JP2010205534A - Fuel cell power generation unit, and fuel cell stack - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve current collection performance of a fuel cell power generation unit made up by housing a cell as a power generating element in a case, make high power generating efficiency to be exhibited for a long period of time, and to provide a fuel cell stack constituted of such units. <P>SOLUTION: In the fuel cell power generation unit with the cell 10 having an electrolyte 12 made of solid oxide pinched by a first and a second electrodes 11, 12 supported inside a case made of a first and a second metallic support substrates 2, 3, the first and the second support substrates 2, 3 are joined through an insulative joining layer 4, while the electrolyte 12 is joined in an airtight state to the first support substrate 2, and at the same time, the first electrode 11 is joined to the first support substrate 2 through a conductive joining layer 5, and furthermore, the second electrode 13 is joined to the second substrate 3 through a conductive jointing layer 6. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池をケースに内包して成る燃料電池発電ユニットと、このような発電ユニットを多数連結して成る燃料電池スタックに係わり、特に、発電ユニット内に集電体を配置することなく集電抵抗を低減し、もって発電効率の向上が可能な発電ユニットに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell power generation unit in which a solid oxide fuel cell is enclosed in a case, and a fuel cell stack in which a large number of such power generation units are connected. In particular, a current collector is provided in the power generation unit. The present invention relates to a power generation unit capable of reducing current collection resistance without being arranged and thereby improving power generation efficiency.

固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質としてイットリア安定化ジルコニア（８ＹＳＺ）などの酸化物イオン導電性を備えた固体電解質を用い、その両側にガス透過性を備えた触媒電極を配置した構造を有し、１０００℃近くの高温で作動する。
しかし、近年、電解質特性の改良などによるセル性能の向上に伴って、作動温度の低温下が進み、６００〜８００℃でも十分な発電出力が得られるようになってきている。 A solid oxide fuel cell (SOFC) has a structure in which a solid electrolyte having oxide ion conductivity such as yttria stabilized zirconia (8YSZ) is used as an electrolyte, and catalyst electrodes having gas permeability are arranged on both sides thereof. And operate at a high temperature close to 1000 ° C.
However, in recent years, with the improvement in cell performance due to improvements in electrolyte characteristics, the operating temperature has been lowered, and sufficient power generation output has been obtained even at 600 to 800 ° C.

このような温度での運転ができるようになると、セパレータなどの燃料電池の周辺部材に、従来のセラミックス系材料に替えて耐熱性金属材料を使用することが可能になる。そして、このような材料から成り、セパレータ機能を備えたケース内に発電要素としてのセルを収納して発電ユニットとなし、セルによる発電出力を上記ケースを介して外部に取り出すようにすることが考えられる。
なお、ここで言う耐熱性金属材料とは、クロムを含むステンレス鋼やニッケル基合金などを意味し、具体的には、フェライト系ステンレス鋼やインコネル（登録商標）、ハステロイ（登録商標）などを挙げることができる。 When operation at such a temperature becomes possible, it becomes possible to use a refractory metal material instead of a conventional ceramic material for the peripheral member of the fuel cell such as a separator. Then, it is considered that a cell as a power generation element is housed in a case made of such a material and has a separator function to form a power generation unit, and the power generation output by the cell is taken out through the case. It is done.
The heat-resistant metal material mentioned here means stainless steel or nickel-base alloy containing chromium, and specifically, ferritic stainless steel, Inconel (registered trademark), Hastelloy (registered trademark), etc. be able to.

一般に、固体酸化物形燃料電池の単セルは、酸化性ガスと燃料ガスをそれぞれの電極に分配して給排気すると共に、単セル同士を電気的に直列に接続する機能を備えたセパレータと交互に積層され、燃料電池スタックの形態で運転されることになる。
このとき、セル電極とセパレータの間には、セル電極とセパレータ間の電気的な接続状態を確保するために、電気伝導性を備えた集電体が配置され、上記した発電ユニットにおいても、同様の機能を有する集電体を電極と金属ケースの間に介在させることが必要となる。 In general, a single cell of a solid oxide fuel cell distributes an oxidizing gas and a fuel gas to each electrode and supplies and exhausts them, and alternates with a separator having a function of electrically connecting single cells to each other in series. And is operated in the form of a fuel cell stack.
At this time, a current collector having electrical conductivity is disposed between the cell electrode and the separator in order to ensure an electrical connection state between the cell electrode and the separator. It is necessary to interpose a current collector having the above function between the electrode and the metal case.

このような集電体としては、昇降温に伴う熱応力によるセルやセパレータの変形を吸収して、セルの破損を防止しながら、電気的な接続状態を維持すると共に、電極への酸化性ガスや燃料ガスの供給を阻害しない材料を用いることが必要となる。
このため、集電体には、表面や裏面に突部を備えた金属の薄板（例えば、特許文献１参照）などを用いることが知られている。 Such a current collector absorbs the deformation of the cell and separator due to the thermal stress accompanying the temperature rise and fall, prevents the cell from being damaged, maintains the electrical connection state, and also oxidizes the gas to the electrode. It is necessary to use materials that do not hinder the supply of fuel gas.
For this reason, it is known to use a thin metal plate (for example, refer to Patent Document 1) having protrusions on the front surface and the back surface as the current collector.

特開２００８−１０８６５６号公報JP 2008-108656 A

しかしながら、上記文献に記載された集電体では、材料費や組み立てコストが嵩むことに加えて、セパレータや集電体自体の変形によって、電極との間の電気抵抗が増加し、耐久性に劣るという問題があった。また、上記構造の集電体を全体的に均一に接触させることが困難で、接触抵抗にばらつきが生じて、安定した集電性能が得られなくなるという問題があった。   However, in the current collector described in the above literature, in addition to the increase in material cost and assembly cost, the electrical resistance between the electrodes increases due to the deformation of the separator and the current collector itself, resulting in poor durability. There was a problem. In addition, it is difficult to uniformly contact the current collector having the above structure, and there is a problem that contact resistance varies and stable current collecting performance cannot be obtained.

本発明は、ケース内に発電要素としてのセルを収納して成る発電ユニットの集電体に係わる上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、集電性能に優れ、高い発電効率を長期に亘って発揮することができる燃料電池発電ユニットを提供することにある。
また、このような発電ユニットを多数接続して成る燃料電池スタックを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems related to a current collector of a power generation unit in which a cell as a power generation element is housed in a case, and the object thereof is excellent in current collection performance, An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation unit capable of exhibiting high power generation efficiency over a long period of time.
Another object of the present invention is to provide a fuel cell stack in which a large number of such power generation units are connected.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、集電体を用いることなく、セル収納用ケースを互いに絶縁状態に分割し、分割されたそれぞれに両電極を導電性材料を介して直接的に接合することによって上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have divided the cell storage case into an insulating state without using a current collector, and both electrodes are divided into conductive materials. The inventors have found that the above-described object can be achieved by directly joining via a wire, and have completed the present invention.

本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の燃料電池発電ユニットは、固体酸化物から成る電解質を第１及び第２の電極で挟持したセルをケース内に支持して成るものであって、上記ケースが互いに気密かつ絶縁状態に接合された第１及び第２の支持基板から成り、これら第１及び第２の支持基板に上記第１及び第２の電極が導電性接合層を介してそれぞれ接合され、ケース外面に電気的に接続されていることを特徴とする。   The present invention is based on the above knowledge, and the fuel cell power generation unit of the present invention is configured by supporting a cell in which a electrolyte made of a solid oxide is sandwiched between first and second electrodes in a case. The case includes first and second support substrates that are hermetically sealed and insulated from each other, and the first and second electrodes are connected to the first and second support substrates via a conductive bonding layer. Are joined to each other and electrically connected to the outer surface of the case.

また、本発明の燃料電池スタックは、本発明の上記発電ユニットの複数個を縦方向及び又は横方向に配列され、これらが第１及び第２の支持基板を介して電気的に接続されていることを特徴としている。   In the fuel cell stack of the present invention, a plurality of the power generation units of the present invention are arranged in the vertical direction and / or the horizontal direction, and these are electrically connected via the first and second support substrates. It is characterized by that.

本発明によれば、セルを内包するケースを互いに気密かつ絶縁状態に接合された第１及び第２の支持基板から成るものとし、セルの両電極を第１及び第２の支持基板にそれぞれ直接電気的に接続するようにした。したがって、集電体を用いることなくセル出力を外部に取り出すことができるようになり、これらの変形に伴う集電性能の劣化が解消され、燃料電池発電ユニットの発電効率を長期に亘って高く維持することができる。   According to the present invention, the case containing the cell is composed of the first and second support substrates joined to each other in an airtight and insulating state, and both electrodes of the cell are directly connected to the first and second support substrates, respectively. Electrical connection was made. Therefore, it becomes possible to take out the cell output without using a current collector, the deterioration of the current collection performance due to these deformations is eliminated, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation unit is maintained high over a long period of time. can do.

本発明の第１の実施例による燃料電池発電ユニットの構造を示す断面図（ａ）、平面図（ｂ）及び背面図（ｃ）である。It is sectional drawing (a) which shows the structure of the fuel cell power generation unit by 1st Example of this invention, a top view (b), and a rear view (c). （ａ）〜（ｃ）は、図１に示した燃料電池発電ユニットの製造要領を順次説明する断面説明図である。(A)-(c) is sectional explanatory drawing which demonstrates sequentially the manufacture point of the fuel cell power generation unit shown in FIG. 図２（ａ）及び（ｂ）に示した行程における裏面図である。It is a back view in the process shown in Drawing 2 (a) and (b). 図１に示した発電ユニットを縦方向に積層（ａ）及び水平方向に並列（ｂ）させてなる燃料電池発電ユニットの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cell power generation unit formed by laminating | stacking the electric power generation unit shown in FIG. 1 in the vertical direction (a), and paralleling in the horizontal direction (b). 本発明の第２の実施例による燃料電池発電ユニットの構造を示す断面説明図である。It is a cross-sectional explanatory view showing the structure of a fuel cell power generation unit according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第３の実施例による燃料電池発電ユニットの構造を示す断面説明図である。It is a cross-sectional explanatory view showing the structure of a fuel cell power generation unit according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第４の実施例による燃料電池発電ユニットの構造を示す断面説明図である。It is a cross-sectional explanatory view showing the structure of a fuel cell power generation unit according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第５の実施例による燃料電池発電ユニットの構造を示す断面説明図である。FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view showing the structure of a fuel cell power generation unit according to a fifth embodiment of the present invention. （ａ）本発明の第１、第２の実施例による燃料電池発電ユニットの製造手順を示すブロック工程図である。（ｂ）本発明の第３、第４の実施例による燃料電池発電ユニットの製造手順を示すブロック工程図である。(A) It is a block process figure which shows the manufacture procedure of the fuel cell power generation unit by the 1st, 2nd Example of this invention. (B) It is a block process figure which shows the manufacture procedure of the fuel cell power generation unit by the 3rd, 4th Example of this invention. メッシュ集電体を用いた比較例による燃料電池発電ユニットの構造を示す断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which shows the structure of the fuel cell power generation unit by the comparative example using a mesh electrical power collector. 本発明の燃料電池発電ユニットにおける集電抵抗の時間経過に伴う増加傾向を集電体を用いた比較例ユニットの場合と比較して示すグラフである。It is a graph which shows the increase tendency with the passage of time of current collection resistance in the fuel cell power generation unit of the present invention compared with the case of a comparative unit using a current collector.

以下に、本発明の燃料電池発電ユニットや、これらを電気的に連結してなる燃料電池スタックについて、さらに具体的かつ詳細に説明する。   Hereinafter, the fuel cell power generation unit of the present invention and the fuel cell stack formed by electrically connecting them will be described more specifically and in detail.

本発明の燃料電池発電ユニットは、固体酸化物から成る電解質を第１及び第２の電極で挟持したセルをケース内に支持して成る発電ユニットであり、前述のように、上記ケースが気密かつ互いに絶縁状態に接合された第１及び第２の支持基板に分割されている。そして、これら第１及び第２の支持基板に、第１及び第２の電極がそれぞれ導電性接合層を介して接合されて、ケース外面に電気的に接続されている。   A fuel cell power generation unit according to the present invention is a power generation unit in which a cell in which an electrolyte made of a solid oxide is sandwiched between first and second electrodes is supported in a case. The substrate is divided into first and second support substrates that are joined to each other in an insulated state. The first and second electrodes are bonded to the first and second support substrates via the conductive bonding layers, respectively, and are electrically connected to the outer surface of the case.

すなわち、両セル電極がそれぞれ第１及び第２の支持基板に導電接合されているので、電極面に集電体を押し付けることなく、良好な集電性能を得ることができ、セルの発電出力をそれぞれの支持基板を介して、ケースの外部に取り出すことができる。そして、集電体を使用しないので、各電極に対するガス供給が円滑になると共に、熱変形による接触不良も解消され、優れた集電性能を長期に亘って維持することができ、燃料電池としての発電効率や耐久性が向上することになる。   That is, since both cell electrodes are conductively bonded to the first and second support substrates, respectively, good current collecting performance can be obtained without pressing the current collector against the electrode surface, and the power generation output of the cell can be increased. It can be taken out of the case via each supporting substrate. And since the current collector is not used, the gas supply to each electrode becomes smooth, the contact failure due to thermal deformation is also eliminated, and excellent current collecting performance can be maintained over a long period of time. Power generation efficiency and durability will be improved.

また、これら発電ユニットを縦方向（セル面に垂直な方向）に積層したり、横方向（セル面に垂直な方向）に並列させた燃料電池スタックの組み立てに際しては、セル電極に集電体を押し付ける必要がなく、ケースの剛性を低く設定できるため、外力によるセルの破損を低減することができる。
さらに、発電ユニット同士を接合する導電性接着材として、金属ろうを使用することができ、スタックの製造が容易になると共に、金属ろうの延性によってケースの熱変形に対する追従が可能になり、ガスシール性や耐久性などスタックとしての信頼性を向上させることができる。 When assembling a fuel cell stack in which these power generation units are stacked in the vertical direction (direction perpendicular to the cell surface) or in parallel in the horizontal direction (direction perpendicular to the cell surface), a current collector is attached to the cell electrode. Since it is not necessary to press and the case rigidity can be set low, damage to the cell due to external force can be reduced.
In addition, metal brazing can be used as a conductive adhesive that joins the power generation units, making the stack easy to manufacture, and the ductility of the metal brazing makes it possible to follow the thermal deformation of the case, and the gas seal The reliability of the stack, such as durability and durability, can be improved.

本発明の発電ユニットにおいて、発電要素としてのセルは、基本的に固体電解質の両面に燃料極及び空気極を形成した３層構造を有し、電解質材料としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリアドープトセリア）、ＳＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＬＳＧＭ（ランタンがレート）などを挙げることができる。
また、燃料極材料としては、例えばＮｉ−ＹＳＺ、Ｎｉ−ＳＤＣ、Ｎｉ−ＳＳＺ等、空気極材料としては、ＬＳＭ（ＬａＳｒＭｎＯ）、ＳＳＣ（ＳｒＳｍＣｏＯ）、ＬＳＣ（ＬａＳｒＣｏＯ）、ＬＳＣＦ（ＬａＳｒＣｏＦｅＯ）などの電子・酸素イオン導電酸化物、あるいはＰｔ、Ａｇのような金属材料を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。 In the power generation unit of the present invention, a cell as a power generation element basically has a three-layer structure in which a fuel electrode and an air electrode are formed on both sides of a solid electrolyte. As an electrolyte material, for example, YSZ (yttria stabilized zirconia) ), SDC (samaria doped ceria), SSZ (scandia stabilized zirconia), LSGM (lanthanum is a rate), and the like.
Further, as the fuel electrode material, for example, Ni-YSZ, Ni-SDC, Ni-SSZ, etc., and as the air electrode material, electrons such as LSM (LaSrMnO), SSC (SrSmCoO), LSC (LaSrCoO), LSCF (LaSrCoFeO), etc. An oxygen ion conductive oxide or a metal material such as Pt or Ag can be mentioned, but is not particularly limited thereto.

ケースを構成する第１及び第２の支持基板の材料として、導電性を有する金属を用いる場合には、ステンレス鋼やニッケル基合金、インコネル、ハステロイなどの耐熱金属を適用することができる。これらの中では、比較的安価であることからステンレス鋼、特にセルを構成する材料に対する熱膨張率の近似性の観点からフェライト系ステンレス鋼を用いることが望ましく、具体的にはＳＵＳ４３０鋼やＦｅ−２２Ｃｒ鋼などを使用できる。   When a conductive metal is used as the material of the first and second support substrates constituting the case, a heat-resistant metal such as stainless steel, nickel-base alloy, Inconel, or Hastelloy can be applied. Among these, it is preferable to use stainless steel, particularly ferritic stainless steel from the viewpoint of the approximation of the thermal expansion coefficient with respect to the material constituting the cell because it is relatively inexpensive. Specifically, SUS430 steel and Fe— 22Cr steel or the like can be used.

一方、電気絶縁性材料としては、アルミナやジルコニア、フッ化金雲母などを始めとするセラミックス材料を用いることができるが、これらは、一般に加工性や原料価格の点で難点があることから、第１及び第２の支持基板のいずれをも金属製とすることがコスト面からは望ましい。   On the other hand, as the electrically insulating material, ceramic materials such as alumina, zirconia, and phlogopite can be used. However, these are generally difficult in terms of workability and raw material price. It is desirable from the viewpoint of cost that both the first and second support substrates are made of metal.

本発明において、導電性接合層を形成するための導電性接着材としては、金属ろう材を用いることが望ましい。
金属ろう材として、具体的には、銀系ろう材を用いることができ、具体的には、銀に２〜５％（質量比）の銅を添加したＡｇＣｕろう（モル比では、Ａｇ−８％Ｃｕ）や、第３元素として微量のチタンやアルミニウムを添加したＡｇＣｕＴｉ、ＡｇＣｕＡｌ合金などを使用することができる。 In the present invention, it is desirable to use a metal brazing material as the conductive adhesive for forming the conductive bonding layer.
Specifically, a silver-based brazing material can be used as the metal brazing material. Specifically, an AgCu brazing material containing 2 to 5% (mass ratio) of copper added to silver (in terms of molar ratio, Ag-8). % Cu), AgCuTi, AgCuAl alloy, or the like to which a small amount of titanium or aluminum is added as the third element can be used.

また、絶縁性接合層を形成するための絶縁性接着材としては、ガラス系の接着材、とりわけ、セルや金属板（フェライト系ステンレス鋼）との熱膨張率の差が少ないことから、ＢＣＡＳ（ＢａＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３）ガラスを用いることが望ましい。 Further, as an insulating adhesive for forming the insulating bonding layer, since there is little difference in thermal expansion coefficient from glass-based adhesives, especially cells and metal plates (ferritic stainless steel), BCAS ( It is desirable to use BaO—CaO—SiO ₂ —Al ₂ O ₃ ) glass.

本発明の燃料電池発電ユニットの具体的な実施形態としては、種々の構造が考えられる。
例えば、第１及び第２の支持基板を共に金属製、すなわち導電性のものとし、第１の支持基板には、セルの電解質が気密状態に接合されると共に、さらに第１の電極が導電性接合層を介して接合され、第２の支持基板にはセルの第２の電極が導電性接合層を介して接合される。そして、第１及び第２の支持基板が絶縁性接合層を介して互いに絶縁状態に接合されたものとすることができる。このような構造の発電ユニットにおいては、金属製の部材が主体となることから、本発明の発電ユニットを比較的低コストに実現することができる。 Various structures are conceivable as specific embodiments of the fuel cell power generation unit of the present invention.
For example, both the first and second support substrates are made of metal, that is, conductive, and the cell electrolyte is bonded to the first support substrate in an airtight state, and the first electrode is further conductive. The second electrode of the cell is bonded to the second support substrate via the conductive bonding layer. Then, the first and second support substrates can be bonded to each other through an insulating bonding layer. In the power generation unit having such a structure, since the metal member is the main component, the power generation unit of the present invention can be realized at a relatively low cost.

また、第１の支持基板を例えばセラミックス材料のような電気絶縁性材料から成るものとして、金属製の第２の支持基板と組み合せると共に、これら第１及び第２の支持基板にセルの電解質及び両電極を上記同様に接合するようにすることも可能である。そして、第１の電極と第１の支持基板とを導通状態に接合する導電性接合層を第１の支持基板の外面にまで延出させることによって、導電性接合層を介して発電出力をケース外部に取り出すことができるようになる。
この場合、第１の支持基板にセラミックス材料などを用いており、電気絶縁性を有していることから、第２の支持部材との接合に際して必ずしも絶縁性接着材を使用する必要がなく、延性に富む導電性接合層を介して接合することもできる。 In addition, the first support substrate is made of an electrically insulating material such as a ceramic material, and is combined with the second support substrate made of metal, and the first and second support substrates are combined with the cell electrolyte and It is also possible to join both electrodes in the same manner as described above. Then, by extending a conductive bonding layer for bonding the first electrode and the first support substrate in a conductive state to the outer surface of the first support substrate, the power generation output is supplied to the case through the conductive bonding layer. It can be taken out to the outside.
In this case, a ceramic material or the like is used for the first support substrate, and since it has an electrical insulation property, it is not always necessary to use an insulating adhesive when joining to the second support member. It is also possible to bond via a conductive bonding layer rich in.

本発明の燃料電池発電ユニットにおいては、上記した第２の支持基板を第２の電極を支持する支持基板部と、セパレータとして機能するセパレータ基板部とに分割し、これら両基板部を導電性接合層を介して気密状態に接合するようになすことも可能である。
この場合、セパレータ基板部を平板状にすることができ、第２の支持基板が単純な構造となって製作が容易なものとなると共に、特に金属箔を使用した場合には、容易に変形することから、スタックに積層した場合の接合歪みが緩和されることになる。また、セパレータ基板部として、セラミックスのような電気絶縁性材料を適用することができるようになり、これによって必ずしも絶縁性接着材を使用する必要がなく、延性に富む導電性接合層を介して接合することが可能になる。 In the fuel cell power generation unit of the present invention, the above-described second support substrate is divided into a support substrate portion that supports the second electrode and a separator substrate portion that functions as a separator, and both the substrate portions are conductively bonded. It is also possible to bond in an airtight state through the layers.
In this case, the separator substrate portion can be formed into a flat plate shape, and the second support substrate has a simple structure and can be easily manufactured. In particular, when a metal foil is used, it is easily deformed. For this reason, the joint strain when stacked on the stack is alleviated. In addition, it becomes possible to apply an electrically insulating material such as ceramics as the separator substrate portion, so that it is not always necessary to use an insulating adhesive, and bonding is performed via a conductive bonding layer rich in ductility. It becomes possible to do.

そして、本発明の燃料電池発電ユニットにおいては、セル電極の導電性を補い、集電性能をさらに向上させる観点から、両電極の一方又は双方の表面上に、多孔質又はメッシュ状の導電性膜を配置し、当該電極と第１又は第２の支持基板を接合している導電性接合層に電気的に接続しておくことが望ましい。   In the fuel cell power generation unit of the present invention, a porous or mesh conductive film is formed on one or both surfaces of both electrodes from the viewpoint of supplementing the conductivity of the cell electrode and further improving the current collecting performance. It is desirable to arrange and electrically connect to the conductive bonding layer bonding the electrode and the first or second support substrate.

このような導電性膜としては、燃料極側ではＮｉ系合金、空気極側ではＡｇ系合金及び
ランタン・ストロンチウム・マンガネート（ＬＳＭ）やランタン・ストロンチウム・コバルタイト（ＬＳＣ）に代表される導電性酸化物が好適に用いられる。なお、多孔質とは、例えばスポンジ状やフェルト状のものを言い、メッシュ状には、細い線材から成る金網状のもののみならず、薄いシートに微細な孔を設けたパンチングメタル状のものや、スリットを入れて引き伸ばしたエクスパンドメタル状のものなども含まれる。 Examples of such conductive films include Ni-based alloys on the fuel electrode side, Ag-based alloys on the air electrode side, and conductive oxides typified by lanthanum / strontium / manganate (LSM) and lanthanum / strontium / cobaltite (LSC). A thing is used suitably. The porous means, for example, a sponge or a felt, and the mesh is not only a wire mesh made of a thin wire, but a punching metal having a fine hole in a thin sheet, Also included is an expanded metal that is stretched with slits.

以下、本発明を実施例に基づいて、具体的に説明するが、本発明はこのような実施例によって何ら限定されないことは言うまでもない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, it cannot be overemphasized that this invention is not limited at all by such an Example.

〔実施例１〕
図１は、本発明の第１の実施例による燃料電池発電ユニットの構造を示すものであって、図１（ａ）はその縦断面図、図１（ｂ）はその表面形状を示す平面図、図１（ｃ）は裏面側を示す背面図である。
図に示す燃料電池発電ユニット１は、第１の支持基板２と第２の支持基板３によって構成されるケース内に、発電要素としての平板状のセル１０を収納して成るものである。 [Example 1]
FIG. 1 shows the structure of a fuel cell power generation unit according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a longitudinal sectional view, and FIG. 1 (b) is a plan view showing its surface shape. FIG.1 (c) is a rear view which shows the back surface side.
The fuel cell power generation unit 1 shown in the figure is configured by housing a flat cell 10 as a power generation element in a case constituted by a first support substrate 2 and a second support substrate 3.

上記セル１０は、ニッケルとＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）のサーメットから成る燃料極１１を基板として、その上にＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）から成る電解質層１２、さらにその上にＬＳＭ（ランタン・ストロンチウム・マンガネート）から成る空気極１３を形成した構造を有している。
なお、この実施例において、上記燃料極１１の厚さは０．８ｍｍ、電解質層１２は１０μｍ、空気極１３については３０μｍとした。 The cell 10 has a fuel electrode 11 made of cermet of nickel and YSZ (yttria stabilized zirconia) as a substrate, an electrolyte layer 12 made of YSZ (yttria stabilized zirconia) thereon, and further LSM (lanthanum strontium). The air electrode 13 made of manganate) is formed.
In this embodiment, the thickness of the fuel electrode 11 is 0.8 mm, the electrolyte layer 12 is 10 μm, and the air electrode 13 is 30 μm.

上記第１の支持基板２は凸字状断面を有する枠状をなす一方、第２の支持基板３は凹字状断面を有する蓋状のものであって、いずれもフェライト系ステンレス鋼（Ｆｅ−２２Ｃｒ鋼）から形成され、互いに嵌合可能な構造を有している。
また、両支持基板２，３の両端部は、図１（ｂ）（ｃ）に示すように、燃料ガスと空気の導入口及び排出口がそれぞれ交互に形成されたマニホールド部となっており、電池ユニット１内の燃料流路８及び空気流路７に連通するようになっている（図４参照）。 The first support substrate 2 has a frame shape having a convex cross section, while the second support substrate 3 is a lid shape having a concave cross section, both of which are ferritic stainless steel (Fe- 22Cr steel) and have a structure that can be fitted to each other.
Moreover, as shown in FIG.1 (b) (c), the both ends of both the support substrates 2 and 3 become the manifold part in which the inlet and outlet of fuel gas and air were formed alternately, It communicates with the fuel flow path 8 and the air flow path 7 in the battery unit 1 (see FIG. 4).

上記第１及び第２の支持基板２，３は、絶縁性接合層４を介して電気的に互いに絶縁された状態に接合されてケースを構成しており、その開口内にセル１０が収納されている。 このセル１０は、その燃料極１１（第１の電極）が導電性接合層５によって第１の支持基板２に接合される一方、空気極１３（第２の電極）が導電性接合層６によって第２の支持基板３に接合されることによって、ケース内に固着され、本発明の燃料電池発電ユニット１となっている。なお、セル１０の燃料極１１を第１の支持基板２に接合するための導電性接合層５は、第１の支持基板２の内周面のみならず、図１（ｃ）にも示すように、支持基板２の裏面側にまで延出しており、スタック形成時に隣接する発電ユニットとの接合層として機能するようになっている。   The first and second support substrates 2 and 3 are joined to each other in an electrically insulated state via an insulating joining layer 4 to form a case, and the cell 10 is accommodated in the opening. ing. In the cell 10, the fuel electrode 11 (first electrode) is bonded to the first support substrate 2 by the conductive bonding layer 5, while the air electrode 13 (second electrode) is bonded by the conductive bonding layer 6. By being bonded to the second support substrate 3, the fuel cell power generation unit 1 of the present invention is secured in the case. The conductive bonding layer 5 for bonding the fuel electrode 11 of the cell 10 to the first support substrate 2 is not only shown on the inner peripheral surface of the first support substrate 2 but also as shown in FIG. Furthermore, it extends to the back surface side of the support substrate 2 and functions as a bonding layer with an adjacent power generation unit when the stack is formed.

上記構造を有する発電ユニット１においては、集電体を用いることなく、セル１０の発電出力を導電性接合層５、第１の支持基板２、導電性接合層６、第２の支持基板３を介して外部に取り出すことができ、集電体に起因する諸問題が解消され、集電性能、発電性能、耐久性を向上させることができる。   In the power generation unit 1 having the above-described structure, the power generation output of the cell 10 is supplied to the conductive bonding layer 5, the first support substrate 2, the conductive bonding layer 6, and the second support substrate 3 without using a current collector. Therefore, various problems caused by the current collector can be solved, and current collecting performance, power generation performance, and durability can be improved.

以下に、上記した燃料電池発電ユニット１の製造手順について、図２及び図３を参照して説明する。また、その工程図を図９（ａ）に示す。
まず、凸字形断面を有する枠状をなす第１の支持基板２の開口内周面と、図中下端面全体に、導電性接着材５’として、ＡｇＣｕろう材の粉末を含むペーストを塗布する。 Hereinafter, the manufacturing procedure of the fuel cell power generation unit 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. The process diagram is shown in FIG.
First, a paste containing AgCu brazing powder is applied as the conductive adhesive 5 'to the inner peripheral surface of the opening of the first support substrate 2 having a frame shape having a convex cross section and the entire lower end surface in the figure. .

そして、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、燃料極基板１１上に電解質１２及び空気極１３をこの順に形成してなるセル１０を支持基板２の開口部内に嵌め込み、９５０℃程度に加熱することにより、セル１０の燃料極１１及び電解質１２を支持基板２に導電性接合層５を介して接合する。これによって、支持基板２にセル１０がガスシール状態に接合される。   Then, as shown in FIGS. 2A and 3A, a cell 10 in which an electrolyte 12 and an air electrode 13 are formed in this order on a fuel electrode substrate 11 is fitted into the opening of the support substrate 2, and 950 is obtained. By heating to about 0 ° C., the fuel electrode 11 and the electrolyte 12 of the cell 10 are bonded to the support substrate 2 via the conductive bonding layer 5. As a result, the cell 10 is bonded to the support substrate 2 in a gas sealed state.

次に、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、第２の支持基板３の内面側におけるセル１０の燃料極１３の外周部に相当する位置に、導電性接着材６’として、ＡｇＣｕろう材を含むペーストを塗布する。
次いで、第２の支持基板３の凹部内周面と、図中下端面の全面に、絶縁性接着材４’として、ＢＣＡＳガラス粉末を含むペーストを塗布する Next, as shown in FIGS. 2B and 3B, the conductive adhesive 6 ′ is provided at a position corresponding to the outer peripheral portion of the fuel electrode 13 of the cell 10 on the inner surface side of the second support substrate 3. Then, a paste containing AgCu brazing material is applied.
Next, a paste containing BCAS glass powder is applied as an insulating adhesive 4 ′ to the inner peripheral surface of the concave portion of the second support substrate 3 and the entire lower end surface in the drawing.

そして、セル１０を固着した第１の支持基板２を第２の支持基板３の凹部内に嵌め込み、この状態で同様に約９５０℃に加熱することによって、セル１０の空気極１３が第１の支持基板２に導電性接合層６によって気密かつ導電状態に接合される。同時に、第１及び第２の支持基板２、３が絶縁性接合層４を介して、気密かつ絶縁状態に接合されることになり、図２（ｃ）に示すように、本発明の燃料電池発電ユニット１が完成する。
なお、上記した導電性接着材６’による空気極１３と支持基板２の接合と、絶縁性接着材４’による支持基板２と３の接合は、同時に行うことなく、２回に分けて行うことも可能であることは言うまでもない。 Then, the first support substrate 2 to which the cell 10 is fixed is fitted into the concave portion of the second support substrate 3 and similarly heated to about 950 ° C. in this state, so that the air electrode 13 of the cell 10 becomes the first electrode. The support substrate 2 is bonded in an airtight and conductive state by the conductive bonding layer 6. At the same time, the first and second support substrates 2 and 3 are bonded in an airtight and insulating state via the insulating bonding layer 4, and as shown in FIG. 2C, the fuel cell of the present invention. The power generation unit 1 is completed.
The above-described bonding of the air electrode 13 and the support substrate 2 with the conductive adhesive 6 ′ and the bonding of the support substrates 2 and 3 with the insulating adhesive 4 ′ should be performed in two steps, not simultaneously. It goes without saying that it is possible.

図４（ａ）は、上記燃料電池ユニット１を縦（セル面に垂直な方向）に積層した燃料電池スタックの構造を示すものであって、上記した燃料電池スタック１を積層した状態で、全体を約９５０℃程度に加熱する。これによって、第１の支持基板２の下端面に形成した導電性接合層５を介して各ユニットの第１の支持基板２が下方側ユニットの第２の支持基板３に、それぞれ気密かつ導電状態に接合され、各ユニットのセル１０が直列に連結されることになる。   FIG. 4 (a) shows the structure of a fuel cell stack in which the fuel cell units 1 are stacked vertically (in a direction perpendicular to the cell surface). Is heated to about 950 ° C. As a result, the first support substrate 2 of each unit is airtight and electrically conductive to the second support substrate 3 of the lower unit via the conductive bonding layer 5 formed on the lower end surface of the first support substrate 2. The cells 10 of each unit are connected in series.

同時に、各ユニットのマニホールド部に形成された燃料ガス及び空気の導入口や排出口もそれぞれ連通することになり、第２の支持基板と空気極１３及び燃料極１１の間に空気流路７及び燃料流路８がそれぞれ形成される。
そして、各セル１０の温度が所定の作動温度に達した状態で、各導入口から空気と燃料ガスがそれぞれ供給されると、各セル１０において発電が開始され、図中に矢印で示す電流パスＰによって、発電出力を取り出すことができる。 At the same time, the fuel gas and air inlets and outlets formed in the manifold portion of each unit also communicate with each other, so that the air flow path 7 and the air electrode 7 Each of the fuel flow paths 8 is formed.
Then, when air and fuel gas are respectively supplied from each introduction port in a state where the temperature of each cell 10 has reached a predetermined operating temperature, power generation is started in each cell 10, and a current path indicated by an arrow in the figure. The power generation output can be taken out by P.

また、図４（ｂ）に示すように、上記燃料電池ユニット１を水平（セル面に平行な方向）に配置し、第１の支持基板２をコネクタＣによって隣接するユニットの第２の支持基板３に電気的に接続することによっても、ユニット同士を直列の連結した燃料電池スタックを構成することができる。
この場合も、図中に矢印で示すような電流パスＰが成立し、発電出力をスタック外部に取り出すことができる。なお、隣接するユニットの第１の支持基板２同士、第２の支持基板３同士をそれぞれコネクタＣによって接続すれば、各ユニットを並列に連結できることは言うまでもない。 Further, as shown in FIG. 4B, the fuel cell unit 1 is disposed horizontally (in a direction parallel to the cell surface), and the first support substrate 2 is connected to the second support substrate of the unit adjacent by the connector C. The fuel cell stack in which the units are connected in series can also be configured by electrically connecting to 3.
Also in this case, a current path P as shown by an arrow in the figure is established, and the generated output can be taken out of the stack. Needless to say, if the first support substrates 2 and the second support substrates 3 of adjacent units are connected by the connector C, the units can be connected in parallel.

〔実施例２〕
図５は、本発明の第２の実施例による燃料電池発電ユニットの構造を示す断面図である。
この実施例による発電ユニット２１においては、金属製の第１の支持基板に替えて、アルミナから成る電気絶縁性の支持基板２２を用いたものであって、これ以外は、製造手順を含めて、上記した第１の実施例と実質的に変わるところはない。なお、セル１０の燃料極１１を第１の支持基板２２に接合するための導電性接合層５は、第１の支持基板２２の内周面のみならず、支持基板２２の下端面にまで延出しており、導電経路となると共に、スタック形成時に下方側発電ユニットとの接合層として機能するようになっている。 [Example 2]
FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a fuel cell power generation unit according to the second embodiment of the present invention.
In the power generation unit 21 according to this embodiment, an electrically insulating support substrate 22 made of alumina is used instead of the first metal support substrate, and other than this, including the manufacturing procedure, There is no substantial difference from the first embodiment described above. The conductive bonding layer 5 for bonding the fuel electrode 11 of the cell 10 to the first support substrate 22 extends not only to the inner peripheral surface of the first support substrate 22 but also to the lower end surface of the support substrate 22. It serves as a conductive path and functions as a bonding layer with the lower power generation unit during stack formation.

この実施例においては、第１の支持基板２２が電気絶縁性を備えているため、第２の支持基板３との接合に際して、必ずしも絶縁性接着材を用いる必要がなく、絶縁性接合層４に替えて導電性接合層５を介して接合するようになすこともでき、使用する接着材を一本化することが可能となる。   In this embodiment, since the first support substrate 22 has electrical insulation, it is not always necessary to use an insulating adhesive when joining to the second support substrate 3. It can replace and can also be made to join via the conductive joining layer 5, and it becomes possible to unify the adhesive material to be used.

〔実施例３〕
図６は、本発明の第３の実施例による燃料電池発電ユニットの構造を示す断面図であって、この実施例においては、第２の支持基板３をセパレータとして機能するセパレータ基板部３ａと、セル１０の特に空気極１３（第２の電極）を支持する支持基板部３ｂに分割されている。そして、これら両基板部３ａ及び３ｂは、導電性接合層９によって、気密かつ電気的導通状態に接合されている。 Example 3
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a fuel cell power generation unit according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a separator substrate portion 3a that functions as a separator for the second support substrate 3, The cell 10 is divided into support substrate portions 3b that support the air electrode 13 (second electrode) in particular. The two substrate portions 3a and 3b are bonded in an airtight and electrically conductive state by the conductive bonding layer 9.

この実施例による燃料電池発電ユニット３１の製造手順については、図９（ｂ）に示すように、まず、第１の支持基板２の内周面及び下端面に導電性接着材５’を塗布した後、セル１０を支持基板２の開口部内に嵌め込んで、第１の実施例と同様に接合する。
次に、第２の支持基板３の支持基板部３ｂにおける内周面と下端面に、絶縁性接着材４’を塗布すると共に、第２の支持基板３のセパレータ基板部３ａにおける図中下側面に、導電性接着材６’と９’を塗布する。 As for the manufacturing procedure of the fuel cell power generation unit 31 according to this embodiment, as shown in FIG. 9 (b), first, a conductive adhesive 5 ′ was applied to the inner peripheral surface and the lower end surface of the first support substrate 2. Thereafter, the cell 10 is fitted into the opening of the support substrate 2 and joined in the same manner as in the first embodiment.
Next, an insulating adhesive 4 ′ is applied to the inner peripheral surface and the lower end surface of the support substrate portion 3 b of the second support substrate 3, and the lower side surface in the figure of the separator substrate portion 3 a of the second support substrate 3. Then, conductive adhesives 6 'and 9' are applied.

そして、セル１０を固着した第１の支持基板２を支持基板部３ｂの開口内に嵌め込むと共に、この支持基板部３ｂに、導電性接着材６’と９’を塗布したセパレータ基板部３ａを重ねた状態で加熱することによって、支持基板部３ｂに第１の支持基板２とセパレータ基板部３ａが気密状態に接合される。   Then, the first support substrate 2 to which the cells 10 are fixed is fitted into the opening of the support substrate portion 3b, and the separator substrate portion 3a coated with the conductive adhesives 6 'and 9' is applied to the support substrate portion 3b. By heating in an overlapped state, the first support substrate 2 and the separator substrate portion 3a are joined to the support substrate portion 3b in an airtight state.

〔実施例４〕
図７は、本発明による燃料電池発電ユニットの第４の実施例を示す断面図である。
この実施例による発電ユニット４１においては、金属製の第１の支持基板に替えて、アルミナから成る電気絶縁性の支持基板２２を用いており、これ以外は、製造手順を含めて、上記した第３の実施例と実質的に同じである。 Example 4
FIG. 7 is a sectional view showing a fourth embodiment of the fuel cell power generation unit according to the present invention.
In the power generation unit 41 according to this embodiment, an electrically insulating support substrate 22 made of alumina is used in place of the first support substrate made of metal. This is substantially the same as the third embodiment.

当該実施例においては、第１の支持基板２２が電気絶縁性を備えているため、上記した第２の実施例と同様に、支持基板部３ｂとの接合層４に、必ずしも絶縁性が要求されず、導電性接材を用いて接合することもでき、接着材の一本化が可能となる。
なお、この実施例においては、第１の支持基板として金属製の支持基板２を用いる一方、支持基板部３ｂをセラミックス材料から成るものとすることも可能である。 In this embodiment, since the first support substrate 22 has electrical insulation, the insulation layer is necessarily required for the bonding layer 4 with the support substrate portion 3b as in the second embodiment. Instead, it can be joined using a conductive contact material, and a single adhesive can be obtained.
In this embodiment, the metal support substrate 2 is used as the first support substrate, while the support substrate portion 3b can be made of a ceramic material.

〔実施例５〕
図８は、本発明による燃料電池発電ユニットの第５の実施例を示す断面図であって、この実施例による発電ユニット５１においては、セル１０の燃料極１１及び空気極１３の表面上に、導電性膜１１ａ及び１３ａをそれぞれ形成した状態で、上記第１の実施例と同様に、第１及び第２の支持基板２，３に接合されている。 Example 5
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fifth embodiment of the fuel cell power generation unit according to the present invention. In the power generation unit 51 according to this embodiment, on the surface of the fuel electrode 11 and the air electrode 13 of the cell 10, In the state where the conductive films 11a and 13a are respectively formed, the conductive films 11a and 13a are bonded to the first and second support substrates 2 and 3 as in the first embodiment.

ここで、燃料極側の導電性膜１１ａとしては多孔質Ｎｉ膜、空気極側の導電性膜１３ａとしては多孔質ＬＳＣ膜が用いられ、それぞれ導電性接合層５及び６を介して、第１及び第２の支持基板２，３に電気的に接合されている。
これら導電性膜１１ａ及び導電性膜１３ａは、それぞれ燃料極１１及び空気極１３から効率よく発電出力を取り出すことに寄与する。 Here, a porous Ni film is used as the conductive film 11a on the fuel electrode side, and a porous LSC film is used as the conductive film 13a on the air electrode side, and the first is interposed through the conductive bonding layers 5 and 6, respectively. And electrically joined to the second support substrates 2 and 3.
The conductive film 11a and the conductive film 13a contribute to efficiently extracting the power generation output from the fuel electrode 11 and the air electrode 13, respectively.

〔集電性能〕
上記した第１の実施例により得られた本発明の燃料電池発電ユニットを用い、初期集電抵抗として、フレーム間抵抗、すなわち発電ユニット１の第１及び第２の支持基板２，３の間の抵抗値を測定し、集電体を用いた比較例のユニットと比較した。
比較例に用いた発電ユニットは、図１０に示すように、実施例１と同様のセル１０を第１の支持基板７１に絶縁性接着材により接合した後、その上下にメッシュ集電体Ｍを介在させた状態に、第２の支持基板７２，７２を絶縁性接着材により接合した構造のものである。なお、支持基板７１，７２は、上記各実施例と同様のフェライト系ステンレス鋼から成ると共に、メッシュ集電体Ｍとして、同様のステンレス鋼から成る線径１００μｍのメッシュを波状にプレス成形したものを使用した。また、図中下方側の第２の支持基板７２は、本来隣接する次のユニットに帰属する支持基板に相当する。 [Current collection performance]
Using the fuel cell power generation unit of the present invention obtained by the first embodiment described above, the initial current collecting resistance is an interframe resistance, that is, between the first and second support substrates 2 and 3 of the power generation unit 1. The resistance value was measured and compared with a unit of a comparative example using a current collector.
As shown in FIG. 10, the power generation unit used in the comparative example was joined to the first support substrate 71 with an insulating adhesive, and then the mesh current collector M was placed above and below the same cell 10 as in Example 1. In this state, the second support substrates 72 and 72 are joined to each other with an insulating adhesive. The support substrates 71 and 72 are made of the same ferritic stainless steel as in each of the above embodiments, and the mesh current collector M is formed by pressing a mesh of the same stainless steel having a wire diameter of 100 μm into a wave shape. used. In addition, the second support substrate 72 on the lower side in the drawing corresponds to a support substrate belonging to the next unit that is originally adjacent.

この結果は、表１に示すように、セル電極を支持基板２，３に直接接合した本発明の発電ユニットにおいては、０．８２Ωｃｍ^２であったのに対し、直接接合することなく、セル電極１０と支持基板７２，７２の間に波状の集電体Ｍ，Ｍをそれぞれ介在させた比較例においては、１．１０Ωｃｍ^２と高い値となった。これは、比較例の場合、集電体が十分にセル電極に当接していないことによると考えられる。 As shown in Table 1, this result was 0.82 Ωcm ² in the power generation unit of the present invention in which the cell electrode was directly bonded to the support substrates 2 and 3, whereas the cell electrode was not directly bonded. In the comparative example in which the corrugated current collectors M and M were interposed between the substrate 10 and the support substrates 72 and 72, respectively, the value was as high as 1.10 Ωcm ² . This is considered to be because the current collector is not sufficiently in contact with the cell electrode in the comparative example.

次に、これら実施例及び比較例の発電ユニットの空気極側に空気を通気すると共に、燃料極側に加湿した水素（３％Ｈ_２Ｏ）を通気し、７００℃に保持した時の時間経過に対する集電抵抗値の初期値からの増加幅を調査し、その結果を図１１に示した。ここで、集電抵抗とは、セルを挟持したステンレスフレーム間の抵抗から、セル自体の抵抗を差し引いた値を空気極面積で規格化したものである。
その結果、本発明の発電ユニットにおいては、８００時間の経過後においても０．１Ωｃｍ^２程度の増加に過ぎないのに対し、比較例では、その５倍程度の増加量であることが確認された。比較例の場合には、集電体やフレームの熱変形によって、集電体のセル電極との接触が阻害されたものと考えられる。 Next, the time elapses when air is ventilated to the air electrode side of the power generation units of these examples and comparative examples, and humidified hydrogen (3% H ₂ O) is ventilated to the fuel electrode side and maintained at 700 ° C. The increase width from the initial value of the current collecting resistance value with respect to was investigated, and the result is shown in FIG. Here, the current collecting resistance is a value obtained by normalizing a value obtained by subtracting the resistance of the cell itself from the resistance between the stainless steel frames sandwiching the cell by the air electrode area.
As a result, in the power generation unit of the present invention, it was confirmed that the increase was only about 0.1 Ωcm ² even after 800 hours, whereas in the comparative example, the increase was about 5 times that. . In the case of the comparative example, it is considered that the contact between the current collector and the cell electrode was hindered by thermal deformation of the current collector and the frame.

１、２１、３１、４１、５１ 燃料電池発電ユニット
２、２２ 第１の支持基板
３ 第２の支持基板
３ａ セパレータ基板部
３ｂ 支持基板部
４ 絶縁性接合層
５、６、９ 導電性接合層
１０ セル
１１ 燃料極（第１の電極）
１２ 電解質
１３ 空気極（第２の電極）
１１ａ、１３ａ 導電性膜 1, 2, 31, 41, 51 Fuel cell power generation unit 2, 22 First support substrate 3 Second support substrate 3a Separator substrate portion 3b Support substrate portion 4 Insulating bonding layer 5, 6, 9 Conductive bonding layer 10 Cell 11 Fuel electrode (first electrode)
12 Electrolyte 13 Air electrode (second electrode)
11a, 13a conductive film

Claims (7)

固体酸化物から成る電解質を第１及び第２の電極で挟持したセルをケース内に支持して成る発電ユニットにおいて、
上記ケースが気密かつ互いに絶縁状態に接合された第１及び第２の支持基板から成り、上記第１及び第２の電極が第１及び第２の支持基板に導電性接合層を介してそれぞれ接合され、ケース外面に電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池発電ユニット。 In a power generation unit formed by supporting a cell in which an electrolyte made of a solid oxide is sandwiched between first and second electrodes in a case,
The case is formed of first and second support substrates which are airtight and bonded to each other in an insulated state, and the first and second electrodes are bonded to the first and second support substrates via a conductive bonding layer, respectively. And a fuel cell power generation unit that is electrically connected to the outer surface of the case. 第１及び第２の支持基板が金属製であって、第１の支持基板に上記電解質が気密状態に接合されると共に第１の電極が導電性接合層を介して接合されており、第２の支持基板に第２の電極が導電性接合層を介して接合され、第１及び第２の支持基板が絶縁性接合層を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電ユニット。   The first and second support substrates are made of metal, the electrolyte is bonded to the first support substrate in an airtight state, and the first electrode is bonded via a conductive bonding layer. The second electrode is bonded to the support substrate via a conductive bonding layer, and the first and second support substrates are bonded via an insulating bonding layer. Fuel cell power generation unit. 第１の支持基板が電気絶縁性材料から成ると共に第２の支持基板が金属製であって、第１の支持基板に上記電解質が気密状態に接合されると共に第１の電極が導電性接合層を介して接合され、且つ当該導電性接合層が第１の支持基板の外面にまで延出しており、第２の支持基板に第２の電極が導電性接合層を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電ユニット。   The first support substrate is made of an electrically insulating material, the second support substrate is made of metal, the electrolyte is bonded to the first support substrate in an airtight state, and the first electrode is a conductive bonding layer. And the conductive bonding layer extends to the outer surface of the first support substrate, and the second electrode is bonded to the second support substrate via the conductive bonding layer. The fuel cell power generation unit according to claim 1. 第２の支持基板が第２の電極を支持する支持基板部と、セパレータ基板部とに分割され、これら両基板部が導電性接合層を介して気密状態に接合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の燃料電池発電ユニット。   The second support substrate is divided into a support substrate portion that supports the second electrode and a separator substrate portion, and both the substrate portions are bonded in an airtight state via a conductive bonding layer. The fuel cell power generation unit according to any one of claims 1 to 3. 第１の電極上に、多孔質又はメッシュ状の導電性膜が配置され、第１の電極と第１の支持基板との間に介在する導電性接合層に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の燃料電池発電ユニット。   A porous or mesh conductive film is disposed on the first electrode, and is connected to a conductive bonding layer interposed between the first electrode and the first support substrate. The fuel cell power generation unit according to any one of claims 1 to 4. 第２の電極上に、多孔質又はメッシュ状の導電性膜が配置され、第２の電極と第２の支持基板との間に介在する導電性接合層に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の燃料電池発電ユニット。   A porous or mesh conductive film is disposed on the second electrode, and is connected to a conductive bonding layer interposed between the second electrode and the second support substrate. The fuel cell power generation unit according to any one of claims 1 to 5. 請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の燃料電池発電ユニットをセル面に対して垂直方向及び／又は平行方向に配列し、第１及び第２の支持基板を介して電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池スタック。   The fuel cell power generation units according to any one of claims 1 to 6 are arranged in a direction perpendicular to and / or parallel to a cell surface and electrically connected via first and second support substrates. A fuel cell stack characterized by being made.

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