JP5480171B2 - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Description
ここで,燃料電池セルが温度変化等により変形した際に,燃料電池セル本体とインターコネクタの電気的接続が解除される可能性がある。例えば,集電体が塑性変形することで(例えば,座屈),集電体−燃料電池セル本体間,または集電体−インターコネクタ間の接触が断たれ,燃料電池セル本体とインターコネクタの電気的接続が解除される可能性がある。
集電体が変形した場合でも,第1,第2の導電性部材によって,空気極層,燃料極層の一方と,コネクタの間での電気的導通が確保される。
第2の導電性部材と貫通孔の内側壁間の距離を近接させることで,フレームが応力を緩和し,第2の導電性部材に印加される応力を低減できる。この結果,第2の導電性部材による,空気極層,燃料極層の一方と,コネクタの間での電気的導通の確実性がより向上する。
このような金属材料を用いて,第2の導電性部材の導電性と耐久性の両立が可能である。
このような材料を用いて,第1の導電性部材の導電性と製造容易性の両立が可能である。
第1の導電性部材を燃料電池セル本体の主面上に形成することが可能となり,製造容易性が向上する。
以下,図面を参照して,本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は,本発明の第1の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)10を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池10は,燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する装置である。
図2に示すように,前記燃料電池セル100は,いわゆる燃料極支持膜式タイプの燃料電池セルであり,上下一対の金属製のインターコネクタ110(1),110(2)の間に,燃料電池セル本体140が配置される。燃料電池セル本体140とインターコネクタ110(1),110(2)の間に,空気流路101,燃料ガス流路102が配置される。
金属としては,Pt,Au,Ag,Pd,Ir,Ru,Ni及びRh等の金属又は2種以上の金属を含有する合金が挙げられる。
更に金属の酸化物としては,固体電解質層143と同等の材料で,例えばZrO2系セラミック,LaGaO3系セラミック,BaCeO3系セラミック,SrCeO3系セラミック,SrZrO3系セラミック,及びCaZrO3系セラミック等が挙げられる。
金属と金属の酸化物の混合物として,例えば,Ni金属とZrO2系セラミックの混合物が挙げられる。この場合,NiOとZrO2系セラミックの混合物を当初の材料(燃料電池セル100動作開始前の材料)として用いることができる。燃料極側での還元反応の結果,NiOとZrO2系セラミックの混合物が,Ni金属とZrO2系セラミックの混合物に変化するからである。
一方,集電体147は,非多孔質(多孔質でない)の金属(例えばステンレス)から構成され,座屈等の塑性変形は事実上無視できる。なお,集電体147を多孔質とすることも可能である。
ガスシール部150は,中央に正方形の開口部155を有する。
導電性部材182は,例えば,FeおよびNiの少なくとも何れかを含む金属からなる略直方体形状であり,セパレータ130とインターコネクタ110(2)間に配置され,これらを電気的に接続する。導電性部材182は,「前記導電性セパレータと前記コネクタとを電気的に接続する第2の導電性部材」として機能する。
(1)燃料極基板層145および集電体181を経由する経路(電流I1)
(2)燃料極基板層145,導電性部材183,セパレータ130,導電性部材182を経由する経路(電流I2)
図5,図6は,本発明の比較例に係る燃料電池セル100xの断面図であり,それぞれ図2,図4に対応する。
燃料電池セル100xは,導電性部材182,183を有せず,インターコネクタ110(1),110(2)間の電気的接続は,燃料極基板層145および集電体181を経由する経路(電流I1)のみに限定される。
このため,図6に示すように,集電体181による燃料極基板層145,インターコネクタ110(2)間の電気的接続が遮断された場合,インターコネクタ110(1),110(2)間の導通が確保されない。
図7,図8は,本発明の第1の実施形態の変形例に係る燃料電池セル100aの断面図であり,それぞれ図2,図4に対応する。
燃料電池セル100aは,導電性部材183に替えて,導電性部材184(第1の導電性部材)を有する。
(1)燃料極基板層145および集電体181を経由する経路1(電流I1)
(2)燃料極基板層145,燃料極機能層144,導電性部材184,セパレータ130,導電性部材182を経由する経路3(電流I3)
図9は,第2の実施形態に係る燃料電池セル100bの分解斜視図であり,図3と対応する。
本図に示されるように,本実施形態では,導電性部材182a〜182dによって,セパレータ130とインターコネクタ110(2)を電気的に接続する。また,ガスシール部170が導電性部材182a〜182dにそれぞれ対応する貫通孔177a,177b,178a,178bを有する。このように,分散して配置された導電性部材182a〜182dを用いることができる。ここでは,第1実施形態の導電性部材182を2つに分割している。但し,分割の個数は3つ以上でも差し支えない。
図10は,第3の実施形態に係る燃料電池セル100cの分解斜視図であり,図3と対応する。
本図に示されるように,本実施形態では,導電性部材182a,182cによって,セパレータ130とインターコネクタ110(2)を電気的に接続する。また,ガスシール部170が導電性部材182a,182cにそれぞれ対応する貫通孔177a,178aを有する。即ち,導電性部材182の配置は左右対称でなくても良い。
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
これに対して,空気極側に導電性部材182〜184を配置しても良い。この場合,集電体147が変形した場合でも,燃料電池セル本体140の空気極側とインターコネクタ110(1)間の電気的導通の確保が可能となる。
インターコネクタ110は,燃料電池セル100間での電気的導通を確保するために,燃料電池セル100間に配置される。このインターコネクタ110(2)を,固体酸化物形燃料電池10の上端または下端の端末コネクタとしてもよい。即ち,インターコネクタ110(2)に替えて,コネクタ一般への適用が可能である。
11 上面
12 底面
21-28 貫通孔
41-48 ボルト
51-58 ナット
60 部材
61 導入管
62 部材
100 燃料電池セル
101 空気流路
102 燃料ガス流路
110インターコネクタ
120 ガスシール部
121-124 貫通孔
125 開口部
127 切り欠き
130 セパレータ
131-134 貫通孔
135 開口部
140 燃料電池セル本体
141 空気極機能層
142 反応防止層
143 固体電解質層
144 燃料極機能層
145 燃料極基板層
147 集電体
150 ガスシール部
151-154 貫通孔
155 開口部
160 燃料極フレーム
161-164 貫通孔
165 開口部
170 ガスシール部
171-174 貫通孔
175 開口部
176 切り欠き
177-178 貫通孔
181 集電体
182 導電性部材
183 導電性部材
184 導電性部材
Claims (5)
- 空気極層,固体電解質層,燃料極層を有する燃料電池セル本体と,
前記空気極層,前記燃料極層の一方と電気的に接続される第1の主面を有する集電体と,
前記集電体の第2の主面と電気的に接続される,コネクタと,
前記固体電解質層に接続され,前記空気極層側,前記燃料極層側の空間を分画する,導電性セパレータと,
前記空気極層,前記燃料極層の前記一方と,前記導電性セパレータとを電気的に接続する第1の導電性部材と,
前記導電性セパレータと前記コネクタとを電気的に接続する第2の導電性部材と,
を具備することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 - 前記空気極層,前記燃料極層の前記一方の少なくとも一部および前記第2の導電性部材の少なくとも一部が収容される貫通孔を有するフレームをさらに具備し,
前記第2の導電性部材と前記貫通孔の内側壁間の距離が,前記燃料電池セル本体の長さの1/50以下である,
ことを特徴とする請求項1記載の固体酸化物形燃料電池。 - 前記第2の導電性部材が,FeおよびNiの少なくとも何れかを含む金属から構成される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池。 - 前記第1の導電性部材が,Ag,Pd,Pt,またはNiを主成分とする金属または金属ペーストにより構成される
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。 - 前記燃料電池セル本体が,前記空気極層,前記燃料極層の前記一方が配置されかつ前記固体電解質層が配置されない領域を有し,
前記第1の導電性部材が,前記領域内の前記空気極層,前記燃料極層の前記一方と接続されている
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
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