JP2023119145A - 集電体-電気化学反応単セル複合体、および、電気化学反応セルスタック - Google Patents
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Abstract
Description
A-1.燃料電池スタック100の構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1(および後述する図6,7)のII-IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1(および後述する図6,7)のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。また、図6は、図4のVI-VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図7は、図4のVII-VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。図6には、空気極側集電体134のX1部分が拡大して示されている。
図2および図4に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。また、図3および図5に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
図4および図6に示すように、空気極側集電体134は、上下方向視で格子状(行列状)に並んだ複数の突出部135を有している。各突出部135は、単セル110に向けて突出するとともに単セル110に接合されている。具体的には、各突出部135は、空気室166内における酸化剤ガスOGの流れ方向(X軸方向 以下、「ガス流れ方向X」という)に延びる略長方形状であり、インターコネクタ150からZ軸負方向(Z軸方向の上記一方側(空気極114の側))に突出し、空気極114の表面に接合されている。なお、ここでいうガス流れ方向Xは、空気室166における酸化剤ガス供給連通孔132と酸化剤ガス排出連通孔133との最短距離を通る直線方向である。空気極側集電体134は、特許請求の範囲における集電体の一例であり、ガス流れ方向Xは、特許請求の範囲における第3の方向の一例であり、空気室166は、特許請求の範囲におけるガス室の一例である。
以上説明したように、本実施形態における空気極側集電体134と単セル110とを備える集電体-単セル複合体では、第1列の突出部群136Aと第2列の突出部群136Bとによって定められるガスの流路(連通路R、重複領域E)に拡散用凸部152が配置されている。このため、第1列の突出部群136Aにおける突出部135同士の間の隙間を抜けた酸化剤ガスOGは、拡散用凸部152に衝突して拡散する。これにより、酸化剤ガスOGが流れ難い箇所に酸化剤ガスOGを拡散させることができる。
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
Claims (4)
- 電解質層と、前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記第1の方向に配置された集電体と、を備える集電体-電気化学反応単セル複合体において、
前記集電体は、前記電気化学反応単セルに向けて突出するとともに前記電気化学反応単セルに接合されている複数の突出部を有し、
前記複数の突出部は、少なくとも、
複数の前記突出部が、前記第1の方向視で、第2の方向に間隔を空けて並んでいる第1列の突出部群と、
前記第1の方向視で、前記第1列の突出部群に対して、前記第2の方向に交差する第3の方向の一方側に位置し、複数の前記突出部が、前記第2の方向に間隔を空けて並んでいる第2列の突出部群と、を含んでおり、
かつ、前記電気化学反応単セルと前記集電体との間のガス室には、前記第1列の突出部群における前記突出部同士の隙間と前記第2列の突出部群における前記突出部同士の隙間との間の連通路が存在しており、
前記集電体には、少なくとも、前記連通路と前記第1の方向視で重なる重複領域に、前記突出部に比べて突出長さが短い拡散用凸部が形成されている、ことを特徴とする、集電体-電気化学反応単セル複合体。 - 請求項1に記載の集電体-電気化学反応単セル複合体であって、
前記拡散用凸部の前記第2の方向の両端は、前記重複領域よりも前記第2の方向の外側まで延びている、ことを特徴とする、集電体-電気化学反応単セル複合体。 - 請求項1または請求項2に記載の集電体-電気化学反応単セル複合体において、
前記拡散用凸部は、前記第3の方向において、前記第1列の突出部群と前記第2列の突出部群との少なくとも一方から離間している、ことを特徴とする、集電体-電気化学反応単セル複合体。 - 前記第1の方向に並べて配列された複数の集電体-電気化学反応単セル複合体を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の集電体-電気化学反応単セル複合体の少なくとも1つは、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の集電体-電気化学反応単セル複合体であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
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