JP5075268B1 - 燃料電池の構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料ガス流路11が内部に形成された平板状の支持基板10の主面に、電気的に直列に接続された複数の発電素子部Aが所定位置にそれぞれ配置される。支持基板10の主面に、複数の凹部12が所定位置にそれぞれ形成される。各凹部12は、周方向に閉じた4つの側壁と、底壁とで画定された直方体状の窪みである。各凹部12に、対応する発電素子部Aの燃料極20が埋設される。隣り合う発電素子部A,Aの一方の空気極60と他方の燃料極20とを電気的に接続する電気的接続部(緻密なインターコネクタ30及び多孔質の空気極集電膜70)のうち空気極集電膜70にはクラックが形成される。
【選択図】図2
Description
図1は、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池(SOFC)の構造体を示す。このSOFCの構造体は、長手方向(x軸方向)を有する平板状の支持基板10の上下面(互いに平行な両側の主面(平面))のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数(本例では、4つ)の同形の発電素子部Aが長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。
(1/2)・O2+2e−→O2− (於:空気極60) …(1)
H2+O2−→H2O+2e−
(於:燃料極20) …(2)
次に、図1に示した「横縞型」のSOFCの構造体の製造方法の一例について図6〜図14を参照しながら簡単に説明する。図6〜図14において、各部材の符号の末尾の「g」は、その部材が「焼成前」であることを表す。
次に、上記実施形態に係る空気極集電膜70の特徴について図15〜図17を参照しながら説明する。図16、図17はそれぞれ、空気極集電膜70の上面(露呈している表面)を走査型電子顕微鏡で50倍、200倍に拡大して観察した際の画像を示す。
本発明者は、上述の集電抵抗及び拡散抵抗を共に小さくするために必要なクラックの状態について検討した。この検討では、面積比S2/S1が導入された。S1は、空気極集電膜70の面方向(厚さ方向に垂直な方向)における空気極集電膜70の総面積であり、例えば、空気極集電膜70を上方からみたときの空気極集電膜70の上面の総面積である。S2は、空気極集電膜70の面方向におけるクラックが占める面積であり、例えば、空気極集電膜70を上方からみたときの空気極集電膜70の上面でのクラックが占める面積である。
以上、説明したように、上記本発明の実施形態に係る「横縞型」のSOFCの構造体では、支持基板10の上下面に形成されている、燃料極20を埋設するための複数の凹部12のそれぞれが、全周に亘って支持基板10の材料からなる周方向に閉じた側壁を有している。換言すれば、支持基板10において各凹部12を囲む枠体がそれぞれ形成されている。従って、この構造体は、支持基板10が外力を受けた場合に変形し難い。
Claims (7)
- ガス流路が内部に形成された平板状の多孔質の支持基板と、
前記平板状の支持基板の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも内側電極、固体電解質、及び外側電極が積層されてなる複数の発電素子部と、
1組又は複数組の隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とを電気的に接続する1つ又は複数の電気的接続部と、
を備えた燃料電池の構造体において、
前記平板状の支持基板の主面における前記複数の箇所に、底壁と周方向に閉じた側壁とを有する凹部がそれぞれ形成されていて、
前記各凹部に、対応する前記発電素子部の内側電極がそれぞれ埋設され、
前記各電気的接続部は、緻密な第1部分と、前記第1部分と接続され且つ多孔質の第2部分とで構成され、
前記各電気的接続部について、前記第1部分は、前記隣り合う発電素子部の一方の内側電極と接続され、前記第2部分は、前記第1部分の外側に配置されるとともに前記隣り合う発電素子部の他方の外側電極と接続され、
前記各電気的接続部の第2部分には割れ目が形成された、燃料電池の構造体。 - 請求項1に記載の燃料電池の構造体において、
常温にて、前記電気的接続部の第2部分の表面における前記割れ目の幅が0.1〜5μmである、燃料電池の構造体。 - 請求項1又は請求項2に記載の燃料電池の構造体において、
前記内側電極の外側面と前記支持基板の前記主面とにより1つの平面が構成された、燃料電池の構造体。 - 請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記凹部における前記底壁と前記側壁とのなす角度は90〜135°である、燃料電池の構造体。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記凹部における前記底壁と前記側壁とが交差する部分が円弧状になっていて、前記凹部の深さに対する円弧の半径の割合は0.01〜1である、燃料電池の構造体。 - 請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記平板状の支持基板の互いに平行な両側の主面に前記複数の凹部がそれぞれ形成されていて、
前記支持基板の両側の主面の前記各凹部に、対応する前記発電素子部の内側電極がそれぞれ埋設されて、前記支持基板の両側の主面に前記複数の発電素子部がそれぞれ設けられた、燃料電池の構造体。 - ガス流路が内部に形成された平板状の多孔質の支持基板と、
前記平板状の支持基板の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも内側電極、固体電解質、及び外側電極が積層されてなる複数の発電素子部と、
1組又は複数組の隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とを電気的に接続する1つ又は複数の電気的接続部と、
を備えた燃料電池の構造体において、
前記各電気的接続部は、緻密な第1部分と、前記第1部分と接続され且つ多孔質の第2部分とで構成され、
前記平板状の支持基板の主面における前記複数の箇所に、前記支持基板の材料からなる底壁と全周に亘って前記支持基板の材料からなる周方向に閉じた側壁とを有する第1凹部がそれぞれ形成され、
前記各第1凹部に、対応する前記発電素子部の内側電極がそれぞれ埋設され、
前記埋設された各内側電極の外側面に、前記内側電極の材料からなる底壁と、全周に亘って前記内側電極の材料からなる周方向に閉じた側壁とを有する第2凹部がそれぞれ形成され、
前記各第2凹部に、対応する前記電気的接続部の前記第1部分がそれぞれ埋設され、
前記各電気的接続部について、前記第1部分は、対応する前記第2凹部に埋設されることによって前記隣り合う発電素子部の一方の内側電極と接続され、前記第2部分は、前記第1部分の外側に配置されるとともに前記隣り合う発電素子部の他方の外側電極と接続され、
前記各電気的接続部の第2部分には割れ目が形成された、燃料電池の構造体。
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