JP6204106B2 - Fuel cell and fuel cell stack - Google Patents

Fuel cell and fuel cell stack Download PDF

Info

Publication number
JP6204106B2
JP6204106B2 JP2013158343A JP2013158343A JP6204106B2 JP 6204106 B2 JP6204106 B2 JP 6204106B2 JP 2013158343 A JP2013158343 A JP 2013158343A JP 2013158343 A JP2013158343 A JP 2013158343A JP 6204106 B2 JP6204106 B2 JP 6204106B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
electrode
current collector
fuel cell
gas
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013158343A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015028889A (en
Inventor
優子 久野
優子 久野
敏博 松野
敏博 松野
山際　勝也
勝也 山際
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 Spark Plug Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co 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 Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2013158343A priority Critical patent/JP6204106B2/en
Publication of JP2015028889A publication Critical patent/JP2015028889A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6204106B2 publication Critical patent/JP6204106B2/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)

Description

本発明は、燃料極、空気極及び電解質層を有する平板状部材として構成される燃料電池セル、及びその燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックに関するものである。   The present invention relates to a fuel battery cell configured as a flat plate member having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte layer, and a fuel battery cell stack including the fuel battery cell.

従来より、発電装置の一種である燃料電池として、例えば固体電解質層（固体酸化物層）を備えた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）が知られている。この固体酸化物形燃料電池は、エネルギー変換効率が５０％以上と非常に高く、かつ、小型化が可能であるため、家庭用コジェネレーションシステムや自動車の動力源として開発が行われている。   Conventionally, a solid oxide fuel cell (SOFC) including a solid electrolyte layer (solid oxide layer) is known as a fuel cell which is a kind of power generation device. This solid oxide fuel cell has a very high energy conversion efficiency of 50% or more and can be miniaturized, and therefore has been developed as a power source for household cogeneration systems and automobiles.

具体的には、固体酸化物形燃料電池は、燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とが固体電解質層の両側に配置された平板状の燃料電池セルを備えている（例えば、特許文献１〜３参照）。なお、燃料ガスは水素を生成するためのものであり、酸化剤ガスは酸素を生成するためのものである。そして、水素と酸素とが固体電解質層を介して反応（発電反応）することにより、空気極を正極、燃料極を負極とする直流の電力が発生するようになっている。   Specifically, the solid oxide fuel cell includes a flat fuel cell in which a fuel electrode in contact with the fuel gas and an air electrode in contact with the oxidant gas are disposed on both sides of the solid electrolyte layer (for example, Patent Documents 1 to 3). The fuel gas is for generating hydrogen, and the oxidant gas is for generating oxygen. Then, when hydrogen and oxygen react via a solid electrolyte layer (power generation reaction), DC power is generated with the air electrode as the positive electrode and the fuel electrode as the negative electrode.

特許文献１に開示されている固体酸化物形燃料電池では、燃料極及び空気極の各電極の表面において、導電性細条が連続して設けられている。この燃料電池では、導電性細条を通って電子が電極と平行に流れる。つまり、導電性細条が集電体として機能して平面方向の抵抗が低くなる。このため、各電極で発生した電流は、電極と平行な方向に電圧ロスなく流れるようになっている。   In the solid oxide fuel cell disclosed in Patent Document 1, conductive strips are continuously provided on the surfaces of the fuel electrode and the air electrode. In this fuel cell, electrons flow parallel to the electrodes through the conductive strips. That is, the conductive strip functions as a current collector and the resistance in the planar direction is reduced. For this reason, the electric current generated at each electrode flows in a direction parallel to the electrode without voltage loss.

特許文献２に開示されている固体酸化物形燃料電池では、燃料電池セルにおける空気極と空気極側集電体との間に、空気極と空気極側集電体とを接合する導電性の密着層が格子状に形成されている。この密着層を設けることにより、空気極と空気極側集電体とが確実に接触し、それらの接触抵抗が低く抑えられる。   In the solid oxide fuel cell disclosed in Patent Document 2, a conductive electrode that joins the air electrode and the air electrode side current collector between the air electrode and the air electrode side current collector in the fuel cell. The adhesion layer is formed in a lattice shape. By providing this adhesion layer, the air electrode and the air electrode side current collector are reliably in contact with each other, and their contact resistance can be kept low.

ところで、上述した燃料電池において、燃料電池セルの形状が平板形であり、反応ガスフローが燃料電池セルの端面部から実施される場合、反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）の流れ（ガスフロー）としては、クロスフロー（直交流）、カウンタフロー（対向流）、コフロー（並行流）などが採用される。これらガスフローにて発電を行う場合、発電反応により反応ガスが使用されるため、セル面内（燃料電池セルの各電極の平面内）においてガス濃度が均一とならない。つまり、反応ガスの流入側（上流部）と比較して流出側（下流部）においては、空気極で酸素濃度が低下し、燃料極では燃料濃度（水素などの濃度）が低下する。この反応ガスの上流・下流の酸素濃度差及び水素濃度差により、セル面内での電流密度（酸素イオン伝導量）に大きな差が生じてしまう。この結果、セル面内における発電量差によって温度分布が生じ、燃料電池セルに応力が発生することで燃料電池セルが割れ易くなったり、燃料電池セルの性能が早く低下したりするなどの問題が発生する。   By the way, in the fuel cell described above, when the shape of the fuel cell is a flat plate and the reaction gas flow is carried out from the end surface of the fuel cell, the flow of the reaction gas (fuel gas and oxidant gas) (gas flow) ) May be crossflow (cross flow), counterflow (counterflow), coflow (parallel flow), or the like. When power generation is performed using these gas flows, since the reaction gas is used by the power generation reaction, the gas concentration is not uniform in the cell plane (in the plane of each electrode of the fuel cell). That is, on the outflow side (downstream portion) compared to the inflow side (upstream portion) of the reaction gas, the oxygen concentration decreases at the air electrode, and the fuel concentration (concentration of hydrogen or the like) decreases at the fuel electrode. Due to the oxygen concentration difference and the hydrogen concentration difference between the upstream and downstream of the reaction gas, a large difference occurs in the current density (oxygen ion conductivity) in the cell plane. As a result, the temperature distribution is caused by the difference in the amount of power generation in the cell surface, and stress is generated in the fuel cell, which makes it easy for the fuel cell to break or the performance of the fuel cell deteriorates quickly. Occur.

特許文献３には、反応ガスの流れに応じて集電体の配置間隔を変更することにより、セル面内での温度分布の発生を抑えるように構成した固体酸化物形燃料電池が開示されている。この燃料電池では、燃料電池セル（発電部）とインターコネクタとが複数積み重ねられて、燃料電池セルスタックが構成されている。インターコネクタの表面には、ガス流路の方向に沿って、集電部として機能する複数のリブ（突起）が配設されている。そして、それらリブの配置間隔が、ガス流入側から流出側に向かって順次広くなるよう設定されている。この場合、ガス流入側ではガス透過面積が小さくなるため、ガス流入側での発電量が低く抑えられて発熱量が減少する。一方、ガス流出側ではガス透過面積が大きくなるため、ガス流出側での発電量が増加して発熱量も増加する。この結果、面内での電流量（イオン伝導量）の差が抑えられるとともに、セル面内での温度分布の発生が抑えられるようになっている。   Patent Document 3 discloses a solid oxide fuel cell configured to suppress the occurrence of temperature distribution in the cell plane by changing the arrangement interval of the current collector according to the flow of the reaction gas. Yes. In this fuel cell, a plurality of fuel cells (power generation unit) and interconnectors are stacked to constitute a fuel cell stack. On the surface of the interconnector, a plurality of ribs (projections) functioning as current collectors are disposed along the direction of the gas flow path. And the arrangement | positioning space | interval of these ribs is set so that it may become large gradually toward the outflow side from a gas inflow side. In this case, since the gas permeation area is small on the gas inflow side, the amount of power generation on the gas inflow side is kept low, and the heat generation amount decreases. On the other hand, since the gas permeation area increases on the gas outflow side, the amount of power generation on the gas outflow side increases and the heat generation amount also increases. As a result, the difference in the amount of current (ion conduction amount) in the surface is suppressed, and the generation of the temperature distribution in the cell surface is suppressed.

特開平４−２９８９６３号公報JP-A-4-298963 特開２００９−９９３０８号公報JP 2009-99308 A 特開平１１−２９７３４１号公報JP-A-11-297341

ところが、上記特許文献３の燃料電池では、ガス流入側ではリブの数が多くなっていることから、実際に発電をした場合にはガス流入側では発電量が多くなる。一方、ガス流出側ではリブの数が少ないことから、発電量が少なくなる。その結果、ガス流入側にて発電の集中が起こり、発電に伴う熱の発生がガス流入側で大きく、ガス流出側で小さくなることから、セル面内の発電量ばらつきが生じ、温度分布が大きくなるといった問題が発生する。つまり、特許文献３の燃料電池では、反応ガスが流れる発電面積（発電反応の均一化）を調整してはいるが、その調整を集電体（導電体）で実施していることから、負荷接続される場面でリブの数が多くなっているガス流入側にて多くの電子が流れようとする。そのため、実質的な（発電反応と電流を勘案した）実効発電面積が大きくなり、セル面内の部分的な電流密度上昇が起こる。その結果、（集電体などを含む）単セル面内の実効発電量分布（温度分布）が大きくなってしまう。また、集電体の形状変更が必要となるため、その加工コストが嵩んでしまう。   However, in the fuel cell of Patent Document 3, since the number of ribs is large on the gas inflow side, when power is actually generated, the amount of power generation increases on the gas inflow side. On the other hand, since the number of ribs is small on the gas outflow side, the power generation amount decreases. As a result, power generation is concentrated on the gas inflow side, and heat generation accompanying power generation is large on the gas inflow side and small on the gas outflow side. The problem that becomes. That is, in the fuel cell of Patent Document 3, although the power generation area (reacting power generation reaction) through which the reaction gas flows is adjusted, the adjustment is performed by the current collector (conductor). Many electrons try to flow on the gas inflow side where the number of ribs is increased when connected. Therefore, a substantial effective power generation area (considering power generation reaction and current) increases, and a partial increase in current density occurs in the cell plane. As a result, the effective power generation distribution (temperature distribution) in the single cell plane (including the current collector and the like) becomes large. Moreover, since it is necessary to change the shape of the current collector, the processing cost increases.

因みに、特許文献１の燃料電池では、空気極の表面において、導電性細条が均一に形成されている。このため、反応ガスの流れに起因してセル面内で発電量に差が生じて発電量が不均一になってしまうこと（即ち、発電量ばらつき）を回避することができない。また、特許文献２の燃料電池では、空気極の表面内において、導電性の密着層が格子状に規則正しく設けられており、これら密着層は同じ導電材料を用いて形成されている。このため、反応ガスの流れに起因するセル面内での発電量ばらつきを回避することができない。   Incidentally, in the fuel cell of Patent Document 1, conductive strips are uniformly formed on the surface of the air electrode. For this reason, it cannot be avoided that the power generation amount varies in the cell plane due to the flow of the reaction gas and the power generation amount becomes non-uniform (that is, power generation amount variation). Further, in the fuel cell of Patent Document 2, conductive adhesion layers are regularly provided in a lattice shape within the surface of the air electrode, and these adhesion layers are formed using the same conductive material. For this reason, the variation in the amount of power generation in the cell plane due to the flow of the reaction gas cannot be avoided.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極における平面内での（発電反応と集電による）発電量ばらつきを解消し、発電を効率よく行うことができる燃料電池セルを提供することにある。また、別の目的は、上記燃料電池セルを用いて効率よく発電することができる燃料電池セルスタックを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to eliminate a variation in power generation amount (due to a power generation reaction and current collection) in a plane of an electrode, and to efficiently perform power generation. To provide a cell. Another object is to provide a fuel cell stack that can efficiently generate power using the fuel cell.

そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、集電のための複数の突起を有する集電体に隣接して配置され、燃料極、空気極及び電解質層を有する平板状部材として構成され、前記燃料極及び前記空気極のうちの少なくとも一方の電極の表面上に、前記集電体の複数の突起が接触しうる集電体接触部位が散点状に設定された燃料電池セルであって、前記電極の表面上に設けられた導電層を備え、前記導電層は、複数の前記集電体接触部位の内部領域に各々設けられ、前記集電体の突起が当接する当接パッド部を有し、複数の前記当接パッド部は、前記電極の平面方向に沿って供給される反応ガスの流入側よりも前記反応ガスの流出側のほうが、導電率の高い材料組成の導電材料を用いて形成されていることを特徴とする燃料電池セルがある。 And as a means (means 1) for solving the above-mentioned problem, a flat plate member arranged adjacent to a current collector having a plurality of projections for current collection and having a fuel electrode, an air electrode and an electrolyte layer A fuel cell comprising a current collector contact portion configured to be in the form of scattered dots on the surface of at least one of the fuel electrode and the air electrode. And a conductive layer provided on the surface of the electrode, wherein the conductive layer is provided in an inner region of each of the plurality of current collector contact portions, and a contact with which a projection of the current collector contacts A plurality of abutting pad portions having a conductive material composition having a higher conductivity on the outflow side of the reaction gas than on the inflow side of the reaction gas supplied along the planar direction of the electrode. A fuel cell formed using a material There is Le.

従って、手段１に記載の発明によると、電極の表面上には導電層が設けられ、導電層は、複数の集電体接触部位の内部領域において集電体の突起が当接する当接パッド部を有している。これら当接パッド部は、電極の平面方向に沿って供給される反応ガスの流れに応じて導電材料の組成（導電率）を異ならせて形成されている。燃料電池において、発電は集電体から電極に電子が授受されることにより起こるため、このような導電率の異なる当接パッド部を集電体接触部位に設置することにより、燃料電池セル内に集電抵抗の差が生じる。なお、本発明における集電抵抗とは、集電体のみの電気抵抗ではなく、集電体と電極（燃料極及び空気極）とを通じて三相界面（反応ガスと電極と固体電解質層との界面）に至るまでの電気抵抗のことを言う。そして、セル面内におけるガス濃度の増減に対して集電抵抗の増減を逆とすることで、燃料電池セルの平面内における発電量ばらつきが解消され、発電時の温度分布の差が小さくなる。この結果、セル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。なお、本発明において、発電量とは、発電反応によるものとその発電反応で得られた集電抵抗によるものとの両方を含む。また、本発明の燃料電池セルでは、集電体の突起が所定の間隔をあけて散点状に配置されており、従来技術のように反応ガスの流れに応じて集電体の配置間隔などの形状変更を行う必要がない。このため、燃料電池セルにおいて、各電極に供給される反応ガスの流量を十分に確保することができ、発電を効率よく行うことができる。さらに、集電体の形状変更に伴う加工コストが必要ないため、燃料電池セルの製造コストを抑えることができる。   Therefore, according to the invention described in the means 1, the conductive layer is provided on the surface of the electrode, and the conductive layer is a contact pad portion with which the protrusions of the current collector contact in the inner region of the plurality of current collector contact portions. have. These contact pad portions are formed by varying the composition (conductivity) of the conductive material according to the flow of the reaction gas supplied along the planar direction of the electrode. In a fuel cell, power generation occurs when electrons are transferred from the current collector to the electrode. Therefore, by installing a contact pad portion having such a different conductivity at the current collector contact portion, A difference in current collection resistance occurs. The current collecting resistance in the present invention is not an electric resistance of only the current collector, but a three-phase interface (interface between the reaction gas, the electrode, and the solid electrolyte layer) through the current collector and the electrode (fuel electrode and air electrode). ) Refers to the electrical resistance. Then, by reversing the increase or decrease of the current collecting resistance with respect to the increase or decrease of the gas concentration in the cell plane, the variation in the amount of power generation in the plane of the fuel cell is eliminated, and the difference in temperature distribution during power generation is reduced. As a result, cell cracks and early deterioration of cell characteristics can be avoided. In the present invention, the power generation amount includes both the power generation reaction and the power generation resistance obtained by the power generation reaction. Further, in the fuel cell of the present invention, the protrusions of the current collector are arranged in the form of dots with a predetermined interval, and the current collector arrangement interval according to the flow of the reaction gas as in the prior art There is no need to change the shape. For this reason, in the fuel cell, a sufficient flow rate of the reaction gas supplied to each electrode can be ensured, and power generation can be performed efficiently. Furthermore, since the processing cost accompanying the shape change of a collector is unnecessary, the manufacturing cost of a fuel cell can be held down.

具体的には、複数の当接パッド部は、反応ガスの流入側よりも反応ガスの流出側のほうが、導電率の高い材料組成の導電材料を用いて形成されている。つまり、複数の当接パッド部は、反応ガスの流入側よりも反応ガスの流出側のほうが、抵抗値の小さい導電材料を用いて形成されている。この場合、反応ガスの濃度が高く発電量が多くなり易い流入側では、低導電率（高抵抗）の当接パッド部によって電子の流れを抑えることで発電量が抑制される。一方、反応ガスの濃度が低く発電量が少なくなり易い流出側では、高導電率（低抵抗）の当接パッド部によって電子を流れやすくすることで発電量を増加させる。従って、燃料電池セルにおいて、セル面内のガス濃度の増減と集電抵抗の増減とは逆となるので、反応ガスの流入側と流出側とにおいて発電量に差が生じにくくなる。その結果、燃料電池セルの平面内における発電量ばらつきを解消することができ、セル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。   Specifically, the plurality of contact pad portions are formed using a conductive material having a material composition with higher conductivity on the reaction gas outflow side than on the reaction gas inflow side. That is, the plurality of contact pad portions are formed using a conductive material having a smaller resistance value on the reaction gas outflow side than in the reaction gas inflow side. In this case, on the inflow side where the concentration of the reaction gas is high and the power generation amount tends to increase, the power generation amount is suppressed by suppressing the flow of electrons by the contact pad portion having a low conductivity (high resistance). On the other hand, on the outflow side where the concentration of the reaction gas is low and the power generation amount tends to decrease, the power generation amount is increased by facilitating the flow of electrons by the contact pads with high conductivity (low resistance). Therefore, in the fuel cell, the increase / decrease in the gas concentration in the cell surface and the increase / decrease in the current collecting resistance are reversed, so that it is difficult for a difference in power generation between the inflow side and the outflow side of the reaction gas. As a result, it is possible to eliminate variations in the amount of power generation in the plane of the fuel cell, and avoid cell cracks and early deterioration of cell characteristics.

複数の集電体接触部位の表面上に形成される当接パッド部の各々は、同一の形状及び同一の面積を有し、電極の表面上において縦横に格子状に規則正しく配設されていてもよい。このようにすると、集電体の各突起と各当接パッド部との各接触面積が等しくなる。このため、当接パッド部の導電率によって、各突起と電極との接触抵抗を正確に調整することができ、それら接触抵抗を反応ガスの流れに応じて変えることにより、燃料電池セルにおける平面方向の発電量ばらつきを確実に解消することができる。   Each of the contact pad portions formed on the surface of the plurality of current collector contact portions has the same shape and the same area, and may be regularly arranged in a grid pattern vertically and horizontally on the surface of the electrode. Good. If it does in this way, each contact area of each processus | protrusion of an electrical power collector and each contact pad part will become equal. For this reason, the contact resistance between each protrusion and the electrode can be accurately adjusted by the conductivity of the contact pad portion, and by changing the contact resistance according to the flow of the reaction gas, the planar direction in the fuel cell It is possible to surely eliminate the power generation variation.

当接パッド部は、電極の形成材料よりも低い抵抗値を有する導電材料を用いて形成される。具体的には、当接パッド部は、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）の少なくとも１つを含む導電材料を用いて形成される。例えば、複数の当接パッド部が銀及びパラジウムの２つの材料を含む場合、各当接パッド部は、反応ガスの流入側よりも流出側のほうが銀の割合が多くなるよう配合比率を変えて形成される。   The contact pad portion is formed using a conductive material having a resistance value lower than that of the electrode forming material. Specifically, the contact pad portion includes platinum (Pt), silver (Ag), palladium (Pd), lanthanum (La), strontium (Sr), manganese (Mn), cobalt (Co), iron (Fe). , Copper (Cu), nickel (Ni), gold (Au), iridium (Ir), ruthenium (Ru), and rhodium (Rh). For example, when the plurality of contact pad portions include two materials of silver and palladium, the contact ratio of each contact pad portion is changed so that the proportion of silver is larger on the outflow side than on the reaction gas inflow side. It is formed.

また、反応ガスの流入側の当接パッド部と流出側の当接パッド部とは、抵抗値の異なる別の金属材料を含んだ導電材料を用いて形成されていてもよい。例えば、反応ガスの流入側の当接パッド部は、パラジウムを主材料として含む導電材料を用いて形成され、流出側の当接パッド部は、銀を主材料として含む導電材料を用いて形成される。燃料電池セルにおいて、このように当接パッド部を形成しても、反応ガスの流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなり、セル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。   Further, the contact pad portion on the inflow side and the contact pad portion on the outflow side of the reactive gas may be formed using a conductive material containing another metal material having a different resistance value. For example, the contact pad portion on the reaction gas inflow side is formed using a conductive material containing palladium as a main material, and the contact pad portion on the outflow side is formed using a conductive material containing silver as a main material. The In the fuel cell, even if the contact pad portion is formed in this way, it is difficult for a difference in power generation between the inflow side and the outflow side of the reaction gas, and cell cracks and early deterioration of cell characteristics can be avoided. it can.

燃料電池セルは固体酸化物形燃料電池に用いられ、当接パッド部が形成される電極が燃料極であっても、空気極であってもよい。この場合、各電極及び集電体間での電子の授受が当接パッド部を介して効率よく行われるため、発電効率を十分に高めることができる。   The fuel cell is used in a solid oxide fuel cell, and the electrode on which the contact pad portion is formed may be a fuel electrode or an air electrode. In this case, since the transfer of electrons between each electrode and the current collector is efficiently performed via the contact pad portion, the power generation efficiency can be sufficiently increased.

燃料電池セルを構成する電解質層が固体酸化物層である場合、その形成材料としては、例えばＺｒＯ２系セラミック、ＬａＧａＯ３系セラミックなどがある。 In the case where the electrolyte layer constituting the fuel cell is a solid oxide layer, examples of the forming material include ZrO 2 ceramic and LaGaO 3 ceramic.

空気極は、酸化剤となる酸化剤ガス（反応ガス）と接触し、燃料電池セルにおける正電極として機能する。ここで、空気極の形成材料としては、例えば、金属材料、金属の酸化物、金属の複合酸化物などを挙げることができる。金属材料の好適例としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ等やそれらの合金などがある。金属の酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅの酸化物（Ｌａ２Ｏ３、ＳｒＯ、ＣｅＯ２、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＦｅＯ）などがある。金属の複合酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎを含有する複合酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＦｅＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３系複合酸化物、Ｐｒ１−ｘＢａｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｓｍ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物）などがある。 The air electrode is in contact with an oxidant gas (reactive gas) serving as an oxidant, and functions as a positive electrode in the fuel cell. Here, examples of the material for forming the air electrode include a metal material, a metal oxide, and a metal composite oxide. Preferable examples of the metal material include Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, Rh, etc., and alloys thereof. Preferable examples of metal oxides include La, Sr, Ce, Co, Mn, Fe oxides (La 2 O 3 , SrO, CeO 2 , Co 2 O 3 , MnO 2 , FeO). . Preferable examples of metal composite oxides include, for example, composite oxides containing La, Pr, Sm, Sr, Ba, Co, Fe, and Mn (La 1-x Sr x CoO 3 -based composite oxide, La 1 -x Sr x FeO 3-based composite oxide, La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 composite oxide, La 1-x Sr x MnO 3 composite oxide, Pr 1-x Ba x CoO 3 type composite oxide, Sm 1-x Sr x CoO 3 type composite oxide) and the like.

酸化剤ガスとしては、例えば酸素と他の気体との混合ガスなどが挙げられる。この混合ガスは、窒素やアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。なお、混合ガスは、安全で安価な空気であることが好ましい。   Examples of the oxidant gas include a mixed gas of oxygen and another gas. This mixed gas may contain an inert gas such as nitrogen or argon. The mixed gas is preferably safe and inexpensive air.

燃料極は、還元剤となる燃料ガス（反応ガス）と接触し、燃料電池セルにおける負電極として機能する。ここで、燃料極の形成材料としては、例えば、希土類元素（Ｓｃ、Ｙなど）により安定化されたＺｒＯ２系セラミック、及び、希土類元素（Ｓｍ、Ｇｄなど）をドープしたＣｅＯ２系セラミック等のうち、少なくとも１つのセラミック材料と、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属材料及びそれら金属材料の合金のうちの少なくとも１つと、を混合した金属セラミック材料の混合物（サーメット）を使用することができる。 The fuel electrode is in contact with a fuel gas (reactive gas) serving as a reducing agent and functions as a negative electrode in the fuel cell. Here, examples of the material for forming the fuel electrode include ZrO 2 ceramics stabilized by rare earth elements (Sc, Y, etc.), and CeO 2 ceramics doped with rare earth elements (Sm, Gd, etc.). Among them, a metal ceramic material in which at least one ceramic material is mixed with at least one of metal materials such as Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, Rh, Ni, Fe and alloys of these metal materials. Mixtures (cermets) can be used.

また、燃料ガスとしては、例えば水素ガス、炭化水素ガス、水素ガスと炭化水素ガスとの混合ガスなどが挙げられる。燃料ガスとして炭化水素ガスを選択した場合、炭化水素ガスの種類は特に限定されないが、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等であることが好ましい。なお、水中にガス（水素ガス、炭化水素ガス、混合ガス）を通過させて加湿することによって得られる燃料ガスや、ガス（水素ガス、炭化水素ガス、混合ガス）に水蒸気を混合させることによって得られる燃料ガスを選択してもよい。また、１種類の燃料ガスのみを用いてもよいし、複数種類の燃料ガスを併用してもよい。さらに、燃料ガスは、窒素やアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。また、液体の原料を気化したものを燃料ガスとして使用したり、水素ガス以外のガスを改質して生成した水素ガスを燃料ガスとして使用したりすることもできる。   Examples of the fuel gas include hydrogen gas, hydrocarbon gas, and a mixed gas of hydrogen gas and hydrocarbon gas. When the hydrocarbon gas is selected as the fuel gas, the type of the hydrocarbon gas is not particularly limited, but is preferably natural gas, naphtha, coal gasification gas, or the like. It is obtained by mixing water vapor with fuel gas obtained by passing gas (hydrogen gas, hydrocarbon gas, mixed gas) in water and humidifying it, or gas (hydrogen gas, hydrocarbon gas, mixed gas). The fuel gas to be used may be selected. Further, only one type of fuel gas may be used, or a plurality of types of fuel gas may be used in combination. Further, the fuel gas may contain an inert gas such as nitrogen or argon. Moreover, what vaporized the liquid raw material can be used as fuel gas, or hydrogen gas produced by reforming a gas other than hydrogen gas can be used as fuel gas.

また、上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、手段１に記載の燃料電池セルと、集電のための複数の突起を有し、前記複数の突起の先端面が前記電極の表面上に設定された前記集電体接触部位に接触するように配置される集電体とを備え、前記燃料電池セルと前記集電体とが複数個ずつ積層されていることを特徴とする燃料電池セルスタックがある。   Further, as another means (means 2) for solving the above-mentioned problem, the fuel cell according to means 1 and a plurality of projections for collecting current are provided, and the front end surfaces of the plurality of projections are A current collector disposed on the surface of the electrode so as to contact the current collector contact portion, and a plurality of the fuel cells and the current collector are stacked. There is a fuel cell stack.

手段２に記載の発明によると、手段１の燃料電池セルと集電体とが複数個ずつ積層されることで燃料電池セルスタックが構成されている。この燃料電池セルスタックでは、各燃料電池セルにおいて反応ガスの流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなり、セル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。従って、燃料電池セルスタックにおいて効率よく発電することができる。   According to the invention described in Means 2, the fuel cell stack is configured by laminating a plurality of fuel cells and current collectors of Means 1. In this fuel cell stack, in each fuel cell, it becomes difficult for a difference in power generation between the inflow side and the outflow side of the reaction gas, and cell cracks and early deterioration of cell characteristics can be avoided. Therefore, it is possible to efficiently generate power in the fuel cell stack.

燃料電池セルスタックにおいて、当接パッド部を介して突起の先端面が電極の表面上に接合されていてもよい。   In the fuel cell stack, the tip end surface of the protrusion may be bonded to the surface of the electrode via the contact pad portion.

また、上記の燃料電池セルスタックを用いて構成される燃料電池としては、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が挙げられる。本発明の燃料電池セルとしては、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）などの固体酸化物形電気化学セルを含むものとする。   Moreover, a solid oxide fuel cell (SOFC) is mentioned as a fuel cell comprised using said fuel cell stack. The fuel cell of the present invention includes a solid oxide electrochemical cell such as a solid oxide electrolytic cell (SOEC).

本実施の形態の燃料電池を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the fuel cell of this Embodiment. 燃料電池セルスタックを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows a fuel cell stack. 集電体の突起の配置を示す平面図。The top view which shows arrangement | positioning of the processus | protrusion of a collector. 集電体接触部位及び導電層を示す平面図。The top view which shows a collector contact part and a conductive layer. ガスフローがコフローである場合の別の実施の形態の導電層を示す平面図。The top view which shows the conductive layer of another embodiment in case a gas flow is a coflow. ガスフローがクロスフローである場合の別の実施の形態の導電層を示す平面図。The top view which shows the conductive layer of another embodiment in case a gas flow is a cross flow.

以下、本発明を燃料電池に具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a fuel cell will be described in detail with reference to the drawings.

本実施の形態の燃料電池２００は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。図１に示されるように、燃料電池２００は、発電の最小単位である燃料電池セル２１１を複数積層してなる燃料電池セルスタック２１２を備えている。   The fuel cell 200 of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC). As shown in FIG. 1, the fuel cell 200 includes a fuel cell stack 212 formed by stacking a plurality of fuel cells 211 as a minimum unit of power generation.

燃料電池セルスタック２１２は、例えば縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍ×高さ８０ｍｍの略直方体形状をなしている。本実施の形態において、燃料電池セルスタック２１２を構成する燃料電池セル２１１の積層数は、２０枚程度となっている。また、燃料電池セルスタック２１２には、燃料電池セル２１１の積層方向における両端部（図１では上端部と下端部）に、エンドプレート１４，１５が配置されている。さらに、セルスタック２１２の周縁部には、同スタック２１２を厚さ方向に貫通する複数の貫通穴が形成されている。そして、各貫通穴に締結ボルト１８を挿通させ、セルスタック２１２の下面から突出するボルト１８の下端部分にナット１９が螺着されている。このように締結ボルト１８及びナット１９を用いて各エンドプレート１４，１５を各燃料電池セル２１１の積層方向に締め付けることで、複数の燃料電池セル２１１が固定されるようになっている。また、セルスタック２１２の両端部に配置されるエンドプレート１４，１５が、セルスタック２１２から出力される電流の出力端子となっている。   The fuel cell stack 212 has, for example, a substantially rectangular parallelepiped shape with a length of 180 mm × width of 180 mm × height of 80 mm. In the present embodiment, the number of stacked fuel cells 211 constituting the fuel cell stack 212 is about 20. Further, in the fuel cell stack 212, end plates 14 and 15 are arranged at both ends (upper end and lower end in FIG. 1) in the stacking direction of the fuel cells 211. Furthermore, a plurality of through-holes that penetrate the stack 212 in the thickness direction are formed in the peripheral portion of the cell stack 212. Then, the fastening bolts 18 are inserted into the respective through holes, and nuts 19 are screwed onto the lower end portions of the bolts 18 protruding from the lower surface of the cell stack 212. In this way, the plurality of fuel cells 211 are fixed by tightening the end plates 14 and 15 in the stacking direction of the fuel cells 211 using the fastening bolts 18 and the nuts 19. Further, the end plates 14 and 15 arranged at both ends of the cell stack 212 serve as output terminals for current output from the cell stack 212.

図２に示されるように、セルスタック２１２を構成する燃料電池セル２１１は、空気極２１、燃料極２２及び固体電解質層２３を有する平板状部材として構成され、発電反応により電力を発生する。また、セルスタック２１２には、燃料電池セル２１１に加えて、コネクタプレート２４、セパレータ２５、空気極側集電体２７及び燃料極側集電体２８等が設けられ、それらが複数個ずつ積層されている。   As shown in FIG. 2, the fuel cell 211 constituting the cell stack 212 is configured as a flat plate member having the air electrode 21, the fuel electrode 22, and the solid electrolyte layer 23, and generates electric power by a power generation reaction. In addition to the fuel cell 211, the cell stack 212 is provided with a connector plate 24, a separator 25, an air electrode current collector 27, a fuel electrode current collector 28, and the like, and a plurality of these are stacked. ing.

より詳しくは、コネクタプレート２４は、ステンレスなどの導電性材料によって形成されており、燃料電池セル２１１の厚み方向の両側に一対配置される。各コネクタプレート２４により板厚方向での燃料電池セル２１１間の導通が確保される。隣り合う燃料電池セル２１１の間に配置されるコネクタプレート２４は、インターコネクタとなり、隣り合う燃料電池セル２１１を区分する。   More specifically, the connector plates 24 are made of a conductive material such as stainless steel, and a pair of connector plates 24 are arranged on both sides of the fuel cell 211 in the thickness direction. Each connector plate 24 ensures conduction between the fuel cells 211 in the thickness direction. The connector plate 24 disposed between the adjacent fuel cells 211 serves as an interconnector, and separates the adjacent fuel cells 211.

セパレータ２５は、ステンレスなどの導電性材料によって形成されており、矩形状の開口部２９を中央部に有する略矩形枠状をなしている。セパレータ２５は、燃料電池セル２１１間の仕切り板として機能する。   The separator 25 is made of a conductive material such as stainless steel and has a substantially rectangular frame shape having a rectangular opening 29 at the center. The separator 25 functions as a partition plate between the fuel cells 211.

固体電解質層２３は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのセラミック材料（酸化物）によって矩形板状に形成されている。固体電解質層２３は、セパレータ２５の下面に固定されるとともに、セパレータ２５の開口部２９を塞ぐように配置されている。固体電解質層２３は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。   The solid electrolyte layer 23 is formed in a rectangular plate shape by a ceramic material (oxide) such as yttria stabilized zirconia (YSZ). The solid electrolyte layer 23 is fixed to the lower surface of the separator 25 and is disposed so as to close the opening 29 of the separator 25. The solid electrolyte layer 23 functions as an oxygen ion conductive solid electrolyte body.

また、固体電解質層２３の上面には、セルスタック２１２に供給された酸化剤ガスに接する空気極２１が貼付され、固体電解質層２３の下面には、同じくセルスタック２１２に供給された燃料ガスに接する燃料極２２が貼付されている。即ち、空気極２１及び燃料極２２は、固体電解質層２３の両側に配置されている。また、空気極２１は、セパレータ２５の開口部２９内に配置され、セパレータ２５と接触しないようになっている。なお、本実施の形態の燃料電池セル２１１では、セパレータ２５の下方に燃料室３１が形成されるとともに、セパレータ２５の上方に空気室３２が形成されている。   An air electrode 21 in contact with the oxidant gas supplied to the cell stack 212 is attached to the upper surface of the solid electrolyte layer 23, and the fuel gas supplied to the cell stack 212 is also attached to the lower surface of the solid electrolyte layer 23. A fuel electrode 22 in contact therewith is affixed. That is, the air electrode 21 and the fuel electrode 22 are disposed on both sides of the solid electrolyte layer 23. The air electrode 21 is disposed in the opening 29 of the separator 25 so as not to contact the separator 25. In the fuel cell 211 of the present embodiment, a fuel chamber 31 is formed below the separator 25 and an air chamber 32 is formed above the separator 25.

本実施の形態の燃料電池セル２１１において、空気極２１は、金属の複合酸化物であるＬＳＣＦ（Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３）によって矩形板状に形成されている。また、燃料極２２は、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとの混合物（Ｎｉ−ＹＳＺ）によって矩形板状に形成されている。燃料電池セル２１１において、空気極２１はカソード層として機能し、燃料極２２はアノード層として機能する。 In the fuel cell 211 of the present embodiment, the air electrode 21 is formed in a rectangular plate shape by LSCF (La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 ) which is a metal complex oxide. Has been. The fuel electrode 22 is formed in a rectangular plate shape by a mixture of nickel and yttria-stabilized zirconia (Ni-YSZ). In the fuel cell 211, the air electrode 21 functions as a cathode layer, and the fuel electrode 22 functions as an anode layer.

空気極２１は、空気極側集電体２７によってコネクタプレート２４に電気的に接続され、燃料極２２は、燃料極側集電体２８によってコネクタプレート２４に電気的に接続されている。空気極側集電体２７は、例えばＬａ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｒ等を微量添加したＳＵＳ４３０系フェライト合金等の緻密な金属板からなる。一方、燃料極側集電体２８は、燃料ガスの通過が可能なように、例えばニッケル製の多孔体からなる。   The air electrode 21 is electrically connected to the connector plate 24 by the air electrode side current collector 27, and the fuel electrode 22 is electrically connected to the connector plate 24 by the fuel electrode side current collector 28. The air electrode side current collector 27 is made of a dense metal plate such as a SUS430 ferrite alloy to which a small amount of La, Mn, Ti, Si, C, Ni, Al, Zr or the like is added. On the other hand, the fuel electrode side current collector 28 is made of, for example, a nickel porous body so that the fuel gas can pass therethrough.

図２〜図４に示されるように、空気極側集電体２７は、集電のための複数の突起３５を有しており、それら突起３５の先端面が空気極２１の表面上にて散点状に設定された集電体接触部位３７に接触するよう燃料電池セル２１１に隣接して配置されている。本実施の形態において、複数の集電体接触部位３７は、例えば四角形状の領域であり、同一の形状及び同一の面積を有し、空気極２１の表面上において縦横に格子状に規則正しく設定されている。空気極側集電体２７における複数の突起３５は、同一の形状及び同一のサイズを有する四角形状の突起であり、縦横に格子状に規則正しく配置されている。   As shown in FIGS. 2 to 4, the air electrode side current collector 27 has a plurality of protrusions 35 for collecting current, and the tip surfaces of the protrusions 35 are on the surface of the air electrode 21. It arrange | positions adjacent to the fuel cell 211 so that the collector contact part 37 set in the shape of a scattered dot may be contacted. In the present embodiment, the plurality of current collector contact portions 37 are, for example, rectangular regions, have the same shape and the same area, and are regularly set in a grid pattern vertically and horizontally on the surface of the air electrode 21. ing. The plurality of protrusions 35 in the air electrode side current collector 27 are quadrangular protrusions having the same shape and the same size, and are regularly arranged in a lattice shape vertically and horizontally.

図４に示されるように、空気極２１の表面上には、導電材料からなる導電層２３８が設けられている。導電層２３８は、各集電体接触部位３７の内部領域に各々設けられ、集電体の突起が当接する矩形島状の当接パッド部２３８ａ，２３８ｂ，２３８ｃを有している。本実施の形態の燃料電池セル２１１では、当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを介して空気極２１と空気極側集電体２７（各突起３５の先端面）とが接合されている（図２参照）。当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃは、銀パラジウム合金からなり、その厚さは、例えば数十μｍ程度である。また、複数の当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃの各々は、同一の形状及び同一の面積を有する。そして、各当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃは、空気極２１の表面上において各集電体接触部位３７と重なるように縦横に格子状に規則正しく配設されている。   As shown in FIG. 4, a conductive layer 238 made of a conductive material is provided on the surface of the air electrode 21. The conductive layer 238 is provided in an inner region of each current collector contact portion 37, and has rectangular island-shaped contact pad portions 238a, 238b, and 238c with which the protrusions of the current collector contact. In the fuel cell 211 of the present embodiment, the air electrode 21 and the air electrode side current collector 27 (the tip surface of each projection 35) are joined via the contact pad portions 238a to 238c (see FIG. 2). ). The contact pad portions 238a to 238c are made of a silver-palladium alloy and have a thickness of, for example, about several tens of micrometers. Each of the plurality of contact pad portions 238a to 238c has the same shape and the same area. The contact pad portions 238 a to 238 c are regularly arranged in a grid pattern vertically and horizontally so as to overlap the current collector contact portions 37 on the surface of the air electrode 21.

本実施の形態の燃料電池セルスタック２１２には、各燃料電池セル２１１の燃料室３１に燃料ガスを供給する燃料供給経路（図示略）と、燃料室３１から燃料ガスを排出する燃料排出経路（図示略）とが設けられている。また、セルスタック２１２には、各燃料電池セル２１１の空気室３２に空気を供給する空気供給経路（図示略）と、空気室３２から空気を排出する空気排出経路（図示略）とが設けられている。各供給経路及び各排出経路は、燃料電池セルスタック２１２の側面に設けられたジョイント部（図示略）を介して外部配管（図示略）に接続されている。   In the fuel cell stack 212 of the present embodiment, a fuel supply path (not shown) for supplying fuel gas to the fuel chamber 31 of each fuel battery cell 211, and a fuel discharge path for discharging fuel gas from the fuel chamber 31 ( (Not shown). The cell stack 212 is provided with an air supply path (not shown) for supplying air to the air chamber 32 of each fuel battery cell 211 and an air discharge path (not shown) for discharging air from the air chamber 32. ing. Each supply path and each discharge path are connected to an external pipe (not shown) via a joint portion (not shown) provided on the side surface of the fuel cell stack 212.

本実施の形態では、外部配管や各供給経路を通じて燃料電池セル２１１の端面部から反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）が供給される。具体的には、図４に示されるように、反応ガス（燃料ガスＦ１及び酸化剤ガスＡ１）の流れとしてクロスフロー（直交流）の方式が採用されている。燃料電池セル２１１において、酸化剤ガスＡ１は、空気極２１の面方向に沿って図４の右側から左側に向けて供給される。一方、燃料ガスＦ１は、空気極２１の裏面側にある燃料極２２の面方向に沿って図４の上側から下側に向けて供給される。つまり、本実施の形態では、酸化剤ガスＡ１の流れと燃料ガスＦ１の流れとが直交している。   In the present embodiment, the reaction gas (fuel gas and oxidant gas) is supplied from the end surface portion of the fuel cell 211 through an external pipe or each supply path. Specifically, as shown in FIG. 4, a cross flow (orthogonal flow) system is adopted as the flow of the reaction gas (fuel gas F1 and oxidant gas A1). In the fuel cell 211, the oxidant gas A <b> 1 is supplied from the right side to the left side in FIG. 4 along the surface direction of the air electrode 21. On the other hand, the fuel gas F <b> 1 is supplied from the upper side to the lower side in FIG. 4 along the surface direction of the fuel electrode 22 on the back side of the air electrode 21. That is, in the present embodiment, the flow of the oxidant gas A1 and the flow of the fuel gas F1 are orthogonal.

空気極２１の表面上における各当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃは、電極の平面方向に沿って供給される反応ガスＦ１，Ａ１の流れに応じて、導電材料の組成を異ならせて形成されている。より詳しくは、各当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃは、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側の当接パッド部２３８ａよりも流出側の当接パッド部２３８ｃのほうが導電率の高い材料組成の導電材料を用いて形成されている。本実施の形態では、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側の当接パッド部２３８ａよりも流出側の当接パッド部２３８ｃのほうが銀の割合が多くなるよう配合比率を変えて形成されている。銀はパラジウムよりも導電率が高いため、このように銀の割合を増やすことで流出側の当接パッド部２３８ｃの導電率は高くなる。一方、流入側の当接パッド部２３８ａは、銀の割合を少なくすることでその導電率が流出側の当接パッド部２３８ｃの導電率よりも低くなる。つまり、流出側の当接パッド部２３８ｃの抵抗値は、流入側の当接パッド部２３８ａの抵抗値よりも低くなっている。   The contact pad portions 238a to 238c on the surface of the air electrode 21 are formed by changing the composition of the conductive material according to the flow of the reaction gases F1 and A1 supplied along the planar direction of the electrodes. . More specifically, each of the contact pad portions 238a to 238c is made of a conductive material having a material composition in which the contact pad portion 238c on the outflow side has a higher conductivity than the contact pad portion 238a on the inflow side of the reaction gases F1 and A1. It is formed using. In the present embodiment, the mixing ratio is changed so that the contact pad portion 238c on the outflow side has a higher silver ratio than the contact pad portion 238a on the inflow side of the reaction gases F1 and A1. Since silver has a higher conductivity than palladium, the conductivity of the contact pad portion 238c on the outflow side is increased by increasing the proportion of silver in this way. On the other hand, the conductivity of the contact pad portion 238a on the inflow side becomes lower than the conductivity of the contact pad portion 238c on the outflow side by reducing the ratio of silver. That is, the resistance value of the contact pad portion 238c on the outflow side is lower than the resistance value of the contact pad portion 238a on the inflow side.

なお、本実施の形態のように、クロスフロー（直交流）の方式で反応ガスＦ１，Ａ１を供給する場合、図４の空気極２１において右上に設けられる当接パッド部２３８ａの導電率が最も低くなる一方、左下に設けられる当接パッド部２３８ｃの導電率が最も高くなっている。また、空気極２１において中央部に位置する当接パッド部２３８ｂは、流入側の当接パッド部２３８ａと流出側の当接パッド部２３８ｃとの中間的な導電率（抵抗値）となっている。   Note that when the reaction gases F1 and A1 are supplied in a cross flow (cross flow) manner as in the present embodiment, the conductivity of the contact pad portion 238a provided at the upper right in the air electrode 21 of FIG. 4 is the highest. On the other hand, the conductivity of the contact pad portion 238c provided at the lower left is the highest. Further, the contact pad portion 238b located at the center of the air electrode 21 has an intermediate conductivity (resistance value) between the contact pad portion 238a on the inflow side and the contact pad portion 238c on the outflow side. .

そして、燃料電池２００の発電時には、上記のように形成した当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを介して空気極２１と空気極側集電体２７との間で発電反応に伴う電子の授受が行われるようになっている。   During power generation of the fuel cell 200, electrons associated with a power generation reaction are performed between the air electrode 21 and the air electrode side current collector 27 via the contact pad portions 238a to 238c formed as described above. It is like that.

次に、本実施の形態における燃料電池セルスタック２１２の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the fuel cell stack 212 in the present embodiment will be described.

まず、例えばＳＵＳ４３０からなる板材を打ち抜いて、コネクタプレート２４やセパレータ２５を製造する。また、燃料極２２のグリーンシート上に、固体電解質層２３の材料を印刷し、その上に空気極２１の材料を印刷した後焼成する。この焼成によって、空気極２１、燃料極２２及び固体電解質層２３を有する平板状の燃料電池セル２１１が製造される。   First, for example, a plate material made of SUS430 is punched to manufacture the connector plate 24 and the separator 25. Further, the material of the solid electrolyte layer 23 is printed on the green sheet of the fuel electrode 22, and the material of the air electrode 21 is printed thereon, followed by firing. By this firing, a flat fuel cell 211 having the air electrode 21, the fuel electrode 22, and the solid electrolyte layer 23 is manufactured.

その後、燃料電池セル２１１とセパレータ２５とをロウ付けにて固定する。さらに、空気極側集電体２７と燃料極側集電体２８とを、それぞれ隣接する上部のコネクタプレート２４と下部のコネクタプレート２４とにロウ付けによって固定する。   Thereafter, the fuel cell 211 and the separator 25 are fixed by brazing. Further, the air electrode side current collector 27 and the fuel electrode side current collector 28 are fixed to the adjacent upper connector plate 24 and lower connector plate 24 by brazing, respectively.

また、Ａｇ−Ｐｄ粉末とエチルセルロースと有機溶剤とを三本ロール混合することで、Ａｇ−Ｐｄ導電性ペーストを作製する。本実施の形態では、Ａｇ及びＰｄの配合比率を変えて導電率の異なる３種類の導電性ペーストを作製する。次に、空気極２１の表面に、それら導電性ペーストを３回に分けてスクリーン印刷し、乾燥する。ここでは、各集電体接触部位３７の内部領域に、島状パターン（当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃとなるパターン）を３種類の導電性ペーストを使用してそれぞれ形成する。具体的には、図４に示す空気極２１の場合、その表面において、右上に位置する４つの島状パターンを導電率の低い導電性ペーストを用いて形成するとともに、左下に位置する４つの島状パターンを導電率の高い導電性ペーストを用いて形成する。残りの各島状パターンについては、中間的な導電率の導電性ペーストを用いて形成する。   Moreover, an Ag-Pd conductive paste is produced by mixing three rolls of Ag-Pd powder, ethyl cellulose, and an organic solvent. In the present embodiment, three types of conductive pastes having different conductivities are produced by changing the mixing ratio of Ag and Pd. Next, the conductive paste is screen-printed in three times on the surface of the air electrode 21 and dried. Here, island-like patterns (patterns to be contact pad portions 238a to 238c) are formed in the inner region of each current collector contact portion 37 using three types of conductive paste. Specifically, in the case of the air electrode 21 shown in FIG. 4, four island-like patterns located on the upper right are formed on the surface using a conductive paste having a low conductivity, and four islands located on the lower left are formed. The pattern is formed using a conductive paste having high conductivity. The remaining island patterns are formed using a conductive paste having an intermediate conductivity.

そして、上述したコネクタプレート２４、セパレータ２５をロウ付けした燃料電池セル２１１、空気極側集電体２７、燃料極側集電体２８などを一体に組み付けるとともに、燃料電池セル２１１を含むそれら部材を複数積層することで燃料電池セルスタック２１２を構成する。またこのとき、燃料電池セルスタック２１２において、貫通孔に締結ボルト１８を嵌め込むとともにその先端にナット１９を螺合させる。この結果、各燃料電池セル２１１をその積層方向に押圧した状態で一体化させることにより、燃料電池セルスタック２１２が組み付けられる。   Then, the above-described connector plate 24, the fuel battery cell 211 to which the separator 25 is brazed, the air electrode side current collector 27, the fuel electrode side current collector 28 and the like are assembled together, and those members including the fuel battery cell 211 are assembled. The fuel cell stack 212 is configured by stacking a plurality of layers. At this time, in the fuel cell stack 212, the fastening bolt 18 is fitted into the through hole, and the nut 19 is screwed to the tip. As a result, the fuel battery cell stack 212 is assembled by integrating the fuel battery cells 211 while being pressed in the stacking direction.

上述した導電性ペーストは、燃料電池２００の運転温度（例えば７００℃）において、エチルセルロースなどが除去されることで当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃ（銀パラジウム合金）となる。また、燃料電池２００の運転温度には、当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃの銀パラジウム合金が軟化して空気極２１と空気極側集電体２７とが密着する。なお、運転停止時において、集電体接触部位３７の当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃは、空気極２１と空気極側集電体２７とを接合して一体化している。   The conductive paste described above becomes contact pad portions 238a to 238c (silver palladium alloy) by removing ethyl cellulose and the like at the operating temperature of the fuel cell 200 (for example, 700 ° C.). Further, at the operating temperature of the fuel cell 200, the silver-palladium alloy of the contact pad portions 238a to 238c is softened so that the air electrode 21 and the air electrode side current collector 27 are in close contact with each other. When the operation is stopped, the contact pad portions 238 a to 238 c of the current collector contact portion 37 are integrated by joining the air electrode 21 and the air electrode side current collector 27.

次に、本実施の形態の燃料電池２００における燃料電池セル２１１の作用について説明する。   Next, the operation of the fuel cell 211 in the fuel cell 200 of the present embodiment will be described.

燃料電池２００において、例えば、その燃料電池２００を稼働温度に加熱した状態で、燃料供給経路から燃料室３１に燃料ガスＦ１を供給するとともに、空気供給経路から空気室３２に酸化剤ガスＡ１を供給する。本実施の形態では、セルスタック２１２の各燃料電池セル２１１において、燃料ガスＦ１及び酸化剤ガスＡ１の流れがクロスフロー（直交流）となるように、空気極２１の平面方向に沿って酸化剤ガスＡ１が供給されるとともに燃料極２２の平面方向に沿って燃料ガスＦ１が供給される。このとき、燃料ガスＦ１中の水素と酸化剤ガスＡ１中の酸素とが固体電解質層２３を介して反応（発電反応）し、空気極２１を正極、燃料極２２を負極とする直流の電力が発生する。本実施の形態では、空気極２１の表面上における各集電体接触部位３７に形成されている複数の当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃは、電極の平面方向に沿って供給される反応ガスＦ１，Ａ１の流入側よりも流出側のほうが導電率が高くなっている。この場合、反応ガスＦ１，Ａ１の濃度が高く発電反応量が多くなり易い流入側では、低導電率（高抵抗）の当接パッド部２３８ａによって電子の流れを抑えることで発電量が抑制される。一方、反応ガスＦ１，Ａ１の濃度が低く発電反応量が少なくなり易い流出側では、高導電率（低抵抗）の当接パッド部２３８ｃによって電子を流れやすくすることで発電量が増える。この結果、空気極２１及び燃料極２２の電極平面において、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とにおいて発電ばらつきが解消され、効率よく電力が発生する。   In the fuel cell 200, for example, while the fuel cell 200 is heated to the operating temperature, the fuel gas F1 is supplied from the fuel supply path to the fuel chamber 31, and the oxidant gas A1 is supplied from the air supply path to the air chamber 32. To do. In the present embodiment, in each fuel cell 211 of the cell stack 212, the oxidant along the plane direction of the air electrode 21 so that the flow of the fuel gas F1 and the oxidant gas A1 is a cross flow (cross flow). The gas A1 is supplied and the fuel gas F1 is supplied along the planar direction of the fuel electrode 22. At this time, hydrogen in the fuel gas F1 and oxygen in the oxidant gas A1 react (power generation reaction) through the solid electrolyte layer 23, and direct current power using the air electrode 21 as a positive electrode and the fuel electrode 22 as a negative electrode is generated. Occur. In the present embodiment, the plurality of contact pad portions 238a to 238c formed at each current collector contact portion 37 on the surface of the air electrode 21 are supplied with the reaction gas F1, which is supplied along the planar direction of the electrode. The conductivity is higher on the outflow side than on the inflow side of A1. In this case, on the inflow side where the concentration of the reaction gases F1 and A1 is high and the power generation reaction amount tends to increase, the power generation amount is suppressed by suppressing the flow of electrons by the contact pad portion 238a having a low conductivity (high resistance). . On the other hand, on the outflow side where the concentrations of the reaction gases F1 and A1 are low and the power generation reaction amount tends to decrease, the amount of power generation increases by facilitating the flow of electrons by the contact pads 238c with high conductivity (low resistance). As a result, in the electrode planes of the air electrode 21 and the fuel electrode 22, the power generation variation is eliminated between the inflow side and the outflow side of the reaction gases F1 and A1, and electric power is generated efficiently.

本実施の形態のセルスタック２１２は、燃料電池セル２１１を複数積層して直列に接続している。このため、燃料電池２００では、空気極２１に電気的に接続される上側エンドプレート１４（正極）と、燃料極２２に電気的に接続される下側エンドプレート１５（負極）とから直流電力が出力される。   In the cell stack 212 of the present embodiment, a plurality of fuel cells 211 are stacked and connected in series. For this reason, in the fuel cell 200, DC power is generated from the upper end plate 14 (positive electrode) electrically connected to the air electrode 21 and the lower end plate 15 (negative electrode) electrically connected to the fuel electrode 22. Is output.

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

（１）本実施の形態の燃料電池セル２１１では、空気極２１の表面において、各集電体接触部位３７の内側領域に設けられた各当接パッド２３８ａ〜２３８ｃは、平面方向に沿って供給される反応ガスＦ１，Ａ１の流入側よりも流出側のほうが導電率が高くなっている。燃料電池２００において、発電は空気極側集電体２７から空気極２１に電子が授受されることにより起こる。このため、本実施の形態のように導電率が異なる当接パッド２３８ａ〜２３８ｃを形成することにより、燃料電池セル２１１において反応ガスＦ１，Ａ１の流れに応じて電子授受量（集電抵抗）を調整することで、平面内における発電量が均等になる。従って、燃料電池セル２１１の平面内における発電量ばらつきが解消され、発電時の温度分布の差が小さくなる。この結果、従来技術のようなセル割れやセル特性の早期低下を回避することができ、発電を効率よく行うことができる。   (1) In the fuel cell 211 of the present embodiment, the contact pads 238a to 238c provided in the inner region of the current collector contact portion 37 on the surface of the air electrode 21 are supplied along the planar direction. The conductivity is higher on the outflow side than on the inflow side of the reaction gas F1, A1. In the fuel cell 200, power generation occurs when electrons are transferred from the air electrode side current collector 27 to the air electrode 21. For this reason, by forming the contact pads 238a to 238c having different conductivities as in the present embodiment, the amount of electron exchange (collection resistance) in the fuel cell 211 according to the flow of the reaction gas F1, A1. By adjusting, the power generation amount in the plane becomes uniform. Therefore, the variation in power generation amount in the plane of the fuel cell 211 is eliminated, and the difference in temperature distribution during power generation is reduced. As a result, cell cracks and early deterioration of cell characteristics as in the prior art can be avoided, and power generation can be performed efficiently.

（２）本実施の形態の燃料電池セル２１１では、空気極側集電体２７の突起３５が所定の間隔をあけて散点状に配置されており、従来技術のように反応ガスＦ１，Ａ１の流れに応じて集電体２７の配置間隔などの形状変更を行う必要がない。このため、燃料電池セル２１１において、空気極２１に供給される酸化剤ガスＡ１の流量を十分に確保することができ、発電を効率よく行うことができる。さらに、本実施の形態の燃料電池セル２１１では、空気極側集電体２７の形状変更に伴う加工コストが必要ないため、燃料電池セル２１１の製造コストを抑えることができる。   (2) In the fuel cell 211 of the present embodiment, the protrusions 35 of the air electrode side current collector 27 are arranged in the form of scattered dots with a predetermined interval, and the reaction gases F1, A1 as in the prior art. It is not necessary to change the shape of the current collector 27 according to the flow of the current. For this reason, in the fuel cell 211, the flow rate of the oxidant gas A1 supplied to the air electrode 21 can be sufficiently secured, and power generation can be performed efficiently. Furthermore, in the fuel battery cell 211 of the present embodiment, the processing cost associated with the shape change of the air electrode side current collector 27 is not necessary, and therefore the manufacturing cost of the fuel battery cell 211 can be suppressed.

（３）本実施の形態の燃料電池セル２１１では、複数の集電体接触部位３７の表面上に形成される当接パッド２３８ａ〜２３８ｃの各々は、同一の形状及び同一の面積を有し、空気極２１の表面上において縦横に格子状に規則正しく配設されていている。このように当接パッド２３８ａ〜２３８ｃを形成すると、空気極側集電体２７の各突起３５と各当接パッド２３８ａ〜２３８ｃとの各接触面積が等しくなる。このため、各当接パッド２３８ａ〜２３８ｃの導電率によって、各突起３５と空気極２１との接触抵抗を正確に調整することができる。そして、それら接触抵抗を反応ガスＦ１，Ａ１の流れに応じて変えることにより、燃料電池セル２１１における平面方向の発電量ばらつきを確実に解消することができる。   (3) In the fuel cell 211 of the present embodiment, each of the contact pads 238a to 238c formed on the surface of the plurality of current collector contact portions 37 has the same shape and the same area, On the surface of the air electrode 21, they are regularly arranged in a grid pattern in the vertical and horizontal directions. When the contact pads 238a to 238c are formed in this way, the contact areas between the protrusions 35 of the air electrode side current collector 27 and the contact pads 238a to 238c become equal. For this reason, the contact resistance between each protrusion 35 and the air electrode 21 can be accurately adjusted by the conductivity of each contact pad 238a to 238c. And by changing these contact resistances according to the flow of the reaction gases F1 and A1, variations in the amount of power generation in the planar direction in the fuel cells 211 can be reliably eliminated.

（４）本実施の形態の燃料電池セル２１１では、各当接パッド２３８ａ〜２３８ｃを介して空気極２１と空気極側集電体２７とが接合されている。このように構成すると、空気極側集電体２７の各突起３５と空気極２１との間の接触抵抗を低く抑えることができ、集電効率を高めることができる。   (4) In the fuel cell 211 of the present embodiment, the air electrode 21 and the air electrode side current collector 27 are joined via the contact pads 238a to 238c. If comprised in this way, the contact resistance between each processus | protrusion 35 of the air electrode side collector 27 and the air electrode 21 can be restrained low, and current collection efficiency can be improved.

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。   In addition, you may change embodiment of this invention as follows.

・上記実施の形態では、反応ガス（燃料ガスＦ１及び酸化剤ガスＡ１）の流れとしては、クロスフロー（直交流）のものに具体化したが、コフロー（並行流）、カウンタフロー（対向流）のものに具体化してもよい。図５には、コフローによって燃料ガスＦ１及び酸化剤ガスＡ１が各電極に供給される場合の具体例を示している。図５では、空気極２１の平面方向に沿って酸化剤ガスＡ１が図中上側から下側に向けて流れるとともに、空気極２１の裏側にある燃料極２２（図示略）の平面方向に沿って燃料ガスＦ１が図中上側から下側に向けて流れる。図５に示されるように、空気極２１の表面において、複数の集電体接触部位３７に形成される各当接パッド２３８ａ〜２３８ｃは、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側（図５では上側）にある当接パッド２３８ａよりも流出側（図５では下側）にある当接パッド２３８ｃのほうが、導電率が高い導電材料を用いて形成されている。図５のように各当接パッド２３８ａ〜２３８ｃを形成した場合でも、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなる。その結果、燃料電池２００におけるセル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。   In the above embodiment, the flow of the reaction gas (fuel gas F1 and oxidant gas A1) is embodied as a cross flow (cross flow), but coflow (parallel flow), counter flow (counter flow) May be embodied in FIG. 5 shows a specific example in which the fuel gas F1 and the oxidant gas A1 are supplied to each electrode by coflow. In FIG. 5, the oxidant gas A1 flows from the upper side to the lower side in the drawing along the plane direction of the air electrode 21, and along the plane direction of the fuel electrode 22 (not shown) on the back side of the air electrode 21. The fuel gas F1 flows from the upper side to the lower side in the figure. As shown in FIG. 5, on the surface of the air electrode 21, the contact pads 238 a to 238 c formed in the plurality of current collector contact portions 37 are on the inflow side of reaction gas F <b> 1, A <b> 1 (upper side in FIG. 5) The contact pad 238c on the outflow side (lower side in FIG. 5) is formed using a conductive material having higher conductivity than the contact pad 238a in FIG. Even when the contact pads 238a to 238c are formed as shown in FIG. 5, it is difficult for a difference in power generation between the inflow side and the outflow side of the reaction gases F1 and A1. As a result, cell cracks in the fuel cell 200 and early deterioration of cell characteristics can be avoided.

・上記実施の形態では、空気極２１の表面上に設けられる導電層２３８として、複数の集電体接触部位３７の内部領域に島状の当接パッド２３８ａ〜２３８ｃをそれぞれ形成していたが、これに限定されるものではない。図６に示される導電層２３９のように、複数の集電体接触部位３７の当接パッド２３８ａ〜２３８ｃに加えて、それら当接パッド２３８ａ〜２３８ｃを繋ぐように形成された結線部２４０ａ〜２４０ｃを有していてもよい。図６においては、空気極２１の表面内にて散点状に配置された複数の集電体接触部位３７のうちのコーナー部４１の集電体接触部位３７について、隣接する集電体接触部位３７の当接パッド２３８ａ〜２３８ｃ間を繋ぐように結線部２４０ａ〜２４０ｃを形成している。なお、結線部２４０ａ〜２４０ｃはそれと接続される各当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃと同じ導電率を有して形成されている。燃料電池セル２１１では、発電時の熱変形によって空気極２１のコーナー部４１に、空気極側集電体２７に対して離間する方向の反りが発生し易い。図６のように結線部２４０ａ〜２４０ｃを形成すると、燃料電池セル２１１の熱変形によってコーナー部４１の集電体接触部位３７が空気極側集電体２７の突起３５から離間した場合でも、集電体接触部位３７の当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃとそれに隣接する集電体接触部位３７の当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃとが結線部２４０ａ〜２４０ｃによって電気的に接続される。このため、燃料電池セル２１１において十分な集電能力を確保することができる。また、空気極２１の表面上において、反りが発生する部位のみに結線部２４０ａ〜２４０ｃを形成することにより、ガス透過性の低下を確実に抑えることができる。   In the above embodiment, as the conductive layer 238 provided on the surface of the air electrode 21, the island-shaped contact pads 238a to 238c are formed in the inner regions of the plurality of current collector contact portions 37, respectively. It is not limited to this. As in the conductive layer 239 shown in FIG. 6, in addition to the contact pads 238a to 238c of the plurality of current collector contact portions 37, connection portions 240a to 240c formed to connect the contact pads 238a to 238c. You may have. In FIG. 6, the current collector contact sites 37 adjacent to each other in the corner portion 41 among the plurality of current collector contact sites 37 arranged in the form of dots in the surface of the air electrode 21. Connection portions 240a to 240c are formed so as to connect the 37 contact pads 238a to 238c. The connection portions 240a to 240c are formed to have the same conductivity as the contact pad portions 238a to 238c connected thereto. In the fuel cell 211, the corner portion 41 of the air electrode 21 is likely to warp in the direction away from the air electrode side current collector 27 due to thermal deformation during power generation. When the connection portions 240 a to 240 c are formed as shown in FIG. 6, even when the current collector contact portion 37 of the corner portion 41 is separated from the protrusion 35 of the air electrode side current collector 27 due to thermal deformation of the fuel cell 211. The contact pad portions 238a to 238c of the electrical contact portion 37 and the contact pad portions 238a to 238c of the current collector contact portion 37 adjacent thereto are electrically connected by the connection portions 240a to 240c. For this reason, sufficient power collection capability can be secured in the fuel battery cell 211. Moreover, on the surface of the air electrode 21, by forming the connection portions 240a to 240c only at the portions where the warpage occurs, it is possible to reliably suppress a decrease in gas permeability.

・上記実施の形態では、銀とパラジウムとの配合比率を変えることで導電率の異なる当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを形成していたが、これに限定されるものではなく、２種類以上の他の金属材料の配合比率を変えることで導電率の異なる当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを形成してもよい。さらに、抵抗値の異なる別の金属材料を含んだ導電材料を用いて各当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを形成してもよい。ここで、抵抗値の異なる３つの金属材料を用いる場合、例えば最も高い抵抗値を有する第１の金属材料を含んだ導電材料を用いて流入側の当接パッド部２３８ａを形成する。また、中間的な抵抗値を有する第２の金属材料を含んだ導電材料を用いて中間部の当接パッド部２３８ｂを形成し、最も低い抵抗値を有する第３の金属材料を含んだ導電材料を用いて流出側の当接パッド部２３８ｃを形成する。このように各当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを形成した場合でも、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなる。その結果、燃料電池におけるセル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。   In the above embodiment, the contact pad portions 238a to 238c having different electrical conductivities are formed by changing the blending ratio of silver and palladium. However, the present invention is not limited to this. The contact pad portions 238a to 238c having different electrical conductivity may be formed by changing the blending ratio of the metal materials. Further, the contact pad portions 238a to 238c may be formed using a conductive material containing another metal material having a different resistance value. Here, when three metal materials having different resistance values are used, the inflow-side contact pad portion 238a is formed using, for example, a conductive material containing a first metal material having the highest resistance value. In addition, the conductive material including the second metal material having an intermediate resistance value is used to form the intermediate contact pad portion 238b, and the conductive material including the third metal material having the lowest resistance value. Is used to form the contact pad portion 238c on the outflow side. Even when the contact pad portions 238a to 238c are formed in this way, a difference in power generation amount hardly occurs between the inflow side and the outflow side of the reaction gases F1 and A1. As a result, cell cracks in the fuel cell and early deterioration of cell characteristics can be avoided.

・上記実施の形態では、導電率（抵抗値）の異なる３種類の当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを形成していたが、導電率の異なる２種類または４種類以上の当接パッド部を形成してもよい。   In the above embodiment, three types of contact pad portions 238a to 238c having different conductivity (resistance values) are formed, but two types or four or more types of contact pad portions having different conductivity are formed. May be.

・上記実施の形態では、空気極２１の表面に当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを形成するものであったが、燃料極２２の表面に当接パッド部を形成してもよい。なおこの場合でも、燃料極側集電体２８は複数の突起を有し、燃料極２２には燃料極側集電体２８の突起が接触しうる集電体接触部位が散点状に設定される。そして、燃料極２２の表面には、反応ガスＦ１，Ａ１の流れに応じて導電材料の組成を異ならせて当接パッド部を形成する。このように燃料電池セル２１１を構成しても、反応ガスＦ１，Ａ１の流入側と流出側とで発電量に差が生じにくくなる。その結果、燃料電池におけるセル割れやセル特性の早期低下を回避することができる。   In the above embodiment, the contact pad portions 238 a to 238 c are formed on the surface of the air electrode 21, but the contact pad portions may be formed on the surface of the fuel electrode 22. Even in this case, the fuel electrode-side current collector 28 has a plurality of protrusions, and the fuel electrode 22 has a current collector contact portion where the protrusions of the fuel electrode-side current collector 28 can come into contact with each other. The A contact pad portion is formed on the surface of the fuel electrode 22 by changing the composition of the conductive material in accordance with the flow of the reaction gases F1 and A1. Even if the fuel cell 211 is configured in this way, a difference in power generation amount hardly occurs between the inflow side and the outflow side of the reaction gases F1 and A1. As a result, cell cracks in the fuel cell and early deterioration of cell characteristics can be avoided.

・上記実施の形態では、四角形状の空気極２１（電極）の表面に当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを形成するものであったが、電極形状は四角形状に限定されるものではなく、円形状や四角形以外の多角形状の空気極の表面に当接パッド部を形成してもよい。また、集電体接触部位３７（空気極側集電体２７の各突起３５）及び導電層２３８，２３９（当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃ）の形状は正四角形状であったが、長方形、円形や楕円形などの形状に変更してもよい。   In the above embodiment, the contact pad portions 238a to 238c are formed on the surface of the square air electrode 21 (electrode). However, the electrode shape is not limited to the square shape, but a circular shape. Alternatively, the contact pad portion may be formed on the surface of a polygonal air electrode other than a square. In addition, the shape of the current collector contact portion 37 (each projection 35 of the air electrode side current collector 27) and the conductive layers 238 and 239 (contact pad portions 238a to 238c) are square shapes, but are rectangular and circular. Or a shape such as an ellipse.

・上記実施の形態では、固体酸化物形燃料電池２００の運転温度によって、導電性ペーストを焼成して当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを形成していたが、当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを形成するための焼成工程を別途行うことで燃料電池セルスタック２１２を製造してもよい。また、燃料電池セル２１１における空気極２１、燃料極２２及び固体電解質層２３の焼成工程と同時に当接パッド部２３８ａ〜２３８ｃを形成してもよい。   In the above embodiment, the contact pad portions 238a to 238c are formed by firing the conductive paste according to the operating temperature of the solid oxide fuel cell 200, but the contact pad portions 238a to 238c are formed. Alternatively, the fuel cell stack 212 may be manufactured by separately performing a firing process. Further, the contact pads 238a to 238c may be formed simultaneously with the firing step of the air electrode 21, the fuel electrode 22, and the solid electrolyte layer 23 in the fuel battery cell 211.

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。   Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiments described above are listed below.

（１）手段１において、複数の前記当接パッド部は、前記反応ガスの流入側よりも前記反応ガスの流出側のほうが、抵抗値の小さい導電材料を用いて形成されていることを特徴とする燃料電池セル。   (1) In the means 1, the plurality of contact pad portions are formed using a conductive material having a smaller resistance value on the reaction gas outflow side than in the reaction gas inflow side. Fuel cell.

（２）手段１において、前記当接パッド部は、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）の少なくとも１つを含む導電材料を用いて形成されることを特徴とする燃料電池セル。   (2) In the means 1, the contact pad portion includes platinum (Pt), silver (Ag), palladium (Pd), lanthanum (La), strontium (Sr), manganese (Mn), cobalt (Co), iron It is formed using a conductive material containing at least one of (Fe), copper (Cu), nickel (Ni), gold (Au), iridium (Ir), ruthenium (Ru), and rhodium (Rh). Fuel cell.

（３）手段１において、複数の前記当接パッド部は、銀及びパラジウムを含み、前記反応ガスの流入側よりも流出側のほうが銀の割合が多くなるよう配合比率を変えて形成されていることを特徴とする燃料電池セル。   (3) In the means 1, the plurality of contact pad portions include silver and palladium, and are formed by changing the blending ratio so that the ratio of silver is larger on the outflow side than on the inflow side of the reaction gas. The fuel cell characterized by the above-mentioned.

（４）手段１において、前記反応ガスの流入側の前記当接パッド部と流出側の前記当接パッド部とは、抵抗値の異なる別の金属材料を含んだ導電材料を用いて形成されていることを特徴とする燃料電池セル。   (4) In the means 1, the contact pad portion on the inflow side of the reaction gas and the contact pad portion on the outflow side are formed using a conductive material containing another metal material having a different resistance value. A fuel battery cell characterized by comprising:

（５）手段１において、固体酸化物形燃料電池に用いられ、前記当接パッド部が形成される前記電極が前記空気極であることを特徴とする燃料電池セル。   (5) The fuel cell according to (1), wherein the electrode used in the solid oxide fuel cell and on which the contact pad portion is formed is the air electrode.

２１…空気極
２２…燃料極
２３…固体電解質層
２７…集電体としての空気極側集電体
３５…突起
３７…集電体接触部位
２００…燃料電池
２１１…燃料電池セル
２１２…燃料電池セルスタック
２３８，２３９…導電層
２３８ａ〜２３８ｃ…当接パッド部
２４０ａ〜２４０ｃ…導電層を構成する結線部
Ａ１…反応ガスとしての酸化剤ガス
Ｆ１…反応ガスとしての燃料ガス DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Air electrode 22 ... Fuel electrode 23 ... Solid electrolyte layer 27 ... Air electrode side current collector 35 ... Protrusion 37 ... Current collector contact part 200 ... Fuel cell 211 ... Fuel cell 212 ... Fuel cell Stacks 238, 239 ... conductive layers 238a to 238c ... contact pad parts 240a to 240c ... connection parts constituting the conductive layer A1 ... oxidant gas as reaction gas F1 ... fuel gas as reaction gas

Claims (4)

集電のための複数の突起を有する集電体に隣接して配置され、燃料極、空気極及び電解質層を有する平板状部材として構成され、前記燃料極及び前記空気極のうちの少なくとも一方の電極の表面上に、前記集電体の複数の突起が接触しうる集電体接触部位が散点状に設定された燃料電池セルであって、
前記電極の表面上に設けられた導電層を備え、前記導電層は、複数の前記集電体接触部位の内部領域に各々設けられ、前記集電体の突起が当接する当接パッド部を有し、
複数の前記当接パッド部は、前記電極の平面方向に沿って供給される反応ガスの流入側よりも前記反応ガスの流出側のほうが、導電率の高い材料組成の導電材料を用いて形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。 Adjacent to a current collector having a plurality of protrusions for current collection, and configured as a flat plate member having a fuel electrode, an air electrode and an electrolyte layer, and at least one of the fuel electrode and the air electrode On the surface of the electrode, a fuel battery cell in which a current collector contact portion capable of contacting a plurality of protrusions of the current collector is set in a scattered shape,
A conductive layer provided on a surface of the electrode, and the conductive layer is provided in an inner region of each of the plurality of current collector contact portions, and has a contact pad portion on which a projection of the current collector contacts. And
The plurality of contact pad portions are formed using a conductive material having a material composition having higher conductivity on the outflow side of the reaction gas than on the inflow side of the reaction gas supplied along the planar direction of the electrode. A fuel cell, characterized in that 複数の前記集電体接触部位の表面上に形成される前記当接パッド部の各々は、同一の形状及び同一の面積を有し、前記電極の表面上において縦横に格子状に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。   Each of the contact pad portions formed on the surface of the plurality of current collector contact portions has the same shape and the same area, and is arranged in a grid pattern vertically and horizontally on the surface of the electrode. The fuel battery cell according to claim 1, wherein: 請求項１または２に記載の燃料電池セルと、
集電のための複数の突起を有し、前記複数の突起の先端面が前記電極の表面上に設定された前記集電体接触部位に接触するように配置される集電体と
を備え、前記燃料電池セルと前記集電体とが複数個ずつ積層されている
ことを特徴とする燃料電池セルスタック。 The fuel battery cell according to claim 1 or 2,
A plurality of protrusions for current collection, and a current collector disposed such that tip surfaces of the plurality of protrusions are in contact with the current collector contact portion set on the surface of the electrode, A fuel cell stack, wherein a plurality of the fuel cells and the current collector are laminated. 前記当接パッド部を介して前記突起の先端面が前記電極の表面上に接合されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池セルスタック。   4. The fuel cell stack according to claim 3, wherein a tip end surface of the protrusion is joined to a surface of the electrode via the contact pad portion. 5.
JP2013158343A 2013-07-30 2013-07-30 Fuel cell and fuel cell stack Expired - Fee Related JP6204106B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013158343A JP6204106B2 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Fuel cell and fuel cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013158343A JP6204106B2 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Fuel cell and fuel cell stack

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015028889A JP2015028889A (en) 2015-02-12
JP6204106B2 true JP6204106B2 (en) 2017-09-27

Family

ID=52492491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013158343A Expired - Fee Related JP6204106B2 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Fuel cell and fuel cell stack

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6204106B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107431215B (en) * 2015-03-26 2020-10-16 森村索福克科技股份有限公司 Electrochemical reaction unit and fuel cell stack
JP2017076565A (en) * 2015-10-16 2017-04-20 株式会社デンソー Fuel cell stack
JP6774230B2 (en) * 2016-06-16 2020-10-21 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 Current collector-electrochemical reaction single cell complex and electrochemical reaction cell stack

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03222261A (en) * 1990-01-26 1991-10-01 Nkk Corp Electrode for solid electrolytic fuel cell
JPH04298963A (en) * 1991-03-27 1992-10-22 Ngk Insulators Ltd Solid electrolyte type fuel cell and manufacture thereof
MXPA06011418A (en) * 2004-03-31 2007-03-12 Corning Inc Fuel cell device with varied active area sizes.
JP4867155B2 (en) * 2004-11-10 2012-02-01 大日本印刷株式会社 Solid oxide fuel cell
JP5098200B2 (en) * 2006-03-30 2012-12-12 大日本印刷株式会社 Solid oxide fuel cell and method for producing solid oxide fuel cell
JP5183130B2 (en) * 2007-09-06 2013-04-17 株式会社日立製作所 Fuel cell
JP5242985B2 (en) * 2007-10-15 2013-07-24 日本特殊陶業株式会社 Solid oxide fuel cell
JP2009238495A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Toyota Motor Corp Fuel cell and membrane-electrode-gas diffusion layer assembly used this
JP2010073566A (en) * 2008-09-19 2010-04-02 Nissan Motor Co Ltd Solid electrolyte fuel cell and method of manufacturing the same
JP5365124B2 (en) * 2008-09-30 2013-12-11 大日本印刷株式会社 Solid oxide fuel cell
JP5396308B2 (en) * 2010-02-26 2014-01-22 株式会社日立製作所 Fuel cell separator and fuel cell
KR101146568B1 (en) * 2010-04-07 2012-05-16 한국과학기술원 Stack of solid oxide fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015028889A (en) 2015-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6167174B2 (en) Gas distribution element for fuel cell, fuel cell, and method for homogenizing flammable gas in gas distribution element for fuel cell
CN107408711B (en) Fuel cell stack
JP6677913B2 (en) Single fuel cell
JP5189405B2 (en) Method for producing solid oxide fuel cell
JP5242985B2 (en) Solid oxide fuel cell
CN104521052B (en) Fuel cell collector plate and the pile structure thing comprising it
JP5254588B2 (en) Solid oxide fuel cell module
JP6161983B2 (en) Fuel cell and fuel cell stack
KR20120021850A (en) Anode supported flat-tube sofc and manufacturing method thereof
JP6204106B2 (en) Fuel cell and fuel cell stack
JP6389133B2 (en) Fuel cell stack
JPH04298963A (en) Solid electrolyte type fuel cell and manufacture thereof
US20110294041A1 (en) Solid oxide fuel cell with special cell geometry
JP6460261B2 (en) Solid oxide fuel cell stack
JP5373668B2 (en) Single cell for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell
JP6125940B2 (en) Fuel cell and fuel cell stack
JP6125941B2 (en) Fuel cell and fuel cell stack
JP6773600B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2016039004A (en) Fuel battery
JP6539179B2 (en) Electrochemical reaction unit cell and electrochemical reaction cell stack
JP2015204219A (en) Fuel cell, and fuel cell stack
JP7096644B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6734707B2 (en) Current collecting member-electrochemical reaction single cell composite and electrochemical reaction cell stack
JP2007273424A (en) Solid oxide fuel cell
JP6734719B2 (en) Method for manufacturing electrochemical reaction single cell and method for manufacturing electrochemical reaction cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160413

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170214

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170215

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170403

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170523

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170626

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: 20170808

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170831

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6204106

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees