JP2006114414A - Gas diffusion supply member for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用のガス拡散供給部材に関し、より詳細には、燃料電池を構成する発電要素へのガス供給を充分なものにして効率的な発電を実現し得るガス拡散供給部材に関するものである。 The present invention relates to a gas diffusion supply member for a fuel cell, and more particularly to a gas diffusion supply member capable of realizing efficient power generation by sufficient gas supply to power generation elements constituting the fuel cell. It is.
燃料電池用のガス拡散供給部材としては、内部に多数のガス流路を形成した中空平板状の電極基板が知られている(例えば、特許文献1参照)。この電極基板は、ガス透過性を有する多孔質材料から成るものであって、その厚み方向において気孔径及び気孔率を異ならせることにより、電極、電解質及び反応ガスの三相界面を増大させて、燃料電池の出力向上を図ったものである。
しかしながら、上記したような従来の電極基板にあっては、ガス流路におけるガス流の方向が電極部分の面に沿う方向となるため、電極部分に充分なガスが透過せず、燃料電池の発電効率が必ずしも充分になるとは言えなかった。また、基板自体が多孔質材料で形成してあるため、その内部にガス流路を設けると、基板の機械的強度が低下するおそれがあり、自動車などの振動を伴う装置・機械に搭載する場合には、破損を防止するために基板の厚みを大きくする必要があるので、燃料電池を構成するべくスタック化した際の積層密度が低くなるという問題点があった。 However, in the conventional electrode substrate as described above, since the gas flow direction in the gas flow path is along the surface of the electrode portion, sufficient gas does not permeate the electrode portion, and the power generation of the fuel cell The efficiency was not always sufficient. In addition, since the substrate itself is made of a porous material, if a gas flow path is provided inside the substrate, the mechanical strength of the substrate may decrease. However, since it is necessary to increase the thickness of the substrate in order to prevent breakage, there has been a problem that the stacking density when the fuel cell is stacked is reduced.
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであり、その目的とするところは、燃料電池を構成する発電要素へのガス供給を充分に行うことが可能であって、燃料電池の発電効率の向上を実現することができ、また、機械的強度に優れると共に、燃料電池を構成した際のスタックの積層密度を高めることができる燃料電池用のガス拡散供給部材を提供することにある。 The present invention has been made by paying attention to the above-described conventional problems, and the object of the present invention is to sufficiently supply gas to the power generation elements constituting the fuel cell, It is possible to provide a gas diffusion supply member for a fuel cell that can improve the power generation efficiency of the fuel cell, has excellent mechanical strength, and can increase the stacking density of the stack when the fuel cell is configured. is there.
本発明の燃料電池用のガス拡散供給部材は、燃料電池の発電要素に対向して酸化ガスや還元ガスを拡散供給する部材であって、一端を開放端とし且つ他端を閉塞端とした複数のガス流路を並設して成る流路基板を備えている。この流路基板は、実質的にガス透過性の無い材料で形成してあると共に、機械的な強度部材としても機能し得る。また、複数のガス流路は、流入用ガス流路と流出用ガス流路を一組として、少なくとも二組を構成する数だけ設けてある。 A gas diffusion supply member for a fuel cell according to the present invention is a member that diffusely supplies an oxidizing gas or a reducing gas facing a power generation element of a fuel cell, and has a plurality of ends with an open end and the other end closed. The gas flow path substrate is provided. The flow path substrate is formed of a material that is substantially non-gas permeable and can also function as a mechanical strength member. In addition, the plurality of gas flow paths are provided in a number that constitutes at least two sets, with the inflow gas flow path and the outflow gas flow path as a set.
そして、全組のうちの一部の組のガス流路に、流路基板の一方の面で開口するガス流通口を設けると共に、残る組のガス流路に、流路基板の他方の面で開口するガス流通口を設け、これにより発電要素の電極面に向けてガスを拡散供給するようにし、さらに、ガス流路と発電要素の間でガスを透過させる多孔質体を備えることにより、当該ガス拡散供給部材と発電要素との間におけるガスの滞留時間を長くする。 Then, a gas flow port that opens on one surface of the flow path substrate is provided in a part of the gas flow paths of the entire set, and the remaining gas flow path is formed on the other surface of the flow path substrate. By providing a gas flow port that opens, thereby diffusing and supplying gas toward the electrode surface of the power generation element, and further including a porous body that allows gas to pass between the gas flow path and the power generation element, The residence time of the gas between the gas diffusion supply member and the power generation element is increased.
本発明の燃料電池用のガス拡散供給部材によれば、燃料電池を構成する発電要素へのガス供給を充分に行うことができ、燃料電池の発電効率の向上を実現することができる。また、流路基板により機械的強度が得られると共に、流路基板の両面側にガスを拡散供給することから、当該ガス拡散供給部材と発電要素とを交互に積層して燃料電池を構成した際に、スタックの積層密度を高めることができ、これにより燃料電池の小型化や高出力化を実現することができる。 According to the gas diffusion supply member for a fuel cell of the present invention, it is possible to sufficiently supply gas to the power generation element constituting the fuel cell, and to improve the power generation efficiency of the fuel cell. In addition, since the mechanical strength is obtained by the flow path substrate and the gas is diffused and supplied to both sides of the flow path substrate, the fuel cell is configured by alternately stacking the gas diffusion supply member and the power generation element. In addition, the stacking density of the stack can be increased, and thereby the fuel cell can be reduced in size and output.
以下、図面に基づいて、本発明に係わる燃料電池用のガス拡散供給部材の実施形態を説明する。図1(a)(b)に示すガス拡散供給部材は、燃料電池の発電要素に対向して酸化ガスや還元ガスを拡散供給する部材であって、一端を開放端とし且つ他端を閉塞端とした複数のガス流路を並設して成る流路基板1を備えている。 Hereinafter, an embodiment of a gas diffusion supply member for a fuel cell according to the present invention will be described based on the drawings. The gas diffusion supply member shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) is a member that diffuses and supplies an oxidizing gas and a reducing gas facing the power generation element of the fuel cell, and has one end as an open end and the other end as a closed end. And a plurality of gas flow paths arranged in parallel.
流路基板1は、片側を閉塞した断面矩形の筒体1aを複数本用い、これらの筒体1aを並列に配置して気密的に接合することで全体を一体化したものであり、各筒体1aによりガス流路を形成している。この流路基板1は、実質的にガス透過性の無い金属等の材料で形成してあって、機械的な強度部材としての機能をも有している。また、複数の筒体1aから成る構成とすることで、ガス流路の数や長さの変更に対処することが容易であり、製造し易いといった利点がある。
The
複数のガス流路は、流入用ガス流路2と流出用ガス流路3を一組として、少なくとも二組を構成する数だけ設けてあり、この実施形態では四組すなわち八本である。そして、各ガス流路2,3は、流路基板1において以下の(1)〜(3)の構成としている。
(1)各ガス流路は、図1(a)において左側となる流路基板1の一端側に、流入用ガス流路2の開放端を向けると共に、図1(a)において右側となる流路基板1の他端側に、流出用ガス流路3の開放端を向けた配置にしてある。
(2)各ガス流路は、四組のうちの二組のガス流路に、流路基板1の一方の面(図1において上面)で開口する流入用及び流出用のガス流通口4,5が設けてあると共に、残る二組のガス流路に、流路基板1の他方の面(図1において下面)で開口する流入用及び流出用のガス流通口4,5が設けてある。
(3)各ガス流路は、流路基板1の一方の面(図1において上面)で開口するガス流通口4,5を有するガス流路と、流路基板1の他方の面(図1において下面)で開口するガス流通口4,5を有するガス流路とが交互に配列してある。
The plurality of gas flow paths are provided as many as at least two sets, with the inflow
(1) Each gas flow path has the open end of the inflow
(2) Each gas flow path has
(3) Each gas flow path includes a gas flow path having
すなわち、各ガス流路は、図1(b)において、左側から一番目の流入用ガス流路2と三番目の流出用ガス流路3が第一組、二番目の流入用ガス流路2と四番目の流出用ガス流路3が第二組、五番目の流入用ガス流路2と七番目の流出用ガス流路3が第三組、六番目の流入用ガス流路2と八番目の流出用ガス流路3が第四組であって、第一組及び第三組の各ガス流路2,3に、上向きの流入用及び流出用のガス流通口4,5が形成してあり、第二組及び第四組の各ガス流路2,3に、下向きの流入用及び流出用のガス流通口4,5が形成してある。
That is, in FIG. 1B, each gas flow path includes a first inflow
なお、この実施形態では、便宜上、二本一組として四組のガス流路を示しているが、本発明のガス拡散供給部材におけるガス流路の数は、流入用と流出用を一組として、少なくともガス流通口4,5の向きが異なる二組を構成する数であって、この際、同一組における流入用及び流出用のガス流路の数を何ら限定していないことから、図示の構成の場合には、第一組と第三組を同一組(四本一組)とし、同じく第二組と第四組を同一組と解釈しても良く、このほか、同一組における流入用ガス流路2の数と流出用ガス流路3の数とを異ならせたり、断面積が異なるガス流路を組合わせたりすることも可能である。
In this embodiment, for convenience, four gas channels are shown as a set of two, but the number of gas channels in the gas diffusion supply member of the present invention is one set for inflow and outflow. In this case, the number of
流入用及び流出用のガス流通口4,5は、ガス流路2,3の長手方向において所定間隔で複数個(図示例では三個)形成してあると共に、ガス流路2,3の長手方向に細長いスリット状を成しており、上記した各ガス流路2,3の配列により、流路基板1の一方の面及び他方の面において、偏在することなく全体にほぼ均等に配置されている。
A plurality of (three in the illustrated example) inflow and outflow
そして、流路基板1は、後記する燃料電池において、上向きの流入用ガス流通口4を有する第一組及び第三組の流入用ガス流路2に還元ガス(燃料)を供給すると共に、下向きの流入用ガス流通口4を有する第二組及び第四組の流入用ガス流路2に酸化ガス(空気)を供給することとし、さらに、ガス流路2,3と発電要素の間でガスを透過させる多孔質体6,7を備えている。
The
多孔質体6,7は、図1(b)に示す如く平板状を成すものであって、流路基板1の上下の面に夫々積層した状態に設けてある。ここで、流路基板1の上面側すなわち発電要素の燃料極側となる多孔質体6には、発泡Ni、発泡銀及び発泡白金などの発泡金属や、Ni−YSG及びNi−SDCなどのサーメットを用いるのが望ましく、これにより耐還元性や耐水蒸気性に優れたものとなる。他方、流路基板1の下面側すなわち発電要素の空気極側となる多孔質体7には、発泡Ni、発泡銀及び発泡白金などの発泡金属や、LSMやLSCなどの空気極材料を焼結したものを用いるのが望ましく、これにより耐酸化性に優れたものとなる。
The
上記構成を備えたガス拡散供給部材は、図1(c)に示すように、発電要素とともに積層して燃料電池を構成し、発電要素間のセパレータとしての機能も有する。燃料電池は、固体電解質型燃料電池であって、電解質層101を空気極層(図中上側)102と燃料極層(図中下側)103とで挟持して成る従来既知の発電要素100を備えている。
As shown in FIG. 1C, the gas diffusion supply member having the above-described structure is stacked with the power generation elements to constitute a fuel cell, and also has a function as a separator between the power generation elements. The fuel cell is a solid oxide fuel cell, and includes a conventionally known
燃料電池は、空気極層102及び燃料極層103と、各層に適した材料から成る多孔質体6,7とが対向するようにして、発電要素100の上下にガス拡散供給部材を配置し、上下のガス拡散供給部材の周縁部間及び発電要素100の外周部を含むようにガラスシールGを施すことにより、酸化ガスの空間と還元ガスの空間とを気密的に分離している。なお、図示の燃料電池は発電可能な最小限の構成であり、実際の燃料電池は発電要素100とガス拡散供給部材とを多段に積層する。
In the fuel cell, gas diffusion supply members are arranged above and below the
上記の燃料電池において、ガス拡散供給装置の各流入用ガス流路2に酸化ガス及び還元ガスを供給すると、これらのガスは、図1(b)中の矢印で示すように、流入用ガス流通口4から多孔質体5,6を透過して各電極(102,103)に拡散供給され、その後、多孔質体5,6及び流出用ガス流通口5を透過して流出用ガス流路3に入り、電池外部へ排出される。
In the fuel cell described above, when the oxidizing gas and the reducing gas are supplied to each
このとき、ガス拡散供給部材は、発電要素100に対向するガス流通口4,5が均等に配置してあり、そのうちの流入用ガス流通口4からガスの流入を行うので、電極面に沿ってガスを流していた従来のものに対して、電極面に向けてガスを拡散供給することとなり、さらに、流入及び流出するガスを多孔質体5,6に透過させることから、発電要素100と当該ガス拡散供給部材との間でのガスの滞留時間を長くすることができる。
At this time, in the gas diffusion supply member, the
これにより、ガス拡散供給部材を用いた燃料電池では、発電要素100の各電極の全面にわたって充分なガス供給が行われることとなり、ガスの利用率が高いものとなり、発電効率の向上を実現することができる。
As a result, in the fuel cell using the gas diffusion supply member, sufficient gas supply is performed over the entire surface of each electrode of the
また、ガス拡散供給部材は、ガス供給のみならず、機械的な強度部材とセパレータの機能を兼ね備えていると共に、単体でその両面側にガス供給を行うことができるので、機械的強度に優れるうえに、多段に積層して燃料電池を構成した際にスタックの積層密度が高いものとなり、これにより燃料電池の小型化や高出力化を実現することができ、自動車などのように振動を伴う装置・機械への搭載に極めて好適なものとなる。 In addition, the gas diffusion supply member has not only gas supply but also a mechanical strength member and a separator function and can supply gas to both sides of the gas singly, so that it has excellent mechanical strength. In addition, when a fuel cell is configured by stacking in multiple stages, the stack density of the stack becomes high, and this enables a reduction in the size and output of the fuel cell. -It is extremely suitable for mounting on machines.
さらに、ガス拡散供給部材は、より好ましい実施形態として、流路基板1を導電性材料で形成することができ、具体的な材料としてSUS系の材料やインコネルなどを用いることができる。
Further, as a more preferred embodiment, the gas diffusion supply member can form the
これにより、ガス拡散供給部材は、集電体としての機能をも備えたものとなり、燃料電池を構成した際のスタックの積層密度のさらなる向上を実現することができ、しかも、Niサーメット等の燃料極材料やLa1−×Sr×MnO3 等の空気極材料である多孔質体を集電体として用いる場合に比べて、機械的強度に優れるとともに低コスト化なども実現し得る。 As a result, the gas diffusion supply member also has a function as a current collector, and can realize further improvement in the stack density of the stack when the fuel cell is configured, and also a fuel such as Ni cermet. in comparison with the case of using the electrode material or La1- × an air electrode material such as Sr × MnO 3 porous body as a current collector may be implemented well as cost reduction with excellent mechanical strength.
そしてさらに、ガス拡散供給部材は、より好ましい実施形態として、流路基板1の表面に貴金属被膜を有するものとすることができ、この場合、流路基板1の材料には、SUS系の材料やインコネル等の導電性材料だけでなく、アルミナなどの絶縁材料を用いることができる。また、貴金属としては、燃料極側に、ニッケル、銀及び白金等を用いることができ、空気極側には、銀や白金等を用いることができる。
Further, as a more preferred embodiment, the gas diffusion supply member can have a noble metal coating on the surface of the
このように、流路基板1の表面に貴金属被膜を設けることにより、耐熱性、耐腐食性及び高い導電性を得ることができ、ガス拡散供給部材を集電体として用いることができると共に、燃料電池の出力向上や安全性(信頼性)の確保などに貢献することができる。
Thus, by providing the noble metal coating on the surface of the
なお、上記の実施形態では、流路基板1の上面側を燃料極側とし、下面側を燃料極側として、還元ガス及び酸化ガスを上下に拡散供給する場合を説明したが、例えば、燃料電池において、上下の発電要素を同極同士が対向するように積層してある場合には、流路基板1に酸化ガス及び還元ガスのいずれか一方を供給して、その上下の同極に同じガスを拡散供給することができる。
In the above embodiment, the case where the upper surface side of the
図2は、本発明に係わる燃料電池用のガス拡散供給部材の他の実施形態を説明する図である。図示のガス拡散供給部材は、先の実施形態では流路基板に平板状の多孔質体を積層していたのに対して、流路基板1において、各ガス流路2,3に長尺状のガス流通口4,5を一つ形成し、各ガス流通口4,5の内部に多孔質体6,7を設けている。
FIG. 2 is a view for explaining another embodiment of a gas diffusion supply member for a fuel cell according to the present invention. In the previous embodiment, the gas diffusion supply member shown in the figure has a plate-like porous body laminated on the flow path substrate.
各ガス流通口4,5は、図2(b)に一部を拡大して示すように、ガス流路外側を長辺とする断面台形状に形成してあり、この形状に合致するように成形した多孔質体6,7を嵌合固定している。この場合、多孔質体6,7は、嵌合するだけでガス流通口4,5に接着しなくても良いし、セラミックスボンドやろう付けにより接着しても良く、また、ガス流通口4,5及び多孔質体6,7を上記の如く断面台形状にしたので、多孔質体6,7がガス流路2,3内に脱落する心配はない。
Each
上記構成を備えたガス拡散供給部材は、先の実施形態のものと同様の効果を得ることができるうえに、図1(c)と図2(c)とを比較すれば明らかなように、多孔質体6,7の分だけ厚みを小さくすることができ、発電要素とともに多段に積層して燃料電池を構成した際のスタックの積層密度をより高めることができ、燃料電池のさらなる小型化や高出力化に貢献することができる。
The gas diffusion supply member having the above configuration can obtain the same effect as that of the previous embodiment, and as is clear by comparing FIG. 1 (c) and FIG. 2 (c), The thickness can be reduced by the amount of the
図3は、本発明に係わる燃料電池用のガス拡散供給部材のさらに他の実施形態を説明する図である。ガス拡散供給部材を構成する図示の流路基板1は、図の上下方向において、上向きの流入用ガス流通口4を有する流入用ガス流路2と、下向きの流入用ガス流通口4を有する流入用ガス流路2とを、閉塞端同士で連結して直線状に配置すると共に、上向きの流出用ガス流通口5を有する流出用ガス流路3と、下向きの流出用ガス流通口5を有する流出用ガス流路3とを、閉塞端同士で連結して直線状に配置している。
FIG. 3 is a view for explaining still another embodiment of a gas diffusion supply member for a fuel cell according to the present invention. The illustrated
また、図の左右方向においては、上向きの流入用ガス流通口4を有する流入用ガス流路2と、下向きの流出用ガス流通口5を有する流出用ガス流路3の開放端同士が隣接する配置にすると共に、上向きの流出用ガス流通口5を有する流出用ガス流路2と、下向きの流入用ガス流通口4を有する流入用ガス流路3の開放端同士が隣接する配置にしてある。なお、流路基板1は図示しない多孔質体を備えている。
Further, in the left-right direction in the figure, the open ends of the
流路基板1は、上記構成により、上向きのガス流通口4,5を有するガス流路2,3では、図中の矢印で示すように、例えば酸化ガスが図の上側から下側に流通し、また、下向きのガス流通口4,5を有するガス流路2,3では、同じく矢印で示すように、例えば還元ガスが図の下側から上側に流通する。
As shown by the arrows in the figure, for example, the oxidizing gas circulates from the upper side to the lower side of the
ここで、燃料電池内を流通するガスは、電気化学反応を生じる発電要素を経ることで、流入側に比べて流出側で温度が高くなる。そこで、当該ガス拡散供給部材では、上記したように、流入用ガス流路2と流出用ガス流路3の開放端同士が隣接する配列することで、低温ガスが流通する流入用ガス流路2と、高温ガスが流通する流出用ガス流路3との間で熱交換を行い、これにより全体の温度分布の均一化を図るようにしている。
Here, the gas flowing through the fuel cell has a higher temperature on the outflow side than the inflow side by passing through a power generation element that generates an electrochemical reaction. Therefore, in the gas diffusion supply member, as described above, the open ends of the
なお、上記構成では、上向きの流入用ガス流通口4を有する流入用ガス流路2と、下向きの流出用ガス流通口5を有する流出用ガス流路3の開放端同士が隣接する配置、すなわち低温の還元ガスと高温の酸化ガスとの間で熱交換を行う配置としたが、熱交換を行う構成としては、上向きのガス流通口4,5を有する流入用及び流出用のガス流路2,3の開放端同士が隣接する配置、すなわち同一のガスの間で熱交換を行う配置とすることも可能である。
In the above configuration, the
図4は、本発明に係わる燃料電池用のガス拡散供給部材のさらに他の実施形態を説明する図である。すなわち、ガス拡散供給部材における流路基板1のガス流路(筒体1a)2,3は、先の実施形態で説明した断面矩形状のほか、図4(a)に示すように断面台形状としたり、図4(b)に示すように断面三角形状にしたり、図4(c)に示すように断面円形状にしたりすることができ、それ以外の断面形状にすることも可能である。
FIG. 4 is a view for explaining still another embodiment of a gas diffusion supply member for a fuel cell according to the present invention. That is, the gas flow paths (
ガス流路2,3を断面台形状及び断面三角形状にした場合には、隣接する流路同士の形状が上下逆になるように配列してあり、この場合には、ガス流通口4,5の有効面積を大きくすることができ、とくに流入用ガス流通口4により発電要素へのガス供給をより充分なものにして、発電効率のさらなる向上に貢献し得る。
When the
また、ガス流路2,3を断面円形状にした場合には、熱膨張などの応力に対して耐久性がより高いものとなり、機械的強度のさらなる向上を実現することができ、さらに、流入用ガス流通口4と流出用ガス流通口5とを互いに相反する向きに形成することで、流路基板1と発電要素の間におけるガスの滞留時間をより長くすることができ、発電効率のさらなる向上に貢献し得る。
In addition, when the
図5は、本発明に係わる燃料電池用のガス拡散供給部材のさらに他の実施形態を説明する図である。図示のガス拡散供給部材は、先の実施形態では、全てのガス流路に同数のガス流通口を設けていたのに対して、流入用ガス流路2が、長手方向に所定間隔で複数の流入用ガス流通口4を有していると共に、この流入用ガス流路2と組を成す流出用ガス流路3が、隣接する二つの流入用ガス流通口4からほぼ等距離の位置に流出用ガス流通口5を有するものとなっている。
FIG. 5 is a view for explaining still another embodiment of a gas diffusion supply member for a fuel cell according to the present invention. In the gas diffusion supply member shown in the previous embodiment, the same number of gas flow ports are provided in all the gas flow paths, whereas the inflow
すなわち、図示のように流入用ガス流路2に二つの流入用ガス流通口4が形成してある場合では、流出用ガス流路3には、二つの流入用ガス流通口4の中央に対応する位置に一つの流出用ガス流通口5が形成してある。したがって、流入用ガス流路2により多くの流入用ガス流通口4を形成する場合には、流出用ガス流路3には、それよりも一つ少ない数の流出用ガス流通口5が形成されることになり、流入用ガス流路2と流出用ガス流路3に対してガス流通口4,5を千鳥状に配置する。
That is, when two inflow
上記のガス拡散供給部材では、流路基板1において、流入用ガス流通口4から流出用ガス流通口5までの距離をできるだけ長くすることで、流路基板1と発電要素の間におけるガスの滞留時間をより長くして、ガスが流れない領域の発生を解消し、発電効率のさらなる向上に貢献し得る。
In the gas diffusion supply member described above, in the
図6は、本発明に係わる燃料電池用のガス拡散供給部材のさらに他の実施形態を説明する図である。図示のガス拡散供給部材は、流路基板1の流入用ガス流路2が、開放端から長手方向に延在する仕切り板8を備えている。この仕切り板8は、流入用ガス流路2の開放端を、ガス流通口側(図中において上側)の閉塞部9aと、反ガス流通口側(図中において下側)の開放部9bに区画している。
FIG. 6 is a view for explaining still another embodiment of a gas diffusion supply member for a fuel cell according to the present invention. The illustrated gas diffusion supply member includes a partition plate 8 in which an
上記のガス拡散供給部材では、流入用ガス流路2の開放部9bに対してガスを供給すると、仕切り板8により流れ規制されたガスが流入用ガス流路2の中間部を経て各流入用ガス流通口4に向かうこととなるので、各流入用ガス流通口4から均一にガスを吐出させることができ、これにより電極に対してガスをより均一に拡散供給することができ、燃料電池の発電効率のさらなる向上に貢献し得るものとなる。
In the gas diffusion supply member described above, when gas is supplied to the
(実施例1)
ガス流路を形成する筒体として、断面が内辺5mm、外辺6mmの正方形状であり、長さが72mmであるSUS430製の角型パイプを使用した。この実施例では筒体を十二本用意し、各筒体は、片側の端部に同筒体と同材料の部材を溶接により固定し、一端を開放端とし且つ他方を閉塞端とした。また、各筒体の一つの面には、開放端から8mm、28mm及び48mmの位置に、夫々の位置を端部とする4mm×4mmのガス流通口を形成した。
Example 1
As the cylinder forming the gas flow path, a square pipe made of SUS430 having a square shape with a cross section of 5 mm inside and 6 mm outside and 72 mm in length was used. In this embodiment, twelve cylinders were prepared, and each cylinder was fixed to the end of one side by welding a member of the same material as that of the cylinder, with one end being an open end and the other being a closed end. In addition, on each surface of each cylinder, a 4 mm × 4 mm gas circulation port with each position as an end was formed at a position of 8 mm, 28 mm, and 48 mm from the open end.
次に、図1(a)(b)に示す配列に基づいて、十二本の筒体を溶接により接続してこれを流路基板とし、図1(b)に示すように、流路基板の燃料極側となる面に、発泡ニッケルから成る平板状の多孔質体(縦70mm×横70mm×厚み100μm)を積層すると共に、流路基板の空気極側となる面に、発泡銀から成る平板状の多孔質体(縦70mm×横70mm×厚み100μm)を積層して、ガス拡散供給部材を作成した。
Next, based on the arrangement shown in FIGS. 1A and 1B, twelve cylinders are connected by welding to form a flow path substrate. As shown in FIG. A flat porous body made of foamed nickel (length 70 mm × width 70 mm ×
また、YSZ製の電解質層、LSC製の空気極層及びNiO−YSZ製の燃料極層から成る発電要素を作成し、この発電要素を二枚のガス拡散供給部材で挟持して、図1(c)に示す燃料電池を作成した。 Further, a power generation element composed of an electrolyte layer made of YSZ, an air electrode layer made of LSC, and a fuel electrode layer made of NiO-YSZ was created, and this power generation element was sandwiched between two gas diffusion supply members, and FIG. The fuel cell shown in c) was prepared.
そして、比較例として、ガス流路の両端を開放端とした以外は上記実施例と同一構成にしたガス拡散供給部材を作成し、発電要素とともに同様の燃料電池を作成し、この比較例の燃料電池と実施例1の燃料電池の発電実験を行った。 As a comparative example, a gas diffusion supply member having the same configuration as that of the above example except that both ends of the gas flow path are open ends is created, and a similar fuel cell is created together with a power generation element. A power generation experiment of the battery and the fuel cell of Example 1 was performed.
その結果、実施例1の燃料電池では、比較例に比べて、燃料極の還元時間が約半分になり、燃料還元後0.7Vの取り出し電圧でより高い燃料利用率となることが判明した。つまり、比較例では、ガス流路の両端が開放端であるため、電極へのガス供給が不充分なものとなり、これに対して、実施例1のガス拡散供給部材では、電極へのガス供給が充分に行われており、燃料電池の発電効率が高められることを確認した。 As a result, in the fuel cell of Example 1, it was found that the reduction time of the fuel electrode was about half that of the comparative example, and that a higher fuel utilization rate was obtained at a take-out voltage of 0.7 V after fuel reduction. That is, in the comparative example, since both ends of the gas flow path are open ends, the gas supply to the electrode is insufficient, whereas the gas diffusion supply member of Example 1 supplies the gas to the electrode. It was confirmed that the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
(実施例2)
筒体におけるガス流通口を一つとし、その大きさを4mm×56mmとした以外は、実施例1と同様にして図2(a)(b)に示す流路基板を形成した。このとき、ガス流通口は、図2(b)の拡大図に示すように断面台形状とした。そして、流路基板の燃料極側となるガス流通口に、発泡金属から成る多孔質体を嵌合してろう付けにより固定すると共に、流路基板の空気極側となるガス流通口に、サーメットから成る多孔質体を嵌合してセラミックボンドで固定して、ガス拡散供給部材を作成した。その後、実施例1と同様の発電要素を二枚のガス拡散供給部材で挟持して、図2(c)に示す燃料電池を作成した。
(Example 2)
A flow path substrate shown in FIGS. 2A and 2B was formed in the same manner as in Example 1 except that there was one gas circulation port in the cylinder and the size was 4 mm × 56 mm. At this time, the gas circulation port had a trapezoidal cross section as shown in the enlarged view of FIG. A porous body made of foam metal is fitted into the gas flow port on the fuel electrode side of the flow path substrate and fixed by brazing, and the cermet is connected to the gas flow port on the air electrode side of the flow path substrate. A porous body composed of the above was fitted and fixed with a ceramic bond to prepare a gas diffusion supply member. Thereafter, a power generation element similar to that in Example 1 was sandwiched between two gas diffusion supply members, and a fuel cell shown in FIG.
実施例2の燃料電池にあっても、実施例1と同様の効果を得ることができ、とくに、多孔質体の積層を行わないことから、燃料電池を作成する際のガスシールが容易であり、接触抵抗も低減し得ることを確認した。 Even in the fuel cell of Example 2, the same effect as that of Example 1 can be obtained, and in particular, since the porous body is not laminated, gas sealing when creating the fuel cell is easy. It was confirmed that the contact resistance could be reduced.
(実施例3)
流入用ガス流路には、開放端から8mm及び48mmの位置に、夫々の位置を端部とする4mm×4mmの流入用ガス流通口を形成し、流出用ガス流路には、開放端から28mmの位置に、同位置を端部とする4mm×4mmの流出用ガス流通口を形成した以外は、実施例1と同様にして図5に示す流路基板を形成した。そして、流路基板の両面に実施例1と同様の平面状の多孔質体を積層してガス拡散供給部材とした後、発電要素を二枚のガス拡散供給部材で挟持して燃料電池を作成した。
(Example 3)
The inflow gas flow channel is formed with 4 mm × 4 mm inflow gas flow ports with the respective ends as 8 mm and 48 mm from the open end, and the outflow gas flow channel from the open end. The flow path substrate shown in FIG. 5 was formed in the same manner as in Example 1 except that a 4 mm × 4 mm outflow gas circulation port having the end at the position was formed at a position of 28 mm. Then, a planar porous body similar to that in Example 1 is laminated on both surfaces of the flow path substrate to form a gas diffusion supply member, and then a power generation element is sandwiched between the two gas diffusion supply members to produce a fuel cell. did.
実施例3の燃料電池にあっては、実施例1と比べると、取り出し電圧0.7Vで燃料利用率が1.05倍になることが判明し、上記の如くガス流通口の位置を工夫することで、発電要素とガス拡散供給部材との間におけるガスの滞留時間がより長くなり、ガスの利用率が一層高められることを確認した。 In the fuel cell of Example 3, it was found that the fuel utilization rate was 1.05 times at the extraction voltage of 0.7 V compared to Example 1, and the position of the gas circulation port was devised as described above. As a result, it was confirmed that the residence time of the gas between the power generation element and the gas diffusion supply member becomes longer and the utilization rate of the gas is further increased.
(実施例4)
流入用ガス流路の内部に図6に示す仕切り板を設けた以外は、実施例1と同様にした。すなわち、流入用ガス流路を形成する筒体の両端に、同筒体と同じ材料から成る部材を溶接により固定した後、一方の部材の片側半分にドリルで縦1.9mm×横4mmの孔を形成してこれを開放部とし、残る片側半分を閉塞部とした。その後、筒体の端部において、開放部と閉塞部の間に切口を形成し、この切口に仕切り板(縦25mm×横5mm×厚み0.2mm)を嵌合して溶接で固定した。そして、流路基板の両面に実施例1と同様の平面状の多孔質体を積層してガス拡散供給部材とした後、発電要素を二枚のガス拡散供給部材で挟持して燃料電池を作成した。
Example 4
Example 1 was performed except that the partition plate shown in FIG. 6 was provided inside the inflow gas passage. That is, a member made of the same material as the cylinder is fixed to both ends of the cylinder forming the inflow gas flow path by welding, and then a hole of 1.9 mm in length × 4 mm in width is drilled in one half of one member Was formed as an open portion, and the remaining half on one side was defined as a closed portion. Then, a cut was formed between the open part and the closed part at the end of the cylinder, and a partition plate (vertical 25 mm ×
実施例4の燃料電池にあっては、実施例1に比べて、発電要素の温度分布がより均一になり、なお且つ取り出し電圧0.7Vで燃料利用率が1.06倍になることが判明し、流入用ガス流路に形成した三つのガス流通口からのガス供給がより均一になることを確認した。 In the fuel cell of Example 4, it was found that the temperature distribution of the power generation element was more uniform than that of Example 1, and the fuel utilization rate was 1.06 times at the extraction voltage of 0.7 V. Then, it was confirmed that the gas supply from the three gas circulation ports formed in the inflow gas flow path becomes more uniform.
1 流路基板
1a 筒体
2 流入用ガス流路
3 流出用ガス流路
4 流入用ガス流通口
5 流出用ガス流通口
6 燃料極側の多孔質体
7 空気極側の多孔質体
8 仕切り板
9a 開放部
9b 閉塞部
100 発電要素
101 電解質層
102 空気極層
103 燃料極層
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CN110592415A (en) * | 2019-10-21 | 2019-12-20 | 常德力元新材料有限责任公司 | Three-dimensional porous foam nickel-silver composite material |
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- 2004-10-18 JP JP2004302442A patent/JP2006114414A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010084745A1 (en) * | 2009-01-23 | 2010-07-29 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell |
JP2010170896A (en) * | 2009-01-23 | 2010-08-05 | Toyota Motor Corp | Fuel cell |
CN102292860A (en) * | 2009-01-23 | 2011-12-21 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell |
US8221932B2 (en) | 2009-01-23 | 2012-07-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell |
CN110592415A (en) * | 2019-10-21 | 2019-12-20 | 常德力元新材料有限责任公司 | Three-dimensional porous foam nickel-silver composite material |
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