path, the power generation element section is parallel to each other at a predetermined interval in a direction perpendicular to the gas flow path forming direction on the porous support. The power generation element portions can be arranged at a high density on the porous support.
In addition, if a current collecting layer for connecting the inner electrode to the outside of the power generating element portion is formed in the power generating element portion, electricity can be taken out from the current collecting layer and the outer electrode, A plurality of power generating element portions can be easily connected in series.

前記多孔質支持体が、中空の板形状を有していれば、円筒タイプよりも燃料電池セルの体積当たりの発電素子部の面積を大きくし、その結果、燃料電池セルの体積当たりの発電量を大きくすることができる。また、中空形状であり、複数のガス流路をその内部に設けることが可能であるので、多孔質支持体の構造強度を向上させることができ、燃料電池セルの機械強度を高めることができる。   If the porous support has a hollow plate shape, the area of the power generation element portion per volume of the fuel cell is larger than that of the cylindrical type, and as a result, the amount of power generation per volume of the fuel cell Can be increased. Moreover, since it is hollow and it is possible to provide a plurality of gas flow paths therein, the structural strength of the porous support can be improved, and the mechanical strength of the fuel cell can be increased.

本発明の燃料電池セルスタックは、本発明の燃料電池セル同士が前記セル間接続部材を介して互いに接続されてなるものである。これにより、発電素子部が高密度に配置された、小型、高電圧、長寿命の燃料電池セルスタックを作製することができる。
本発明の燃料電池は、前記燃料電池セルスタックが、収納容器内に１又は複数収納されてなるものであり、信頼性の向上、寿命の長期化を実現することができる。 The fuel cell stack of the present invention is formed by connecting the fuel cells of the present invention to each other via the inter-cell connecting member. Thereby, a fuel cell stack having a small size, a high voltage, and a long life, in which the power generation element portions are arranged at high density, can be manufactured.
In the fuel cell of the present invention, one or a plurality of the fuel cell stacks are accommodated in a storage container, and it is possible to improve the reliability and prolong the life.

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、燃料電池セル３の一実施形態を示す正面図であり、図２は、そのＡ−Ａ線断面図である。なお、図１では、セル間接続部材、素子間接続部材の記載は省略した。
図１及び図２において、燃料電池セル３は、細長い中空板状の多孔質支持体１１の表面に、この支持体１１の軸長方向すなわち燃料ガスの流れる方向に沿って、矩形形状の複数の発電素子部１３が形成されたものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a fuel cell 3, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA. In addition, in FIG. 1, description of the connection member between cells and the connection member between elements was abbreviate | omitted.
1 and 2, a fuel cell 3 is formed on a surface of an elongated hollow plate-like porous support 11 along a longitudinal direction of the support 11, that is, along a fuel gas flow direction. The power generation element portion 13 is formed.

この例では、発電素子部１３は、中空板状の多孔質支持体１１の片面に２個、他面に２個、合計４個形成されている。
複数の発電素子部１３は、それぞれ長辺と短辺とを有する細長い長方形状であり、その長辺の延びる方向が前記燃料ガスの流れる方向になっている。そして、隣り合う複数の発電素子部１３の長辺同士が対向している。 In this example, a total of four power generating element portions 13 are formed, two on one side and two on the other side of the hollow plate-like porous support 11.
Each of the plurality of power generating element portions 13 has an elongated rectangular shape having a long side and a short side, and the direction in which the long side extends is the direction in which the fuel gas flows. The long sides of the plurality of adjacent power generation element portions 13 are opposed to each other.

多孔質支持体１１は、図２に示すように、その内部に一流路以上（図中では６個）の独立したガス流路１２が発電素子部１３の長辺に沿った方向（図２の紙面に垂直な方向）、言い換えれば支持体１１の軸長方向に平行に設けられている。多孔質支持体１１は、発電素子部１３同士の電気的短絡を防止する観点から絶縁性である。
発電素子部１３は、内側電極としての燃料極１７、固体電解質１９、及び外側電極としての空気極１８が、多孔質支持体１１の表面に順次積層された構造を有しており、固体電解質１９を燃料極１７、空気極１８により挟持した部分が発電素子部とされている。前記固体電解質１９には発電素子部１３の長辺の方向に沿って開口部が設けられており、ここに導電性の集電層１４が形成されている。集電層１４は、燃料極１７の電荷を、隣接する発電素子部１３の表面に引き出す機能を有する。 As shown in FIG. 2, the porous support 11 has one or more (six in the figure) independent gas passages 12 in the direction along the long side of the power generation element portion 13 (FIG. 2). (In a direction perpendicular to the paper surface), in other words, provided parallel to the axial length direction of the support 11. The porous support 11 is insulative from the viewpoint of preventing an electrical short circuit between the power generating element portions 13.
The power generation element unit 13 has a structure in which a fuel electrode 17 as an inner electrode, a solid electrolyte 19, and an air electrode 18 as an outer electrode are sequentially stacked on the surface of the porous support 11. The portion sandwiched between the fuel electrode 17 and the air electrode 18 is the power generation element portion. The solid electrolyte 19 is provided with an opening along the long side direction of the power generation element portion 13, and a conductive current collecting layer 14 is formed therein. The current collecting layer 14 has a function of drawing the electric charge of the fuel electrode 17 to the surface of the adjacent power generation element unit 13.

発電素子部１３の詳細な構造について、図３を用いて説明する。図３は、発電素子部１３の詳細な構造を示す拡大断面図である。
多孔質支持体１１全体の表面には、支持体材料の拡散を防止するための拡散防止層１１ａが形成されている。その上に、発電素子部１３の形状に合わせて、水素ガスを透過させる燃料極１７が形成されている。燃料極１７は、この例では、集電燃料極１７ａと活性燃料極１７ｂとの２層で構成されている。 A detailed structure of the power generation element unit 13 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a detailed structure of the power generation element portion 13.
On the entire surface of the porous support 11, a diffusion prevention layer 11a for preventing the diffusion of the support material is formed. On top of that, a fuel electrode 17 that allows hydrogen gas to pass therethrough is formed in accordance with the shape of the power generation element section 13. In this example, the fuel electrode 17 is composed of two layers of a current collecting fuel electrode 17a and an active fuel electrode 17b.

さらに燃料極１７の上には固体電解質１９が形成されている。この固体電解質１９は隣接する発電素子部１３との間にも形成され、隣接する発電素子部１３間を絶縁している。
固体電解質１９には発電素子部１３の長辺に沿った方向に延びる開口部が設けられており、この開口部に、燃料極１７から電気を取り出すための集電層１４が形成されている。集電層１４は、図３では、金属層１４ａと、ガラスの入った金属ガラス層１４ｂとの二層構造からなる。 Further, a solid electrolyte 19 is formed on the fuel electrode 17. The solid electrolyte 19 is also formed between the adjacent power generation element portions 13 and insulates the adjacent power generation element portions 13 from each other.
The solid electrolyte 19 is provided with an opening extending in the direction along the long side of the power generation element portion 13, and a current collecting layer 14 for taking out electricity from the fuel electrode 17 is formed in the opening. In FIG. 3, the current collecting layer 14 has a two-layer structure of a metal layer 14a and a metal glass layer 14b containing glass.

なお、図３では、金属ガラス層１４ｂを用いたが、金属ガラス層１４ｂの代わりに従来公知の電気伝導性酸化物材料である、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ3、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ3、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3等を用いることができる。
さらに、固体電解質１９の上には、空気極１８と固体電解質１９との反応を防止するための反応防止層２０を介して、空気極１８が形成されている。この空気極１８と前記集電層１４とから、発電素子部１３の正負の電気を取り出すので、空気極１８と集電層１４とは接触しないように配置される。 In FIG. 3, the metal glass layer 14b is used, but instead of the metal glass layer 14b, a conventionally known electrically conductive oxide material such as (La, Sr) CrO 3 , (La, Sr) ( Co, Fe) O 3 , (La, Sr) MnO 3 or the like can be used.
Further, an air electrode 18 is formed on the solid electrolyte 19 via a reaction preventing layer 20 for preventing the reaction between the air electrode 18 and the solid electrolyte 19. Since the positive and negative electricity of the power generation element section 13 is taken out from the air electrode 18 and the current collecting layer 14, the air electrode 18 and the current collecting layer 14 are arranged so as not to contact each other.

さらにこの上から、多孔質の素子間接続部材１５が形成されている。素子間接続部材１５は、１つの発電素子部１３の空気極１８と、これに隣接する他の発電素子部１３の集電層１４とを接続するための導電性の部材である。
この素子間接続部材１５は、発電素子部１３の長辺方向に沿って延びる一枚の部材であってもよく、発電素子部１３同士の複数箇所を接続する複数の部材からなっていてもよい。この素子間接続部材１５により、縦長の発電素子部１３同士が電気的に直列に接続される。 Further, a porous inter-element connection member 15 is formed from above. The inter-element connection member 15 is a conductive member for connecting the air electrode 18 of one power generation element portion 13 and the current collecting layer 14 of another power generation element portion 13 adjacent thereto.
The inter-element connection member 15 may be a single member extending along the long side direction of the power generation element portion 13 or may be composed of a plurality of members that connect a plurality of locations of the power generation element portions 13 to each other. . With the inter-element connection member 15, the vertically long power generation element portions 13 are electrically connected in series.

なお、多孔質支持体１１の片面に設けられた発電素子部１３と、同じ多孔質支持体１１の裏面に設けられた発電素子部１３とは、図２に示すように、素子間接続部材１５の回り込みによって、接続される。本明細書では、このような多孔質支持体１１の表裏面に設けられた発電素子部１３であっても、それらが素子間接続部材１５で接続されるならば、互いに「隣接」した関係にあるという。   In addition, as shown in FIG. 2, the electric power generation element part 13 provided in the single side | surface of the porous support body 11 and the electric power generation element part 13 provided in the back surface of the same porous support body 11 are the inter-element connection members 15. Connected by wraparound. In this specification, even if it is the power generation element part 13 provided in the front and back of such a porous support body 11, if they are connected by the inter-element connection member 15, they will be in a relationship "adjacent" to each other. That is.

以上説明したように、本発明の実施形態の燃料電池セル３において、隣接する発電素子部１３同士は、素子間接続部材１５により電気的に接続されている。すなわち、一方の発電素子部１３の燃料極１７は集電層１４を通して、素子間接続部材１５により、隣接する発電素子部１３の空気極１８と接続される構造となっている。
なお、多孔質支持体１１の同じ面に設けられたもう一方の発電素子部１３（図２に１３′で示す）の集電層１４は、隣の燃料電池セルに接続されるための極となる。また、同じ多孔質支持体１１の裏面に設けられたもう一方の発電素子部１３（図２に１３″で示す）の空気極１８も、隣の燃料電池セルに接続されるための極となる。これらの極をつなぐために形成された接続部材を、セル間接続部材１６という。 As described above, in the fuel cell 3 according to the embodiment of the present invention, the adjacent power generation element portions 13 are electrically connected by the inter-element connection member 15. That is, the fuel electrode 17 of one power generation element portion 13 is connected to the air electrode 18 of the adjacent power generation element portion 13 through the current collecting layer 14 by the inter-element connection member 15.
Note that the current collecting layer 14 of the other power generating element portion 13 (shown by 13 'in FIG. 2) provided on the same surface of the porous support 11 has an electrode for connecting to the adjacent fuel cell. Become. Further, the air electrode 18 of the other power generating element portion 13 (indicated by 13 ″ in FIG. 2) provided on the back surface of the same porous support 11 is also an electrode for connection to the adjacent fuel cell. The connection member formed to connect these poles is referred to as an inter-cell connection member 16.

このように、燃料電池セル３の発電素子部１３の長辺の延びる方向に沿って設けられた複数の発電素子部１３の長辺同士が、素子間接続部材１５やセル間接続部材１６により接続されているので、電流の流れる方向は、発電素子部１３の長辺の延びる方向すなわち燃料ガスの流れる方向とほぼ直角の方向になる。したがって、発電素子部１３の下流側へのガス供給量が減少する燃料枯れが起って、発電素子部１３の下流側の発電量が低下しても、全体として、電流の流れる経路は確保されることになる。したがって、直ちに全体の発電能力の低下に結びつくことはなくなり、燃料電池セル３の寿命が長くなる。   In this way, the long sides of the plurality of power generation element portions 13 provided along the direction in which the long side of the power generation element portion 13 of the fuel battery cell 3 extends are connected by the inter-element connection member 15 or the inter-cell connection member 16. Therefore, the direction in which the current flows is a direction substantially perpendicular to the direction in which the long side of the power generation element portion 13 extends, that is, the direction in which the fuel gas flows. Therefore, even if fuel exhaustion occurs in which the gas supply amount to the downstream side of the power generation element portion 13 decreases, and the power generation amount on the downstream side of the power generation element portion 13 decreases, a current flow path is ensured as a whole. Will be. Therefore, it does not immediately lead to a decrease in the overall power generation capacity, and the life of the fuel cell 3 is extended.

この燃料電池セル３では、ガス流路１２内に水素を含む燃料ガスを流して多孔質支持体１１を還元雰囲気に曝し、かつ、空気極１８の表面に空気などの酸素含有ガスを流して空気極１８を酸化雰囲気に曝すことにより、燃料極１７及び空気極１８で、前記で説明した式（１）及び式（２）に示す電極反応が生じ、両極間に電位差が発生し、発電することができる。   In this fuel cell 3, a fuel gas containing hydrogen is allowed to flow in the gas flow path 12 to expose the porous support 11 to a reducing atmosphere, and an oxygen-containing gas such as air is allowed to flow on the surface of the air electrode 18. By exposing the electrode 18 to an oxidizing atmosphere, the electrode reaction shown in the equations (1) and (2) described above occurs in the fuel electrode 17 and the air electrode 18, and a potential difference is generated between the electrodes, thereby generating power. Can do.

また、この燃料電池セル３は、１つのセルあたり、複数の発電素子部１３を形成しているので、その数に応じて、燃料電池セル３当りの発電電圧を高くすることができる。そのため、少ないセル数で高い電圧を得ることができる。
また、前記多孔質支持体１１は板状の形状を有し、発電素子部１３をその両面に配置しているので、燃料電池セル３の体積当たりの発電素子部１３の面積を大きくし、その結果、燃料電池セル３の体積当たりの発電量を大きくすることができる。そのため、必要とする発電量を得るための燃料電池セル３の個数を低減することができる。その結果、構造が簡易になり、組み立てが簡単になるとともに、燃料電池セル３の信頼性を向上することができる。 Moreover, since this fuel cell 3 forms a plurality of power generation element sections 13 per cell, the power generation voltage per fuel cell 3 can be increased according to the number of the power generation elements 13. Therefore, a high voltage can be obtained with a small number of cells.
Further, since the porous support 11 has a plate shape and the power generation element portions 13 are arranged on both surfaces thereof, the area of the power generation element portion 13 per volume of the fuel cell 3 is increased, As a result, the power generation amount per volume of the fuel cell 3 can be increased. Therefore, the number of fuel cells 3 for obtaining the required power generation amount can be reduced. As a result, the structure is simplified, the assembly is simplified, and the reliability of the fuel cell 3 can be improved.

また、前記多孔質支持体１１は、中空形状であり、その内部には複数のガス流路１２を設けることが可能であるため、多孔質支持体１１の構造強度を向上させることができ、燃料電池セルの機械強度を高めることができる。そのため、燃料電池セルのハンドリングが容易になり、燃料電池セルスタックや燃料電池の組み立てが容易になるとともに、燃料電池セルの優れた信頼性を確保することができる。   In addition, the porous support 11 has a hollow shape, and a plurality of gas flow paths 12 can be provided therein, so that the structural strength of the porous support 11 can be improved, and the fuel The mechanical strength of the battery cell can be increased. Therefore, handling of the fuel cell is facilitated, the assembly of the fuel cell stack and the fuel cell is facilitated, and excellent reliability of the fuel cell can be ensured.

なお、図１において、多孔質支持体１１の長径寸法（両端の弧状部間の距離に相当）Ｄは、例えば１５ｍｍ〜８０ｍｍ、好ましくは３０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲であり、その高さ寸法Ｈは、例えば１００ｍｍ〜３００ｍｍ、好ましくは１５０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲である。
また、多孔質支持体１１は、その開気孔率が、例えば、２５％以上、好ましくは、３０％〜４５％の範囲に設定するとよい。これにより、ガス流路１２内の燃料ガスを、燃料極１７の表面まで導入することができる。 In FIG. 1, the major axis dimension (corresponding to the distance between the arcuate portions at both ends) D of the porous support 11 is, for example, in the range of 15 mm to 80 mm, preferably 30 mm to 80 mm, and the height dimension H is For example, it is in the range of 100 mm to 300 mm, preferably 150 mm to 250 mm.
Further, the porous support 11 may have an open porosity of, for example, 25% or more, preferably 30% to 45%. Thereby, the fuel gas in the gas flow path 12 can be introduced to the surface of the fuel electrode 17.

以下、燃料電池セル３の材料・組成を説明する。
多孔質支持体１１の組成として、次のような例を挙げることができる。多孔質支持体１１は、Ｎｉを、ＮｉＯ換算で６〜２２ｍｏｌ％含有し、Ｙ及び／又はＹｂを、Ｙ2Ｏ3又はＹｂ2Ｏ3換算で５〜１５ｍｏｌ％含有し、Ｍｇを、ＭｇＯ換算で６８〜８４ｍｏｌ％含有している。このような組成としたのは、固体電解質との収縮率差を小さくでき、固体電解質の割れを防止することができるからである。 Hereinafter, the material and composition of the fuel battery cell 3 will be described.
Examples of the composition of the porous support 11 include the following. The porous support 11, the Ni, containing 6～22Mol% in terms of NiO, Y and / or Yb, containing 5 to 15 mol% in Y 2 O 3 or Yb 2 O 3 in terms of the Mg, MgO conversion 68 to 84 mol%. The reason why such a composition is adopted is that the difference in shrinkage from the solid electrolyte can be reduced and cracking of the solid electrolyte can be prevented.

集電燃料極１７ａは、主に発電した電流を集電層１４、接続部材１５、１６に流すための機能を有するもので、多孔質の導電性サーメットから形成されている。この多孔質の導電性サーメットは、例えば、Ｎｉと希土類元素酸化物から構成されている。希土類元素酸化物としては、特にＹ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3が望ましい。
活性燃料極１７ｂは、多孔質の導電性サーメットから形成されている。この多孔質の導電性サーメットは、例えば、希土類元素が固溶しているＺｒＯ2（安定化ジルコニア）と、Ｎｉ及び／又はＮｉ酸化物（ＮｉＯなど）とからなっている。また、安定化ジルコニアとしては、固体電解質１９の材料と同様のものを用いることもできる。 The current collecting fuel electrode 17a mainly has a function of flowing a generated current through the current collecting layer 14 and the connecting members 15 and 16, and is formed of a porous conductive cermet. This porous conductive cermet is made of, for example, Ni and a rare earth element oxide. As the rare earth element oxide, Y 2 O 3 and Yb 2 O 3 are particularly desirable.
The active fuel electrode 17b is formed of a porous conductive cermet. This porous conductive cermet is made of, for example, ZrO 2 (stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved, and Ni and / or Ni oxide (NiO or the like). Further, as the stabilized zirconia, the same material as the solid electrolyte 19 can be used.

活性燃料極１７ｂにおいて、安定化ジルコニアの配合割合は、活性燃料極１７ｂの総量に対して、３５体積％〜６５体積％の範囲が好ましく、Ｎｉ及び／又はＮｉ酸化物の配合割合は、活性燃料極１７ｂの総量に対して、３５体積％〜６５体積％の範囲が好ましい。また、活性燃料極１７ｂは、その開気孔率が、例えば、１５％以上、好ましくは、２０％〜４０％の範囲であり、厚さは、良好な集電性能を発揮させるため、例えば、１μｍ〜１００μｍの範囲である。   In the active fuel electrode 17b, the blending ratio of the stabilized zirconia is preferably in the range of 35 vol% to 65 vol% with respect to the total amount of the active fuel electrode 17b, and the blending ratio of Ni and / or Ni oxide is the active fuel electrode 17b. A range of 35 volume% to 65 volume% is preferable with respect to the total amount of the poles 17b. The active fuel electrode 17b has an open porosity of, for example, 15% or more, preferably in the range of 20% to 40%, and a thickness of, for example, 1 μm in order to exhibit good current collecting performance. It is in the range of ~ 100 μm.

固体電解質１９は、希土類又はその酸化物を固溶させた安定化ＺｒＯ2からなる緻密質のセラミックスで形成されている。
ここで、固溶させる希土類元素又はその酸化物としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなど、又は、これらの酸化物などが挙げられる。好ましくは、Ｙ、Ｙｂ、又は、これらの酸化物が挙げられる。 The solid electrolyte 19 is formed of a dense ceramic made of stabilized ZrO 2 in which a rare earth or its oxide is dissolved.
Here, as rare earth elements to be dissolved or oxides thereof, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, etc. Or these oxides are mentioned. Preferably, Y, Yb, or an oxide thereof is used.

具体的には、固体電解質１９として、８モル％のＹが固溶している安定化ＺｒＯ2（８ｍｏｌ％ Yttria Stabilized Zirconia、以下「８ＹＳＺ」とする）が挙げられる。また、収縮率が８ＹＳＺとほぼ等しいランタンガレート系（ＬａＧａＯ3系）固体電解質を挙げることもできる。
固体電解質１９は、例えば、厚さが１０μｍ〜１００μｍであり、例えば、相対密度（アルキメデス法による）が９３％以上、好ましくは、９５％以上の範囲に設定される。 Specifically, the solid electrolyte 19 includes stabilized ZrO 2 in which 8 mol% of Y is dissolved (8 mol% Yttria Stabilized Zirconia, hereinafter referred to as “8YSZ”). Further, shrinkage may be mentioned substantially equal lanthanum gallate system (LaGaO 3 type) solid electrolyte and 8YSZ.
The solid electrolyte 19 has a thickness of 10 μm to 100 μm, for example, and has a relative density (according to Archimedes method) of 93% or more, preferably 95% or more.

このような固体電解質１９は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有すると同時に、燃料ガス又は酸素含有ガスのリーク（ガス透過）を防止するためにガス遮断性を有している。
空気極１８は、多孔質の導電性セラミックスから形成されている。
導電性セラミックスとしては、例えば、ＡＢＯ3型のペロブスカイト型酸化物が挙げられる。このようなペロブスカイト型酸化物としては、例えば、遷移金属型ペロブスカイト酸化物、好ましくは、ＬａＭｎＯ3系酸化物、ＬａＦｅＯ3系酸化物、ＬａＣｏＯ3系酸化物など、特にＡサイトにＬａを有する遷移金属型ペロブスカイト酸化物を挙げることができる。さらに好ましくは、６００℃〜１０００℃程度の比較的低温での電気伝導性が高いという観点から、ＬａＣｏＯ3系酸化物が挙げられる。また、前記したペロブスカイト型酸化物において、ＡサイトにＬａ及びＳｒが共存してもよく、また、ＢサイトにＦｅ、Ｃｏ及びＭｎが共存してもよい。 Such a solid electrolyte 19 has a function as an electrolyte for bridging electrons between electrodes, and at the same time has gas barrier properties to prevent leakage of fuel gas or oxygen-containing gas (gas permeation). .
The air electrode 18 is made of porous conductive ceramics.
Examples of the conductive ceramic include ABO 3 type perovskite oxide. Examples of such perovskite oxides include transition metal perovskite oxides, preferably LaMnO 3 oxides, LaFeO 3 oxides, LaCoO 3 oxides, and the like, especially transition metals having La at the A site. Type perovskite oxide. More preferably, from the viewpoint of high electrical conductivity at a relatively low temperature of about 600 ° C. to 1000 ° C., a LaCoO 3 oxide is used. In the perovskite oxide described above, La and Sr may coexist at the A site, and Fe, Co, and Mn may coexist at the B site.

このような空気極１８は、前記した式（１）の電極反応を生ずることができる。
また、空気極１８は、その開気孔率が、例えば、２０％以上、好ましくは、３０％〜５０％の範囲に設定される。開気孔率が前記した範囲内にあれば、空気極１８が良好なガス透過性を有することができる。
また、空気極１８は、その厚さが、例えば、３０μｍ〜１００μｍの範囲に設定される。前記した範囲内にあれば、空気極１８が良好な集電性を有することができる。 Such an air electrode 18 can cause the electrode reaction of the above-described formula (1).
Further, the open porosity of the air electrode 18 is set to, for example, 20% or more, preferably in the range of 30% to 50%. If the open porosity is within the above-described range, the air electrode 18 can have good gas permeability.
Moreover, the thickness of the air electrode 18 is set in a range of 30 μm to 100 μm, for example. If it exists in an above-described range, the air electrode 18 can have favorable current collection property.

集電層１４は、一方の発電素子部１３の燃料極１７と他方の発電素子部１３の空気極１８とを電気的に接続するものであり、集電層１４は、金属層１４ａと、ガラスの入った金属ガラス層１４ｂとの二層構造からなる。金属層１４ａは、例えば、ＡｇとＮｉの合金からなり、金属ガラス層１４ｂは、Ａｇとガラスからなる。金属ガラス層１４ｂにより、多孔質支持体１１内のガス流路１２を通る燃料ガスと空気極１８の外部を通る酸素含有ガスとのリークを有効に防止することができる。金属ガラス層１４ｂの代わりに、上記したように、従来公知の電気伝導性酸化物材料からなる層を用いることができる。   The current collecting layer 14 electrically connects the fuel electrode 17 of one power generating element unit 13 and the air electrode 18 of the other power generating element unit 13. The current collecting layer 14 includes a metal layer 14 a, glass It consists of a two-layer structure with a metallic glass layer 14b containing. The metal layer 14a is made of, for example, an alloy of Ag and Ni, and the metal glass layer 14b is made of Ag and glass. The metallic glass layer 14 b can effectively prevent leakage between the fuel gas passing through the gas flow path 12 in the porous support 11 and the oxygen-containing gas passing outside the air electrode 18. Instead of the metallic glass layer 14b, a layer made of a conventionally known electrically conductive oxide material can be used as described above.

なお、前記した実施形態においては、発電素子部１３の内側電極が燃料極１７であって、外側電極が空気極１８である多層構造を有しているが、両電極の位置関係を逆としてもよい。すなわち、多孔質支持体の表面に、空気極、固体電解質、燃料極を順次積層された発電素子部を形成することもできる。この場合、多孔質支持体のガス流路内には、空気などの酸素含有ガスが流され、外側電極としての燃料極の表面には、水素などの燃料ガスが流されることになる。   In the above-described embodiment, the power generation element unit 13 has a multilayer structure in which the inner electrode is the fuel electrode 17 and the outer electrode is the air electrode 18, but the positional relationship between the two electrodes may be reversed. Good. That is, a power generating element portion in which an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode are sequentially stacked on the surface of the porous support can be formed. In this case, an oxygen-containing gas such as air is allowed to flow in the gas flow path of the porous support, and a fuel gas such as hydrogen is allowed to flow on the surface of the fuel electrode as the outer electrode.

次に、前記した燃料電池セル３（特に発電素子部１３）の製造方法について、図４（ａ）から図４（ｉ）を参照して説明する。なお、以下では焼成前の部材（成形体）であっても、焼成後でき上がった部材の名称・番号を付すことがある。
まず、支持体成形体を作製する。支持体成形体の材料として、体積基準での平均粒径（Ｄ50）（以下、単に「平均粒径」とする。）が０．１μｍ〜１０．０μｍのＮｉＯ粉末、Ｙ2Ｏ3又はＹｂ2Ｏ3粉末、ＭｇＯ粉末を所定の比率で配合して混合する。この混合粉末に、ポアー剤と、セルロース系有機バインダーと、水とからなる溶媒とを混合し、押し出し成形して、内部にガス流路を有する中空の板状形状で、扁平状の支持体成形体を作製し、これを乾燥後、９００℃〜１１００℃にて仮焼処理して支持体成形体１１を作製する。 Next, a method for manufacturing the above-described fuel cell 3 (particularly the power generation element portion 13) will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (i). In addition, below, even if it is a member (molded body) before baking, the name and number of the member completed after baking may be attached | subjected.
First, a support molded body is produced. As a material of the support molded body, NiO powder, Y 2 O 3 or Yb having an average particle diameter (D 50 ) (hereinafter simply referred to as “average particle diameter”) on a volume basis is 0.1 μm to 10.0 μm. 2 O 3 powder and MgO powder are mixed at a predetermined ratio and mixed. This mixed powder is mixed with a pore agent, a cellulose organic binder, and a solvent composed of water, extruded, and formed into a flat plate with a hollow plate shape having a gas channel inside. A body is prepared, dried, and calcined at 900 ° C. to 1100 ° C. to prepare a support body 11.

次いで、集電燃料極材料を用意する。例えば、ＮｉＯ粉末と、Ｙ2Ｏ3などの希土類元素酸化物粉末とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、厚さ５０μｍ〜６０μｍの集電燃料極テープ１７ａを作製する。この集電燃料極テープを、発電素子部１３の形状にあわせて切断し、絶縁体を形成する部分を打ち抜く（図４（ａ））。 Next, a current collecting fuel electrode material is prepared. For example, a NiO powder and a rare earth element oxide powder such as Y 2 O 3 are mixed, a pore agent is added thereto, an acrylic binder and toluene are mixed to form a slurry, and the slurry is formed by a doctor blade method. It is applied and dried to produce a current collecting fuel electrode tape 17a having a thickness of 50 to 60 μm. This current collecting fuel electrode tape is cut in accordance with the shape of the power generation element portion 13, and a portion where an insulator is formed is punched (FIG. 4A).

次に、例えば、ＮｉＯ粉末と、Ｙ2Ｏ3などの希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ2粉末とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、このスラリーを集電燃料極テープ１７ａ上に塗布し、活性燃料極１７ｂを印刷する（図４（ｂ））。
その後、図４（ｃ）に示すように、活性燃料極１７ｂが印刷された矩形状の集電燃料極テープ１７ａを、仮焼した支持体成形体１１に、拡散防止層１１ａを介して貼り付ける。これを繰り返し行い、支持体成形体１１の表面に複数の集電燃料極テープ１７ａを貼り付ける。なお、このとき一方の集電燃料極テープ１７ａと、他方の集電燃料極テープ１７ａとは、幅３ｍｍ〜２０ｍｍの間隔をあけて配置する。 Next, for example, a NiO powder and a ZrO 2 powder in which a rare earth element oxide such as Y 2 O 3 is dissolved are mixed, a pore agent is added thereto, and an acrylic binder and toluene are mixed to form a slurry. Then, this slurry is applied onto the collector fuel electrode tape 17a, and the active fuel electrode 17b is printed (FIG. 4B).
Thereafter, as shown in FIG. 4C, a rectangular current collecting fuel electrode tape 17a on which the active fuel electrode 17b is printed is attached to the calcined support body molded body 11 via the diffusion preventing layer 11a. . This is repeated, and a plurality of current collecting fuel electrode tapes 17 a are attached to the surface of the support body 11. At this time, one current collecting fuel electrode tape 17a and the other current collecting fuel electrode tape 17a are arranged with an interval of 3 mm to 20 mm in width.

次に、この集電燃料極テープ１７ａを貼り付けた状態で、支持体成形体１１を乾燥し、その後、９００℃〜１２００℃の温度範囲で仮焼する（図４（ｃ））。
燃料極１７の、集電層１４を形成したい部分に、マスキングテープ２１を貼り付ける（図４（ｄ））。
次に、この積層体を、８ＹＳＺ（８モル％のＹが固溶したＺｒＯ2粉末）にアクリル系バインダーとトルエンを加えてスラリーとした固体電解質溶液に漬けて、固体電解質溶液から取り出す。このディップにより、全面に固体電解質１９の層が塗布されるとともに、前記（ａ）で打ち抜いた空間にも絶縁体である固体電解質１９が充填される。 Next, the support body molded body 11 is dried in a state where the current collecting fuel electrode tape 17a is adhered, and then calcined in a temperature range of 900 ° C. to 1200 ° C. (FIG. 4C).
A masking tape 21 is attached to a portion of the fuel electrode 17 where the current collecting layer 14 is to be formed (FIG. 4D).
Next, this laminate is immersed in a solid electrolyte solution obtained by adding an acrylic binder and toluene to 8YSZ (ZrO 2 powder in which 8 mol% of Y is solid-dissolved), and is taken out from the solid electrolyte solution. By this dipping, a layer of the solid electrolyte 19 is applied to the entire surface, and the solid electrolyte 19 that is an insulator is filled in the space punched out in the step (a).

この状態で、８００℃、１時間仮焼する。この仮焼中に、マスキングテープ２１とその上に塗布された固体電解質４の層を除去することができる（図４（ｅ））。
次に空気極の形成部分に反応防止層２０を塗布して１４８０℃で、２時間焼成する（図４（ｆ））。
その反応防止層１１の上から、ランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ3）とイソプロピルアルコールとを混合したスラリーを印刷し、厚さ１０μｍ〜１００μｍの空気極１８を形成する。そして、１０５０℃、２時間焼き付ける（図４（ｇ））。 In this state, calcination is performed at 800 ° C. for 1 hour. During this calcination, the masking tape 21 and the layer of the solid electrolyte 4 applied thereon can be removed (FIG. 4E).
Next, the reaction preventing layer 20 is applied to the portion where the air electrode is formed and baked at 1480 ° C. for 2 hours (FIG. 4F).
A slurry obtained by mixing lanthanum cobaltite (LaCoO 3 ) and isopropyl alcohol is printed on the reaction prevention layer 11 to form an air electrode 18 having a thickness of 10 μm to 100 μm. Then, baking is performed at 1050 ° C. for 2 hours (FIG. 4G).

そして、集電層１４を形成したい部分にＡｇ／Ｎｉからなる金属層１４ａを貼り付け、さらにＡｇとガラスからなる金属ガラス層１４ｂを貼り付け（図４（ｈ））、その後、１０００℃〜１２００℃で熱処理を行う。
最後に、素子間接続部材１５、セル間接続部材１６を所定位置に塗布して、燃料電池セル３を得ることができる。 And the metal layer 14a which consists of Ag / Ni is affixed on the part which wants to form the current collection layer 14, Furthermore, the metal glass layer 14b which consists of Ag and glass is affixed (FIG.4 (h)), Then, 1000 to 1200 degreeC. Heat treatment is performed at 0 ° C.
Finally, the inter-element connection member 15 and the inter-cell connection member 16 can be applied at predetermined positions to obtain the fuel cell 3.

次に、前記した燃料電池セル３を用いて組み立てられる燃料電池セルスタック４について、図５、図６を参照して説明する。
図５は、前記した燃料電池セル３を複数組み合わせた燃料電池セルスタック４の接続構造を示す断面図であり、図６は、燃料ガスマニホールド２に装着された燃料電池セルスタック４の斜視図である。 Next, the fuel cell stack 4 assembled using the above-described fuel cells 3 will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a connection structure of a fuel cell stack 4 in which a plurality of the fuel cells 3 are combined, and FIG. 6 is a perspective view of the fuel cell stack 4 attached to the fuel gas manifold 2. is there.

図５に示すように、燃料電池セル３は、千鳥状に配設されており、隣接するセル同士は、表裏面に形成されたセル間接続部材１６を介して接続されている。
即ち、一方の燃料電池セル３の端部に設けられたセル間接続部材１６は、他方の燃料電池セル３の端部に設けられたセル間接続部材１６と、集電用の金属部材を介することなく直接に接触し導通している。 As shown in FIG. 5, the fuel cells 3 are arranged in a staggered manner, and adjacent cells are connected to each other via inter-cell connection members 16 formed on the front and back surfaces.
That is, the inter-cell connection member 16 provided at the end of one fuel cell 3 is connected to the inter-cell connection member 16 provided at the end of the other fuel cell 3 via a current collecting metal member. Direct contact without conduction.

このようなセル間接続部材１６を介した接続が、複数の燃料電池セル３に対して行われる結果、燃料電池セルスタック４は、燃料電池セル３同士が直列に接続された構造となる。
このように、前記した燃料電池セル３が、セル間接続部材１６を介して直接に接続されているので、セル間を接続するための集電用金属部材が必要なくなるので、燃料電池セル３を密に配置することができる。このため、単位発電量当たりの燃料電池セルスタック４の体積を小さくすることができ、小型で、熱効率の高い燃料電池セルスタック４を提供することができる。 As a result of such connection via the inter-cell connection member 16 being made to the plurality of fuel cells 3, the fuel cell stack 4 has a structure in which the fuel cells 3 are connected in series.
Thus, since the fuel cell 3 described above is directly connected via the inter-cell connecting member 16, a current collecting metal member for connecting the cells is not necessary. It can be arranged densely. For this reason, the volume of the fuel cell stack 4 per unit power generation amount can be reduced, and the fuel cell stack 4 having a small size and high thermal efficiency can be provided.

セル間接続部材１６の材質は、前記した燃料電池セル３同士を電気的に接続するものであれば特に制限されず、例えば、素子間接続部材１５と同様の材料から形成される。
なお、セル間接続部材１６とセル間接続部材１６との接続部に、ＡｇやＰｔなどの貴金属を含有するペーストなどの導電性接着剤を塗布することにより、接続信頼性を向上させることもできる。また、導電性接着剤としては、経済的な観点から、好ましくは、Ｎｉ金属を含有するペーストが挙げられる。 The material of the inter-cell connection member 16 is not particularly limited as long as it electrically connects the fuel battery cells 3 described above. For example, the inter-cell connection member 16 is formed of the same material as that of the inter-element connection member 15.
In addition, connection reliability can also be improved by apply | coating conductive adhesives, such as a paste containing noble metals, such as Ag and Pt, to the connection part of the connection member 16 between cells, and the connection member 16 between cells. . Moreover, as an electrically conductive adhesive, Preferably, the paste containing Ni metal is mentioned from an economical viewpoint.

燃料電池セルスタック４は、図６に示すように、一方向に細長く延びる直方体形状の燃料ガスマニホールドに挿入され固定されている。
前記燃料ガスマニホールド２の上壁は、耐熱性のガラス等で形成されている。この燃料ガスマニホールド２の上壁には短手方向に延びる複数個のスリットが形成されており、多孔質支持体１１の各々に形成されている燃料ガス通路１２がスリットを介して燃料ガスマニホールド２内の燃料ガス室に連通している。前記燃料電池セルの各々は、燃料ガスマニホールド２の上壁を構成する前記耐熱ガラスに対して、耐熱性に優れたセラミック接着剤などによって接合される。前記耐熱ガラスの材料として、例えばホウケイ酸ガラスを用いる。 As shown in FIG. 6, the fuel cell stack 4 is inserted and fixed in a rectangular parallelepiped fuel gas manifold that is elongated in one direction.
The upper wall of the fuel gas manifold 2 is formed of heat resistant glass or the like. A plurality of slits extending in the short direction are formed on the upper wall of the fuel gas manifold 2, and the fuel gas passages 12 formed in each of the porous supports 11 are connected to the fuel gas manifold 2 through the slits. It communicates with the fuel gas chamber inside. Each of the fuel cells is bonded to the heat-resistant glass constituting the upper wall of the fuel gas manifold 2 with a ceramic adhesive having excellent heat resistance. For example, borosilicate glass is used as the material of the heat-resistant glass.

この燃料ガスマニホールド２を含む燃料電池セルスタック４を複数集合して、発電ユニット集合体を組み立てる。この発電ユニット集合体に、発電ユニット集合体で発生した電力を燃料電池外に取り出すための電極を取り付けて、収容容器に収容して、燃料電池を製作する。
燃料電池の使用時、水素を含む燃料ガスを、導入管を通して燃料ガスマニホールドに導入する。一方、燃料電池セルスタック４の表面には、酸素を含む空気を導入する。燃料電池セル３を所定温度に加熱すれば、直列に接続された燃料電池セル３によって効率よく発電することができる。使用された燃料ガス、酸素含有ガスは、収納容器外に排出される。 A plurality of fuel cell stacks 4 including the fuel gas manifold 2 are assembled to assemble a power generation unit assembly. An electrode for taking out the electric power generated in the power generation unit assembly to the outside of the fuel cell is attached to the power generation unit assembly and accommodated in a storage container to manufacture a fuel cell.
When the fuel cell is used, a fuel gas containing hydrogen is introduced into the fuel gas manifold through the introduction pipe. On the other hand, air containing oxygen is introduced into the surface of the fuel cell stack 4. If the fuel cell 3 is heated to a predetermined temperature, the fuel cell 3 connected in series can efficiently generate power. The used fuel gas and oxygen-containing gas are discharged out of the storage container.

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。たとえば、図１に示した燃料電池セルでは、多孔質支持体１１は、中空板状以外に中空円筒状などの形状をしていてもよい。また、中空板状の多孔質支持体１１の片面に２個、他面に２個、合計４個形成されていたが、この数に限定されるものではない。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments. For example, in the fuel cell shown in FIG. 1, the porous support 11 may have a shape such as a hollow cylindrical shape in addition to the hollow plate shape. In addition, two hollow plate-shaped porous supports 11 are formed on one side and two on the other side, for a total of four, but the number is not limited to this.

燃料電池セル３の一実施形態を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing an embodiment of a fuel cell 3. 図１の燃料電池セル３のＡ−Ａ線横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the fuel battery cell 3 of FIG. 1. 発電素子部１３の詳細な構造を示す拡大断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view showing a detailed structure of a power generation element unit 13. FIG. 発電素子部の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of an electric power generation element part. 前記燃料電池セル３を複数組み合わせた燃料電池セルスタック４の接続構造を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a connection structure of a fuel cell stack 4 in which a plurality of fuel cells 3 are combined. FIG. 燃料電池セルスタック４の斜視図である。3 is a perspective view of a fuel cell stack 4. FIG. 従来公知の固体電解質形燃料電池セルの一部を示す拡大縦断面である。It is an expanded vertical cross section which shows a part of conventionally well-known solid electrolyte form fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

２ 燃料ガスマニホールド
３ 燃料電池セル
４ セルスタック
１１ 多孔質支持体
１２ ガス流路
１３，１３′，１３″ 発電素子部
１４ 集電層
１５ 素子間接続部材
１６ セル間接続部材
１７ 燃料極
１８ 空気極
１９ 固体電解質 2 Fuel gas manifold 3 Fuel cell 4 Cell stack 11 Porous support 12 Gas flow path 13, 13 ′, 13 ″ Power generation element section 14 Current collecting layer 15 Interelement connection member 16 Intercell connection member 17 Fuel electrode 18 Air electrode 19 Solid electrolyte

Claims (6)

内部に軸長方向に貫通するガス流路を備える、表裏を有する電気絶縁性の多孔質支持体と、
前記多孔質支持体の表面および裏面にそれぞれ前記ガス流路にそって延びて形成され、それぞれが内側電極、固体電解質及び外側電極を積層した構造を有する複数の発電素子部と、
前記発電素子部の内側電極と、同じ多孔質支持体に形成された隣接する前記発電素子部の外側電極とを直列につなぐための素子間接続部材と、
前記素子間接続部材で接続された前記発電素子部のうちその一端にある前記発電素子部において、前記素子間接続部材で接続されていない前記内側電極又は前記外側電極に接続される第１のセル間接続部材と、
前記素子間接続部材で接続された前記発電素子部のうちその他端にある前記発電素子部において、前記素子間接続部材で接続されていない前記内側電極又は前記外側電極に接続される第２のセル間接続部材とを備え、
前記発電素子は、該発電素子部間を流れる電流の向きが前記ガス流路の方向に対して垂直となるように設けられているとともに、前記第１のセル間接続部材と前記第２のセル間接続部材とは、それぞれ前記多孔質支持体の前記表面及び前記裏面に設けられていることを特徴とする燃料電池セル。 An electrically insulating porous support having front and back surfaces , each having a gas flow path penetrating in the axial direction inside ;
The porous support is formed each extend along the gas flow path surface and the back surface of the plurality of power generating element portions having each a laminate of inner electrode, the solid body electrolyte and an outer electrode structure,
An inner electrode of the power generating element, and the inter-element connecting member for connecting the outer electrode of the power generating element portions adjacent which are formed on the same porous support in series,
A first cell connected to the inner electrode or the outer electrode not connected by the inter-element connection member in the power generation element section at one end of the power generation element sections connected by the inter-element connection member. A connecting member;
The second cell connected to the inner electrode or the outer electrode not connected by the inter-element connection member in the power generation element section at the other end among the power generation element sections connected by the inter-element connection member. An inter-connection member ,
The power generating element is provided such that a direction of a current flowing between the power generating element portions is perpendicular to a direction of the gas flow path, and the first inter-cell connecting member and the second cell The inter-connection members are provided on the front surface and the back surface of the porous support, respectively . 前記発電素子部は、前記ガス流路の方向に延びた矩形形状を有し、互いに平行に配列されている請求項１記載の燃料電池セル。   The fuel cell according to claim 1, wherein the power generation element portions have a rectangular shape extending in the direction of the gas flow path and are arranged in parallel to each other. 前記多孔質支持体が、中空の板形状を有している請求項１又は請求項２記載の燃料電池セル。   The fuel cell according to claim 1, wherein the porous support has a hollow plate shape. 前記表面における前記発電素子部を構成する前記固体電解質が、前記裏面における前記発電素子部まで延びて設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池セル。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid electrolyte constituting the power generation element portion on the front surface is provided to extend to the power generation element portion on the rear surface . 請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池セルが、前記セル間接続部材を介して互いに電気的に接続されてなる燃料電池セルスタック。 A fuel cell stack, wherein the fuel cells according to any one of claims 1 to 4 are electrically connected to each other via the inter-cell connecting member. 請求項５記載の燃料電池セルスタックが、収納容器内に１又は複数収納されてなる燃料電池。 A fuel cell in which one or more fuel cell stacks according to claim 5 are accommodated in a storage container.
JP2005327687A 2005-11-11 2005-11-11 Fuel cell, fuel cell stack and fuel cell Active JP5132878B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005327687A JP5132878B2 (en) 2005-11-11 2005-11-11 Fuel cell, fuel cell stack and fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005327687A JP5132878B2 (en) 2005-11-11 2005-11-11 Fuel cell, fuel cell stack and fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007134230A JP2007134230A (en) 2007-05-31
JP5132878B2 true JP5132878B2 (en) 2013-01-30

Family

ID=38155716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005327687A Active JP5132878B2 (en) 2005-11-11 2005-11-11 Fuel cell, fuel cell stack and fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5132878B2 (en)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5257826B2 (en) * 2007-06-22 2013-08-07 Ｔｏｔｏ株式会社 Fuel cell stack, fuel cell stack unit and fuel cell
JP5449076B2 (en) * 2010-07-28 2014-03-19 京セラ株式会社 Fuel cell
JP5653435B2 (en) * 2010-07-29 2015-01-14 京セラ株式会社 FUEL CELL BUNDLE AND FUEL CELL MODULE HAVING THE SAME
JP2012038583A (en) * 2010-08-06 2012-02-23 Ngk Insulators Ltd Structure of fuel cell
JP5334327B2 (en) * 2010-08-06 2013-11-06 日本碍子株式会社 Fuel cell structure
JP5257857B2 (en) * 2010-09-27 2013-08-07 Ｔｏｔｏ株式会社 Fuel cell stack unit
JP5257858B2 (en) * 2010-09-27 2013-08-07 Ｔｏｔｏ株式会社 Fuel cell stack unit
JP5257856B2 (en) * 2010-09-27 2013-08-07 Ｔｏｔｏ株式会社 Fuel cell stack unit
JP5257855B2 (en) * 2010-09-27 2013-08-07 Ｔｏｔｏ株式会社 Fuel cell stack unit
JP5317024B2 (en) * 2010-09-27 2013-10-16 Ｔｏｔｏ株式会社 Fuel cell stack unit
JP5317025B2 (en) * 2010-09-27 2013-10-16 Ｔｏｔｏ株式会社 Fuel cell stack unit
JP4932964B1 (en) * 2010-12-24 2012-05-16 日本碍子株式会社 A joined body for electrically connecting the power generation parts of a solid oxide fuel cell
JP4955831B1 (en) 2010-12-24 2012-06-20 日本碍子株式会社 A joined body for electrically connecting the power generation parts of a solid oxide fuel cell
JP5738651B2 (en) * 2011-03-29 2015-06-24 東京瓦斯株式会社 Flat tube type vertically and horizontally striped solid oxide fuel cell bundle
JP4864170B1 (en) * 2011-08-29 2012-02-01 日本碍子株式会社 Solid oxide fuel cell
JP4904436B1 (en) * 2011-08-29 2012-03-28 日本碍子株式会社 Solid oxide fuel cell
JP4864171B1 (en) * 2011-08-29 2012-02-01 日本碍子株式会社 Solid oxide fuel cell
JP2015015214A (en) * 2013-07-08 2015-01-22 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell device
JP5805282B1 (en) * 2014-09-02 2015-11-04 日本碍子株式会社 Fuel cell stack structure
JP6491936B2 (en) * 2015-04-16 2019-03-27 株式会社ノリタケカンパニーリミテド Solid oxide fuel cell manufacturing method, solid oxide fuel cell half-cell green sheet, and solid oxide fuel cell

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01170954U (en) * 1988-05-23 1989-12-04
JP4465175B2 (en) * 2003-10-07 2010-05-19 京セラ株式会社 Solid electrolyte fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007134230A (en) 2007-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5175527B2 (en) Cell stack and fuel cell
JP5132878B2 (en) Fuel cell, fuel cell stack and fuel cell
JP5175461B2 (en) Horizontally-striped fuel cell and fuel cell
JP5080951B2 (en) Horizontal stripe fuel cell stack and fuel cell
JP5118865B2 (en) Horizontally-striped fuel cell and method for producing the same
JP4741815B2 (en) Cell stack and fuel cell
JP5192723B2 (en) Horizontally-striped fuel cell and fuel cell
JP5192702B2 (en) Horizontally-striped fuel cell, cell stack, and fuel cell
JP5241663B2 (en) Solid electrolyte fuel cell stack, bundle and fuel cell
JP4718959B2 (en) Horizontal stripe fuel cell
JP4851692B2 (en) Solid electrolyte fuel cell stack, bundle and fuel cell
JP2004179071A (en) Cell for fuel cell, and fuel cell
JP5417543B1 (en) Horizontal stripe fuel cell
JP2005093241A (en) Solid oxide fuel cell
JP5449076B2 (en) Fuel cell
JP4465175B2 (en) Solid electrolyte fuel cell
JP5437152B2 (en) Horizontally-striped solid oxide fuel cell stack and fuel cell
JP5179131B2 (en) Horizontal stripe fuel cell and fuel cell
JP5480656B2 (en) Horizontal stripe solid oxide fuel cell bundle and fuel cell
JP2007250368A (en) Lateral stripe type fuel cell and fuel cell
JP5132879B2 (en) Horizontal stripe fuel cell and fuel cell
JP5920880B2 (en) Mounting structure of stacked solid oxide fuel cell
JP5179153B2 (en) Horizontally-striped fuel cell, cell stack, and fuel cell
JP5198108B2 (en) Horizontally-striped solid oxide fuel cell stack and fuel cell
JP4021782B2 (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080507

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110516

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110526

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110715

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120405

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120601

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: 20121025

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121107

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151116

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5132878

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250