JP5437169B2 - Horizontally Striped Solid Oxide Fuel Cell Stack, Horizontally Striped Solid Oxide Fuel Cell Bundle, and Fuel Cell - Google Patents
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Description
本発明は、横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという場合がある。）、横縞型固体酸化物形燃料電池バンドル（以下、単にバンドルという場合がある。）および燃料電池に関する。 The present invention relates to a horizontally-striped solid oxide fuel cell stack (hereinafter simply referred to as a cell stack), a horizontally-striped solid oxide fuel cell bundle (hereinafter sometimes simply referred to as a bundle), and a fuel cell. About.
近年、エネルギー変換段数を少なくし、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する高い発電効率を有する発電方法として、燃料電池が注目されている。とりわけ、固体酸化物形燃料電池は、発電温度が６００℃〜１０００℃と高く、燃料電池内の内部抵抗が小さいため、燃料電池の中で最も発電効率が高く、さらに残燃料を利用してガスタービンによるさらなる発電、あるいはコージェネレーション用の熱源として用いることができ、化学エネルギーを高い変換効率で電気エネルギーに変換できる特性を有する。特に横縞型固体酸化物形燃料電池は、少ないセルスタックの本数で高い電圧を得られる。 In recent years, fuel cells have attracted attention as a power generation method having high power generation efficiency in which the number of energy conversion stages is reduced and chemical energy is directly converted into electric energy. In particular, a solid oxide fuel cell has a high power generation temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. and a low internal resistance in the fuel cell, so that it has the highest power generation efficiency among the fuel cells, and further uses residual fuel for gas. It can be used as a heat source for further power generation by a turbine or cogeneration, and has the property of converting chemical energy into electrical energy with high conversion efficiency. In particular, a horizontal stripe solid oxide fuel cell can obtain a high voltage with a small number of cell stacks.
従来のセルスタックは、長手方向に沿って燃料ガスを流すためのガス流路を内部に備え、一端側に前記ガス流路の燃料ガス導入口を有し、他端側に前記ガス流路の燃料ガス排出口を有してなる電気絶縁性の多孔質支持体上に、燃料極層、固体電解質層および空気極層が順次積層された多層構造の燃料電池セルを多孔質支持体の長手方向に沿って複数個配列し、隣接する燃料電池セルを、インターコネクタを介して電気的に接続して構成されている。 The conventional cell stack includes a gas flow path for flowing fuel gas along the longitudinal direction, and has a fuel gas inlet for the gas flow path at one end and the gas flow path at the other end. A fuel cell having a multilayer structure in which a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, and an air electrode layer are sequentially laminated on an electrically insulating porous support having a fuel gas discharge port is provided in the longitudinal direction of the porous support. A plurality of adjacent fuel cells are electrically connected via an interconnector.
このようなセルスタックにおいては、セルスタック表裏面に位置する燃料電池セルを電気的に直列に接続することで高い電力を得ることができる。セルスタック表裏面に位置する燃料電池セルを電気的に直列に接続するには、該セルスタック表裏面における最も一端側の燃料電池セル同士または最も他端側の燃料電池セル同士を電気的に接続する必要がある。 In such a cell stack, high power can be obtained by electrically connecting fuel cells located on the front and back surfaces of the cell stack in series. To electrically connect the fuel cells located on the front and back surfaces of the cell stack in series, electrically connect the fuel cells on the most end side or the fuel cells on the other end on the front and back surfaces of the cell stack. There is a need to.
特許文献１では、セルスタック表裏面における最も他端側の燃料電池セル同士を、導通性のある金属（金属ペーストを硬化させたもの）を用いて電気的に接続したセルスタックが開示されている。
しかしながら、該セルスタックでは、発電を繰り返すことで、該金属の一部がセルスタックの外側面（固体電解質層）の表面や内部に移行して（以下、マイグレーションという場合がある。）、固体電解質が絶縁不良となり電流がショートしたり、該金属の一部が気散して電気的な導通が劣化するなど耐久性や信頼性に問題があった。
However, in the cell stack, by repeating power generation, a part of the metal moves to the surface or inside of the outer surface (solid electrolyte layer) of the cell stack (hereinafter sometimes referred to as migration), and the solid electrolyte. However, there is a problem in durability and reliability, such as short circuit of current due to poor insulation, and a part of the metal being diffused to deteriorate electrical continuity.
そこで、本発明は、発電時にマイグレーションや電気的な導通の劣化を抑制することができ、信頼性の高いセルスタック、バンドルおよび燃料電池を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a highly reliable cell stack, bundle, and fuel cell that can suppress migration and deterioration of electrical conduction during power generation.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、多孔質支持体の表面（以下、単に表面側という場合がある。）の最も一端側または最も他端側に位置する燃料電池セルにおける内側電極層およびインターコネクタの構造において、内側電極層を表面側から多孔質支持体の裏面側（以下、単に裏面側という場合がある。）に折り返された折り返し部を有するＴ字状の形状にし、裏面側にそれぞれ折り返された前記折り返し部の上面に前記インターコネクタをそれぞれ積層させ、該インターコネクタと、裏面側の最も一端側または最も他端側に位置する前記燃料電池セルの前記外側電極層とを電気的に接続させた構造とすることで、発電時にマイグレーションや電気的な導通の劣化を抑制することができ、信頼性の高いセルスタックを提供することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the fuel is located on the most end side or the other end side of the surface of the porous support (hereinafter sometimes referred to simply as the “surface side”). In the structure of the inner electrode layer and the interconnector in the battery cell, the inner electrode layer has a T-shape having a folded portion that is folded from the front surface side to the back surface side of the porous support (hereinafter sometimes referred to simply as the back surface side). The interconnector is laminated on the upper surface of the folded portion that is folded back on the back surface side, respectively, and the interconnector and the fuel cell that is located on the most end side or the other end side on the back surface side are stacked. Highly reliable cell stack that can suppress migration and degradation of electrical continuity during power generation by using a structure in which the outer electrode layer is electrically connected It found that it is possible to provide, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は以下の構成からなる。
（１）長手方向に沿って反応ガスが流れるためのガス流路を内部に備え、一端側に前記ガス流路の反応ガス導入口を有し、他端側に前記ガス流路の反応ガス排出口を有してなる電気絶縁性の多孔質支持体の表裏面上にそれぞれ内側電極層、固体電解質層および外側電極層が順次積層されてなる燃料電池セルが、前記多孔質支持体の長手方向に沿って複数配置され、インターコネクタを介して電気的に直列に接続されてなる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックであって、前記多孔質支持体の表面の最も一端側または最も他端側に位置する前記燃料電池セルは、当該多孔質支持体の表面から裏面側に折り返された折り返し部を有するＴ字状の内側電極層を有しており、前記多孔質支持体の裏面側にそれぞれ折り返された前記折り返し部は、前記多孔質支持体の幅方向に沿って所定の間隙（Ｅ）をあけて配置されており、この折り返し部の上面に前記インターコネクタがそれぞれ積層され、該インターコネクタと、前記多孔質支持体の裏面の最も一端側または最も他端側に位置する前記燃料電池セルの前記外側電極層とが電気的に接続されていることを特徴とする、横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
（２）前記折り返し部間の所定の間隔（Ｅ）が、前記多孔質支持体の裏面側に配置された前記燃料電池セルにおける前記内側電極層の前記多孔質支持体の幅方向に沿った幅の１／３以下の長さである、前記（１）に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
（３）前記多孔質支持体の表裏面において、前記多孔質支持体の表面における最も一端側または最も他端側に位置する前記Ｔ字状の内側電極層を有する前記燃料電池セルおよび前記Ｔ字状の内側電極層を有する前記燃料電池セルに対応して前記多孔質支持体の裏面に配置された前記燃料電池セル以外の前記燃料電池セルにおいて、前記多孔質支持体の表面に配置された前記燃料電池セルの１つを構成する前記内側電極層と、前記多孔質支持体の裏面に配置された前記燃料電池セルの１つを構成する前記内側電極層とが、前記多孔質支持体の長手方向に沿った端が同位置となるように形成されており、前記多孔質支持体の長手方向において、前記折り返し部の長さ（Ｄ）が、当該多孔質支持体の表面における前記Ｔ字状の内側電極層の長さ（Ａ）、および前記Ｔ字状の内側電極層に対応して前記多孔質支持体の裏面に配置された前記燃料電池セルにおける前記内側電極層の長さ（Ｂ）との間でＤ＜（Ａ−Ｂ）の関係を有する、前記（１）または（２）に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
（４）Ａ−（Ｄ＋Ｂ）≦（１／２）Ｂの関係を有する、前記（３）に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
（５）前記燃料電池セルは、前記内側電極層が、前記多孔質支持体上に積層された第１の内側電極層と該第１の内側電極層の上面に積層された第２の内側電極層とからなり、前記多孔質支持体の表面に配置された前記燃料電池セルにおける前記第１の内側電極層の上面の一端側に前記第２の内側電極層、他端側に前記インターコネクタが配置され、前記多孔質支持体の裏面に配置された前記燃料電池セルにおける前記第１の内側電極層の上面の一端側に前記インターコネクタ、他端側に前記第２の内側電極層が配置されており、前記多孔質支持体の表面の最も一端側または最も他端側に位置する前記燃料電池セルがＴ字状の第１の内側電極層を有しており、前記Ｔ字状の内側電極層を有する前記燃料電池セルと、前記多孔質支持体の長手方向において、前記Ｔ字状の第１の内側電極層を有する前記燃料電池セルと最も遠い位置に配置される前記燃料電池セルを除く、他の前記燃料電池セルのそれぞれが、前記多孔質支持体の表裏面において、前記インターコネクタが同じ位置となるように配置され、かつ前記Ｔ字状の第１の内側電極層の一端と前記Ｔ字状の第１の内側電極層に対応して前記多孔質支持体の裏面に配置された前記燃料電池セルにおける前記第２の内側電極層の一端とが、前記多孔質支持体の長手方向に沿って同位置となるように形成されており、前記多孔質支持体の長手方向において、前記折り返し部の長さ（Ｄ）が、当該多孔質支持体の表面における前記Ｔ字状の第１の内側電極層の長さ（Ｇ）、および前記Ｔ字状の第１の内側電極層に対応して前記多孔質支持体の裏面に配置された前記燃料電池セルにおける前記第２の内側電極層の長さ（Ｈ）との間でＤ＜（Ｇ−Ｈ）の関係を有する、前記（１）または（２）に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
（６）Ｇ−（Ｄ＋Ｈ）≦（１／２）Ｈの関係を有する、前記（５）に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
（７）複数本の前記（１）〜（６）のいずれかに記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの一端側を、前記ガス流路に前記反応ガスを供給するためのガスマニホールドに固定してなる横縞型固体酸化物形燃料電池バンドル。
（８）前記横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックは、前記多孔質支持体の表面の最も他端側に位置する前記燃料電池セルが、当該多孔質支持体の表面から裏面側に折り返された折り返し部を有するＴ字状の内側電極層を有している前記（７）に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池バンドル。
（９）前記（７）または（８）に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池バンドルを収納容器内に複数収容してなることを特徴とする燃料電池。
That is, the present invention has the following configuration.
(1) A gas flow path for the reaction gas to flow along the longitudinal direction is provided inside, the reaction gas introduction port of the gas flow path is provided at one end side, and the reaction gas exhaust of the gas flow path is provided at the other end side. A fuel cell in which an inner electrode layer, a solid electrolyte layer, and an outer electrode layer are sequentially laminated on the front and back surfaces of an electrically insulating porous support having an outlet is provided in the longitudinal direction of the porous support. A horizontally-striped solid oxide fuel cell stack that is arranged along a plurality of lines and is electrically connected in series via an interconnector, the one end side or the other end side of the surface of the porous support. The fuel cell located on the side has a T-shaped inner electrode layer having a folded portion folded back from the surface of the porous support to the back side, and on the back side of the porous support. is the folded portion folded back respectively, Along the width direction of the serial porous support are arranged at a predetermined gap (E), on the upper surface of the folded portion and the interconnector is laminated respectively, and the interconnector, the porous support A horizontally-striped solid oxide fuel cell stack, wherein the outer electrode layer of the fuel cell located at the most end side or the other end side of the back surface is electrically connected .
(2 ) A predetermined distance (E) between the folded portions is a width along the width direction of the porous support of the inner electrode layer in the fuel cell arranged on the back surface side of the porous support. The horizontally-striped solid oxide fuel cell stack according to ( 1 ), which has a length of 1/3 or less of the above.
( 3 ) In the front and back surfaces of the porous support, the fuel cell having the T-shaped inner electrode layer positioned on the most end side or the other end side on the surface of the porous support and the T shape In the fuel cell other than the fuel cell arranged on the back surface of the porous support corresponding to the fuel cell having the inner electrode layer in the shape, the fuel cell arranged on the surface of the porous support The inner electrode layer that constitutes one of the fuel cells and the inner electrode layer that constitutes one of the fuel cells arranged on the back surface of the porous support are the length of the porous support. The ends along the direction are formed at the same position, and in the longitudinal direction of the porous support, the length (D) of the folded portion is the T-shape on the surface of the porous support. The length of the inner electrode layer ( ) And the length (B) of the inner electrode layer in the fuel cell arranged on the back surface of the porous support corresponding to the T-shaped inner electrode layer, D <(A− The horizontally-striped solid oxide fuel cell stack according to (1) or ( 2 ), which has the relationship of B).
( 4 ) The horizontal stripe solid oxide fuel cell stack according to ( 3 ), which has a relationship of A− (D + B) ≦ (½) B.
( 5 ) The fuel cell includes a first inner electrode layer laminated on the porous support, and a second inner electrode laminated on the upper surface of the first inner electrode layer. The second inner electrode layer on one end side of the upper surface of the first inner electrode layer in the fuel cell arranged on the surface of the porous support, and the interconnector on the other end side. The interconnector is disposed on one end side of the upper surface of the first inner electrode layer in the fuel cell disposed on the back surface of the porous support, and the second inner electrode layer is disposed on the other end side. The fuel cell located on the most end side or the other end side of the surface of the porous support has a T-shaped first inner electrode layer, and the T-shaped inner electrode The fuel cell having a layer and the longitudinal direction of the porous support And each of the other fuel battery cells except for the fuel battery cell arranged farthest from the fuel battery cell having the T-shaped first inner electrode layer is formed of the porous support. In the front and back surfaces, the interconnector is disposed at the same position, and the porous member corresponds to one end of the T-shaped first inner electrode layer and the T-shaped first inner electrode layer. One end of the second inner electrode layer in the fuel cell disposed on the back surface of the support is formed so as to be in the same position along the longitudinal direction of the porous support, and the porous In the longitudinal direction of the support, the length (D) of the folded portion is the length (G) of the T-shaped first inner electrode layer on the surface of the porous support, and the T-shaped The porous support corresponding to the first inner electrode layer Or ( 2 ) having a relationship of D <(GH) with the length (H) of the second inner electrode layer in the fuel cell disposed on the back surface of the fuel cell. Horizontally striped solid oxide fuel cell stack.
( 6 ) The horizontal stripe solid oxide fuel cell stack according to ( 5 ), wherein G- (D + H) ≦ (1/2) H.
( 7 ) A gas manifold for supplying the reaction gas to the gas flow path at one end of the horizontal stripe solid oxide fuel cell stack according to any one of (1) to ( 6 ) A horizontally-striped solid oxide fuel cell bundle fixed to
( 8 ) In the horizontal stripe solid oxide fuel cell stack, the fuel cell located on the most other end side of the surface of the porous support is folded back from the surface of the porous support to the back side. The horizontal-striped solid oxide fuel cell bundle according to ( 7 ), which has a T-shaped inner electrode layer having a folded portion.
( 9 ) A fuel cell comprising a plurality of horizontally-striped solid oxide fuel cell bundles according to ( 7 ) or ( 8 ) contained in a storage container.
本発明によれば、発電時にマイグレーションや電気的な導通の劣化を抑制することができ、信頼性の高いセルスタックを提供することができる。さらに、本発明のセルスタックを用いた長期信頼性の高いバンドルおよび燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress migration and deterioration of electrical conduction during power generation, and it is possible to provide a highly reliable cell stack. Furthermore, a bundle and a fuel cell having high long-term reliability using the cell stack of the present invention can be provided.
以下、本発明のセルスタック、バンドルおよび燃料電池の本実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, this embodiment of the cell stack, bundle, and fuel cell of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本実施形態にかかるセルスタック１ａの一部を破断して示す斜視図である。図２（ａ）は、本実施形態にかかるセルスタック１ａの表面を示す図であり、図２（ｂ）は、本実施形態にかかるセルスタック１ａの裏面を示す図である。図３は本実施形態にかかるセルスタック１ａの図２（ａ）および図２（ｂ）中のＸ−Ｘ線断面図である。図４は、本実施形態にかかるセルスタック１ａの図３中のＹ−Ｙ線断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a part of a cell stack 1a according to the present embodiment in a cutaway manner. FIG. 2A is a diagram illustrating the surface of the cell stack 1a according to the present embodiment, and FIG. 2B is a diagram illustrating the back surface of the cell stack 1a according to the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the cell stack 1a according to the present embodiment taken along line XX in FIGS. 2 (a) and 2 (b). 4 is a cross-sectional view of the cell stack 1a according to the present embodiment taken along line YY in FIG.
図１に示すセルスタック１ａは、中空平板状の電気絶縁性の多孔質支持体１１の表裏面に、複数の燃料電池セル１３を多孔質支持体１１の長手方向（以下、単に長手方向という場合がある。）に沿って所定間隔をおいて配置され、表面側の最も反応ガス排出口側である燃料ガス排出口側（以下、他端側という場合がある。）には、裏面側に配置された隣接する燃料電池セル１３から表面側に配置された隣接する燃料電池セル１３へと電流を流すための電流折り返し構造を持つ燃料電池セル１０が配置されている。セルスタック１ａは、表裏面に配置された隣接するこれら燃料電池セル１３および燃料電池セル１０を、セル間接続部材１７を介して電気的に直列に接続して構成されており、いわゆる「横縞型」と呼ばれるものである（図３参照）。なお、以下の説明において、上記電流折り返し構造を有する燃料電池セル１０が、多孔質支持体１１の表面の最も他端側に配置された例を用いて説明する。
A cell stack 1a shown in FIG. 1 has a plurality of
燃料電池セル１３の積層構造について説明する。
図３に示すそれぞれの燃料電池セル１３の積層構造は、第１の内側電極層である集電燃料極層１３ｄおよび第２の内側電極層である活性燃料極層１３ａ、固体電解質層１３ｂ並びに外側電極層である空気極層１３ｃを順次積層した層構造となっており、集電燃料極層１３ｄ上にインターコネクタ１７ａが配置されている。なお、以下の説明において、内側電極層を燃料極層（集電燃料極層１３ｄおよび活性燃料極層１３ａ）とし、外側電極層を空気極層１３ｃとした構成からなるタイプのセルスタックを用いて説明する。
The laminated structure of the
The stacked structure of each
図５（ａ）は、本実施形態にかかるセルスタック１ａにおける多孔質支持体１１上に、集電燃料極層１３ｄ、インターコネクタ１７ａ、インターコネクタ１２ａおよび後述する集電燃料極層１０ｄを積層した多孔質支持体１１の表面を示す図である。図５（ｂ）は、その裏面側を示す図である。
集電燃料極層１３ｄ上に積層されるインターコネクタ１７ａの長手方向における位置は、多孔質支持体１１の表面に配置された燃料電池セル１３および燃料電池セル１０と、多孔質支持体１１の裏面に配置された燃料電池１３とが電気的に直列に接続されるように配置されていれば良く、空気極層１３ｃの体積を広くとり燃料電池セル１３の発電性能をより高める観点から、集電燃料極層１３ｄ上の長手方向の一端側または他端側の端部に積層されるのが好ましく、具体的には、図５に示すように、表面側では、集電燃料極層１３ｄ上の他端側端部に、セルスタック１ａの裏面側では、集電燃料極層１３ｄ上の燃料ガス供給口側（以下、単に一端側という場合がある。）端部に積層されるのが好ましい。
In FIG. 5A, a current collecting
The position in the longitudinal direction of the
また、燃料電池セル１３における集電燃料極層１３ｄ、活性燃料極層１３ａおよびインターコネクタ１７ａの積層構造を一組とした場合に、発電性能の観点から、これら一組の各層における長手方向および多孔質支持体１１の幅方向（以下、単に幅方向という場合がある。）の寸法および積層構造の配置はすべて同一であるのが好ましい。
さらに、効率的に発電させる観点から、上記一組に積層される空気極層１３ｃは、活性燃料極層１３ａと長手方向および幅方向の寸法が同一であり、活性燃料極層１３ａに対応する固体電解質層１３ｂ上に積層されるのが好ましい。
なお、多孔質支持体１１の表面側に配置された燃料電池セル１３と裏面側に配置された燃料電池セル１３とを電気的に直列に接続することから、これらの構造は、多孔質支持体１１の表面側と裏面側に配置された燃料電池セル１３においては逆向きに配置されることとなる。
Further, when the stacked structure of the current collecting
Furthermore, from the viewpoint of efficient power generation, the
In addition, since the
燃料電池セル１０の積層構造について説明する。
燃料電池セル１０の多孔質支持体１１の表面側は、図４に示すように、多孔質支持体１１上に積層された集電燃料極層１０ｄ上に、活性燃料極層１０ａ、固体電解質層１０ｂおよび空気極層１０ｃが順次積層されて構成されており、表面側にはインターコネクタは積層されない。なお、燃料電池セル１０において、活性燃料極層１０ａ、固体電解質層１０ｂ、空気極層１０ｃが重なって配置されている領域が、燃料電池セル１０における発電領域となる。
燃料電池セル１０の多孔質支持体１１の裏面側は、多孔質支持体１１上に積層された集電燃料極層１０ｄ上に、固体電解質層１０ｂおよびインターコネクタ１２ａが積層された層構造となっており、裏面側には活性燃料極層１０ａおよび空気極層１０ｃは積層されない。
The laminated structure of the
As shown in FIG. 4, the surface side of the
The back surface side of the
次に、燃料電池セル１０における集電燃料極層１０ｄおよびインターコネクタ１２ａについて説明する。
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、燃料電池セル１０における集電燃料極層１０ｄの形状は、Ｔ字型形状である。その本体部は、表面側の多孔質支持体１１上に積層され、その両側縁部（以下、両手部という場合がある。）は、多孔質支持体１１の左右両側部で折り返され、折り返された左右各折り返し部が裏面側の多孔質支持体１１上に積層される。裏面側にそれぞれ折り返された折り返し部の上面にインターコネクタ１２ａがそれぞれ積層される。
集電燃料極層１０ｄは、電子導電性を有するので、集電燃料極層１０ｄがこのような構造をとることで、表面側の燃料電池セル１０における活性燃料極層１０ａから多孔質支持体１１の裏面側の集電燃料極層１０ｄのそれぞれ折り返された折り返し部の上面に積層されたインターコネクタ１２ａへと、集電燃料極層１０ｄを介して電子が流れるため、インターコネクタ１２ａ（裏面側）から活性燃料極層１０ａ（表面側）へと電流が生じる。そのため、セルスタック１ａの全体で見たときに、セルスタック１ａの隣接する燃料電池セル１３および１０のすべてが電気的に直列に接続され、セルスタック１ａから高い電圧を取り出すことができる。さらに、多孔質支持体１１の両側部において、集電燃料極層１０ｄは、セルスタック１ａの作製時にクラック等の破損が生じにくく、燃料ガスまたは酸素含有ガスのリークを抑制できるため、長期信頼性に優れたセルスタック１ａとすることができる。
Next, the current collecting
As shown in FIGS. 5A and 5B, the shape of the current collecting
Since the current collecting
集電燃料極層１０ｄのそれぞれ折り返された折り返し部同士は、図５（ｂ）に示されるように、幅方向に沿って所定の間隙（Ｅ）をあけて配置されることが好ましい。
左右各折り返し部同士が重なった構造のセルスタックは、集電燃料極層１０ｄおよびインターコネクタ１２ａの重なった部分においてクラックを生じるおそれがある。そのため、発電の際に、このクラック部分から燃料ガスまたは酸素含有ガス（空気）がリークし、発電効率が低下するおそれがある。
The folded portions of the current collecting
In a cell stack having a structure in which the left and right folded portions overlap each other, a crack may occur in the overlapping portion of the current collecting
折り返し部間の所定の間隔（Ｅ）は、裏面側に配置された燃料電池セル１３（集電燃料極層１３ｄ）の幅方向に沿った幅（Ｆ）（図５（ｂ）参照）の１／３以下の長さであるのが好ましい。
多孔質支持体１１の裏面において、燃料電池セル１３と隣接する燃料電池セル１０とを効率よく電気的に接続するにあたっては、折り返し部間の所定の間隔（Ｅ）は、多孔質支持体１１の幅方向に沿った長さをある程度必要とするが、間隔（Ｅ）を幅（Ｆ）の１／３より長くとると、折り返し部の上面に積層されたインターコネクタ１２ａの一部が、多孔質支持体１１の裏面の平坦部には収まらなくなる場合がある。この場合、平坦部に収まらないインターコネクタ１２ａは、多孔質支持体１１の側面側において、セルスタック１ａの作製時にクラック等の破損が生じ、該破損部から燃料ガスまたは酸素含有ガスのリークにつながるおそれがある。
また、間隔（Ｅ）を幅（Ｆ）の１／３より長くとりインターコネクタ１２ａを多孔質支持体１１の裏面の平坦部に収まるようにあらかじめ小さく成形すると、インターコネクタ１２ａの体積が小さくなり、該インターコネクタ１２ａに流れ込む電流の電流密度が増加し、それに伴い抵抗が増大するため、好ましくない。
The predetermined interval (E) between the folded portions is 1 of the width (F) along the width direction of the fuel cell 13 (collecting
When the
Further, if the interval (E) is longer than 1/3 of the width (F) and the
燃料電池セル１０および燃料電池セル１３における集電燃料極層１０ｄおよび集電燃料極層１３ｄの配置について説明する。
本発明のセルスタック１ａを用いてなるバンドル２０ａにおいて、バンドル２０ａを構成するすべてのセルスタック１ａは、多孔質支持体１１に設けられたガス流路１２に反応ガスである燃料ガスを供給するガスマニホールド２１に固定される。それゆえ、セルスタック１ａの一端側は、該ガスマニホールド２１に接合する接合部を確保する必要がある。それゆえ、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、多孔質支持体１１の表裏面における最も一端側に位置する燃料電池セル１３（集電燃料極層１３ｄ）は、多孔質支持体１１の一端側から間隔ｂを空けて配置することが好ましい。
ここで、製造容易性の観点から、多孔質支持体１１の表裏面において、最も他端側に位置する燃料電池セル１０および燃料電池セル１３を除く、多孔質支持体１１の表面に配置された燃料電池１３の１つを構成する集電燃料極層１３ｄと、多孔質支持体１１の裏面に配置された燃料電池セル１３の１つにおける集電燃料極層１３ｄが、多孔質支持体１１の表裏面において、多孔質支持体１１の長手方向に沿った端が同じ位置となるように配置することができる。
この場合、セルスタック１ａを構成する各燃料電池セル１３の寸法を同じとするとともに、多孔質支持体１１の表面側に配置される複数の燃料電池セル１３を構成する集電燃料極層１３ｄおよび燃料電池セル１０を構成する集電燃料極層１０ｄ、さらには多孔質支持体１１の裏面側に配置される複数の燃料電池セル１３を構成する集電燃料極層１３ｄは、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、それぞれ同じ間隔ｘで配置することが好ましい。係る場合、上記間隔ｂと合わせて、表面側におけるＴ字状の集電燃料極層１０ｄの長手方向に沿った端と、該Ｔ字状の内側電極層に対応して裏面側に配置された燃料電池セル１３における集電燃料極層１０ｄの長手方向に沿った端とは、長手方向に対して同じ位置に配置されることとなる。
また、セルスタック１ａの他端側では、燃料ガス排出口から排出される燃料ガスと酸素含有ガスとが混合して燃焼するため、その燃焼熱の影響を抑制することや、セルスタック１ａの外側を流れる反応ガス（酸素含有ガス）が燃料ガス排出口からガス流路１２へ流れ込むことによる燃料電池セル１０等の破損抑制のために、集電燃料極層１０ｄは、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、多孔質支持体１１の他端から間隔ａ離して、配置することが好ましい。
The arrangement of the collecting
In the
Here, from the viewpoint of ease of production, the front and back surfaces of the
In this case, the
Further, since the fuel gas discharged from the fuel gas discharge port and the oxygen-containing gas are mixed and combusted on the other end side of the cell stack 1a, the influence of the combustion heat is suppressed and the outside of the cell stack 1a is suppressed. In order to prevent damage to the
間隔ｂは、セルスタック１ａのガスマニホールドに固定するとともに、燃料電池セル１３および燃料電池セル１０を多孔質支持体１１に多く配置する観点から、多孔質支持体１１の長手方向の長さ（Ｓ）に対して０．０５〜０．２倍の長さであるのがよい。
間隔ａは、他端側に配置される燃料電池セル１０の破損抑制と、燃料電池セル１３および燃料電池セル１０を多孔質支持体１１に多く配置する観点から、多孔質支持体１１の長手方向の長さ（Ｓ）に対して０．０５〜０．２倍の長さであるのがよい。
間隔ｘは、隣接する燃料電池セル間のショート等を防止するとともに、燃料電池セル１３および燃料電池セル１０を多孔質支持体１１に多く配置する観点から、多孔質支持体１１の長手方向の長さ（Ｓ）に対して０．００２〜０．０２倍の長さであるのがよい。
燃料電池セル１３を構成する集電燃料極層１３ｄの長さＢ（図５（ａ）および（ｂ）参照）は、発電性能の観点から、多孔質支持体１１の長手方向の長さ（Ｓ）に対して０．０２〜０．１倍の長さであるのが好ましく、この場合、燃料電池セル１３の配置個数は４〜２４枚となる。
The interval b is fixed to the gas manifold of the cell stack 1a, and from the viewpoint of arranging a large number of
The distance a is determined in the longitudinal direction of the
The distance x is a length in the longitudinal direction of the
The length B (see FIGS. 5A and 5B) of the current collecting
燃料電池セル１０を構成する集電燃料極層１０ｄの長さ（Ａ）（図３および図５（ａ）参照）は、表面側に燃料電池セル１３を表面側にｎ個配置する場合、以下の数式となる。
（Ａ）＝（Ｓ）−（ａ＋ｂ）―ｎ（Ｂ＋ｘ）
上記式より長さ（Ａ）は、多孔質支持体の長手方向の長さ（Ｓ）に依存してほぼ一定の範囲に定まるとともに、燃料電池セル１３を構成する集電燃料極層１３ｄの長さ（Ｂ）（図３、図５（ａ）および（ｂ）参照）との間で（Ａ）＞（Ｂ）の関係が成立する。
The length (A) (see FIGS. 3 and 5A) of the current collecting
(A) = (S)-(a + b) -n (B + x)
From the above formula, the length (A) is determined in a substantially constant range depending on the length (S) in the longitudinal direction of the porous support, and the length of the current collecting
長手方向における折り返し部の長さ（Ｄ）（図３および図５（ｂ）参照）は、多孔質支持体１１の表面側の最も他端側に位置する燃料電池セル１０を構成する集電燃料極層１０ｄの長さ（Ａ）、および裏面側で折り返し部に隣接する燃料電池セル１３を構成する集電燃料極層１３ｄの長さ（Ｂ）との間で（Ｄ）＜（Ａ−Ｂ）の関係を有することが好ましい。
（Ｄ）≧（Ａ−Ｂ）であると、裏面側における最も他端側に位置する燃料電池セル１３における集電燃料極層１３ｄおよび集電燃料極層１０ｄ同士が重なり合う。
そのため、該重なり合った部分に製造過程でクラックが生じやすくなるだけでなく、燃料電池セル１３の発電性能が低くなってしまうおそれがある。すなわち、表面側の活性燃料極層１０ａで発生した電子は、裏面側の最も他端側に位置する燃料電池セル１３を構成する集電燃料極層１３ｄ上のインターコネクタ１７ａに到達するまでに、表面側の集電燃料層１０ｄを介して裏面側の集電燃料層１０ｄへ移動し、ここで、インターコネクタ１２ａへ移動する経路と、表面側の集電燃料層１０ｄを介して裏面の集電燃料層１０ｄへ移動し、集電燃料極層１３ｄへ移動する経路の２通りの経路ができる。
インターコネクタ１２ａへ移動する前者の経路では、電子は、その後セル接続材１７ｂを介して空気極１３ｃで後述する式（ｉ）の反応により酸素イオンを生成させ、該酸素イオンは固体電解質１３ｃを介して活性燃料極層１３ａへ移動し、後述する式（ｉｉ）の反応により電子を生成させ、該電子は、集電燃料極層１３ｄを介してインターコネクタ１７ａへ移動する。
集電燃料極層１３ｄへ移動する後者の経路では、電子は、その後、集電燃料極層１３ｄを介してインターコネクタ１７ａへ移動する。
そのため、表面側の活性燃料極層１０ａで発生した電子は、裏面側の最も他端側に位置する燃料電池セル１３を構成する集電燃料極層１３ｄ上のインターコネクタ１７ａに到達するまでに、前者の経路のみではないため、裏面側おける最も他端側に位置する燃料電池セル１３の発電性能が低くなってしまうと考えられる。
The length (D) of the folded portion in the longitudinal direction (see FIGS. 3 and 5B) is a current collecting fuel constituting the
When (D) ≧ (AB), the current collecting
For this reason, not only the overlapping portion is easily cracked during the manufacturing process, but also the power generation performance of the
In the former path of movement to the
In the latter path of movement to the current collecting
Therefore, the electrons generated in the active
折り返し部の長さ（Ｄ）と、間隔｛Ａ−（Ｄ＋Ｂ）｝（以下、Ｃという場合がある。）との関係は、Ｃ≦（１／２）Ｂの関係を有するのが好ましい。
長さ（Ａ）は、上述したように、多孔質支持体１１の長手方向の長さ（Ｓ）、長さ（Ｓ）に依存する間隔ａ、ｂ、ｘおよびＢの長さによって、ほぼ一定の範囲に定まる。
そのため、Ｃ＞（１／２）Ｂであると、折り返し部の長さ（Ｄ）を短くする必要があり、このような関係性を有するセルスタックを製造すると、得られるセルスタックに反り等の変形が発生するおそれや、インターコネクタ１２ａの体積が小さくなり、該インターコネクタ１２ａに流れ込む電流の電流密度が増加し、それに伴い抵抗が増大するなど、発電に好ましくない影響がでる場合がある。
The relationship between the length (D) of the folded portion and the interval {A− (D + B)} (hereinafter sometimes referred to as C) preferably has a relationship of C ≦ (1/2) B.
As described above, the length (A) is substantially constant depending on the length (S) in the longitudinal direction of the
Therefore, when C> (1/2) B, it is necessary to shorten the length (D) of the folded portion. When a cell stack having such a relationship is manufactured, the obtained cell stack is warped. There is a possibility that deformation may occur, or the volume of the
各隣接する燃料電池セル１０および１３の接続方法について説明する。
多孔質支持体１１の表裏面における隣接する燃料電池セル１３における空気極１３ｃおよびインターコネクタ１７ａ並びに燃料電池セル１０における空気極１０ｃおよびインターコネクタ１２ａは、セル接続材１７ｂにより電気的に直列に接続される(図３参照)。
A method for connecting the
The
多孔質支持体１１は多孔質であり、さらにその内部には、内径の小さな複数のガス流路１２が、長手方向に延びるようにして貫通して設けられている。ガス流路１２の数は、発電性能および構造強度の点から、例えば３〜２０個が好ましく、６〜１７個であるのがより好ましい。このように、多孔質支持体１１の内部にガス流路１２を複数形成することにより、多孔質支持体１１の内部に大きなガス流路を１本形成する場合に比べて、多孔質支持体１１を扁平板状とすることができ、セルスタック１ａの体積当たりの燃料電池セル１３の面積を増加し発電量を大きくすることができる。よって、必要とする発電量を得るためのセルスタック１ａの本数を減らすことができる。
The
このガス流路１２内に水素を含む燃料ガスを流し、かつ空気極層１０ｃおよび１３ｃを空気等の酸素を含む酸素含有ガスに曝すことにより、活性燃料極層１０ａ、１３ａおよび空気極層１０ｃ、１３ｃ間で下記式（ｉ）および（ｉｉ）に示す電極反応が生じ、両極間に電位差が発生し、発電するようになっている。
By flowing a fuel gas containing hydrogen into the
以下、セルスタック１ａを構成する各部材の材質を詳しく説明する。
（多孔質支持体１１）
本発明に係る多孔質支持体１１は、Ｍｇ酸化物（ＭｇＯ）と、Ｎｉ若しくはＮｉ酸化物（ＮｉＯ）と、希土類元素酸化物とから形成されている。なお、希土類元素酸化物を構成する希土類元素としては、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒなどを例示することができ、希土類元素酸化物としては、例えばＹ2Ｏ3やＹｂ2Ｏ3等が挙げられ、特にＹ2Ｏ3が好ましい。
Hereinafter, the material of each member constituting the cell stack 1a will be described in detail.
(Porous support 11)
The
ＭｇＯは７０〜８０体積％、希土類元素酸化物は１０〜２０体積％、ＮｉあるいはＮｉＯ（ＮｉＯは、発電時には、通常、水素ガスにより還元されてＮｉとして存在する）は、ＮｉＯ換算で１０〜２５体積％、特に１５〜２０体積％の範囲で多孔質支持体１１中に含有し、総量として１００体積％となるように含有されているのがよい。
MgO is 70 to 80% by volume, rare earth element oxide is 10 to 20% by volume, Ni or NiO (NiO is usually reduced by hydrogen gas and present as Ni during power generation) is 10 to 25 in terms of NiO. It is good to contain it in the
多孔質支持体１１は、燃料電池セル１０、１３間の電気的ショートを防ぐために電気絶縁性であることが必要であり、通常、１０Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有することが望ましい。Ｎｉ等の含量が前記範囲を超えると、電気抵抗値が低下し易い。
The
なお、多孔質支持体１１は、ガス流路１２内の燃料ガスを活性燃料極層１３ａの表面まで導入可能でなければならず、このため、多孔質であることが必要である。一般に、その開気孔率は２５％以上、特に３０〜４０％の範囲にあるのがよい。
Note that the
（燃料極層）
燃料極層は、前記式（ｉｉ）の電極反応を生じさせるものであり、本実施形態においては、固体電解質層１０ｂ、１３ｂ側の活性燃料極層１０ａ、１３ａと、多孔質支持体１１側の集電燃料極層１０ｄ、１３ｄとの二層構造に形成されている。なお、燃料極層は、必ずしも活性燃料極層１０ａ、１３ａと集電燃料極層１０ｄ、１３ｄとの２層より形成する必要はなく、１層のみから形成することもできる。
(Fuel electrode layer)
The fuel electrode layer causes an electrode reaction of the above formula (ii). In the present embodiment, the active fuel electrode layers 10a and 13a on the solid electrolyte layers 10b and 13b side and the
＜活性燃料極層１０ａ、１３ａ＞
固体電解質層１０ｂ、１３ｂ側の活性燃料極層１０ａ、１３ａは、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスから形成される。例えば、希土類元素が固溶しているＺｒＯ2（安定化ジルコニア）と、Ｎｉおよび／又はＮｉＯ（以下、Ｎｉ等と呼ぶ）とからなる。この希土類元素が固溶した安定化ジルコニアとしては、後述する固体電解質層１０ｂ、１３ｂに使用されているものと同様のものを用いるのがよい。
<Active
The active fuel electrode layers 10a and 13a on the side of the solid electrolyte layers 10b and 13b are formed of porous conductive ceramics known per se. For example, it is composed of ZrO 2 (stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved, and Ni and / or NiO (hereinafter referred to as Ni or the like). As the stabilized zirconia in which the rare earth element is dissolved, the same one used for the solid electrolyte layers 10b and 13b described later is preferably used.
活性燃料極層１０ａ、１３ａ中の安定化ジルコニア含量は、３５〜６５体積％の範囲にあることが好ましく、またＮｉ等の含量は、良好な発電性能を発揮させるため、ＮｉＯ換算で６５〜３５体積％の範囲にあるのがよい。
さらに活性燃料極層１０ａ、１３ａの開気孔率は、１５％以上、特に２０〜４０％の範囲にあるのがよい。
The stabilized zirconia content in the active fuel electrode layers 10a and 13a is preferably in the range of 35 to 65% by volume, and the content of Ni or the like is 65 to 35 in terms of NiO in order to exhibit good power generation performance. It may be in the range of volume%.
Further, the open porosity of the active fuel electrode layers 10a and 13a is preferably 15% or more, particularly preferably in the range of 20 to 40%.
また、固体電解質層１０ｂ、１３ｂとの熱膨張差に起因して発生する熱応力を吸収し、活性燃料極層１０ａ、１３ａの割れや剥離などを防止するという点から、活性燃料極層１０ａ、１３ａの厚みは、５〜３０μｍの範囲にあることが望ましい。
Further, the active
＜集電燃料極層１０ｄ、１３ｄ＞
燃料極層のうち、多孔質支持体１１側の集電燃料極層１０ｄ、１３ｄは、多孔質支持体１１と同様、Ｎｉ若しくはＮｉ酸化物と、希土類元素酸化物との混合体より形成することが好ましい。
<Current collecting
Of the fuel electrode layer, the current collecting fuel electrode layers 10d and 13d on the
Ｎｉ或いはＮｉ酸化物（ＮｉＯは、発電時には、通常、水素ガスにより還元されてＮｉとして存在する）は、ＮｉＯ換算で３０〜６０体積％の範囲で希土類元素酸化物中に含有されているのがよい。集電燃料極層１０ｄ、１３ｄは、電流の流れを損なわないように、導電性であることが必要であり、通常、４００Ｓ／ｃｍ以上の導電率を有していることが望ましい。良好な電気伝導度を有するという点から、Ｎｉ等の含量は３０体積％以上が望ましい。 Ni or Ni oxide (NiO is usually reduced by hydrogen gas and present as Ni during power generation) is contained in the rare earth element oxide in a range of 30 to 60% by volume in terms of NiO. Good. The current collecting fuel electrode layers 10d and 13d are required to be conductive so as not to impair the flow of current, and it is generally desirable that they have a conductivity of 400 S / cm or more. From the viewpoint of having good electrical conductivity, the content of Ni or the like is desirably 30% by volume or more.
また、この集電燃料極層１０ｄ、１３ｄの厚みは、電気伝導度を向上するという点から、８０〜２００μｍであることが望ましい。 The thickness of the current collecting fuel electrode layers 10d and 13d is preferably 80 to 200 μm from the viewpoint of improving electric conductivity.
以上のように、燃料極層を固体電解質層１０ｂ、１３ｂ側の活性燃料極層１０ａ、１３ａと、多孔質支持体１１側の集電燃料極層１０ｄ、１３ｄとの二層とした構造であれば、多孔質支持体１１側の集電燃料極層１０ｄ、１３ｄのＮｉＯ換算でのＮｉ量或いはＮｉＯ量を３０〜６０体積％の範囲内で調整することにより、セルスタック１ａの作製時、加熱時、冷却時において両者の熱膨張差に起因して発生する熱応力を小さくすることができるため、燃料極層の割れや剥離などを抑制することができる。このため、燃料ガス（水素ガス）を流して発電を行う場合においても、多孔質支持体１１との熱膨張係数の整合性は安定に維持され、熱膨張差による割れを有効に回避することができる。
As described above, the fuel electrode layer may have a structure in which the active fuel electrode layers 10a and 13a on the solid electrolyte layers 10b and 13b side and the current collecting fuel electrode layers 10d and 13d on the
（固体電解質層１０ｂ、１３ｂ）
固体電解質層１０ｂ、１３ｂは、希土類またはその酸化物を固溶させたＺｒＯ2からなる安定化ＺｒＯ2からなる緻密質なセラミックスで構成されている。
ここで、固溶させる希土類元素またはその酸化物としては、例えばＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなど、または、これらの酸化物などが挙げられ、好ましくは、Ｙ、Ｙｂ、または、これらの酸化物が挙げられる。また、固体電解質層１０ｂ、１３ｂとして、８モル％のＹが固溶している安定化ＺｒＯ2（８ｍｏｌ％ Yttoria Stabilized Zirconia、以下、「８ＹＳＺ」という。）と熱膨張係数がほぼ等しいランタンガレート系（ＬａＧａＯ3系）固体電解質層を用いることもできる。また、固体電解質層１０ｂ、１３ｂは、例えば、厚さが１０〜１００μｍであり、例えば、相対密度（アルキメデス法による）が９３％以上、好ましくは、９５％以上の範囲に設定される。このような固体電解質層１０ｂ、１３ｂは、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有すると同時に、燃料ガスまたは酸素含有ガスのリーク（ガス透過）を防止するためにガス遮断性を有している。
(Solid electrolyte layers 10b and 13b)
The
Here, as rare earth elements to be dissolved or oxides thereof, for example, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, etc. Or oxides thereof, and the like, preferably Y, Yb, or oxides thereof. Further, as the solid electrolyte layers 10b and 13b, a lanthanum gallate system having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of stabilized ZrO 2 (8 mol% Yttoria Stabilized Zirconia, hereinafter referred to as “8YSZ”) in which 8 mol% of Y is dissolved. A (LaGaO 3 -based) solid electrolyte layer can also be used. The solid electrolyte layers 10b and 13b have a thickness of 10 to 100 μm, for example, and have a relative density (according to Archimedes method) of 93% or more, preferably 95% or more. Such solid electrolyte layers 10b and 13b have a function as an electrolyte for bridging electrons between the electrodes, and at the same time have a gas barrier property to prevent leakage of fuel gas or oxygen-containing gas (gas permeation). doing.
（空気極層１０ｃ、１３ｃ）
空気極層１０ｃ、１３ｃは、導電性セラミックスから形成されている。導電性セラミックスとしては、例えば、ＡＢＯ3型のペロブスカイト型酸化物が挙げられ、このようなペロブスカイト型酸化物としては、例えば、遷移金属型ペロブスカイト型酸化物、好ましくは、ＬａＭｎＯ3系酸化物、ＬａＦｅＯ3系酸化物、ＬａＣｏＯ3系酸化物など、特にＡサイトにＬａを有する遷移金属型ペロブスカイト型酸化物を挙げることができる。さらに好ましくは、６００〜１０００℃程度の比較的低温での電気伝導性が高いという観点から、ＬａＣｏＯ3系酸化物が挙げられる。
前記したペロブスカイト型酸化物において、ＡサイトにＬａおよびＳｒが共存してもよく、また、ＢサイトにＦｅ、ＣｏおよびＭｎが共存してもよい。
このような空気極層１０ｃ、１３ｃは、前記した式（ｉ）の電極反応を生ずることができる。
空気極層１０ｃ、１３ｃの開気孔率は、例えば、２０％以上、好ましくは、３０〜５０％の範囲に設定される。開気孔率が前記した範囲内にあれば、空気極層１０ｃ、１３ｃが良好なガス透過性を有することができる。
空気極層１０ｃ、１３ｃの厚さは、例えば、３０〜１００μｍの範囲に設定される。前記した範囲内にあれば、空気極層１０ｃ、１３ｃが良好な発電性能を有することができる。
(
The air electrode layers 10c and 13c are made of conductive ceramics. Examples of the conductive ceramics include ABO 3 type perovskite type oxides. Examples of such perovskite type oxides include transition metal type perovskite type oxides, preferably LaMnO 3 type oxides, LaFeO. 3 based oxide, such as LaCoO 3 -based oxide, in particular can be mentioned transition metal type perovskite oxide having La at the a site. More preferably, from the viewpoint of high electrical conductivity at a relatively low temperature of about 600 to 1000 ° C., a LaCoO 3 oxide is used.
In the perovskite oxide described above, La and Sr may coexist at the A site, and Fe, Co, and Mn may coexist at the B site.
Such air electrode layers 10c and 13c can cause the electrode reaction of the above-described formula (i).
The open porosity of the air electrode layers 10c and 13c is set to, for example, 20% or more, preferably 30 to 50%. If the open porosity is in the above-described range, the air electrode layers 10c and 13c can have good gas permeability.
The thickness of the air electrode layers 10c and 13c is set in the range of 30 to 100 μm, for example. If it exists in an above-described range, the air electrode layers 10c and 13c can have favorable electric power generation performance.
（セル間接続部材１７）
隣接する燃料電池セル１３同士を電気的に直列に接続するために使用されるセル間接続部材１７は、一方の燃料電池セル１０、１３の集電燃料極層１０ｄ、１３ｄと隣接する他方の燃料電池セル１０、１３の空気極層１０ｃ、１３ｃとを電気的に接続するものであり、インターコネクタ１２ａ、１７ａとセル接続材１７ｂとから構成され、これらは電気的に接続されている。
(Cell connecting member 17)
The
＜インターコネクタ１２ａ、１７ａ＞
インターコネクタ１２ａ、１７ａは導電性セラミックスから形成されるが、燃料ガス（水素ガス）及び空気等の酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ3系酸化物）が使用される。また、多孔質支持体１１内のガス流路１２を通る燃料ガスと空気極層１０ｃ、１３ｃの外部を通る空気等の酸素含有ガスとのリークを防止するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば９３％以上、特に９５％以上の相対密度（アルキメデス法）を有していることが好適である。なお、インターコネクタ１２ａ、１７ａの端面と、固体電解質層１０ｂ、１３ｂの端面との間には、適当な接合層（例えばＹ2Ｏ3）を介在させることにより、シール性を向上させることもできる。
また、インターコネクタ１２ａ、１７ａとしては、金属層と、ガラスの入った金属ガラス層との二層構造としてもよい。金属層は、例えば、ＡｇとＮｉの合金からなり、金属ガラス層は、Ａｇとガラスからなる。金属ガラス層により、多孔質支持体１１内のガス流路１２を通る燃料ガスのセルスタックの外側へのリーク、および空気極層１０ｃ、１３ｃの外部を通る酸素含有ガスのセルスタックの内側へのリークを有効に防止することができる。
<
The
The
＜セル接続材１７ｂ＞
一方、セル接続材１７ｂは多孔質とされている。セル接続材１７ｂとしては、ＬａＣｏＯ3系等の導電性セラミック（例えば空気極層１０ｃ、１３ｃの材料）、Ａｇ−Ｐｄ等の貴金属から構成された多孔質とすることができる。セル接続材１７ｂの材料の空気極層１０ｃ、１３ｃへの塗布量が少ない場合にはセル接続材１７ｂの材料が空気極層１０ｃ、１３ｃの気孔中に浸入し、層としては形成されない。特に、Ａｇ−Ｐｄ等の貴金属はコスト低減のため塗布量が少ないため、空気極層１０ｃ、１３ｃは、空気極層材料とＡｇ−Ｐｄ等の集電材料が混在して構成され、セル接続材１７ｂは形成されない。一方、ＬａＣｏＯ3系等の導電性セラミックは、塗布量が多く、この場合には空気極層１０ｃ、１３ｃ上にセル接続材１７ｂが形成される。なお、空気極層１０ｃ、１３ｃがセル接続材１７ｂを兼ねるものとしてもよい。この場合、一方の燃料電池セル１０、１３の集電燃料極層１０ｄ、１３ｄ上に設けられたインターコネクタ１２ａ、１７ａに隣接する他方の燃料電池セル１０、１３の空気極層１０ｃ、１３ｃが接続されることで、隣り合う燃料電池セル１０、１３を電気的に直列に接続することができる。
さらに、空気極層１０ｃ、１３ｃとインターコネクタ１２ａ、１７ａとが電気的に接続されている場合であっても、空気極層１０ｃ、１３ｃ上にセル接続材１７ｂを設けることもできる。この場合、一方の燃料電池セル１０、１３内を流れる電流を、効率よく他方の燃料電池セル１０、１３に供給することができる。
<
On the other hand, the
Furthermore, even if the air electrode layers 10c and 13c and the
図６（ａ）は、本発明の他の実施形態にかかるセルスタック１ｃにおける多孔質支持体３１上に、集電燃料極層３３ｄ、活性燃料極層３３ａおよびインターコネクタ３７ａ、インターコネクタ３２ａ、集電燃料極層３０ｄを積層した多孔質支持体３１の表面を示す図であり、図６（ｂ）は、その裏面を示す図である。図７は本発明の他の実施形態にかかるセルスタック１ｃの断面図である。なお、燃料電池セルの各構成については、上述のとおりである。
セルスタック１ｃにおいて、Ｔ字状の集電燃料極層３０ｄを備える燃料電池セル３０および、多孔質支持体３１の長手方向においてＴ字状の集電燃料極層３０ｄを備える燃料電池セル３０と最も遠い位置に位置する燃料電池セル３３（図６においては、裏面側における最も一端側に位置する燃料電池セル３３に該当する）を除く、他の燃料電池セル３３において、集電燃料極層３３ｄ上に積層されるインターコネクタ３７ａが、多孔質支持体３１の長手方向において、表裏面が同じ位置となるように、各燃料電池セル３３が配置されている。それにより、セルスタック１ｃを用いてバンドルを形成した場合に（バンドルについては後に詳述する）、隣接するセルスタック１ｃ間の電気的接続を容易に行なうことができる。
なお、燃料電池セル３０は、多孔質支持体３１の表面側の最も他端側に配置され、多孔質支持体３１の裏面側に折り返された集電燃料極層３０ｄの両手部と、多孔質支持体３１の裏面側の最も他端側に配置された燃料電池セル３３とが電気的に接続されるように配置される。
FIG. 6A shows a current collecting
In the cell stack 1c, the
The
また、各燃料電池セル３３における内側電極層は、多孔質支持体３１上に積層された第１の内側電極層である集電燃料極層３３ｄと集電燃料極層３３ｄの上面に積層された第２の内側電極層である活性燃料極層３３ｃとからなり、図６（ａ）に示すように、多孔質支持体３１の表面に配置された燃料電池セル３３における集電燃料極層３３ｄの上面の一端側に活性燃料極層３３ｃ、他端側にインターコネクタ３７ａが配置され、図６（ｂ）に示すように、多孔質支持体３１の裏面に配置された燃料電池セル３３における集電燃料極層３３ｄの上面の一端側にインターコネクタ３７ａ、他端側に活性燃料極層３３ａが配置されており、各燃料電池セル３３は、上述のセルスタック１ａと同様に、集電燃料極層３３ｄ、活性燃料極層３３ａおよびインターコネクタ３７ａの積層構造を一組とした場合に、発電性能の観点から、これら一組の各層における長手方向および多孔質支持体３１の幅方向の寸法および積層構造の配置はすべて同一であるのが好ましい。
さらに、効率的に発電させる観点から、上記一組に積層される空気極層３３ｃは、活性燃料極層３３ａと長手方向および幅方向の寸法が同一であり、活性燃料極層３３ａに対応する固体電解質層３３ｂ上に積層されるのが好ましい。
Further, the inner electrode layer in each
Furthermore, from the viewpoint of efficient power generation, the
セルスタック１ｃにおいても、多孔質支持体３１の表面の最も他端側に配置された燃料電池セル３０を構成する集電燃料極層３０ｄの両手部は、多孔質支持体３１の左右両側部で折り返され、折り返された左右各折り返し部が裏面側の多孔質支持体３１上に積層される。裏面側にそれぞれ折り返された折り返し部の上面にインターコネクタ３２ａがそれぞれ積層される。さらに、図６に示すように、多孔質支持体３１の表面の集電燃料極層３０ｄのＴ字形状の本体足部（図６における活性燃料極層３０ａに対応する部位）における上面のみに活性燃料極層３０ａが積層される。
なお、セルスタック１ａにおける燃料電池セル１０と同様に、燃料電池セル３０における集電燃料極層３０ｄのそれぞれ折り返された折り返し部同士は、幅方向に沿って所定の間隙（Ｅ）をあけて配置されることが好ましい。
特には、折り返し部間の所定の間隔（Ｅ）は、裏面側に配置された燃料電池セル３３（集電燃料極層３３ｄ）の幅方向に沿った幅（Ｆ）の１／３以下の長さであるのが好ましい。
それにより、ガスリークが生じるおそれや、インターコネクタ３２ａの体積が小さくなり、該インターコネクタ３２ａに流れ込む電流の電流密度が増加し、それに伴い抵抗が増大するおそれを回避することができる。
Also in the cell stack 1 c, both hands of the current collecting
Similar to the
In particular, the predetermined interval (E) between the folded portions is a length of 1/3 or less of the width (F) along the width direction of the fuel cell 33 (collecting
As a result, it is possible to avoid the possibility that gas leaks occur or the volume of the interconnector 32a decreases, the current density of the current flowing into the
また、セルスタック１ａと同様に、セルスタック１ｃの一端側は、該ガスマニホールド２１に接合する接合部を確保する必要がある。それゆえ、多孔質支持体３１の裏面において最も一端側に位置する燃料電池セル３３（集電燃料極層３３ｄ）は、多孔質支持体３１の一端側から間隔ｂを空けて配置することが好ましい。
なお、多孔質支持体３１の表面側および裏面側に配置される燃料電池セル３３の個数は、特に限定されず、個数に基づき、最も一端側に位置する燃料電池セル３３を、多孔質支持体３１の一端側から間隔ｂを空けて配置すればよく、例えば、多孔質支持体３１の表面側および裏面に配置される燃料電池セル３３の個数の合計が偶数個の場合は、表面側における最も一端側に位置する燃料電池セル３３が多孔質支持体３１の一端側から間隔ｂを空けて配置すればよく、多孔質支持体３１の表面側および裏面に配置される燃料電池セル３３の個数の合計が奇数個の場合は、図６に示すように、裏面側における最も一端側に位置する燃料電池セル３３を構成する集電燃料極層３０ｄを、多孔質支持体３１の一端側から間隔ｂを空けて配置すればよい。
また、セルスタック１ｃを構成する各燃料電池セル３３の寸法を同じとし、多孔質支持体３１の表面側に配置される複数の燃料電池セル３３を構成する集電燃料極層３３ｄおよび燃料電池セル３０を構成する集電燃料極層３０ｄ、さらには多孔質支持体３１の裏面側に配置される複数の燃料電池セル３３を構成する集電燃料極層３３ｄは、それぞれ同じ間隔ｘで配置することが好ましい。
また、セルスタック１ｃの他端側では、燃料ガス排出口から排出される燃料ガスと酸素含有ガスとが混合して燃焼するため、その燃焼熱の影響を抑制することや、セルスタック１ｃの外側を流れる反応ガス（酸素含有ガス）が燃料ガス排出口からガス流路３２へ流れ込むことによる燃料電池セル３０等の破損抑制のために、集電燃料極層３０ｄは、多孔質支持体３１の他端から間隔ａ離して、配置することが好ましい。
なお、燃料電池セル３０における外側電極層３０ｃおよびセル接続材３７ｂは、折り返し部と対応する部位には設けない構成とすることもできる。
Similarly to the cell stack 1a, one end side of the cell stack 1c needs to secure a joint portion to be joined to the
The number of the
Further, the
Further, since the fuel gas discharged from the fuel gas discharge port and the oxygen-containing gas are mixed and burned on the other end side of the cell stack 1c, the influence of the combustion heat is suppressed, and the outside of the cell stack 1c is reduced. In order to prevent damage to the
The
ここで、セルスタック１ａと同様に、上述の間隔ｂは、多孔質支持体３１の長手方向の長さ（Ｓ）に対して０．０５〜０．２倍の長さであるのがよく、間隔ａは、多孔質支持体３１の長手方向の長さ（Ｓ）に対して０．０５〜０．２倍の長さであるのがよく、間隔ｘは、多孔質支持体３１の長手方向の長さ（Ｓ）に対して０．００２〜０．０２倍の長さであるのがよい。
Here, similarly to the cell stack 1a, the above-described interval b should be 0.05 to 0.2 times the length (S) in the longitudinal direction of the
ここで、セルスタック１ｃにおけるＴ字状の集電燃料極層３０ｄの一端とＴ字状の集電燃料極層３０ｄに対応して多孔質支持体３１の裏面に配置された燃料電池セル３３における活性燃料極層３３ａの一端とが、図７に示すように、多孔質支持体３１の長手方向に沿って同位置となるように形成されており、長手方向における折り返し部の長さ（Ｄ）は、多孔質支持体３１の表面側の最も他端側に位置する燃料電池セル３０を構成する集電燃料極層３０ｄの長さ（Ｇ）、および裏面側で折り返し部に隣接する燃料電池セル３３を構成する活性燃料極層３３ａの長さ（Ｈ）との間で（Ｄ）＜（Ｇ−Ｈ）の関係を有することが好ましい。
さらに、折り返し部の長さ（Ｄ）と、間隔｛Ｇ−（Ｄ＋Ｈ）｝（以下、Ｉという場合がある。）との関係は、Ｉ≦（１／２）Ｈの関係を有するのが好ましい。
長さ（Ｇ）は、セルスタック１ａと同様に、多孔質支持体３１の長手方向の長さ（Ｓ）、長さ（Ｓ）に依存する間隔ａ、ｂ、ｘおよび燃料電池セル３３を構成する集電燃料極層３３ｄの長さによって、ほぼ一定の範囲に定まる。
そのため、Ｉ＞（１／２）Ｈであると、折り返し部の長さ（Ｄ）を短くする必要があり、このような関係性を有するセルスタックを製造すると、得られるセルスタックに反り等の変形が発生するおそれや、インターコネクタ３２ａの体積が小さくなり、該インターコネクタ３２ａに流れ込む電流の電流密度が増加し、それに伴い抵抗が増大するなど、発電に好ましくない影響がでる場合がある。
Here, in the
Furthermore, the relationship between the length (D) of the folded portion and the interval {G− (D + H)} (hereinafter sometimes referred to as I) preferably has a relationship of I ≦ (1/2) H. .
The length (G) constitutes the length (S) in the longitudinal direction of the
Therefore, when I> (1/2) H, it is necessary to shorten the length (D) of the folded portion. When a cell stack having such a relationship is manufactured, the obtained cell stack is warped. There is a possibility that deformation may occur, or the volume of the
（セルスタック製造方法）
次に、前記した横縞型のセルスタック１ａの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。図８は、本実施形態にかかる多孔質支持体成形体４１を示す縦断面図である。図９（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態にかかるセルスタック１ａの製造方法を示す工程図である。
(Cell stack manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the horizontal stripe type cell stack 1a will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a porous support body molded
まず、図８に示すように、多孔質支持体成形体４１を作製する。該多孔質支持体成形体４１の材料としては、平均粒径（Ｄ50）（以下、単に「平均粒径」と言う。）が０．１〜１０．０μｍのＭｇＯ粉末に、必要により熱膨張係数調整用または接合強度向上用として、Ｎｉ粉末、ＮｉＯ粉末、Ｙ2Ｏ3粉末、または、希土類元素安定化ジルコニア粉末などを、熱膨張係数が固体電解質層１３ｂの熱膨張係数とほぼ一致するように所定の比率で配合して混合する。この混合粉末を、ポアー剤と、セルロース系有機バインダーと、水とからなる溶媒と混合し、押し出し成形して、内部にガス流路４２を有する中空の板状形状で、扁平状の多孔質支持体成形体４１を作製し、これを乾燥後、９００℃〜１２００℃、２〜４時間で仮焼処理する。ガス流路４２の直径は、押し出し成形時に調整する。扁平状の多孔質支持体成形体４１の長手方向の長さ（Ｓ）は２５０〜５００ｍｍ、幅方向の幅は３０〜１１０ｍｍであるのが好ましい。
First, as shown in FIG. 8, a porous support body molded
次に、内側電極層（集電燃料極層１０ｄ、１３ｄ、活性燃料極層１０ａ、１３ａ）、インターコネクタ１２ａ、１７ａおよび固体電解質層１０ｂ、１３ｂの各成形体を作製する。
まず、例えばＮｉＯ粉末、Ｎｉ粉末と、ＹＳＺ粉末とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合して活性燃料極層成形体４３ａ用のペーストを作製する。同様にして、例えばＬａＣｒＯ3系酸化物の粉末を用いてインターコネクタ４７ａ用のペーストを作製する。
Next, each molded body of the inner electrode layers (current collecting fuel electrode layers 10d and 13d, active fuel electrode layers 10a and 13a),
First, for example, NiO powder, Ni powder, and YSZ powder are mixed, a pore agent is added thereto, and an acrylic binder and toluene are mixed to prepare a paste for the active fuel electrode layer molded
次に、例えばＮｉＯ粉末、Ｎｉ粉末と、Ｙ2Ｏ3などの希土類元素酸化物とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、集電燃料極層用テープ４３ｄおよびＴ字状の集電燃料極層用テープの基となる、所定の寸法で厚み８０〜２００μｍの集電燃料極層用テープ（グリーンシート）４６を作製する。
Next, for example, NiO powder, Ni powder, and rare earth element oxide such as Y 2 O 3 are mixed, a pore agent is added thereto, and an acrylic binder and toluene are mixed to form a slurry. The slurry is applied and dried at a current collecting fuel electrode layer having a predetermined dimension and a thickness of 80 to 200 μm, which is a base of the current collecting fuel
この集電燃料極層用テープ４６上に、図９（ａ）に示すように、活性燃料極層成形体４３ａ用、インターコネクタ４７ａ用の各ペーストを順次積層して乾燥し、活性燃料極層成形体４３ａ、インターコネクタ４７ａを形成する。
On the current collecting fuel
次に、図９（ｂ）に示すように、集電燃料極層用テープ４６において、絶縁部を形成する複数の箇所を打ち抜き、活性燃料極層成形体４３ａおよびインターコネクタ４７ａが積層された集電燃料極層用テープ４３ｄおよびＴ字状の集電燃料極層用テープ４４を作製する。
その際、集電燃料極層用テープ４３ｄは、長手方向の長さ（Ｂ）１５〜２５ｍｍ、幅方向の幅（Ｆ）２０〜１００ｍｍ、Ｔ字状の集電燃料極層用テープ４４は、長手方向の本体長さ（Ａ）３０〜４０ｍｍ、折り返し部の長さ（Ｄ）５〜１５ｍｍ、幅方向の両手部の幅を両手部合計で４５〜１００ｍｍ、本体幅２０〜１００ｍｍの寸法となるように打ち抜くのが好ましい。
Next, as shown in FIG. 9 (b), in the current collecting fuel
At that time, the collector fuel
その後、図９（ｃ）に示すように、活性燃料極層成形体４３ａ、インターコネクタ４７ａが形成された集電燃料極層用テープ４３ｄを、上記隣接間隔ｘを空けて仮焼した多孔質支持体成形体４１の表面に貼り付ける。この工程を繰り返し行い、多孔質支持体成形体４１の表面に、活性燃料極層成形体４３ａおよびインターコネクタ４７ａがそれぞれ印刷積層された集電燃料極層用テープ４３ｄを横縞状に複数貼り付ける。さらに、多孔質支持体成形体４１の表面に貼り付けられた最も他端側の集電燃料極層用テープ４３ｄよりも他端側に、Ｔ字状の集電燃料極層用テープ４４の本体部を貼り付け、該両手部表面上に印刷したインターコネクタ４７ａが上面になるようにして、該両手部を多孔質支持体４１の左右両側部で折り返し、折り返し部を裏面側に貼り付ける。
Thereafter, as shown in FIG. 9 (c), a porous support in which the active fuel electrode layer molded
次に、この状態で多孔質支持体成形体４１を乾燥し、その後、９００〜１３００℃の温度範囲で２〜４時間仮焼する。次に、図９（ｄ）に示すように、インターコネクタ４７ａの表層部に、マスキングテープ４８を貼り付ける。
Next, the porous support body molded
次に、この積層体を、８ＹＳＺにアクリル系バインダーとトルエンを加えてスラリーとした固体電解質層成形体４３ｂ用溶液に浸漬し、固体電解質層成形体４３ｂ用溶液から取り出す。これにより、全面に固体電解質層成形体４３ｂの層が塗布されるとともに、図９（ｃ）で打ち抜いた空間にも固体電解質層成形体４３ｂが充填される。
Next, this laminate is immersed in a solution for solid electrolyte layer molded
この状態で、６００〜１０００℃、２〜４時間仮焼する。仮焼を終えた時点で、図９（ｆ）に示すように、マスキングテープ４８およびマスキングテープ４８上の不要な固体電解質層成形体４３ｂを除去する。次に、多孔質支持体成形体４１上に集電燃料極層用テープ４３ｄ、活性燃料極層成形体４３ａ、インターコネクタ４７ａおよび固体電解質層成形体４３ｂが積層された状態で、１４５０〜１５００℃、２〜４時間の条件で焼成を行う。
In this state, calcining is performed at 600 to 1000 ° C. for 2 to 4 hours. When the calcination is finished, as shown in FIG. 9F, the masking
次に、例えば、ランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ3）と溶媒とを混合したスラリーを活性燃料極層成形体４３ａに対向する固体電解質層成形体４３ｂ上に印刷し、図９（ｇ）に示すように、厚み１０〜１００μｍの空気極層成形体４３ｃを形成する。そして、形成した空気極層成形体４３ｃを９５０〜１１５０℃、２〜５時間の条件で熱処理して焼き付ける。
Next, for example, a slurry obtained by mixing lanthanum cobaltite (LaCoO 3 ) and a solvent is printed on the solid electrolyte layer molded
最後に、ランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ3）と有機バインダーとを混合したスラリーを、セル接続材４７ｂを形成したい部分に印刷し、９００〜１１５０℃、２〜５時間焼き付けることで、セルスタック１ａを得ることができる（図９（ｈ））。
Finally, a slurry in which lanthanum cobaltite (LaCoO 3 ) and an organic binder are mixed is printed on a portion where the
なお、燃料電池セル１０、１３を構成する各層の積層方法については、テープ積層、ペースト印刷、ディップコートおよびスプレー吹付けのいずれの積層法を用いてもよい。好ましくは、積層時の乾燥工程が短時間であり、かつ工程の短時間化の観点から、テープ積層により各層を積層するのが好ましい。
In addition, about the lamination | stacking method of each layer which comprises the
以上のような製造方法により、電流折り返し構造の燃料電池セルを有する燃料セルスタック１ａを容易に作製することができる。なお、セルスタック１ｃにおいても同様の方法により適宜作製することができる。 By the manufacturing method as described above, the fuel cell stack 1a having the fuel cell having the current folding structure can be easily manufactured. Note that the cell stack 1c can be appropriately manufactured by the same method.
（横縞型固体酸化物形燃料電池バンドル）
図１０は、本実施形態にかかるセルスタック１ａの一端側を、ガス流路１２に燃料ガスを供給するためのガスマニホールド２１上に、セルスタック１ａが面平行となるように、等間隔で複数本配列し、これら各セルスタック１ａの間に、櫛歯状のスタック間接続部材２２を配置してなるバンドル２０ａの一例を示している。なお、図１０において、燃料ガス排出口側（他端側）にＴ字状の集電燃料極層１０ｄを備えるセルスタック１ａを示している。
バンドル２０ａを形成することで、配列されたすべてのセルスタック１ａをスタック間接続部材２２を用いて電気的に直列に接続でき、効率よく所望の発電量を得ることができる。なお、セルスタック１ａの本数は、所望の発電量に応じて適宜調整すればよい。
(Horizontal stripe solid oxide fuel cell bundle)
FIG. 10 shows that one end side of the cell stack 1a according to the present embodiment is arranged on the
By forming the
バンドル２０ａにおいて、各セルスタック１ａは、ガスマニホールド２１に、例えば、絶縁性の接着剤（例えばガラス等）などにより固定されている。なお、ガスマニホールド２１は、耐熱性を有する材質で作製すればよく、例えばケイ素、鉄、酸化チタン、酸化アルミニウムなどからなる金属や耐熱性を有するセラミックス等の材質から作製することができる。
In the
ここで、バンドル２０ａを作製するにあたり、上述の燃料ガス排出口側（他端側）にＴ字状の集電燃料極層１０ｄを備える燃料電池セル１０を配置してなるセルスタック１ａを用いるほか、燃料ガス導入口側（一端側）に、Ｔ字状の集電燃料極層１０ｄを備える燃料電池セル１０を配置してなるセルスタック１ｂ（図示せず）を用いて作製することもできる。なお、セルスタック１ｂを複数本配列させたバンドル２０ｂにおいては、スタック間接続部材２２を、セルスタック１ｂの他端側に配置して、配列されたすべてのセルスタック１ｂを電気的に直列に接続することができる。
Here, in producing the
（燃料電池）
本発明の燃料電池は、上述したようなバンドル２０ａを収納容器内に複数収納することにより構成される。それにより、長期信頼性の向上した燃料電池とすることができる。
(Fuel cell)
The fuel cell of the present invention is configured by storing a plurality of
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内において、種々の改善や変更が可能である。
例えば、本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを説明するにあたり、内側電極層を燃料極層（集電燃料極層１３ｄおよび活性燃料極層１３ａ）とし、外側電極層を空気極層１３ｃとしてなる燃料電池セル１０、１３を備え、ガス流路１２に燃料ガスを供給する構成からなるタイプのセルスタック１ａを用いて説明したが、例えば内側電極層を空気極層とし、外側電極層を燃料極層としてなる燃料電池セルを備え、ガス流路１２に酸素含有ガスを供給する構成からなるタイプのセルスタックとすることもできる。この場合に、必要に応じて空気極層を２層構造とすることができる。
In addition, this invention is not limited to the above embodiment, A various improvement and change are possible within the range as described in a claim.
For example, in describing the horizontally-striped solid oxide fuel cell stack of the present invention, the inner electrode layer is a fuel electrode layer (current collecting
以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.
＜セルスタック１ａの作製＞
（実施例１）
まず、多孔質支持体成形体を作製した。該多孔質支持体成形体の材料として、平均粒径（Ｄ50）が２．８μｍのＭｇＯ粉末に、ＮｉＯおよびＹ2Ｏ3粉末を配合して混合し、熱膨張係数が固体電解質層のそれとほぼ一致するように調整した。この混合粉末を、ポアー剤と、セルロース系有機バインダーと、水とからなる溶媒に混合し、押し出し成形して、内部にガス流路を有する中空の板状形状で、扁平状の多孔質支持体成形体を作製し（図８参照）、これを乾燥後、１２００℃にて仮焼処理し、長手方向が３５０ｍｍ、幅方向が５０ｍｍの多孔質支持体成形体を得た。
<Production of cell stack 1a>
Example 1
First, a porous support molded body was produced. As the material of the porous support molded body, NiO and Y 2 O 3 powder are blended and mixed with MgO powder having an average particle diameter (D 50 ) of 2.8 μm, and the thermal expansion coefficient thereof is that of the solid electrolyte layer. Adjustments were made to match. This mixed powder is mixed with a solvent composed of a pore agent, a cellulosic organic binder, and water, extruded, and formed into a hollow plate-like shape having a gas channel inside, and a flat porous support. A molded body was produced (see FIG. 8), dried and calcined at 1200 ° C. to obtain a porous support molded body having a longitudinal direction of 350 mm and a width direction of 50 mm.
次に、ＮｉＯ粉末と、ＹＳＺ粉末とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合して活性燃料極層成形体用のペーストを作製した。同様にして、ＬａＣｒＯ3系酸化物の粉末を用い、インターコネクタ用のペーストを作製した。 Next, NiO powder and YSZ powder were mixed, a pore agent was added thereto, and an acrylic binder and toluene were mixed to prepare a paste for an active fuel electrode layer molded body. Similarly, a paste for an interconnector was prepared using LaCrO 3 oxide powder.
次に、ＮｉＯ粉末と、Ｙ2Ｏ3の希土類元素酸化物とを混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、集電燃料極層用テープを作製した。この集電燃料極層用テープ上に、所定のメッシュ製版を用いて活性燃料極層用およびインターコネクタ用の各ペーストを順次印刷して乾燥し、活性燃料極層成形体およびインターコネクタを形成した（図９（ａ）参照）。 Next, NiO powder and Y 2 O 3 rare earth element oxide are mixed, a pore agent is added thereto, acrylic binder and toluene are mixed to form a slurry, and the slurry is applied by a doctor blade method. And dried to produce a current collecting fuel electrode layer tape. On the current collecting fuel electrode layer tape, the active fuel electrode layer and interconnector pastes were sequentially printed using a predetermined mesh plate making and dried to form an active fuel electrode layer molded body and an interconnector. (See FIG. 9A).
なお、インターコネクタ成形体および活性燃料極層成形体は、集電燃料極層用テープ上で、３００μｍの間隙をおいて形成した。 The interconnector molded body and the active fuel electrode layer molded body were formed on a current collecting fuel electrode layer tape with a gap of 300 μm.
次に、長手方向の長さ２０．０ｍｍ、幅方向の幅４５ｍｍの集電燃料極層用テープＢおよび長手方向の本体長さ３５ｍｍ、折り返し部の長さ１４．５ｍｍ、幅方向の両手部の幅を両手部合計で９０ｍｍ、本体幅４５ｍｍのＴ字状の集電燃料極層用テープＡを打ち抜いた（図９（ｂ）参照）。 Next, the current collector fuel electrode layer tape B having a length of 20.0 mm in the longitudinal direction and a width of 45 mm and a main body length of 35 mm in the longitudinal direction, a length of the folded portion of 14.5 mm, and both hands in the width direction A T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A having a width of 90 mm in both hands and a main body width of 45 mm was punched (see FIG. 9B).
その後、活性燃料極層成形体およびインターコネクタ成形体が印刷された集電燃料極層成形体テープＢを、隣接間隔２ｍｍ空けて、前記仮焼した多孔質支持体成形体の表裏面に貼り付けた（図９（ｃ）参照）。次に、表面側に貼り付けられた最も他端側の集電燃料極層用テープＢよりも他端側に、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの本体部を貼り付け、両手部表面上に印刷したインターコネクタが上面になるようにして、該両手部を多孔質支持体成形体の左右両側部で折り返し、折り返し部を裏面側に貼り付けた。なお、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの裏面側の折り返し部と、隣接する集電燃料極層用テープＢとの距離は、セルスタックの作製後（焼成後）において０．５ｍｍとなるように配置した。また、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの裏面側の折り返し部間の距離は、セルスタックの作製後（焼成後）において２ｍｍであった。 Thereafter, the collector fuel electrode layer molded body tape B on which the active fuel electrode layer molded body and the interconnector molded body are printed is attached to the front and back surfaces of the calcined porous support body molded body with an adjacent interval of 2 mm. (See FIG. 9C). Next, the main body portion of the T-shaped collector fuel electrode layer tape A is attached to the other end side of the tape B for the collector fuel electrode layer on the other end side, which is attached to the front surface side. The interconnector printed on the surface of the part was turned upside down, and both hands were folded at the left and right side parts of the porous support molded body, and the folded part was attached to the back side. The distance between the folded portion on the back surface side of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A and the adjacent current collecting fuel electrode layer tape B is 0.5 mm after the cell stack is produced (after firing). It arranged so that it might become. Further, the distance between the folded portions on the back surface side of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A was 2 mm after the cell stack was produced (after firing).
次に、この状態で多孔質支持体成形体を乾燥し、その後、９００〜１３００℃の温度範囲で仮焼した。次に、露出したインターコネクタ成形体の表層部に、マスキングテープを貼り付けた（図９（ｄ）参照）。 Next, the porous support molded body was dried in this state, and then calcined in a temperature range of 900 to 1300 ° C. Next, the masking tape was affixed on the surface layer part of the exposed interconnector molded object (refer FIG.9 (d)).
次に、この積層体を、８ＹＳＺにアクリル系バインダーとトルエンを加えてスラリーとした固体電解質層成形体用溶液に浸漬し（ディップし）、固体電解質層成形体用溶液から取り出した。このディップにより、全面に固体電解質層成形体が形成されるとともに、隣接セル間である絶縁部の部分にも固体電解質層成形体を設けた（図９（ｅ）参照）。 Next, this laminate was dipped in a solid electrolyte layer molded body solution obtained by adding an acrylic binder and toluene to 8YSZ to form a slurry, and taken out from the solid electrolyte layer molded body solution. By this dipping, a solid electrolyte layer molded body was formed on the entire surface, and a solid electrolyte layer molded body was also provided on the insulating portion between adjacent cells (see FIG. 9 (e)).
この状態で、９００℃、２時間仮焼した。仮焼を終えた時点で、マスキングテープおよびマスキングテープ上の不要な固体電解質層成形体を除去した（図９（ｆ）参照）。次に、多孔質支持体成形体上に集電燃料極層成形体、活性燃料極層成形体、インターコネクタ成形体および固体電解質層成形体が積層された状態で、１４８０℃、２時間の条件で焼成を行った。 In this state, it was calcined at 900 ° C. for 2 hours. When the calcination was completed, the masking tape and the unnecessary solid electrolyte layer formed body on the masking tape were removed (see FIG. 9F). Next, a current collecting fuel electrode layer molded body, an active fuel electrode layer molded body, an interconnector molded body, and a solid electrolyte layer molded body are laminated on the porous support body molded body at 1480 ° C. for 2 hours. Was fired.
次に、ランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ3）とイソプロピルアルコールとを混合したスラリーを、活性燃料極層成形体に対向する固体電解質層成形体上に印刷して空気極層成形体を形成し、この空気極層成形体を１１００℃、２時間の条件で焼き付けて厚さ５０μｍの空気極層を形成した（図９（ｇ）参照）。 Next, a slurry obtained by mixing lanthanum cobaltite (LaCoO 3 ) and isopropyl alcohol is printed on a solid electrolyte layer molded body facing the active fuel electrode layer molded body to form an air electrode layer molded body. The polar layered product was baked at 1100 ° C. for 2 hours to form an air electrode layer having a thickness of 50 μm (see FIG. 9G).
最後に、ランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ3）とイソプロピルアルコールとを混合したスラリーを、空気極層上から隣接する燃料電池セルのインターコネクタ上にかけて印刷し、１０００℃、４時間の条件で焼き付けて、セル接続材を形成し、実施例のセルスタックＮｏ．１を得た（図９（ｈ）参照）。 Finally, a slurry obtained by mixing lanthanum cobaltite (LaCoO 3 ) and isopropyl alcohol is printed from the air electrode layer onto the interconnector of the adjacent fuel cell, and baked at 1000 ° C. for 4 hours. A connecting material was formed, and the cell stack No. 1 was obtained (see FIG. 9 (h)).
（実施例２）
Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの長手方向の折り返し部の長さを１４ｍｍとし、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの裏面側の折り返し部と、隣接する集電燃料極層用テープＢとの距離を、セルスタックの作製後（焼成後）において１ｍｍとした他は実施例１と同様にしてセルスタックＮｏ．２を得た。
(Example 2)
The length of the folded portion in the longitudinal direction of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A is 14 mm, the folded portion on the back side of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A, and the adjacent current collecting fuel Cell stack No. 1 was measured in the same manner as in Example 1 except that the distance from the pole layer tape B was 1 mm after the cell stack was produced (after firing). 2 was obtained.
（実施例３）
Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの長手方向の折り返し部の長さを１３ｍｍとし、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの裏面側の折り返し部と、隣接する集電燃料極層用テープＢとの距離を、セルスタックの作製後（焼成後）において２ｍｍとした他は実施例１と同様にしてセルスタックＮｏ．３を得た。
(Example 3)
The length of the folded portion in the longitudinal direction of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A is set to 13 mm, and the folded portion on the back side of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A is adjacent to the current collecting fuel. The cell stack No. 2 was the same as in Example 1 except that the distance from the pole layer tape B was 2 mm after the cell stack was produced (after firing). 3 was obtained.
（実施例４）
Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの長手方向の折り返し部の長さを１０ｍｍとし、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの裏面側の折り返し部と、隣接する集電燃料極層用テープＢとの距離を、セルスタックの作製後（焼成後）において５ｍｍとした他は実施例１と同様にしてセルスタックＮｏ．４を得た。
Example 4
The length of the folded portion in the longitudinal direction of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A is 10 mm, the folded portion on the back side of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A, and the adjacent current collecting fuel The cell stack No. 5 was the same as in Example 1 except that the distance from the pole layer tape B was 5 mm after the cell stack was produced (after firing). 4 was obtained.
（実施例５）
Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの長手方向の折り返し部の長さを７ｍｍとし、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの裏面側の折り返し部と、隣接する集電燃料極層用テープＢとの距離を、セルスタックの作製後（焼成後）において８ｍｍとした他は実施例１と同様にしてセルスタックＮｏ．５を得た。
(Example 5)
The length of the folded portion in the longitudinal direction of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A is 7 mm, the folded portion on the back side of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A, and the adjacent current collecting fuel In the same manner as in Example 1, except that the distance from the pole layer tape B was 8 mm after the cell stack was manufactured (after firing), the cell stack No. 5 was obtained.
（実施例６）
Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの長手方向の折り返し部の長さを５ｍｍ、幅方向の両手部の幅８５ｍｍとし、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの裏面側の折り返し部と、隣接する集電燃料極層用テープＢとの距離を、セルスタックの作製後（焼成後）において１０ｍｍとした他は実施例１と同様にしてセルスタックＮｏ．６を得た。
(Example 6)
The length of the folded portion in the longitudinal direction of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A is 5 mm and the width of both hands in the width direction is 85 mm. The cell stack No. 1 was the same as in Example 1 except that the distance between the folded portion and the adjacent current collecting fuel electrode layer tape B was 10 mm after the cell stack was produced (after firing). 6 was obtained.
＜セルスタック１ｃの作製＞
（実施例７）
上述のセルスタック１ａの作製方法を用いて、Ｔ字形状の集電燃料極層を備える燃料電池セルおよび、多孔質支持体の裏面における最も一端側に位置する燃料電池セルを除く、多孔質支持体の長手方向において、表裏面に配置されるインターコネクタが同じ位置となるように各燃料電池セルを配置させたセルスタックＮｏ．７を作製した。
なお、多孔質支持体の表面側に配置されるＴ字状の集電燃料極層用テープＧは、長手方向の本体長さ３５ｍｍ、折り返し部の長さ１９ｍｍ、幅方向の両手部の幅を両手部合計で９０ｍｍ、本体幅４５ｍｍとし、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＧの裏面側の折り返し部と隣接する燃料電池セルの活性燃料極層用テープＨを、長手方向の長さ１５．０ｍｍ、幅方向の幅４５ｍｍとし、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＧの裏面側の折り返し部と、隣接する燃料電池セルの活性燃料極層用テープＨとの距離を、１ｍｍとした。なお、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＧの裏面側の折り返し部と隣接する燃料電池セルの集電燃料極層用テープは、長手方向の長さ２０．０ｍｍ、幅方向の幅４５ｍｍとした。また、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの裏面の折り返し部間の距離は、セルスタックの作製後（焼成後）において２ｍｍであった。
<Production of cell stack 1c>
(Example 7)
Using the above-described method for producing the cell stack 1a, a porous support excluding a fuel battery cell having a T-shaped current collecting fuel electrode layer and a fuel battery cell located on the most end side on the back surface of the porous support. In the longitudinal direction of the body, the cell stack No. in which each fuel cell is arranged so that the interconnectors arranged on the front and back surfaces are at the same position. 7 was produced.
The T-shaped current collecting fuel electrode layer tape G disposed on the surface side of the porous support has a main body length of 35 mm in the longitudinal direction, a length of the folded portion of 19 mm, and the width of both hands in the width direction. The length in the longitudinal direction of the active fuel electrode layer tape H of the fuel cell adjacent to the folded portion on the back side of the T-shaped collecting fuel electrode layer tape G is 90 mm in both hands and the main body width is 45 mm. The distance between the folded portion on the back side of the T-shaped collector fuel electrode layer tape G and the active fuel electrode layer tape H of the adjacent fuel cell is 1 mm. It was. The current collecting fuel electrode layer tape of the fuel cell adjacent to the folded portion on the back side of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape G has a length of 20.0 mm in the longitudinal direction and a width of 45 mm in the width direction. It was. Further, the distance between the folded portions on the back surface of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A was 2 mm after the cell stack was produced (after firing).
（実施例８）
Ｔ字状の集電燃料極層用テープＧの長手方向の折り返し部の長さを１８ｍｍとし、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＧの裏面側の折り返し部と、隣接する集電燃料極層用テープＨとの距離を、セルスタックの作製後（焼成後）において２ｍｍとした他は実施例７と同様にしてセルスタックＮｏ．８を得た。
(Example 8)
The length of the folded portion in the longitudinal direction of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape G is 18 mm, the folded portion on the back side of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape G, and the adjacent current collecting fuel Cell stack No. 5 was the same as Example 7 except that the distance from the electrode tape H was 2 mm after the cell stack was produced (after firing). 8 was obtained.
（実施例９）
Ｔ字状の集電燃料極層用テープＧの長手方向の折り返し部の長さを１５ｍｍとし、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＧの裏面側の折り返し部と、隣接する集電燃料極層用テープＨとの距離を、セルスタックの作製後（焼成後）において５ｍｍとした他は実施例７と同様にしてセルスタックＮｏ．９を得た。
Example 9
The length of the folded portion in the longitudinal direction of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape G is 15 mm, the folded portion on the back side of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape G, and the adjacent current collecting fuel Cell stack No. 5 was the same as in Example 7 except that the distance from the electrode tape H was 5 mm after the cell stack was produced (after firing). 9 was obtained.
（実施例１０）
Ｔ字状の集電燃料極層用テープＧの長手方向の折り返し部の長さを１２．５ｍｍ、幅方向の両手部の幅を両手部合計で８５ｍｍとし、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＧの裏面側の折り返し部と、隣接する集電燃料極層用テープＨとの距離を、セルスタックの作製後（焼成後）において７．５ｍｍとした他は実施例７と同様にしてセルスタックＮｏ．１０を得た。また、Ｔ字状の集電燃料極層用テープＡの裏面の折り返し部間の距離は、セルスタックの作製後（焼成後）において７ｍｍであった。
(Example 10)
The length of the folded portion in the longitudinal direction of the tape G for the T-shaped current collecting fuel electrode layer is 12.5 mm, the width of both hands in the width direction is 85 mm in total, and the T-shaped current collecting fuel electrode layer Example 7 except that the distance between the folded portion on the back side of the tape G and the adjacent current collecting fuel electrode layer tape H was 7.5 mm after the cell stack was produced (after firing). Cell stack No. 10 was obtained. The distance between the folded portions on the back surface of the T-shaped current collecting fuel electrode layer tape A was 7 mm after the cell stack was produced (after firing).
＜評価試験＞
（１）反り量試験
収納容器内にセルスタック１本を固定したガスマニホールドを収納し、燃料ガスとしてＮ2およびＨ2を、セルスタック内のガス流路内に流し、さらに空気をセルスタック外面に流しながら、収納容器外部から加熱し、収納容器内の温度を室温から４００℃／時の昇温速度で８００℃まで昇温させた。８００℃到達後に、空気流量はそのまま保ち、Ｎ2の噴出を止め、Ｈ2流量を増量したガス噴出下で３０分間保持した。その後、昇温時と同様のガス噴出下で、２００℃／時の降温速度で降温し、室温（５０℃程度）まで温度が下がった時点を１サイクルとし、このサイクルを５回繰り返し行った。その後、セルスタックの平坦部においてセルスタックの厚み（反り量）を測定した。その結果を表１に示す。
（２）発電性能試験
電気炉内にセルスタック１本を固定したガスマニホールドを収納し、電気炉内の温度を８００℃まで昇温させた後に、燃料ガスとしてＮ2およびＨ2をセルスタック内のガス流路内に流し、さらに空気をセルスタック外面に供給して発電を行い、その発電量を測定した。同様の測定を各セルスタックにつき５本測定し、その発電量の平均値を表１に示す。
<Evaluation test>
(1) Warpage test A gas manifold with one cell stack fixed is stored in a storage container, N 2 and H 2 are flown as fuel gas into the gas flow path in the cell stack, and air is supplied to the outer surface of the cell stack. The temperature inside the storage container was increased from room temperature to 800 ° C. at a temperature increase rate of 400 ° C./hour. After reaching 800 ° C., the air flow rate was kept as it was, the N 2 ejection was stopped, and the gas was maintained for 30 minutes under a gas ejection with an increased H 2 flow rate. Thereafter, the temperature was decreased at a rate of temperature decrease of 200 ° C./hour under the same gas ejection as that during the temperature increase, and the time when the temperature decreased to room temperature (about 50 ° C.) was defined as one cycle, and this cycle was repeated five times. Thereafter, the thickness (warpage amount) of the cell stack was measured at the flat portion of the cell stack. The results are shown in Table 1.
(2) Power generation performance test A gas manifold with one cell stack fixed is housed in the electric furnace, the temperature inside the electric furnace is raised to 800 ° C, and then N 2 and H 2 are used as fuel gas in the cell stack. Then, the air was supplied to the outer surface of the cell stack to generate power, and the amount of power generation was measured. Five similar measurements were made for each cell stack, and the average value of the power generation is shown in Table 1.
表１の結果より、集電燃料極層用テープＡの裏面側の折り返し部間の距離が、集電燃料極層用テープＢの幅の１／３よりも小さく、かつ集電燃料極層用テープＡの裏面側の折り返し部と、隣接する集電燃料極層用テープＢとの距離が、隣接する集電燃料極層用テープＢの長さの１／２よりも小さい、セルスタックＮｏ．１〜５においては、各発電量が１０Ｗ以上であり特に好ましい結果を示した。
同様に、集電燃料極層用テープＧの裏面側の折り返し部間の距離が、集電燃料極層用テープの幅の１／３よりも小さく、かつ集電燃料極層用テープＧの裏面側の折り返し部と、隣接する活性燃料極層用テープＨとの距離が、隣接する活性燃料極層用テープＨの長さの１／２よりも小さい、セルスタックＮｏ．７〜９においても、各発電量が１０Ｗ以上であり特に好ましい結果を示した。
From the results of Table 1, the distance between the folded portions on the back surface side of the current collecting fuel electrode layer tape A is smaller than 1/3 of the width of the current collecting fuel electrode layer tape B, and for the current collecting fuel electrode layer The distance between the folded portion on the back side of the tape A and the adjacent current collecting fuel electrode layer tape B is smaller than ½ of the length of the adjacent current collecting fuel electrode layer tape B. In 1-5, each electric power generation amount was 10 W or more, and showed the especially preferable result.
Similarly, the distance between the folded portions on the back surface side of the current collecting fuel electrode layer tape G is smaller than 1/3 of the width of the current collecting fuel electrode layer tape, and the back surface of the current collecting fuel electrode layer tape G Cell stack No. in which the distance between the folded portion on the side and the adjacent active fuel electrode layer tape H is smaller than ½ of the length of the adjacent active fuel electrode layer tape H. Also in 7-9, each electric power generation amount was 10 W or more, and showed the especially preferable result.
１ａ 横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック
１ｃ 横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック
１０ 電流折り返し構造を有する燃料電池セル
１０ａ 活性燃料極層
１０ｂ 固体電解質層
１０ｃ 空気極層
１０ｄ 集電燃料極層
１１ 多孔質支持体
１２ ガス流路
１２ａ インターコネクタ
１３ 燃料電池セル
１３ａ 活性燃料極層
１３ｂ 固体電解質層
１３ｃ 空気極層
１３ｄ 集電燃料極層
１７ａ インターコネクタ
１７ｂ セル接続材
２０ａ 横縞型固体酸化物形燃料電池バンドル
２１ ガスマニホールド
２２ スタック間接続部材
３０ 電流折り返し構造を有する燃料電池セル
３０ａ 活性燃料極層
３０ｂ 固体電解質層
３０ｃ 空気極層
３０ｄ 集電燃料極層
３１ 多孔質支持体
３２ ガス流路
３２ａ インターコネクタ
３３ 燃料電池セル
３３ａ 活性燃料極層
３３ｂ 固体電解質層
３３ｃ 空気極層
３３ｄ 集電燃料極層
３７ａ インターコネクタ
３７ｂ セル接続材
４１ 多孔質支持体成形体
４２ ガス流路
４３ａ 活性燃料極層成形体
４３ｂ 固体電解質層成形体
４３ｃ 空気極層成形体
４３ｄ 集電燃料極層用テープ
４４ Ｔ字状の集電燃料極層用テープ
４６ 集電燃料極層用テープ
４７ａ インターコネクタ
４７ｂ セル接続材
４８ マスキングテープ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Horizontal stripe type solid oxide fuel cell stack 1c Horizontal stripe type solid oxide
Claims (9)
前記多孔質支持体の表面の最も一端側または最も他端側に位置する前記燃料電池セルは、当該多孔質支持体の表面から裏面側に折り返された折り返し部を有するＴ字状の内側電極層を有しており、
前記多孔質支持体の裏面側にそれぞれ折り返された前記折り返し部は、前記多孔質支持体の幅方向に沿って所定の間隙（Ｅ）をあけて配置されており、この折り返し部の上面に前記インターコネクタがそれぞれ積層され、該インターコネクタと、前記多孔質支持体の裏面の最も一端側または最も他端側に位置する前記燃料電池セルの前記外側電極層とが電気的に接続されていることを特徴とする、横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。 A gas flow path for the reaction gas to flow along the longitudinal direction is provided inside, the reaction gas introduction port of the gas flow path is provided on one end side, and the reaction gas discharge port of the gas flow path is provided on the other end side. A fuel battery cell in which an inner electrode layer, a solid electrolyte layer, and an outer electrode layer are sequentially laminated on the front and back surfaces of the electrically insulating porous support formed in the longitudinal direction of the porous support. A horizontally-striped solid oxide fuel cell stack that is arranged in plural and electrically connected in series via an interconnector,
The fuel cell located on the most end side or the other end side of the surface of the porous support has a T-shaped inner electrode layer having a folded portion that is folded from the surface of the porous support to the back side. Have
The folded portions that are folded back on the back side of the porous support are disposed with a predetermined gap (E) along the width direction of the porous support, and the upper surface of the folded portion Each interconnector is laminated, and the interconnector is electrically connected to the outer electrode layer of the fuel cell located on the most end side or the other end side of the back surface of the porous support. A horizontally-striped solid oxide fuel cell stack characterized by:
前記多孔質支持体の長手方向において、前記折り返し部の長さ（Ｄ）が、当該多孔質支持体の表面における前記Ｔ字状の内側電極層の長さ（Ａ）、および前記Ｔ字状の内側電極層に対応して前記多孔質支持体の裏面に配置された前記燃料電池セルにおける前記内側電極層の長さ（Ｂ）との間でＤ＜（Ａ−Ｂ）の関係を有する、請求項１または２に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。 On the front and back surfaces of the porous support, the fuel cell having the T-shaped inner electrode layer located on the most end side or the other end side on the surface of the porous support and the T-shaped inner side In the fuel cell other than the fuel cell arranged on the back surface of the porous support corresponding to the fuel cell having the electrode layer, the fuel cell arranged on the surface of the porous support The inner electrode layer constituting one of the fuel cell and the inner electrode layer constituting one of the fuel cells arranged on the back surface of the porous support are along the longitudinal direction of the porous support. Are formed so that their ends are in the same position,
In the longitudinal direction of the porous support, the length (D) of the folded portion is the length (A) of the T-shaped inner electrode layer on the surface of the porous support, and the T-shaped A relationship of D <(A−B) is established with the length (B) of the inner electrode layer in the fuel cell arranged on the back surface of the porous support corresponding to the inner electrode layer. Item 3. The horizontal stripe solid oxide fuel cell stack according to Item 1 or 2 .
前記多孔質支持体の表面の最も一端側または最も他端側に位置する前記燃料電池セルがＴ字状の第１の内側電極層を有しており、
前記Ｔ字状の内側電極層を有する前記燃料電池セルと、前記多孔質支持体の長手方向において、前記Ｔ字状の第１の内側電極層を有する前記燃料電池セルと最も遠い位置に配置される前記燃料電池セルを除く、他の前記燃料電池セルのそれぞれが、前記多孔質支持体の表裏面において、前記インターコネクタが同じ位置となるように配置され、かつ前記Ｔ字状の第１の内側電極層の一端と前記Ｔ字状の第１の内側電極層に対応して前記多孔質支持体の裏面に配置された前記燃料電池セルにおける前記第２の内側電極層の一端とが、前記多孔質支持体の長手方向に沿って同位置となるように形成されており、
前記多孔質支持体の長手方向において、前記折り返し部の長さ（Ｄ）が、当該多孔質支持体の表面における前記Ｔ字状の第１の内側電極層の長さ（Ｇ）、および前記Ｔ字状の第１の内側電極層に対応して前記多孔質支持体の裏面に配置された前記燃料電池セルにおける前記第２の内側電極層の長さ（Ｈ）との間でＤ＜（Ｇ−Ｈ）の関係を有する、請求項１または２に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。 The fuel cell includes: a first inner electrode layer laminated on the porous support; and a second inner electrode layer laminated on an upper surface of the first inner electrode layer. The second inner electrode layer on one end of the upper surface of the first inner electrode layer in the fuel cell arranged on the surface of the porous support, and the interconnector on the other end, The interconnector is disposed on one end of the upper surface of the first inner electrode layer in the fuel cell disposed on the back surface of the porous support, and the second inner electrode layer is disposed on the other end.
The fuel cell located on the most end side or the other end side of the surface of the porous support has a T-shaped first inner electrode layer;
The fuel cell having the T-shaped inner electrode layer and the fuel cell having the T-shaped first inner electrode layer are arranged at a position farthest from the longitudinal direction of the porous support. Each of the other fuel cells, excluding the fuel cell, is disposed so that the interconnector is at the same position on the front and back surfaces of the porous support, and the T-shaped first One end of the inner electrode layer and one end of the second inner electrode layer in the fuel cell disposed on the back surface of the porous support corresponding to the T-shaped first inner electrode layer, It is formed to be the same position along the longitudinal direction of the porous support,
In the longitudinal direction of the porous support, the length (D) of the folded portion is the length (G) of the T-shaped first inner electrode layer on the surface of the porous support, and the T D <(G) between the length (H) of the second inner electrode layer in the fuel cell arranged on the back surface of the porous support corresponding to the letter-shaped first inner electrode layer have a relationship of -H), segmented-in-series solid oxide fuel cell stack according to claim 1 or 2.
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