JP2018098202A - Fuel battery cell - Google Patents

Fuel battery cell Download PDF

Info

Publication number
JP2018098202A
JP2018098202A JP2017235788A JP2017235788A JP2018098202A JP 2018098202 A JP2018098202 A JP 2018098202A JP 2017235788 A JP2017235788 A JP 2017235788A JP 2017235788 A JP2017235788 A JP 2017235788A JP 2018098202 A JP2018098202 A JP 2018098202A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
thickness
air electrode
region
current collector
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.)
Granted
Application number
JP2017235788A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6309152B1 (en
Inventor
法子 児玉
Noriko Kodama
法子 児玉
鈴木　憲次
Kenji Suzuki
憲次 鈴木
誠 大森
Makoto Omori
誠 大森
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.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators 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 NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Application granted granted Critical
Publication of JP6309152B1 publication Critical patent/JP6309152B1/en
Publication of JP2018098202A publication Critical patent/JP2018098202A/en
Expired - Fee Related 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

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery cell capable of suppressing generation of its deterioration.SOLUTION: A fuel battery cell 301 includes a support substrate 20 and a power generation element part. The support substrate 20 has a plurality of gas flow passages 21. A thickness t1 of an air electrode 6 in a first region R1 is smaller than a thickness t2 of an air electrode in a second region R2.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、燃料電池セルに関するものである。   The present invention relates to a fuel battery cell.

燃料電池セルは、支持基板と、発電素子部と、を有している。支持基板は、複数のガス流路を有している。発電素子部は、支持基板に支持されている。発電素子部は、燃料極、電解質、及び空気極を有している。燃料極は、燃料極活性部及び燃料極集電部を有している。空気極は、空気極活性部及び空気極集電部を有している。   The fuel battery cell has a support substrate and a power generation element unit. The support substrate has a plurality of gas flow paths. The power generation element portion is supported by the support substrate. The power generation element unit includes a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode. The fuel electrode has a fuel electrode active part and a fuel electrode current collector. The air electrode has an air electrode active part and an air electrode current collector.

特開２０１５−７６３３９号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-76339

燃料電池セルの長寿命化を達成するために燃料電池セルの劣化を抑制することが要望されている。そこで、本発明の課題は、燃料電池セルの劣化を抑制することにある。   In order to achieve the long life of the fuel cell, it is desired to suppress the deterioration of the fuel cell. Then, the subject of this invention is in suppressing deterioration of a fuel cell.

本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、発電素子部と、を備えている。支持基板は、複数のガス流路を有する。発電素子部は、内側電極、電解質、及び外側電極を有する。発電素子部は、支持基板に支持される。第１領域における前記外側電極の厚さは、第２領域における外側電極の厚さよりも薄い。なお、第１領域は、外側電極の厚さ方向視において、外側電極とガス流路間とが重複する領域である。第２領域は、外側電極の厚さ方向視において、外側電極とガス流路とが重複する領域である。   A fuel battery cell according to an aspect of the present invention includes a support substrate and a power generation element unit. The support substrate has a plurality of gas flow paths. The power generation element unit includes an inner electrode, an electrolyte, and an outer electrode. The power generation element unit is supported by the support substrate. The thickness of the outer electrode in the first region is smaller than the thickness of the outer electrode in the second region. Note that the first region is a region where the outer electrode and the gas flow channel overlap in the thickness direction view of the outer electrode. The second region is a region where the outer electrode and the gas flow channel overlap when viewed in the thickness direction of the outer electrode.

本発明者らは、燃料電池セルの劣化の要因の１つとして、他の部分に比べて支持基板のガス流路間において熱が貯まりやすく、この支持基板内での熱の不均一性が燃料電池セルを劣化させていることを見出した。そこで、本発明に係る燃料電池セルでは、上述したように、第１領域における外側電極の厚さを、第２領域における外側電極の厚さよりも薄くした。この構成によれば、第１領域の支持基板において外側電極を介した放熱性が向上する。この結果、支持基板内における熱の不均一性が低減されて、燃料電池セルの劣化を抑制することができる。   As one of the causes of deterioration of the fuel battery cell, the inventors of the present invention tend to store heat between the gas flow paths of the support substrate as compared with other portions, and the nonuniformity of heat in the support substrate is fuel. It was found that the battery cell was deteriorated. Therefore, in the fuel cell according to the present invention, as described above, the thickness of the outer electrode in the first region is made thinner than the thickness of the outer electrode in the second region. According to this structure, the heat dissipation through the outer electrode is improved in the support substrate in the first region. As a result, heat non-uniformity in the support substrate is reduced, and deterioration of the fuel cell can be suppressed.

好ましくは、外側電極は、外側電極活性部と、外側電極活性部上に形成される外側電極集電部と、を有する。   Preferably, the outer electrode has an outer electrode active part and an outer electrode current collector formed on the outer electrode active part.

好ましくは、第１領域における外側電極活性部の厚さは、第２領域における外側電極活性部の厚さよりも薄い。   Preferably, the thickness of the outer electrode active part in the first region is smaller than the thickness of the outer electrode active part in the second region.

好ましくは、第１領域における外側電極集電部の厚さは、第２領域における外側電極集電部の厚さよりも薄い。   Preferably, the thickness of the outer electrode current collector in the first region is thinner than the thickness of the outer electrode current collector in the second region.

好ましくは、第２領域における外側電極の厚さｔ２に対する、第１領域における外側電極の厚さｔ１の割合（ｔ１／ｔ２）は、０．５０〜０．９９である。   Preferably, the ratio (t1 / t2) of the thickness t1 of the outer electrode in the first region to the thickness t2 of the outer electrode in the second region is 0.50 to 0.99.

本発明によれば、燃料電池セルの劣化を抑制することができる。   According to the present invention, deterioration of the fuel cell can be suppressed.

燃料電池スタックの斜視図。The perspective view of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of a fuel cell stack. 燃料マニホールドの斜視図。The perspective view of a fuel manifold. 燃料電池セルの斜視図。The perspective view of a fuel cell. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 空気極の厚さを説明するための図。The figure for demonstrating the thickness of an air electrode. 燃料電池セルの基端側の断面図。Sectional drawing of the base end side of a fuel cell. 燃料電池セルと燃料マニホールドとの接合を示す図。The figure which shows joining of a fuel battery cell and a fuel manifold. 空気の供給方法を示す図。The figure which shows the supply method of air. 燃料電池セル内を流れる電流を示す図。The figure which shows the electric current which flows through the inside of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 変形例に係る空気極の厚さを説明するための図。The figure for demonstrating the thickness of the air electrode which concerns on a modification. 変形例に係る空気極の厚さを説明するための図。The figure for demonstrating the thickness of the air electrode which concerns on a modification.

以下、本発明に係る燃料電池セルを用いた燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of a fuel cell stack using fuel cells according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１００は、燃料マニホールド２００と、複数の燃料電池セル３０１と、を備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 100 includes a fuel manifold 200 and a plurality of fuel cells 301.

［燃料マニホールド］
図３に示すように、燃料マニホールド２００は、燃料ガスを各燃料電池セル３０１に分配するように構成されている。燃料マニホールド２００は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド２００の内部空間には、導入管２０１を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド２００は、互いに間隔をあけて並ぶ複数の貫通孔２０２を有している。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の天板２０３に形成されている。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の内部空間と外部とを連通する。 [Fuel manifold]
As shown in FIG. 3, the fuel manifold 200 is configured to distribute the fuel gas to the fuel cells 301. The fuel manifold 200 is hollow and has an internal space. Fuel gas is supplied to the internal space of the fuel manifold 200 through the introduction pipe 201. The fuel manifold 200 has a plurality of through holes 202 arranged at intervals. Each through hole 202 is formed in the top plate 203 of the fuel manifold 200. Each through hole 202 communicates the internal space of the fuel manifold 200 with the outside.

［燃料電池セル］
図２に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００から延びている。詳細には、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００の天板２０３から上方（ｘ軸方向）に延びている。すなわち、各燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）は、上方に延びている。燃料電池セル３０１の基端部が貫通孔２０２に挿入されている。図４に示すように、燃料電池セル３０１は、複数の発電素子部１０と、支持基板２０とを備えている。 [Fuel battery cell]
As shown in FIG. 2, each fuel cell 301 extends from the fuel manifold 200. Specifically, each fuel cell 301 extends upward (x-axis direction) from the top plate 203 of the fuel manifold 200. That is, the longitudinal direction (x-axis direction) of each fuel cell 301 extends upward. The base end portion of the fuel cell 301 is inserted into the through hole 202. As shown in FIG. 4, the fuel battery cell 301 includes a plurality of power generation element units 10 and a support substrate 20.

［支持基板］
支持基板２０は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びる複数のガス流路２１を内部に有している。各ガス流路２１は、支持基板２０の基端側から先端側に向かって延びている。各ガス流路２１は、支持基板２０の幅方向において、互いに間隔をあけて配置されている。各ガス流路２１は、互いに実質的に平行に延びている。なお、基端側とは、ガス流路のガス供給側を意味する。具体的には、燃料マニホールド２００に燃料電池セル３０１を取り付けた場合において、その燃料マニホールド２００に近い側を意味する。また、先端側とは、ガス流路のガス供給側とは反対側を意味する。具体的には、燃料電池セル３０１を燃料マニホールド２００に取り付けた場合において、その燃料マニホールド２００から遠い側を意味する。例えば、本実施形態の図２では、下側が基端側であり、上側が先端側となる。 [Support substrate]
The support substrate 20 has a plurality of gas passages 21 extending along the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. Each gas flow path 21 extends from the proximal end side of the support substrate 20 toward the distal end side. The gas flow paths 21 are arranged at intervals in the width direction of the support substrate 20. Each gas channel 21 extends substantially parallel to each other. The base end side means the gas supply side of the gas flow path. Specifically, when the fuel battery cell 301 is attached to the fuel manifold 200, it means the side close to the fuel manifold 200. Further, the tip side means the side opposite to the gas supply side of the gas flow path. Specifically, when the fuel cell 301 is attached to the fuel manifold 200, it means the side far from the fuel manifold 200. For example, in FIG. 2 of the present embodiment, the lower side is the proximal end side, and the upper side is the distal end side.

図５に示すように、支持基板２０は、複数の第１凹部２２を有している。各第１凹部２２は、支持基板２０の一対の主面２３に形成されている。各第１凹部２２は支持基板２０の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第１凹部２２は、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）の両端部には形成されていない。   As shown in FIG. 5, the support substrate 20 has a plurality of first recesses 22. Each first recess 22 is formed on a pair of main surfaces 23 of the support substrate 20. The first recesses 22 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 20. Each first recess 22 is not formed at both ends of the support substrate 20 in the width direction (y-axis direction).

支持基板２０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板２０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板２０は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板２０の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。 The support substrate 20 is made of a porous material that does not have electronic conductivity. The support substrate 20 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, the support substrate 20 may be made of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia), or made of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria). Alternatively, MgO (magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) may be used. The porosity of the support substrate 20 is, for example, about 20 to 60%.

［発電素子部］
各発電素子部１０は、支持基板２０の各主面２３に支持されている。なお、各発電素子部１０は、支持基板２０の各主面２３のどちらか一方のみに支持されていてもよい。各発電素子部１０は、支持基板２０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル３０１は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。長手方向に隣り合う発電素子部１０は、インターコネクタ３１によって互いに電気的に接続されている。 [Power generation element]
Each power generating element unit 10 is supported on each main surface 23 of the support substrate 20. Each power generation element unit 10 may be supported by only one of the main surfaces 23 of the support substrate 20. The power generation element units 10 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 20. That is, the fuel cell 301 according to the present embodiment is a so-called horizontal stripe fuel cell. The power generating element portions 10 adjacent in the longitudinal direction are electrically connected to each other by an interconnector 31.

発電素子部１０は、燃料極４（内側電極の一例）、電解質５、及び空気極６（外側電極の一例）を有している。また、発電素子部１０は、反応防止膜７をさらに有している。   The power generation element unit 10 includes a fuel electrode 4 (an example of an inner electrode), an electrolyte 5, and an air electrode 6 (an example of an outer electrode). In addition, the power generation element unit 10 further includes a reaction preventing film 7.

［燃料極］
燃料極４は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極４は、燃料極集電部４１と燃料極活性部４２とを有する。 [Fuel electrode]
The fuel electrode 4 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The fuel electrode 4 includes a fuel electrode current collector 41 and a fuel electrode active part 42.

［燃料極集電部］
燃料極集電部４１は、第１凹部２２内に配置されている。詳細には、燃料極集電部４１は、第１凹部２２内に充填されており、第１凹部２２と同様の外形を有する。燃料極集電部４１は、第２凹部４１１及び第３凹部４１２を有している。第２凹部４１１内には、燃料極活性部４２が配置されている。また、第３凹部４１２には、インターコネクタ３１が配置されている。 [Fuel electrode current collector]
The fuel electrode current collector 41 is disposed in the first recess 22. Specifically, the fuel electrode current collector 41 is filled in the first recess 22 and has the same outer shape as the first recess 22. The fuel electrode current collector 41 has a second recess 411 and a third recess 412. A fuel electrode active portion 42 is disposed in the second recess 411. Further, the interconnector 31 is disposed in the third recess 412.

燃料極集電部４１は、電子伝導性を有する。燃料極集電部４１は、燃料極活性部４２よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部４１は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。   The fuel electrode current collector 41 has electronic conductivity. The fuel electrode current collector 41 preferably has higher electron conductivity than the fuel electrode active part 42. The fuel electrode current collector 41 may or may not have oxygen ion conductivity.

燃料極集電部４１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部４１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部４１の厚さ、及び第１凹部２２の深さは、５０〜５００μｍ程度である。 The fuel electrode current collector 41 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode current collector 41 may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). Also good. The thickness of the fuel electrode current collector 41 and the depth of the first recess 22 are about 50 to 500 μm.

［燃料極活性部］
燃料極活性部４２は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部４２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部４１における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。 [Fuel electrode active part]
The fuel electrode active portion 42 has oxygen ion conductivity and electronic conductivity. The anode active part 42 has a higher content of oxygen ion conductive material than the anode current collector 41. Specifically, the volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the total volume excluding the pore portion in the fuel electrode active portion 42 is determined by the oxygen ion conduction in the total volume excluding the pore portion in the fuel electrode current collector 41. It is larger than the volume ratio of the substance having the property.

燃料極活性部４２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部４２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部４２の厚さは、５〜３０μｍである。   The fuel electrode active part 42 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode active part 42 may be composed of NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium-doped ceria). The thickness of the fuel electrode active part 42 is 5 to 30 μm.

［電解質］
電解質５は、燃料極４上を覆うように配置されている。詳細には、電解質５は、あるインターコネクタ３１から隣のインターコネクタ３１まで長手方向に延びている。すなわち、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、電解質５とインターコネクタ３１とが交互に連続して配置されている。電解質５は、支持基板２０の各主面２３を覆うように構成されている。 [Electrolytes]
The electrolyte 5 is disposed so as to cover the fuel electrode 4. Specifically, the electrolyte 5 extends in the longitudinal direction from one interconnector 31 to the adjacent interconnector 31. That is, the electrolyte 5 and the interconnector 31 are alternately and continuously arranged in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. The electrolyte 5 is configured to cover each main surface 23 of the support substrate 20.

電解質５は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質５は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、電解質５は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質５の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。   The electrolyte 5 is a fired body made of a dense material that has ionic conductivity and no electronic conductivity. The electrolyte 5 can be made of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or the electrolyte 5 may be comprised from LSGM (lanthanum gallate). The thickness of the electrolyte 5 is, for example, about 3 to 50 μm.

［反応防止膜］
反応防止膜７は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜７は、電解質５と空気極活性部６１との間に配置されている。反応防止膜７は、電解質５内のＹＳＺと空気極６内のＳｒとが反応して電解質５と空気極６との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。 [Reaction prevention film]
The reaction preventing film 7 is a fired body composed of a dense material. The reaction preventing film 7 is disposed between the electrolyte 5 and the air electrode active part 61. The reaction preventing film 7 suppresses occurrence of a phenomenon in which YSZ in the electrolyte 5 and Sr in the air electrode 6 react to form a reaction layer having a large electric resistance at the interface between the electrolyte 5 and the air electrode 6. Is provided.

反応防止膜７は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜７は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。 The reaction preventing film 7 is made of a material containing ceria containing a rare earth element. The reaction preventing film 7 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 7 is, for example, about 3 to 50 μm.

［空気極］
空気極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極６は、電解質５を基準にして、燃料極４と反対側に配置されている。空気極６は、空気極活性部６１（外側電極活性部の一例）と空気極集電部６２（外側電極集電部の一例）とを有している。 [Air electrode]
The air electrode 6 is a fired body composed of a porous material having electron conductivity. The air electrode 6 is disposed on the opposite side of the fuel electrode 4 with respect to the electrolyte 5. The air electrode 6 has an air electrode active part 61 (an example of an outer electrode active part) and an air electrode current collector 62 (an example of an outer electrode current collector).

［空気極活性部］
空気極活性部６１は、反応防止膜７上に配置されている。空気極活性部６１は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部６１は、空気極集電部６２よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部６１おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部６２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。 [Air electrode active part]
The air electrode active part 61 is disposed on the reaction preventing film 7. The air electrode active part 61 has oxygen ion conductivity and electron conductivity. The air electrode active part 61 has a higher content of a substance having oxygen ion conductivity than the air electrode current collecting part 62. Specifically, the volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the total volume excluding the pore portion in the air electrode active portion 61 is determined by the oxygen ion conductivity in the air electrode current collector 62 with respect to the total volume excluding the pore portion. It is larger than the volume ratio of the substance having the property.

空気極活性部６１は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極活性部６１は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極活性部６１は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。 The air electrode active part 61 can be composed of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode active part 61 may have LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite), or LSC = (La, Sr) CoO. 3 (lanthanum strontium cobaltite) or the like. The air electrode active part 61 may be configured by two layers of a first layer (inner layer) composed of LSCF and a second layer (outer layer) composed of LSC.

［空気極集電部］
空気極集電部６２は、空気極活性部６１上に配置されている。また、空気極集電部６２は、空気極活性部６１から、隣の発電素子部に向かって延びている。なお、燃料極集電部４１と空気極集電部６２とは、発電領域から互いに反対側に延びている。なお、発電領域とは、燃料極活性部４２と電解質５と空気極活性部６１とが重複する領域である。 [Air electrode current collector]
The air electrode current collector 62 is disposed on the air electrode active part 61. The air electrode current collector 62 extends from the air electrode active part 61 toward the adjacent power generation element part. The fuel electrode current collector 41 and the air electrode current collector 62 extend from the power generation region to opposite sides. The power generation region is a region where the fuel electrode active part 42, the electrolyte 5, and the air electrode active part 61 overlap.

空気極集電部６２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極集電部６２は、空気極活性部６１よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部６２は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。   The air electrode current collector 62 is a fired body made of a porous material having electronic conductivity. The air electrode current collector 62 preferably has higher electron conductivity than the air electrode active part 61. The air electrode current collector 62 may or may not have oxygen ion conductivity.

空気極集電部６２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極集電部６２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、空気極集電部６２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。 The air electrode current collector 62 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode current collector 62 may be made of LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite). Or the air electrode current collection part 62 may be comprised from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy).

図６は、空気極６の厚さを説明するための図である。なお、図６において図解を容易にするため、支持基板２０及び空気極６のみを図示している。また、支持基板２０の一方の主面２３に形成された空気極６のみを図示しており、支持基板２０の他方の主面２３に形成された空気極６の図示を省略している。   FIG. 6 is a diagram for explaining the thickness of the air electrode 6. In FIG. 6, only the support substrate 20 and the air electrode 6 are illustrated for easy illustration. Further, only the air electrode 6 formed on one main surface 23 of the support substrate 20 is illustrated, and the air electrode 6 formed on the other main surface 23 of the support substrate 20 is not illustrated.

図６に示すように、空気極６の厚さは、その位置によって異なっている。まず、空気極６の厚さ方向視（ｚ軸方向視）において、空気極６とガス流路間２４とが重複する領域を第１領域Ｒ１とする。また、空気極６の厚さ方向視（ｚ軸方向視）において、空気極６とガス流路２１とが重複する領域を第２領域Ｒ２とする。なお、ガス流路間２４とは、支持基板２０のうち、隣り合うガス流路２１の間の部分を言う。   As shown in FIG. 6, the thickness of the air electrode 6 varies depending on its position. First, a region where the air electrode 6 and the gas flow path 24 overlap in the thickness direction view (z-axis direction view) of the air electrode 6 is defined as a first region R1. In addition, a region where the air electrode 6 and the gas flow path 21 overlap in the thickness direction view (z-axis direction view) of the air electrode 6 is defined as a second region R2. The inter-gas flow path 24 refers to a portion between the adjacent gas flow paths 21 in the support substrate 20.

第１領域Ｒ１における空気極６の厚さｔ１は、第２領域Ｒ２における空気極６の厚さｔ２よりも薄い。第２領域Ｒ２における空気極６の厚さｔ２に対する、第１領域Ｒ１における空気極６の厚さｔ１の割合（ｔ１／ｔ２）は、０．５０〜０．９９とすることが好ましい。   The thickness t1 of the air electrode 6 in the first region R1 is thinner than the thickness t2 of the air electrode 6 in the second region R2. The ratio (t1 / t2) of the thickness t1 of the air electrode 6 in the first region R1 to the thickness t2 of the air electrode 6 in the second region R2 is preferably 0.50 to 0.99.

例えば、空気極活性部６１の厚さを調整することによって、空気極６の厚さを調整している。具体的には、第１領域Ｒ１における空気極活性部６１の厚さｔａ１は、第２領域Ｒ２における空気極活性部６１の厚さｔａ２よりも薄い。なお、空気極６の厚さは、燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）の中央部の任意の位置において燃料電池セル３０１を切断し、その切断面において測定することができる。第１領域Ｒ１における空気極６の厚さｔ１は、例えば、第１領域Ｒ１における空気極６の幅方向（ｙ軸方向）の中心で測定することができる。また、第２領域Ｒ２における空気極６の厚さは、例えば、第２領域Ｒ２の空気極６の幅方向（ｙ軸方向）の中心で測定することができる。なお、空気極活性部６１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。また、空気極集電部６２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。なお、第１領域Ｒ１における空気極集電部６２の厚さｔｂ１は、第２領域Ｒ２における空気極集電部６２の厚さｔｂ２よりも薄くしてもよい。   For example, the thickness of the air electrode 6 is adjusted by adjusting the thickness of the air electrode active portion 61. Specifically, the thickness ta1 of the air electrode active part 61 in the first region R1 is thinner than the thickness ta2 of the air electrode active part 61 in the second region R2. The thickness of the air electrode 6 can be measured by cutting the fuel cell 301 at an arbitrary position in the center of the fuel cell 301 in the longitudinal direction (x-axis direction). The thickness t1 of the air electrode 6 in the first region R1 can be measured, for example, at the center in the width direction (y-axis direction) of the air electrode 6 in the first region R1. The thickness of the air electrode 6 in the second region R2 can be measured, for example, at the center in the width direction (y-axis direction) of the air electrode 6 in the second region R2. In addition, the thickness of the air electrode active part 61 is 10-100 micrometers, for example. Moreover, the thickness of the air electrode current collector 62 is, for example, about 50 to 500 μm. The thickness tb1 of the air electrode current collector 62 in the first region R1 may be thinner than the thickness tb2 of the air electrode current collector 62 in the second region R2.

［インターコネクタ］
図５に示すように、インターコネクタ３１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に隣り合う発電素子部１０を電気的に接続するように構成されている。詳細には、一方の発電素子部１０の空気極集電部６２は、他方の発電素子部１０に向かって延びている。また、他方の発電素子部１０の燃料極集電部４１は、一方の発電素子部１０に向かって延びている。そして、インターコネクタ３１は、一方の発電素子部１０の空気極集電部６２と、他方の発電素子部１０の燃料極集電部４１とを電気的に接続している。インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１の第３凹部４１２内に配置されている。詳細には、インターコネクタ３１は、第３凹部４１２内に埋設されている。 [Interconnector]
As shown in FIG. 5, the interconnector 31 is configured to electrically connect the power generating element portions 10 adjacent in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. Specifically, the air electrode current collector 62 of one power generation element unit 10 extends toward the other power generation element unit 10. Further, the fuel electrode current collector 41 of the other power generating element unit 10 extends toward the one power generating element unit 10. The interconnector 31 electrically connects the air electrode current collector 62 of one power generating element unit 10 and the fuel electrode current collector 41 of the other power generating element unit 10. The interconnector 31 is disposed in the third recess 412 of the fuel electrode current collector 41. Specifically, the interconnector 31 is embedded in the third recess 412.

インターコネクタ３１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ３１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ３１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。 The interconnector 31 is a fired body composed of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 31 can be made of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, the interconnector 31 may be made of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 31 is, for example, 10 to 100 μm.

［集電部材］
以上のように構成された燃料電池セル３０１は、隣り合う燃料電池セル３０１と、集電部材３０２によって電気的に接続されている。図２に示すように、集電部材３０２は、一対の燃料電池セル３０１間に配置されている。そして、集電部材３０２は、厚さ方向（ｚ軸方向）において隣り合う燃料電池セル３０１同士を電気的に接続するよう、導電性を有している。詳細には、集電部材３０２は、燃料電池セル３０１の基端側において、隣り合う燃料電池セル３０１同士を接続している。集電部材３０２は、基端側発電素子部１０ａよりも基端側に配置されている。詳細には、図７に示すように、集電部材３０２は、基端側発電素子部１０ａから延びる空気極集電部６２上に配置されている。 [Current collecting member]
The fuel cell 301 configured as described above is electrically connected to the adjacent fuel cell 301 by the current collecting member 302. As shown in FIG. 2, the current collecting member 302 is disposed between the pair of fuel cells 301. And the current collection member 302 has electroconductivity so that the fuel cell 301 adjacent in the thickness direction (z-axis direction) may be electrically connected. Specifically, the current collecting member 302 connects adjacent fuel cells 301 on the base end side of the fuel cells 301. The current collecting member 302 is disposed on the base end side with respect to the base end side power generation element portion 10a. Specifically, as shown in FIG. 7, the current collecting member 302 is disposed on the air electrode current collecting portion 62 extending from the proximal end side power generation element portion 10 a.

集電部材３０２は、例えば、直方体状又は円柱状などのようなブロック状である。集電部材３０２は、例えば、酸化物セラミックスの焼成体で構成されている。このような酸化物セラミックスとしては、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、又は（Ｍｎ，Ｆｅ）３Ｏ４等が挙げられる。この集電部材３０２は、例えば、可撓性を有していない。なお、集電部材３０２は、金属板などによって形成されていてもよい。 The current collecting member 302 has, for example, a block shape such as a rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape. The current collecting member 302 is made of, for example, a fired body of oxide ceramics. Examples of such oxide ceramics include perovskite oxide and spinel oxide. Examples of the perovskite oxide include (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) (Co, Fe) O 3, and the like. Examples of the spinel oxide include (Mn, Co) 3 O 4 , (Mn, Fe) 3 O 4, and the like. For example, the current collecting member 302 does not have flexibility. The current collecting member 302 may be formed of a metal plate or the like.

集電部材３０２は、第１接合材１０１によって、各燃料電池セル３０１に接合されている。すなわち、第１接合材１０１は、各集電部材３０２と各燃料電池セル３０１とを接合している。第１接合材１０１は、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３等よりなる群から選ばれる少なくとも１種である。 The current collecting member 302 is joined to each fuel cell 301 by the first joining material 101. That is, the first bonding material 101 joins each current collecting member 302 and each fuel cell 301. The first bonding material 101 is, for example, at least one selected from the group consisting of (Mn, Co) 3 O 4 , (La, Sr) MnO 3, (La, Sr) (Co, Fe) O 3, and the like. .

図２に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００に支持されている。詳細には、各燃料電池セル３０１は、第２接合材１０２によって、燃料マニホールド２００の天板２０３に固定されている。より詳細には、図８に示すように、各燃料電池セル３０１の基端部が、燃料マニホールド２００の貫通孔２０２に挿入されている。燃料電池セル３０１は、貫通孔２０２に挿入された状態で、第２接合材１０２によって燃料マニホールド２００に固定されている。   As shown in FIG. 2, each fuel cell 301 is supported by the fuel manifold 200. Specifically, each fuel cell 301 is fixed to the top plate 203 of the fuel manifold 200 by the second bonding material 102. More specifically, as shown in FIG. 8, the base end portion of each fuel battery cell 301 is inserted into the through hole 202 of the fuel manifold 200. The fuel cell 301 is fixed to the fuel manifold 200 by the second bonding material 102 in a state of being inserted into the through hole 202.

第２接合材１０２は、燃料電池セル３０１が挿入された状態の貫通孔２０２内に充填される。すなわち、第２接合材１０２は、燃料電池セル３０１の外周面と、貫通孔２０２を画定する壁面との隙間に充填される。第２接合材１０２は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを指す。なお、第２接合材１０２の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第２接合材１０２は、ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３系及びＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。 The second bonding material 102 is filled in the through hole 202 in a state where the fuel battery cell 301 is inserted. That is, the second bonding material 102 is filled in a gap between the outer peripheral surface of the fuel cell 301 and the wall surface that defines the through hole 202. The second bonding material 102 is, for example, crystallized glass. As the crystallized glass, for example, a SiO 2 —B 2 O 3 system, a SiO 2 —CaO system, or a SiO 2 —MgO system may be employed. In this specification, crystallized glass means that the ratio (crystallinity) of “volume occupied by crystal phase” to the total volume is 60% or more, and “volume occupied by amorphous phase and impurities relative to the total volume”. "Indicates a glass having a ratio of less than 40%. As the material of the second bonding material 102, amorphous glass, brazing material, ceramics, or the like may be employed. Specifically, the second bonding material 102 is at least one selected from the group consisting of SiO 2 —MgO—B 2 O 5 —Al 2 O 3 and SiO 2 —MgO—Al 2 O 3 —ZnO. .

燃料マニホールド２００から突出している各燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）の長さは、１００〜３００ｍｍ程度とすることができる。また、各燃料電池セル３０１は、燃料電池セル３０１の厚さ方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。この燃料電池セル３０１同士の間隔は、１〜５ｍｍ程度とすることができる。   The length of each fuel cell 301 protruding from the fuel manifold 200 in the longitudinal direction (x-axis direction) can be about 100 to 300 mm. The fuel cells 301 are arranged at intervals in the thickness direction (z-axis direction) of the fuel cells 301. The interval between the fuel cells 301 can be about 1 to 5 mm.

［発電方法］
以上のように構成された燃料電池スタック１００は、次のようにして発電する。燃料マニホールド２００を介して各燃料電池セル３０１のガス流路２１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板２０の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝す。 [Power generation method]
The fuel cell stack 100 configured as described above generates power as follows. A fuel gas (hydrogen gas or the like) is caused to flow into the gas flow path 21 of each fuel cell 301 through the fuel manifold 200, and both surfaces of the support substrate 20 are exposed to a gas (air or the like) containing oxygen.

酸素を含むガスは、例えば、図９に示すように、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）に沿って流れるように、基端側発電素子部１０ａよりも基端側に供給される。詳細には、燃料電池スタック１００は、ガス供給部材４００をさらに有している。ガス供給部材４００は、各燃料電池セル３０１の間において、空気などのガスを供給するように構成されている。なお、ガス供給部材４００から供給されたガスが効率的に上方へ流れるよう、案内板４０１がガス供給部材４００と反対側に設置されていてもよい。案内板４０１は、平板状であって、燃料電池セル３０１の長手方向に延びるとともに、燃料電池セル３０１の厚さ方向に延びている。   For example, as shown in FIG. 9, the oxygen-containing gas is supplied to the base end side from the base end side power generation element portion 10 a so as to flow along the width direction (y-axis direction) of the support substrate 20. Specifically, the fuel cell stack 100 further includes a gas supply member 400. The gas supply member 400 is configured to supply a gas such as air between the fuel cells 301. Note that the guide plate 401 may be installed on the opposite side of the gas supply member 400 so that the gas supplied from the gas supply member 400 efficiently flows upward. The guide plate 401 has a flat plate shape and extends in the longitudinal direction of the fuel cell 301 and also extends in the thickness direction of the fuel cell 301.

以上のように、燃料ガス、及び酸素を含むガスを供給された各発電素子部１０において、電解質５の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック１００を外部の負荷に接続すると、空気極６において下記（１）式に示す電気化学反応が起こり、燃料極４において下記（２）式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２− …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− …（２）
発電状態においては、電流は、図１０において矢印で示すように流れる。 As described above, in each power generation element unit 10 supplied with the fuel gas and the gas containing oxygen, an electromotive force is generated due to an oxygen partial pressure difference generated between both side surfaces of the electrolyte 5. When this fuel cell stack 100 is connected to an external load, an electrochemical reaction represented by the following formula (1) occurs in the air electrode 6, and an electrochemical reaction represented by the following formula (2) occurs in the fuel electrode 4, causing a current to flow. .
(1/2) · O 2 + 2e − → O 2− (1)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (2)
In the power generation state, current flows as shown by arrows in FIG.

［製造方法］
次に、上述したように構成された燃料電池セルの製造方法について説明する。図１１から図１７において、各部材の符号の末尾の「ｇ」は、その部材が焼成前であることを示している。 [Production method]
Next, a method for manufacturing the fuel battery cell configured as described above will be described. In FIG. 11 to FIG. 17, “g” at the end of the reference numeral of each member indicates that the member is not fired.

まず、図１１に示すように、支持基板の成形体２０ｇを作製する。この支持基板の成形体２０ｇは、例えば、支持基板２０の材料（例えば、ＣＳＺ）の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、押し出し成形、及び切削等の手法を利用して作製され得る。   First, as shown in FIG. 11, a support substrate compact 20g is prepared. The support substrate molded body 20g is produced by using a method such as extrusion molding or cutting using a slurry obtained by adding a binder or the like to the material of the support substrate 20 (for example, CSZ). Can be done.

支持基板の成形体２０ｇが作製されると、次に、図１２に示すように、支持基板の成形体２０ｇの各主面２３に形成された各第１凹部２２に、燃料極集電部の成形体４１ｇを充填する。燃料極集電部の成形体４１ｇは、例えば、上述した燃料極集電部４１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって作製される。   When the support substrate molded body 20g is manufactured, next, as shown in FIG. 12, the fuel electrode current collector is formed in each first recess 22 formed in each main surface 23 of the support substrate molded body 20g. The compact 41g is filled. The molded body 41g of the fuel electrode current collector is produced by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the fuel electrode current collector 41 described above.

次に、図１３に示すように、燃料極集電部の成形体４１ｇの各第２凹部４１１内に、燃料極活性部の成形膜４２ｇを形成する。この成形膜４２ｇは、例えば、上述した燃料極活性部４２の材料の粉末にバインダーなどを添加して得られるスラリーを用いて、印刷法などによって形成される。   Next, as shown in FIG. 13, a molded film 42 g of the fuel electrode active portion is formed in each second recess 411 of the molded body 41 g of the fuel electrode current collector. The formed film 42g is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material for the fuel electrode active portion 42 described above.

また、各燃料極集電部の成形体４１ｇの各第３凹部４１２内に、インターコネクタの成形膜３１ｇを形成する。各インターコネクタの成形膜３１ｇは、例えば、上述したインターコネクタ３１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。   Also, an interconnector molded film 31g is formed in each third recess 412 of the molded body 41g of each fuel electrode current collector. The molded film 31g of each interconnector is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the interconnector 31 described above.

次に、図１４に示すように、燃料極活性部の成形膜４２ｇ上に、電解質の成形膜５ｇを形成する。詳細には、電解質の成形膜５ｇの先端部は、インターコネクタの成形膜３１ｇ上に配置されている。また、別の電解質の成形膜５ｇの基端部も、同じインターコネクタの成形膜３１ｇ上に配置されている。これによって、燃料極集電部の成形体４１ｇ、及び燃料極活性部の成形膜４２ｇが形成された状態の支持基板の成形体２０ｇの各主面２３は、インターコネクタの成形膜３１ｇ、及び電解質の成形膜５ｇによって覆われている。電解質の成形膜５ｇは、例えば、上述した電解質５の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法、又はディッピング法等によって形成される。   Next, as shown in FIG. 14, an electrolyte molding film 5g is formed on the molding film 42g of the fuel electrode active portion. Specifically, the tip of the electrolyte molding film 5g is disposed on the interconnector molding film 31g. The base end portion of another electrolyte molding film 5g is also disposed on the molding film 31g of the same interconnector. As a result, each main surface 23 of the molded body 20g of the support substrate in a state where the molded body 41g of the fuel electrode current collector and the molded film 42g of the fuel electrode active part are formed are formed on the molded film 31g of the interconnector and the electrolyte. Is covered with 5 g of the molding film. The electrolyte molded film 5g is formed by, for example, a printing method or a dipping method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the electrolyte 5 described above.

次に、図１５に示すように、電解質の成形膜５ｇ上に、反応防止膜の成形膜７ｇを形成する。各反応防止膜の成形膜７ｇは、例えば、上述した反応防止膜７の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。   Next, as shown in FIG. 15, a reaction preventive film 7g is formed on the electrolyte film 5g. The molded film 7g of each reaction preventing film is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the reaction preventing film 7 described above.

そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体２０ｇを、空気中にて１２００〜１６００℃程度で１〜１０時間程度焼成する。これにより、空気極６が形成されていない状態の燃料電池セルが得られる。   Then, 20 g of the support substrate molded body in which various molded films are thus formed is fired in air at about 1200 to 1600 ° C. for about 1 to 10 hours. Thereby, the fuel battery cell in the state where the air electrode 6 is not formed is obtained.

次に、図１６に示すように、各反応防止膜７上に、空気極活性部の成形膜６１ｇを形成する。各空気極活性部の成形膜６１ｇは、例えば、上述した空気極活性部６１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。なお、例えば、第２領域Ｒ２において空気極活性部の成形膜６１ｇを積層することによって、空気極活性部の成形膜６１ｇの厚さを第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とで異ならせることができる。   Next, as shown in FIG. 16, a forming film 61 g of the air electrode active portion is formed on each reaction preventing film 7. The molded film 61g of each air electrode active portion is formed by a printing method or the like using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode active portion 61 described above. For example, by stacking the forming film 61g of the air electrode active part in the second region R2, the thickness of the forming film 61g of the air electrode active part can be made different between the first region R1 and the second region R2. it can.

次に、図１７に示すように、空気極活性部の成形膜６１ｇ上に、空気極集電部の成形膜６２ｇを形成する。詳細には、空気極集電部の成形膜６２ｇは、空気極活性部の成形膜６１ｇから隣の発電素子部に向かって延びるように形成される。また、基端側発電素子部１０ａの空気極集電部の成形膜６２ｇは、空気極活性部の成形膜６１ｇから基端側に向かって延びている。各空気極集電部の成形膜６２ｇは、例えば、上述した空気極集電部６２の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。   Next, as shown in FIG. 17, a forming film 62g of the air electrode current collector is formed on the forming film 61g of the air electrode active part. Specifically, the molding film 62g of the air electrode current collector is formed to extend from the molding film 61g of the air electrode active part toward the adjacent power generation element part. Further, the molding film 62g of the air electrode current collector of the base end side power generation element unit 10a extends from the molding film 61g of the air electrode active part toward the base end side. The molded film 62g of each air electrode current collector is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode current collector 62 described above.

そして、このように空気極の成形膜６１ｇ、６２ｇが形成された状態の支持基板２０を、空気中にて９００〜１２００℃程度で１〜１０時間程度焼成する。これによって、燃料電池セル３０１が完成する。   The support substrate 20 in which the air electrode forming films 61g and 62g are thus formed is fired in air at about 900 to 1200 ° C. for about 1 to 10 hours. Thereby, the fuel cell 301 is completed.

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 [Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.

変形例１
上記実施形態では、燃料極集電部４１が第２凹部４１１及び第３凹部４１２を有しているが、燃料極集電部４１の構成はこれに限定されない。例えば、燃料極集電部４１は第２凹部４１１及び第３凹部４１２などの凹部を有していなくてもよい。この場合、燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１上に形成されており、燃料極集電部４１に埋設されていない。また、インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１上に形成されており、燃料極集電部４１に埋設されていない。 Modification 1
In the above embodiment, the fuel electrode current collector 41 has the second recess 411 and the third recess 412, but the configuration of the fuel electrode current collector 41 is not limited to this. For example, the fuel electrode current collector 41 may not have concave portions such as the second concave portion 411 and the third concave portion 412. In this case, the anode active portion 42 is formed on the anode current collector 41 and is not embedded in the anode current collector 41. The interconnector 31 is formed on the anode current collector 41 and is not embedded in the anode current collector 41.

変形例２
上記実施形態では、各第１領域Ｒ１の空気極６の厚さｔ１は幅方向（ｙ軸方向）において略一定であったが、特にこれに限定されない。例えば、図１８に示すように、各第１領域Ｒ１の空気極６の厚さｔ１は、幅方向（ｙ軸方向）において中心から両端に向かって漸増していてもよい。同様に、各第２領域Ｒ２の空気極６の厚さｔ２も、幅方向において一定でなくてもよい。例えば、図１８に示すように、各第２領域Ｒ２の空気極６の厚さｔ２は、幅方向（ｙ軸方向）において中心から両端に向かって漸減していてもよい。この場合、空気極６の各厚さｔ１、ｔ２は、各領域Ｒ１，Ｒ２における幅方向（ｙ軸方向）の中心で測定すればよい。 Modification 2
In the above embodiment, the thickness t1 of the air electrode 6 in each first region R1 is substantially constant in the width direction (y-axis direction), but is not particularly limited thereto. For example, as shown in FIG. 18, the thickness t1 of the air electrode 6 in each first region R1 may gradually increase from the center toward both ends in the width direction (y-axis direction). Similarly, the thickness t2 of the air electrode 6 in each second region R2 may not be constant in the width direction. For example, as shown in FIG. 18, the thickness t2 of the air electrode 6 in each second region R2 may gradually decrease from the center toward both ends in the width direction (y-axis direction). In this case, each thickness t1, t2 of the air electrode 6 may be measured at the center in the width direction (y-axis direction) in each region R1, R2.

変形例３
上記実施形態では、空気極活性部６１の厚さを調整することによって、空気極６の厚さを調整していたが、これに限定されない。例えば、図１９に示すように、空気極集電部６２の厚さを調整することによって、空気極６の厚さを調整してもよい。詳細には、第１領域Ｒ１における空気極集電部６２の厚さは、第２領域における空気極集電部６２の厚さよりも薄くてもよい。なお、第１領域Ｒ１における空気極活性部６１の厚さが第２領域における空気極活性部６１の厚さよりも薄く、且つ第１領域Ｒ１における空気極集電部６２の厚さが第２領域における空気極集電部６２の厚さよりも薄くてもよい。 Modification 3
In the said embodiment, although the thickness of the air electrode 6 was adjusted by adjusting the thickness of the air electrode active part 61, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 19, the thickness of the air electrode 6 may be adjusted by adjusting the thickness of the air electrode current collector 62. Specifically, the thickness of the air electrode current collector 62 in the first region R1 may be smaller than the thickness of the air electrode current collector 62 in the second region. In addition, the thickness of the air electrode active part 61 in the first region R1 is thinner than the thickness of the air electrode active part 61 in the second region, and the thickness of the air electrode current collector 62 in the first region R1 is the second region. It may be thinner than the thickness of the air electrode current collector 62.

変形例４
上記実施形態では、複数の発電素子部１０が支持基板２０の長手方向に間隔をあけて配置されているが、燃料電池セル１００の構成はこれに限定されない。例えば、支持基板２０の主面２３上には一つの発電素子部１０が形成されていてもよい。すなわち、縦縞型の燃料電池セルであってもよい。 Modification 4
In the said embodiment, although the several electric power generation element part 10 is arrange | positioned at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 20, the structure of the fuel cell 100 is not limited to this. For example, one power generation element unit 10 may be formed on the main surface 23 of the support substrate 20. That is, it may be a vertically striped fuel cell.

変形例５
上記実施形態では、全ての第１領域Ｒ１における空気極６の厚さｔ１は、全ての第２領域Ｒ２における空気極６の厚さｔ２よりも薄くなるように、構成されているが、燃料電池セル３０１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、各第１領域Ｒ１における空気極６の厚さｔ１の平均値が、各第２領域Ｒ２における空気極６の厚さｔ２の平均値よりも薄くなっていれば、一部の第１領域Ｒ１における空気極６の厚さｔ１が、一部の第２領域Ｒ２における空気極６の厚さｔ２より厚くてもよい。 Modification 5
In the above-described embodiment, the thickness t1 of the air electrode 6 in all the first regions R1 is configured to be thinner than the thickness t2 of the air electrode 6 in all the second regions R2. The configuration of the cell 301 is not limited to this. For example, if the average value of the thickness t1 of the air electrode 6 in each first region R1 is thinner than the average value of the thickness t2 of the air electrode 6 in each second region R2, a part of the first regions The thickness t1 of the air electrode 6 in R1 may be thicker than the thickness t2 of the air electrode 6 in a part of the second region R2.

以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.

図６に示すような構成の燃料電池セル３０１を、サンプルＮｏ．１〜２０のそれぞれにおいて５枚ずつ作製した。各サンプルＮｏ．１〜２０の燃料電池セル３０１において、空気極活性部６１の材料、空気極集電部６２の材料、第１領域Ｒ１における空気極６の厚さｔ１、第１領域Ｒ１における空気極活性部６１の厚さｔａ１、第１領域Ｒ１における空気極集電部６２の厚さｔｂ１、第２領域Ｒ２における空気極６の厚さｔ２、第２領域Ｒ２における空気極活性部６１の厚さｔａ２、第２領域Ｒ２における空気極集電部６２の厚さｔｂ２は表１に示すとおりである。なお、その他の条件は、各サンプル間で基本的に同じとした。また、サンプルＮｏ．１およびＮｏ．８の燃料電池セル３０１は、比較例であり、第１領域Ｒ１における空気極６の厚さｔ１と第２領域Ｒ２における空気極６の厚さｔ２とは互いに同じとした。   A fuel cell 301 having a configuration as shown in FIG. Five pieces were produced in each of 1-20. Each sample No. In the fuel cell 301 of 1 to 20, the material of the air electrode active part 61, the material of the air electrode current collector 62, the thickness t1 of the air electrode 6 in the first region R1, the air electrode active part 61 in the first region R1. , Thickness tb1 of the air electrode current collector 62 in the first region R1, thickness t2 of the air electrode 6 in the second region R2, thickness ta2 of the air electrode active portion 61 in the second region R2, The thickness tb2 of the air electrode current collector 62 in the two regions R2 is as shown in Table 1. The other conditions were basically the same between the samples. Sample No. 1 and no. The fuel cell 301 of No. 8 is a comparative example, and the thickness t1 of the air electrode 6 in the first region R1 and the thickness t2 of the air electrode 6 in the second region R2 are the same.

（評価方法）
各サンプルＮｏ．１〜２０において、５枚の燃料電池セル３０１を燃料マニホールド２００の天板２０３に等間隔に取り付けてセルスタック装置を作製し、耐久試験を実施した。各サンプルＮｏ．１〜２０について、燃料極４側に窒素ガス、空気極６側に空気を供給しながら７５０℃まで昇温し、７５０℃に達した時点で燃料極４側に水素ガスを供給しながら還元処理を３時間行った。そして、各サンプルＮｏ１．〜２０について温度が７５０℃で定格電流密度０．２Ａ／ｃｍ２における出力密度（初期出力）を測定した。次に１０００時間あたりの電圧低下率を劣化率として測定した。なお、測定した値は５枚の燃料電池セル３０１のうち中央に配置された燃料電池セル３０１の値とした。 (Evaluation method)
Each sample No. 1 to 20, five fuel cells 301 were attached to the top plate 203 of the fuel manifold 200 at equal intervals to produce a cell stack device, and a durability test was performed. Each sample No. For 1 to 20, the temperature is raised to 750 ° C. while supplying nitrogen gas to the fuel electrode 4 side and air to the air electrode 6 side, and when 750 ° C. is reached, reduction treatment is performed while supplying hydrogen gas to the fuel electrode 4 side. For 3 hours. And each sample No1. The power density (initial output) at a rated current density of 0.2 A / cm 2 at a temperature of 750 ° C. was measured for ˜20. Next, the voltage drop rate per 1000 hours was measured as the deterioration rate. The measured value was the value of the fuel cell 301 arranged in the center among the five fuel cells 301.

以上の結果を評価として表１に示している。表１における評価「◎」とは、上記評価試験において電圧低下率０．２％以下を意味する。また、表１における評価「○」とは、上記評価試験において電圧低下率０．２〜０．３％を意味する。また、表１における評価「×」とは、上記評価試験において電圧低下率０．３％以上を意味する。   The above results are shown in Table 1 as evaluation. The evaluation “◎” in Table 1 means a voltage drop rate of 0.2% or less in the evaluation test. Moreover, evaluation "(circle)" in Table 1 means the voltage fall rate 0.2-0.3% in the said evaluation test. Moreover, evaluation "x" in Table 1 means a voltage drop rate of 0.3% or more in the evaluation test.

Figure 2018098202
Figure 2018098202

表１に示すように、第１領域Ｒ１における空気極６の厚さｔ１を第２領域Ｒ２における空気極６の厚さｔ２よりも薄くすることによって、劣化率を低減できることがわかった。これは支持基板２０内の熱の不均一性を低減できたためである。また、厚さｔ１の割合ｔ１／ｔ２を０．５０〜０．９９とすることによって、支持基板２０内の熱の不均一性をより低減できることが分かった。   As shown in Table 1, it was found that the deterioration rate can be reduced by making the thickness t1 of the air electrode 6 in the first region R1 thinner than the thickness t2 of the air electrode 6 in the second region R2. This is because the heat non-uniformity in the support substrate 20 can be reduced. It was also found that the heat non-uniformity in the support substrate 20 can be further reduced by setting the ratio t1 / t2 of the thickness t1 to 0.50 to 0.99.

３０１ 燃料電池セル
１０ 発電素子部
４ 燃料極
５ 電解質
６ 空気極
６１ 空気極活性部
６２ 空気極集電部
２０ 支持基板
２１ ガス流路
２４ ガス流路間
Ｒ１ 第１領域
Ｒ２ 第２領域 301 Fuel Cell 10 Power Generation Element 4 Fuel Electrode 5 Electrolyte 6 Air Electrode 61 Air Electrode Active Part 62 Air Electrode Current Collector 20 Support Substrate 21 Gas Channel 24 Between Gas Channels R1 First Region R2 Second Region

Claims (5)

複数のガス流路を有する支持基板と、
内側電極、電解質、及び外側電極を有し、前記支持基板に支持される発電素子部と、
を備え、
前記外側電極の厚さ方向視において前記外側電極と前記ガス流路間とが重複する第１領域における前記外側電極の厚さは、前記外側電極の厚さ方向視において前記外側電極と前記ガス流路とが重複する第２領域における前記外側電極の厚さよりも薄い、
燃料電池セル。
A support substrate having a plurality of gas flow paths;
A power generating element unit having an inner electrode, an electrolyte, and an outer electrode, and supported by the support substrate;
With
The thickness of the outer electrode in the first region where the outer electrode and the gas flow path overlap in the thickness direction of the outer electrode is the same as that of the outer electrode and the gas flow in the thickness direction of the outer electrode. Thinner than the thickness of the outer electrode in the second region where the path overlaps,
Fuel cell.
前記外側電極は、外側電極活性部と、前記外側電極活性部上に形成される外側電極集電部と、を有する、
請求項１に記載の燃料電池セル。
The outer electrode has an outer electrode active part and an outer electrode current collector formed on the outer electrode active part.
The fuel battery cell according to claim 1.
前記第１領域における前記外側電極活性部の厚さは、前記第２領域における前記外側電極活性部の厚さよりも薄い、
請求項２に記載の燃料電池セル。
The thickness of the outer electrode active part in the first region is thinner than the thickness of the outer electrode active part in the second region,
The fuel battery cell according to claim 2.
前記第１領域における前記外側電極集電部の厚さは、前記第２領域における前記外側電極集電部の厚さよりも薄い、
請求項２又は３に記載の燃料電池セル。
The thickness of the outer electrode current collector in the first region is thinner than the thickness of the outer electrode current collector in the second region.
The fuel battery cell according to claim 2 or 3.
前記第２領域における前記外側電極の厚さｔ２に対する前記第１領域における前記外側電極の厚さｔ１の割合（ｔ１／ｔ２）は、０．５０〜０．９９である、
請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池セル。 The ratio (t1 / t2) of the thickness t1 of the outer electrode in the first region to the thickness t2 of the outer electrode in the second region is 0.50 to 0.99.
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4.
JP2017235788A 2016-12-09 2017-12-08 Fuel cell Expired - Fee Related JP6309152B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016239421 2016-12-09
JP2016239421 2016-12-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6309152B1 JP6309152B1 (en) 2018-04-11
JP2018098202A true JP2018098202A (en) 2018-06-21

Family

ID=61901973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017235788A Expired - Fee Related JP6309152B1 (en) 2016-12-09 2017-12-08 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6309152B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112020785B (en) * 2018-04-26 2023-09-26 京瓷株式会社 solid oxide fuel cell unit

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0778621A (en) * 1993-09-08 1995-03-20 Fuji Electric Co Ltd Solid electrolyte fuel cell
JP3935086B2 (en) * 2003-02-17 2007-06-20 京セラ株式会社 Fuel cell and fuel cell
JP4849774B2 (en) * 2004-01-30 2012-01-11 京セラ株式会社 Solid electrolyte fuel cell and solid electrolyte fuel cell
JP4460881B2 (en) * 2003-11-27 2010-05-12 京セラ株式会社 Fuel cell manufacturing method
JP5130798B2 (en) * 2007-06-26 2013-01-30 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP6309152B1 (en) 2018-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11362344B2 (en) Fuel cell and cell stack device
JP6275224B1 (en) Fuel cell stack
JP6239721B1 (en) Fuel cell stack
JP6154042B1 (en) Fuel cell stack
US11380910B2 (en) Fuel cell and cell stack device
JP6267300B1 (en) Fuel cell
JP6309152B1 (en) Fuel cell
JP6063597B1 (en) Fuel cell stack structure
JP6261799B1 (en) Fuel cell stack and fuel cell
JP6426261B2 (en) Fuel cell
JP6257721B1 (en) Fuel cell
JP6435032B1 (en) Fuel cell
JP6239707B1 (en) Fuel cell stack and fuel cell
JP6427652B2 (en) Fuel cell
JP6335267B2 (en) Fuel cell stack
JP6487600B1 (en) Fuel cell
JP6261690B1 (en) Fuel cell
JP6309587B2 (en) Fuel cell
JP6130578B1 (en) Fuel cell stack
JP6335233B2 (en) Fuel cell
JP6495533B1 (en) Fuel cell
JP6282323B1 (en) Fuel cell
JP6434062B2 (en) Electrochemical cell
JP6611393B1 (en) Cell stack device
JP6130575B1 (en) Fuel cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
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: 20180213

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180313

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6309152

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees