[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2019083180A - Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack - Google Patents

Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack Download PDF

Info

Publication number
JP2019083180A
JP2019083180A JP2017211522A JP2017211522A JP2019083180A JP 2019083180 A JP2019083180 A JP 2019083180A JP 2017211522 A JP2017211522 A JP 2017211522A JP 2017211522 A JP2017211522 A JP 2017211522A JP 2019083180 A JP2019083180 A JP 2019083180A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
electrochemical reaction
side contact
protrusion
current collector
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.)
Granted
Application number
JP2017211522A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6773628B2 (en
Inventor
濱谷 正吾
Shogo Hamatani
正吾 濱谷
吉晃 佐藤
Yoshiaki Sato
吉晃 佐藤
健太 眞邉
Kenta Manabe
健太 眞邉
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.)
Niterra 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 JP2017211522A priority Critical patent/JP6773628B2/en
Publication of JP2019083180A publication Critical patent/JP2019083180A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6773628B2 publication Critical patent/JP6773628B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

To improve supply efficiency of a gas to an electrode, and reduce electric resistance of a contact position of a projection part and a junction part.SOLUTION: An electrochemical reaction unit comprises: a unit cell including an electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction while sandwiching the electrolyte layer between the air electrode and the fuel electrode; a collector member that is arranged on one electrode side of the air electrode and the fuel electrode of the unit cell, and includes a projection part projecting to the one electrode; and a conductive junction part joining the projection part to the one electrode. In at least one cross section in parallel with a first direction including the projection part, the junction part and the one electrode, at least one end of both ends of an electrode side contact wire in contact with the one electrode in the junction part is included within a projection range where the projection part is projected onto the one electrode. A projection part side contact wire in contact with the projection part in the junction part is extended to a corner part of the projection part, and the length of the projection part side contact wire is longer than that of the electrode side contact wire.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単位に関する。   The technology disclosed by the present specification relates to an electrochemical reaction unit.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の1つとして、固体酸化物を含む電解質層を備える固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」ともいう)が知られている。SOFCの発電の最小単位である燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」ともいう)は、電解質層と電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、単セルで発生した電力を集めるために単セルの空気極側および燃料極側のそれぞれに配置される導電性の集電部材とを備える。一般に、単セルの空気極側に配置される集電部材は、空気極に向けて突出する突出部を有する。空気極と集電部材の突出部とが導電性の接合部によって接合されることにより、空気極と集電部材とが電気的に接続される。   A solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as “SOFC”) provided with an electrolyte layer containing solid oxide is one of the types of fuel cells that generate electricity using the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen. Are known. The fuel cell power generation unit (hereinafter, also simply referred to as “power generation unit”), which is the minimum unit of SOFC power generation, is a single unit including an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in the first direction across the electrolyte layer. A cell and conductive current collectors disposed on the air electrode side and the fuel electrode side of the unit cell to collect power generated in the unit cell. In general, the current collecting member disposed on the air electrode side of the unit cell has a protrusion projecting toward the air electrode. The air electrode and the current collecting member are electrically connected by joining the air electrode and the protruding portion of the current collecting member by the conductive joint.

従来、接合部の第1の方向に直交する第2の方向の幅が、該接合部の第1の方向の全長にわたって比較的に狭い構成が知られている(例えば特許文献1参照)。具体的には、この接合部の幅が狭い構成では、突出部と接合部と空気極とを含む第1の方向に平行な断面において、接合部の第2の方向の幅が、突出部の第2の方向の幅より狭く、かつ、接合部における第2の方向の両端部が第1の方向に略平行である。また、従来、接合部の第2の方向の幅が、該接合部の第1の方向の全長にわたって比較的に広い構成が知られている(例えば特許文献2参照)。具体的には、この接合部の幅が広い構成では、突出部と接合部と空気極とを含む第1の方向に平行な断面において、接合部の第2の方向の幅が、突出部の第2の方向の幅より広く、かつ、空気極に向かうにつれて、接合部の第2の方向の幅が広くなっている。   Conventionally, a configuration is known in which the width in the second direction orthogonal to the first direction of the joint is relatively narrow over the entire length in the first direction of the joint (see, for example, Patent Document 1). Specifically, in the configuration in which the width of the joint is narrow, the width in the second direction of the joint in the cross section parallel to the first direction including the projection, the joint, and the air electrode is The width of the joint in the second direction is smaller than the width in the second direction, and both ends of the joint in the second direction are substantially parallel to the first direction. Also, conventionally, a configuration is known in which the width in the second direction of the bonding portion is relatively wide over the entire length in the first direction of the bonding portion (see, for example, Patent Document 2). Specifically, in the configuration in which the width of the joint is wide, in the cross section parallel to the first direction including the projection, the joint and the air electrode, the width in the second direction of the joint is The width of the junction in the second direction is wider as the width is wider than the width in the second direction and toward the air electrode.

国際公開第2016/152924号WO 2016/152924 特開2016−24996号公報JP, 2016-24996, A

上述した接合部の幅が狭い構成では、突出部と接合部との接触面積が比較的に小さいため、突出部と接合部との接触箇所の特定部位に電流が集中的に流れることによって突出部が損傷するおそれがある。また、接合部の幅が広い構成では、突出部と接合部との接触面積が比較的に大きいため、電流集中による突出部の損傷を抑制できるが、接合部の幅が広い分だけ、空気極のうち空気室への露出部分の表面積が狭いため、該空気室に供給されたガスの空気極への供給効率が低下するおそれがある。   In the configuration in which the width of the joint is narrow, the contact area between the projection and the joint is relatively small, and current flows intensively at a specific part of the contact point between the projection and the joint. May be damaged. Further, in the configuration in which the width of the joint is wide, the contact area between the projection and the joint is relatively large, and therefore damage to the projection due to current concentration can be suppressed. Among the above, since the surface area of the exposed portion to the air chamber is narrow, the supply efficiency of the gas supplied to the air chamber to the air electrode may be reduced.

なお、このような問題は、単セルの燃料極側に配置される集電部材が有する突出部と燃料極とが導電性の接合部によって接合される構成にも共通の課題である。また、このような問題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」ともいう)の最小単位である電解セル単位にも共通の課題である。なお、本明細書では、発電単位と電解セル単位とをまとめて電気化学反応単位と呼ぶ。   Such a problem is also common to the configuration in which the protruding portion of the current collecting member disposed on the fuel electrode side of the unit cell and the fuel electrode are joined by the conductive joint portion. Such a problem is also common to the electrolytic cell unit, which is the smallest unit of the solid oxide electrolytic cell (hereinafter also referred to as "SOEC") that generates hydrogen by utilizing the electrolysis reaction of water. It is a task. In the present specification, the power generation unit and the electrolysis cell unit are collectively referred to as an electrochemical reaction unit.

本明細書では、上述した課題の少なくとも1つを解決することが可能な技術を開示する。   The present specification discloses a technology that can solve at least one of the above-described problems.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。   The technology disclosed in the present specification can be realized, for example, as the following form.

(1)本明細書に開示される電気化学反応単位は、固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む単セルと、前記単セルの前記空気極および前記燃料極の一方の電極側に配置され、前記一方の電極に向けて突出する突出部を有する集電部材と、前記突出部と前記一方の電極とを接合する導電性の接合部と、を備える電気化学反応単位において、前記突出部と前記接合部と前記一方の電極とを含む前記第1の方向に平行な少なくとも1つの断面において、前記接合部のうち、前記一方の電極に接触する電極側接触線の両端のうちの少なくとも一方の端は、前記突出部を前記一方の電極上に投影した投影範囲内に含まれており、前記接合部のうち、前記突出部に接触する突出部側接触線は、前記突出部の角部まで延びており、かつ、前記突出部側接触線の長さは、前記電極側接触線の長さより長い。本電気化学反応単位では、突出部と接合部と一方の電極とを含む第1の方向に平行な少なくとも1つの断面において、接合部のうち、一方の電極に接触する電極側接触線の両端のうちの少なくとも一方の端は、突出部を一方の電極上に投影した投影範囲内に含まれている。このため、電極側接触線の両端が投影範囲外にはみ出している構成に比べて、電極のうち該電極に面するガス室への露出部分の表面積が広いため、該ガス室に供給されたガスの電極への供給効率の向上を図ることができる。また、本電気化学反応単位では、接合部のうち、突出部に接触する突出部側接触線は、前記突出部の角部まで延びており、突出部側接触線の長さは、電極側接触線の長さより長い。このため、突出部側接触線が突出部の角部まで延びていない構成や、突出部側接触線が電極側接触線より短い構成に比べて、突出部と接合部との接触箇所の電気抵抗が低いため、例えば、突出部と接合部との接触箇所の特定部位に電流が集中的に流れることによって突出部が損傷することを抑制することができる。すなわち、本電気化学反応単位によれば、ガス室に供給されたガスの電極への供給効率の向上を図るとともに、突出部と接合部との接触箇所の電気抵抗を低減することができる。 (1) A single cell comprising an electrolyte layer containing a solid oxide, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction across the electrolyte layer, the electrochemical reaction unit disclosed in the present specification. A current collecting member disposed on the side of one of the air electrode and the fuel electrode of the unit cell and having a protruding portion protruding toward the one electrode; and the protruding portion and the one electrode And at least one cross section parallel to the first direction including the protrusion, the joint, and the one electrode, in an electrochemical reaction unit including a conductive joint to be joined. Among them, at least one end of the both ends of the electrode-side contact line in contact with the one electrode is included in a projection range obtained by projecting the protrusion onto the one electrode, , The side of the protrusion contacting the protrusion Sawasen extends to the corner portion of the projecting portion, and the length of the protrusion side contact line is longer than the length of the electrode side contact line. In the electrochemical reaction unit, in at least one cross section parallel to the first direction including the protrusion, the junction, and one of the electrodes, one of the junctions at both ends of the electrode-side contact line in contact with the one electrode. At least one end of the one is included in a projection range in which the projection is projected onto one of the electrodes. Therefore, the surface area of the exposed portion of the electrode facing the gas chamber is wider than that of the configuration in which both ends of the electrode-side contact line protrude outside the projection range, so the gas supplied to the gas chamber It is possible to improve the supply efficiency of the Further, in the present electrochemical reaction unit, the protrusion-side contact line in contact with the protrusion in the joint extends to the corner of the protrusion, and the length of the protrusion-side contact line is the electrode-side contact Longer than the length of the line. For this reason, the electrical resistance of the contact portion between the protrusion and the joint is higher than in the configuration in which the protrusion-side contact wire does not extend to the corner of the protrusion or the configuration in which the protrusion-side contact wire is shorter than the electrode-side contact wire. Therefore, for example, it is possible to suppress damage to the protrusion due to the current flowing intensively to the specific portion of the contact point between the protrusion and the joint. That is, according to the present electrochemical reaction unit, it is possible to improve the supply efficiency of the gas supplied to the gas chamber to the electrode, and to reduce the electrical resistance at the contact portion between the protrusion and the joint.

(2)上記電気化学反応単位において、前記少なくとも1つの断面において、前記接合部は、前記突出部側接触線の端から、前記突出部側接触線の中心に向かうにつれて、前記一方の電極と前記接合部との距離が短くなるように傾斜する傾斜部分を、少なくとも一部に含んでいる構成としてもよい。本電気化学反応単位では、接合部は、突出部側接触線の端から、該突出部側接触線の中心に向かうにつれて、電極と接合部との距離が短くなるように傾斜する傾斜部分を含んでいる。これにより、接合部が傾斜部分を含んでいない構成に比べて、傾斜部分に沿ってガスが電極に供給されやすくなるため、ガス室に供給されたガスの電極側への供給効率を向上させることができる。 (2) In the electrochemical reaction unit, in the at least one cross section, the joint portion extends from the end of the protrusion-side contact line toward the center of the protrusion-side contact line, It is good also as composition which includes an inclined portion which inclines so that distance with a joined part may become short at least in part. In the electrochemical reaction unit, the junction includes an inclined portion which is inclined so that the distance between the electrode and the junction becomes shorter from the end of the protrusion-side contact line toward the center of the protrusion-side contact line. It is. As a result, the gas can be more easily supplied to the electrode along the sloped portion as compared with a configuration in which the bonding portion does not include the sloped portion, thereby improving the supply efficiency of the gas supplied to the gas chamber to the electrode side. Can.

(3)上記電気化学反応単位において、前記少なくとも1つの断面において、前記接合部の厚さは、前記突出部側接触線の端から、前記突出部側接触線の中心に向かうにつれて厚くなっている構成としてもよい。本電気化学反応単位では、傾斜部分における接合部の厚さは、突出部側接触線の端から該突出部側接触線の中心に向かうにつれて厚くなっている。つまり、接合部における電極側の部分の第1の方向に直交する方向(以下、「横方向」という)の幅は、突出部側の部分の横方向の幅よりも狭くなっている。これにより、傾斜部分における接合部の厚さが突出部側接触線の端から略均一である構成に比べて、電極のうちの該電極に面するガス室への露出部分の表面積が広いため、ガス室に供給されたガスの電極への供給効率をさらに向上させることができる。 (3) In the electrochemical reaction unit, in the at least one cross section, the thickness of the bonding portion increases from the end of the protrusion-side contact line toward the center of the protrusion-side contact line It is good also as composition. In the electrochemical reaction unit, the thickness of the joint in the inclined portion increases from the end of the protrusion-side contact line toward the center of the protrusion-side contact line. That is, the width in a direction (hereinafter, referred to as “lateral direction”) orthogonal to the first direction of the portion on the electrode side in the bonding portion is narrower than the width in the lateral direction of the portion on the protruding portion side. Thereby, the surface area of the exposed portion of the electrode facing the gas chamber is wider than in the configuration in which the thickness of the bonding portion in the inclined portion is substantially uniform from the end of the protrusion-side contact line, The supply efficiency of the gas supplied to the gas chamber to the electrode can be further improved.

(4)上記電気化学反応単位において、前記少なくとも1つの断面において、前記接合部は、前記投影範囲内に含まれる前記電極側接触線の前記少なくとも一方の端と、前記突出部側接触線との間に位置する外周線を含んでおり、前記外周線上の第1の位置における第1の接線の前記一方の電極に対する第1の傾斜角度と、前記外周線上の前記第1の位置と前記電極側接触線との間の第2の位置における第2の接線の前記一方の電極に対する第2の傾斜角度と、前記外周線上の前記第1の位置と前記第2の位置との間の第3の位置における第3の接線の前記一方の電極に対する第3の傾斜角度との大小関係は、前記第3の傾斜角度<前記第1の傾斜角度、および、前記第3の傾斜角度<前記第2の傾斜角度、の両方を満たす構成としてもよい。本電気化学反応単位では、外周線上の第3の位置における第3の接線の電極に対する第3の傾斜角度は、外周線の第1の位置における第1の接線の電極に対する第1の傾斜角度より小さい。これにより、第3の傾斜角度が第1の傾斜角度以上である構成に比べて、外周線に沿ってガスが電極に供給されやすくなるため、ガス室に供給されたガスの電極側への供給効率を向上させることができる。また、第3の傾斜角度は、外周線の第2の位置における第2の接線の電極に対する第2の傾斜角度より小さい。これにより、第3の傾斜角度が第2の傾斜角度以上である構成に比べて、電極側接触線が短くなるため、電極の露出部分の面積を広く確保できる。 (4) In the electrochemical reaction unit, in the at least one cross section, the bonding portion includes the at least one end of the electrode-side contact line included in the projection range and the protrusion-side contact line A first inclination angle with respect to the one electrode of the first tangent at a first position on the outer peripheral line, the first position on the outer peripheral line, and the electrode side. A second tilt angle with respect to the one electrode of the second tangent at a second position between the contact line and a third position between the first position and the second position on the outer peripheral line The magnitude relation between the third tangent angle at the position and the third inclination angle with respect to the one electrode is such that the third inclination angle <the first inclination angle, and the third inclination angle <the second It may be configured to satisfy both of the inclination angle,In the electrochemical reaction unit, the third inclination angle with respect to the third tangential electrode at the third position on the outer peripheral line is greater than the first inclination angle with respect to the first tangential electrode at the first position of the outer peripheral line small. Thereby, the gas is more easily supplied to the electrode along the outer peripheral line as compared to the configuration in which the third inclination angle is equal to or more than the first inclination angle, so the supply of the gas supplied to the gas chamber to the electrode side Efficiency can be improved. Also, the third inclination angle is smaller than the second inclination angle with respect to the second tangential electrode at the second position of the outer peripheral line. As a result, the electrode-side contact line becomes shorter as compared to the configuration in which the third inclination angle is equal to or greater than the second inclination angle, and therefore, the area of the exposed portion of the electrode can be secured widely.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池発電単位、複数の燃料電池発電単位を備える燃料電池スタック、燃料電池スタックを備える発電モジュール、発電モジュールを備える燃料電池システム、電解セル単位、複数の電解セル単位を備える電解セルスタック、電解セルスタックを備える水素生成モジュール、水素生成モジュールを備える水素生成システム等の形態で実現することが可能である。   The technology disclosed in the present specification can be realized in various forms, for example, a fuel cell power generation unit, a fuel cell stack including a plurality of fuel cell power generation units, and a power generation module including a fuel cell stack. A fuel cell system including a power generation module, an electrolysis cell unit, an electrolysis cell stack including a plurality of electrolysis cell units, a hydrogen generation module including an electrolysis cell stack, and a hydrogen generation system including a hydrogen generation module It is.

実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing the appearance composition of fuel cell stack 100 in an embodiment. 発電単位102の構成を概略的に示す説明図(XZ断面図)である。It is explanatory drawing (XZ sectional drawing) which shows the structure of the electric power generation unit 102 roughly. 発電単位102の構成を概略的に示す説明図(YZ断面図)である。It is explanatory drawing (YZ sectional drawing) which shows the structure of the electric power generation unit 102 roughly. 発電単位102の構成を概略的に示す説明図(XY断面図)である。FIG. 3 is an explanatory view (XY cross-sectional view) schematically showing a configuration of a power generation unit 102. 発電単位102の構成を概略的に示す説明図(XY断面図)である。FIG. 3 is an explanatory view (XY cross-sectional view) schematically showing a configuration of a power generation unit 102. 図3におけるX1部分(集電体要素135、接合層138および空気極114)の構成を拡大して示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing the configuration of a portion X1 (current collector element 135, bonding layer 138 and air electrode 114) in FIG. 3 in an enlarged manner. 性能評価結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a performance evaluation result. 実施例3における集電体要素135X、接合層138Xおよび空気極114の構成を拡大して示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory view showing the configurations of a current collector element 135X, a bonding layer 138X and an air electrode 114 in Example 3 in an enlarged manner. 実施例4における集電体要素135Y、接合層138Yおよび空気極114の構成を拡大して示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory view showing the configurations of a current collector element 135Y, a bonding layer 138Y and an air electrode 114 in Example 4 in an enlarged manner.

A.実施形態:
A−1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の構成を概略的に示す外観斜視図である。図1には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸を示している。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100がそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図2以降についても同様である。
A. Embodiment:
A-1. Constitution:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is an external perspective view schematically showing a configuration of a fuel cell stack 100 in the present embodiment. FIG. 1 shows mutually orthogonal XYZ axes for specifying the direction. In this specification, for convenience, the Z-axis positive direction is referred to as the upward direction, and the Z-axis negative direction is referred to as the downward direction. However, the fuel cell stack 100 is installed in a direction different from such an orientation. It is also good. The same applies to FIG.

燃料電池スタック100は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置された複数(本実施形態では7つ)発電単位102と、7つの発電単位102を上下から挟むように配置された一対のエンドプレート104,106とを備える。図1に示す燃料電池スタック100に含まれる発電単位102の個数は、あくまで一例であり、発電単位102の個数は燃料電池スタック100に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。なお、上記配列方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。   The fuel cell stack 100 is disposed so as to sandwich a plurality (seven in this embodiment) of power generation units 102 and seven power generation units 102 arranged in a predetermined arrangement direction (vertical direction in the present embodiment) from above and below. And a pair of end plates 104 and 106. The number of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 shown in FIG. 1 is merely an example, and the number of power generation units 102 is appropriately determined according to the output voltage and the like required for the fuel cell stack 100. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims.

燃料電池スタック100のZ方向回りの周縁部には、上側のエンドプレート104から下側のエンドプレート106にわたって上下方向に延びる複数の(本実施形態では8つの)貫通孔108が形成されている。各貫通孔108に挿入されたボルト22とボルト22にはめられたナット24とによって、燃料電池スタック100を構成する各層は締め付けられて固定されている。   A plurality of (eight in the present embodiment) through holes 108 extending in the vertical direction from the upper end plate 104 to the lower end plate 106 are formed in the peripheral portion around the Z direction of the fuel cell stack 100. The layers constituting the fuel cell stack 100 are tightened and fixed by bolts 22 inserted into the respective through holes 108 and nuts 24 fitted to the bolts 22.

各ボルト22の軸部の外径は各貫通孔108の内径より小さい。そのため、各ボルト22の軸部の外周面と各貫通孔108の内周面との間には、空間が確保されている。燃料電池スタック100のZ方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22A)と貫通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22B)と貫通孔108とにより形成された空間は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する(図2参照)。また、燃料電池スタック100のZ方向回りの外周における他の辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22D)と貫通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102に供給する燃料ガス導入マニホールド171として機能し、該辺の反対側の辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22E)と貫通孔108とにより形成された空間は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド172として機能する(図3参照)。なお、本実施形態では、酸化剤ガスOGとして例えば空気が使用され、燃料ガスFGとして例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。   The outer diameter of the shaft portion of each bolt 22 is smaller than the inner diameter of each through hole 108. Therefore, a space is secured between the outer peripheral surface of the shaft portion of each bolt 22 and the inner peripheral surface of each through hole 108. A bolt 22 (bolt 22A) and a through hole located near the middle point of one side (a side on the X-axis positive direction side of two sides parallel to the Y-axis) in the outer periphery around the Z direction of the fuel cell stack 100 In the space formed by 108, an oxidant gas OG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100, and functions as an oxidant gas introduction manifold 161 which is a gas flow path for supplying the oxidant gas OG to each power generation unit 102. , And is formed by a bolt 22 (bolt 22B) located in the vicinity of the middle point of the side opposite to the side (the side on the X-axis negative direction side of the two sides parallel to the Y axis) and the through hole 108. The space functions as an oxidant gas discharge manifold 162 for discharging the oxidant off gas OOG which is a gas exhausted from the air chamber 166 of each power generation unit 102 to the outside of the fuel cell stack 100 (see FIG. Reference). In addition, a bolt 22 (bolt 22D) located in the vicinity of the middle point of the other side (the side on the Y-axis positive direction side of the two sides parallel to the X-axis) in the outer periphery around the Z direction of the fuel cell stack 100 The space formed by the through holes 108 functions as a fuel gas introduction manifold 171 which receives the fuel gas FG from the outside of the fuel cell stack 100 and supplies the fuel gas FG to each power generation unit 102, and The space formed by the bolt 22 (bolt 22E) located near the middle point of the side of the side (the side on the Y-axis negative direction side of the two sides parallel to the X axis) and the through hole 108 It functions as a fuel gas discharge manifold 172 for discharging the fuel off gas FOG which is the gas discharged from the fuel chamber 176 of the unit 102 to the outside of the fuel cell stack 100 (see FIG. 3). In the present embodiment, for example, air is used as the oxidant gas OG, and a hydrogen rich gas obtained by reforming city gas is used as the fuel gas FG.

(エンドプレート104,106の構成)
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
(Configuration of end plates 104 and 106)
The pair of end plates 104 and 106 is a substantially rectangular flat conductive member and is made of, for example, stainless steel. One end plate 104 is disposed on the upper side of the uppermost power generation unit 102, and the other end plate 106 is disposed on the lower side of the lowermost power generation unit 102. The plurality of power generation units 102 are held in a pressed state by the pair of end plates 104 and 106. The upper end plate 104 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower end plate 106 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100.

(発電単位102の構成)
図2から図5は、発電単位102の構成を概略的に示す説明図である。図2には、図1、図4および図5のII−IIの位置における発電単位102の断面構成を示しており、図3には、図1、図4および図5のIII−IIIの位置における発電単位102の断面構成を示しており、図4には、図2のIV−IVの位置における発電単位102の断面構成を示しており、図5には、図2のV−Vの位置における発電単位102の断面構成を示している。
(Configuration of power generation unit 102)
2 to 5 are explanatory diagrams schematically showing the configuration of the power generation unit 102. FIG. 2 shows the cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the positions II-II in FIGS. 1, 4 and 5, and the position III-III in FIGS. 1, 4 and 5 in FIG. 4 shows the cross-sectional configuration of the power generation unit 102, and FIG. 4 shows the cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of IV-IV in FIG. 2, and FIG. 5 shows the position of V-V in FIG. The cross-sectional configuration of the power generation unit 102 in FIG.

図2および図3に示すように、発電の最小単位である発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電体134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電体144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150におけるZ方向回りの周縁部には、上述したボルト22が挿入される貫通孔108に対応する孔が形成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the power generation unit 102, which is the minimum unit of power generation, includes the unit cell 110, the separator 120, the air electrode side frame 130, the air electrode side current collector 134, and the fuel electrode side frame. 140, a fuel electrode side current collector 144, and a pair of interconnectors 150 constituting the top layer and the bottom layer of the power generation unit 102. Holes corresponding to the through holes 108 into which the above-described bolts 22 are inserted are formed at peripheral portions around the Z direction of the separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150.

インターコネクタ150は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。また、燃料電池スタック100は一対のエンドプレート104,106を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない。   The interconnector 150 is a substantially rectangular flat conductive member and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generation units 102 and prevents the mixing of reaction gases between the power generation units 102. In the present embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by the two adjacent power generation units 102. That is, the upper interconnector 150 in a certain power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102. Further, since fuel cell stack 100 is provided with a pair of end plates 104 and 106, power generation unit 102 located at the top of fuel cell stack 100 does not have upper interconnector 150 and is located at the bottom. The power generation unit 102 does not have the lower interconnector 150.

単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向(発電単位102が並ぶ配列方向)に互いに対向する空気極(カソード)114および燃料極(アノード)116とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で電解質層112および空気極114を支持する燃料極支持形の単セルである。   The unit cell 110 includes an electrolyte layer 112 and an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 which face each other in the vertical direction (arrangement direction in which the power generation units 102 are arranged) sandwiching the electrolyte layer 112. The unit cell 110 of this embodiment is a unit cell of the fuel electrode support type in which the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 are supported by the fuel electrode 116.

電解質層112は、略矩形の平板形状部材であり、少なくともZrを含んでおり、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、CaSZ(カルシア安定化ジルコニア)等の固体酸化物により形成されている。空気極114は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄))により形成されている。燃料極116は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ni(ニッケル)、Niとセラミック粒子からなるサーメット、Ni基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル110(発電単位102)は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。   The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular flat plate-shaped member and contains at least Zr. For example, solid oxidation such as YSZ (yttria stabilized zirconia), ScSZ (scandia stabilized zirconia), CaSZ (calcia stabilized zirconia), etc. It is formed by a thing. The air electrode 114 is a substantially rectangular flat plate-shaped member, and is formed of, for example, a perovskite type oxide (for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide), LSM (lanthanum strontium manganese oxide), LNF (lanthanum nickel iron)). It is done. The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat plate-shaped member, and is made of, for example, Ni (nickel), a cermet composed of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy or the like. Thus, the unit cell 110 (power generation unit 102) of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid oxide as an electrolyte.

セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、電解質層112(単セル110)と接合されている。セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。なお、セパレータ120が接合された単セル110をセパレータ付き単セルともいう。   The separator 120 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed in the vicinity of the center, and is formed of, for example, metal. The peripheral portion of the hole 121 in the separator 120 faces the peripheral portion of the surface of the electrolyte layer 112 on the air electrode 114 side. The separator 120 is bonded to the electrolyte layer 112 (unit cell 110) by a bonding portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag wax) disposed in the facing portion. The air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 are separated by the separator 120, and the gas leaks from the one electrode side to the other electrode side in the peripheral portion of the unit cell 110. Be suppressed. The unit cell 110 to which the separator 120 is joined is also referred to as a unit cell with a separator.

図2から図4に示すように、空気極側フレーム130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する。空気極側フレーム130は、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス導入マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133とが形成されている。   As shown in FIGS. 2 to 4, the air electrode side frame 130 is a frame-like member in which a substantially rectangular hole 131 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of an insulator such as mica, for example. It is done. The hole 131 of the air electrode side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the air electrode 114. The air electrode side frame 130 is in contact with the peripheral portion of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral portion of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. . Further, the air electrode side frame 130 electrically insulates between the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102. Further, an oxidant gas supply passage 132 communicating the oxidant gas introduction manifold 161 with the air chamber 166, and an oxidant gas communicating the air chamber 166 with the oxidant gas discharge manifold 162 in the air electrode side frame 130. A discharge communication hole 133 is formed.

図2、図3および図5に示すように、燃料極側フレーム140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。燃料極側フレーム140は、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス導入マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通孔143とが形成されている。   As shown in FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 5, the fuel electrode side frame 140 is a frame-like member in which a substantially rectangular hole 141 penetrating in the vertical direction is formed in the vicinity of the center. ing. The hole 141 of the fuel electrode side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116. The fuel electrode side frame 140 is in contact with the peripheral portion of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the peripheral portion of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116. Further, in the fuel electrode side frame 140, a fuel gas supply passage 142 communicating the fuel gas introduction manifold 171 with the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge passage 143 communicating the fuel chamber 176 with the fuel gas discharge manifold 172. And are formed.

図2、図3および図5に示すように、燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電体144は、インターコネクタ対向部146と、複数の電極対向部145と、各電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。具体的には、燃料極側集電体144は、方形の平板形部材に切り込みを入れ、複数の方形部分を曲げ起こすように加工することにより製造される。曲げ起こされた方形部分が電極対向部145となり、曲げ起こされた部分以外の穴あき状態の平板部分がインターコネクタ対向部146となり、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ部分が連接部147となる。なお、図5における部分拡大図では、燃料極側集電体144の製造方法を示すため、複数の方形部分の一部の曲げ起こし加工が完了する前の状態を示している。電極対向部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102におけるインターコネクタ対向部146は、下側のエンドプレート106に接触している。燃料極側集電体144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)とを電気的に接続する。なお、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー149が配置されている。そのため、燃料極側集電体144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)との電気的接続が良好に維持される。   As shown in FIGS. 2, 3 and 5, the fuel electrode side current collector 144 is disposed in the fuel chamber 176. The fuel electrode side current collector 144 includes an interconnector facing portion 146, a plurality of electrode facing portions 145, and a connecting portion 147 for connecting each electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146, for example, nickel Or nickel alloy, stainless steel or the like. Specifically, the fuel electrode side current collector 144 is manufactured by cutting a rectangular flat member and processing a plurality of rectangular portions so as to bend up. The square portion bent and raised becomes the electrode facing portion 145, and the flat plate portion in a hole state other than the bent and raised portion becomes the interconnector facing portion 146, and the portion connecting the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146 is connected It becomes the part 147. In addition, in the partial enlarged view in FIG. 5, in order to show the manufacturing method of the fuel electrode side collector 144, the state before the bending and raising process of one part of several square parts is completed is shown. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 opposite to the surface facing the electrolyte layer 112, and the interconnector facing portion 146 is on the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116. It is in contact. However, as described above, since the lowermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 150, the interconnector facing portion 146 in the power generation unit 102 is the lower end plate Contact 106. The fuel electrode side current collector 144 electrically connects the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106) because of such a configuration. A spacer 149 made of mica, for example, is disposed between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. Therefore, the fuel electrode side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and reaction gas pressure fluctuation, and the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or end plate 106) via the fuel electrode side current collector 144 The electrical connection with is well maintained.

図2から図4に示すように、空気極側集電体134は、空気室166内に配置されている。空気極側集電体134は、複数の略四角柱状の集電体要素135から構成されており、例えばフェライト系ステンレス等のCr(クロム)を含む金属により形成されている。空気極側集電体134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における空気極側集電体134は、上側のエンドプレート104に接触している。空気極側集電体134は、このような構成であるため、空気極114とインターコネクタ150(またはエンドプレート104)とを電気的に接続する。なお、空気極側集電体134とインターコネクタ150とが一体の部材として形成されていてもよい。本実施形態では、空気極114は、特許請求の範囲における一方の電極に相当し、空気極側集電体134は、特許請求の範囲における集電部材に相当し、集電体要素135は、特許請求の範囲における突出部に相当する。   As shown in FIGS. 2 to 4, the air electrode side current collector 134 is disposed in the air chamber 166. The air electrode side current collector 134 is composed of a plurality of substantially square prism-like current collector elements 135, and is made of, for example, a metal containing Cr (chromium) such as ferritic stainless steel. The air electrode side current collector 134 is in contact with the surface of the air electrode 114 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 opposite to the air electrode 114. However, as described above, since the power generation unit 102 positioned at the top in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, the air electrode side current collector 134 in the power generation unit 102 is the upper end plate It is in contact with 104. Because of such a configuration, the air electrode side current collector 134 electrically connects the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104). The air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 may be formed as an integral member. In the present embodiment, the air electrode 114 corresponds to one electrode in the claims, the air electrode side current collector 134 corresponds to the current collecting member in the claims, and the current collector element 135 is It corresponds to the protrusion in the claims.

図2および図3に示すように、空気極側集電体134の表面は、導電性のコート136によって覆われている。コート136は、Zn(亜鉛)とMn(マンガン)とCo(コバルト)とCu(銅)との少なくとも1つを含むスピネル型酸化物(例えば、Mn1.5Co1.5やMnCo、ZnCo、ZnMnCoO、CuMn)により形成されている。空気極側集電体134の表面へのコート136の形成は、例えば、スプレーコート、インクジェット印刷、スピンコート、ディップコート、めっき、スパッタリング、溶射等の周知の方法で実行される。なお、上述したように、本実施形態では、空気極側集電体134とインターコネクタ150とは一体の部材として形成されている。そのため、実際には、空気極側集電体134の表面の内、インターコネクタ150との境界面はコート136により覆われていない一方、インターコネクタ150の表面の内、少なくとも酸化剤ガスの流路に面する表面(すなわち、インターコネクタ150における空気極114側の表面や酸化剤ガス導入マニホールド161および酸化剤ガス排出マニホールド162を構成する貫通孔108に面した表面等)はコート136により覆われている。また、空気極側集電体134に対する熱処理によって酸化クロムの被膜ができることがあるが、その場合には、コート136は、当該被膜ではなく、当該被膜が形成された空気極側集電体134を覆うように形成された層である。以下の説明では、特記しない限り、空気極側集電体134(または集電体要素135)は「コート136に覆われた空気極側集電体134(または集電体要素135)」を意味する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the surface of the cathode side current collector 134 is covered by a conductive coat 136. The coat 136 is a spinel type oxide containing at least one of Zn (zinc), Mn (manganese), Co (cobalt) and Cu (copper) (for example, Mn 1.5 Co 1.5 O 4 or MnCo 2 It is formed of O 4 , ZnCo 2 O 4 , ZnMnCoO 4 , CuMn 2 O 4 ). The formation of the coat 136 on the surface of the air electrode side current collector 134 is performed by a known method such as, for example, spray coating, ink jet printing, spin coating, dip coating, plating, sputtering, thermal spraying and the like. As described above, in the present embodiment, the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 are formed as an integral member. Therefore, in practice, the interface with the interconnector 150 among the surfaces of the air electrode side current collector 134 is not covered by the coat 136 while the flow path of at least the oxidant gas in the surface of the interconnector 150 (The surface facing the air electrode 114 in the interconnector 150, the surface facing the through holes 108 constituting the oxidant gas introduction manifold 161 and the oxidant gas discharge manifold 162, etc.) is covered by the coat 136 There is. Also, a chromium oxide film may be formed by heat treatment of the air electrode side current collector 134, in which case the coat 136 is not the film but the air electrode side current collector 134 on which the film is formed. It is a layer formed to cover. In the following description, the air electrode side current collector 134 (or the current collector element 135) means "the air electrode side current collector 134 (or the current collector element 135 covered by the coat 136)" unless otherwise stated. Do.

空気極114と空気極側集電体134とは、導電性の接合層138により接合されている。接合層138は、コート136と同様に、ZnとMnとCoとCuとの少なくとも1つを含むスピネル型酸化物(例えば、Mn1.5Co1.5やMnCo、ZnCo、ZnMnCoO、CuMn)により形成されている。なお、本実施形態では、コート136と接合層138とは、主成分元素が互いに同一であるスピネル型酸化物により形成されている。ここでいう主成分元素とは、スピネル型酸化物を構成する金属元素のことをいう。また、スピネル型酸化物の同定は、X線回折と元素分析を行うことで実現できる。接合層138は、例えば、接合層用のペーストが空気極114の表面の内、空気極側集電体134を構成する各集電体要素135の先端部と対向する部分に印刷され、各集電体要素135の先端部がペーストに押し付けられた状態で所定の条件で焼成されることにより形成される。接合層138により、空気極114と空気極側集電体134とが電気的に接続される。先に、空気極側集電体134は空気極114の表面と接触していると述べたが、正確には、(コート136に覆われた)空気極側集電体134と空気極114との間には接合層138が介在している。なお、接合層138の気孔率は、20%以上、35%以下であることが好ましく、また、接合層138は、気孔径が0.1μm以上、4μm以下である気孔を有することが好ましい。接合層138は、特許請求の範囲における接合部に相当する。集電体要素135(空気極側集電体134)および接合層138の詳細構成は後述する。 The air electrode 114 and the air electrode side current collector 134 are bonded by a conductive bonding layer 138. The bonding layer 138 is a spinel-type oxide containing at least one of Zn, Mn, Co and Cu (eg, Mn 1.5 Co 1.5 O 4 , MnCo 2 O 4 , ZnCo 2 , etc.) like the coat 136. It is formed of O 4 , ZnMnCoO 4 , CuMn 2 O 4 ). In the present embodiment, the coat 136 and the bonding layer 138 are formed of spinel-type oxides in which the main component elements are the same. The main component referred to herein is a metal element constituting a spinel-type oxide. In addition, identification of the spinel type oxide can be realized by performing X-ray diffraction and elemental analysis. In the bonding layer 138, for example, the paste for the bonding layer is printed on a portion of the surface of the air electrode 114 facing the tip of each of the current collector elements 135 constituting the air electrode side current collector 134, It is formed by firing under a predetermined condition in a state where the tip of the current collector element 135 is pressed against the paste. The bonding layer 138 electrically connects the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134. It was stated earlier that the air electrode side current collector 134 was in contact with the surface of the air electrode 114, but more precisely, the air electrode side current collector 134 (covered by the coat 136) and the air electrode 114 A bonding layer 138 intervenes between the two. The porosity of the bonding layer 138 is preferably 20% or more and 35% or less, and the bonding layer 138 preferably has a pore size of 0.1 μm or more and 4 μm or less. The bonding layer 138 corresponds to the bonding portion in the claims. Detailed configurations of the current collector element 135 (air electrode side current collector 134) and the bonding layer 138 will be described later.

A−2.燃料電池スタック100における発電動作:
図2に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161に酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を経て、空気室166に供給される。また、図3に示すように、燃料ガス導入マニホールド171に燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を経て、燃料室176に供給される。
A-2. Power generation operation in fuel cell stack 100:
As shown in FIG. 2, when the oxidant gas OG is supplied to the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas OG passes through the oxidant gas supply communication holes 132 of the respective power generation units 102 from the oxidant gas introduction manifold 161. Then, the air is supplied to the air chamber 166. Further, as shown in FIG. 3, when the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171, the fuel gas FG passes from the fuel gas introduction manifold 171 through the fuel gas supply communication holes 142 of each power generation unit 102, It is supplied to the chamber 176.

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGおよび燃料ガスFGの電気化学反応による発電が行われる。各発電単位102において、単セル110の空気極114は空気極側集電体134(およびコート136、接合層138)を介して一方のインターコネクタ150に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電体144を介して他方のインターコネクタ150に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するエンドプレート104,106から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば摂氏700度から1000度)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器により加熱されてもよい。   When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, the single cell 110 performs power generation by the electrochemical reaction of the oxidant gas OG and the fuel gas FG. It will be. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the unit cell 110 is electrically connected to one interconnector 150 via the air electrode side current collector 134 (and the coat 136, the bonding layer 138), and the fuel electrode 116 is a fuel It is electrically connected to the other interconnector 150 via the pole side current collector 144. Also, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are connected in series. Therefore, the electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 functioning as the output terminals of the fuel cell stack 100. Since the SOFC generates power at a relatively high temperature (for example, 700 to 1000 degrees C.), the fuel cell stack 100 is heated until it can be maintained at a high temperature by the heat generated by the power generation after startup. It may be heated by

酸化剤オフガスOOG(各発電単位102において発電反応に利用されなかった酸化剤ガス)は、図2に示すように、空気室166から酸化剤ガス排出連通孔133、酸化剤ガス排出マニホールド162を経て、燃料電池スタック100の外部に排出される。また、燃料オフガスFOG(各発電単位102において発電反応に利用されなかった燃料ガス)は、図3に示すように、燃料室176から燃料ガス排出連通孔143、燃料ガス排出マニホールド172を経て、燃料電池スタック100の外部に排出される。   As shown in FIG. 2, the oxidant off gas OOG (oxidant gas not used for the power generation reaction in each power generation unit 102) passes from the air chamber 166 through the oxidant gas discharge communication hole 133 and the oxidant gas discharge manifold 162. , And is discharged to the outside of the fuel cell stack 100. Further, as shown in FIG. 3, the fuel off gas FOG (fuel gas not used for the power generation reaction in each power generation unit 102) passes from the fuel chamber 176 to the fuel gas discharge communication hole 143 and the fuel gas discharge manifold 172, The battery stack 100 is discharged to the outside.

A−3.集電体要素135および接合層138の詳細構成:
図6は、図3におけるX1部分(集電体要素135、接合層138および空気極114)の構成を拡大して示す説明図である。図6に示すように、空気極側集電体134を構成する各集電体要素135の上下方向に平行な断面(YZ断面)において、集電体要素135の一対の角部135Aは、集電体要素135の上下方向に直交する横方向(Y軸方向)の中心に向かうにつれて、空気極114に近づくように傾斜する傾斜面とされている。
A-3. Detailed configuration of current collector element 135 and bonding layer 138:
6 is an explanatory view showing the configuration of the X1 portion (the current collector element 135, the bonding layer 138 and the air electrode 114) in FIG. 3 in an enlarged manner. As shown in FIG. 6, in a cross section (YZ cross section) parallel to the vertical direction of each current collector element 135 constituting the air electrode side current collector 134, the pair of corner portions 135A of the current collector element 135 As the center of the lateral direction (Y-axis direction) orthogonal to the vertical direction of the collector element 135 is approached, it is an inclined surface which inclines so as to approach the air electrode 114.

また、空気極側集電体134を構成する各集電体要素135の上下方向に平行な断面(YZ断面)において、接合層138は、下記の第1の要件および第2の要件の両方を満たす。
第1の要件:「電極側接触線L1の両端のうちの少なくとも一方の端は、投影範囲H内に含まれている。」
電極側接触線L1は、接合層138と空気極114との接触部分における空気極114の外周線分である。なお、接合層138と空気極114との間に空隙が存在することによって、接合層138と空気極114との接触部分が複数存在する場合がある。この場合には、電極側接触線L1は、複数の接触部分全体における、上記横方向(Y軸方向)の両端同士を結ぶ空気極114の外周線分である。この場合、電極側接触線L1の全長に対する複数の接触部分の合計長さの割合は80%以上であることが好ましい。
投影範囲Hは、集電体要素135を上下方向(Z軸方向)において空気極114上に投影した範囲に位置する空気極114の外周線分である。具体的には、集電体要素135の横方向の両端をそれぞれ通過し、かつ、上下方向に平行な2本の垂線のそれぞれと、空気極114との交点同士を結ぶ空気極114の外周線分である。なお、ここでいう「集電体要素135の横方向の両端のそれぞれ」の位置は、集電体要素135のうちの空気極114に最も近い部位(図6における集電体要素135の最下部位)から、空気極114とは反対側(Z軸正方向)に、集電体要素135の上下方向の全長の25%〜55%の距離だけ離れた所定範囲内に位置する横方向に平行な任意の仮想直線と、集電体要素135の外周線との交点であって、かつ、該交点における集電体要素135の接線の上記横方向に対する傾斜角度が80度以上である交点が好ましい。なお、図6のように、集電体要素135の角度部分が傾斜している構成では、傾斜角度は、90度以下であることが好ましい。また、上記所定範囲は、空気極114とは反対側に、集電体要素135の最下部位から集電体要素135の上下方向の全長の30%〜55%の距離だけ離れた範囲であることが好ましい。
In addition, in a cross section (YZ cross section) parallel to the vertical direction of each current collector element 135 constituting the air electrode side current collector 134, the bonding layer 138 has both of the following first and second requirements. Fulfill.
First requirement: "At least one end of both ends of the electrode-side contact line L1 is included in the projection range H."
The electrode-side contact line L1 is an outer peripheral line segment of the air electrode 114 at the contact portion between the bonding layer 138 and the air electrode 114. In addition, when the space | gap exists between the joining layer 138 and the air pole 114, two or more contact parts with the joining layer 138 and the air pole 114 may exist. In this case, the electrode-side contact line L1 is an outer peripheral line segment of the air pole 114 connecting both ends in the lateral direction (Y-axis direction) of the plurality of whole contact portions. In this case, the ratio of the total length of the plurality of contact portions to the entire length of the electrode-side contact line L1 is preferably 80% or more.
The projection range H is an outer peripheral line segment of the air pole 114 located in a range in which the current collector element 135 is projected onto the air pole 114 in the vertical direction (Z-axis direction). Specifically, the outer peripheral line of the air electrode 114 connecting the intersections of the air electrode 114 with each of two perpendicular lines which respectively pass through both lateral ends of the current collector element 135 and are parallel to the vertical direction It is a minute. Here, the position of “each of both ends in the lateral direction of current collector element 135” is a portion closest to air electrode 114 in current collector element 135 (the bottom of current collector element 135 in FIG. From the region) to the side opposite to the air electrode 114 (Z-axis positive direction), parallel to the lateral direction located within a predetermined range separated by 25% to 55% of the total length in the vertical direction of the current collector element 135 Preferred is an intersection point between an arbitrary imaginary straight line and the outer peripheral line of the current collector element 135, and the inclination angle of the tangent of the current collector element 135 at the intersection point to the lateral direction is 80 degrees or more. . In the configuration in which the angle portion of the current collector element 135 is inclined as shown in FIG. 6, the inclination angle is preferably 90 degrees or less. In addition, the predetermined range is a range opposite to the air electrode 114 and separated from the lowermost portion of the current collector element 135 by 30% to 55% of the total length of the current collector element 135 in the vertical direction. Is preferred.

第2の要件:「突出部側接触線L2は、集電体要素135の角部135Aまで延びており、かつ、突出部側接触線L2の長さは、電極側接触線L1の長さより長い。」
突出部側接触線L2は、接合層138と集電体要素135との接触部分における集電体要素135の外周線である。なお、接合層138と集電体要素135との間に空隙が存在することによって、接合層138と集電体要素135との接触部分が複数存在する場合がある。この場合には、電極側接触線L1は、複数の接触部分全体における上記横方向の両端同士を結ぶ集電体要素135の外周線分である。
Second requirement: “The protrusion-side contact line L2 extends to the corner 135A of the current collector element 135, and the length of the protrusion-side contact line L2 is longer than the length of the electrode-side contact line L1. "
The protrusion-side contact line L2 is an outer peripheral line of the current-collector element 135 at the contact portion between the bonding layer 138 and the current-collector element 135. Note that, due to the presence of an air gap between the bonding layer 138 and the current collector element 135, there may be a plurality of contact portions between the bonding layer 138 and the current collector element 135. In this case, the electrode-side contact line L1 is an outer peripheral line segment of the current-collector element 135 connecting both ends in the lateral direction in the entire plurality of contact portions.

さらに、各集電体要素135の上下方向に平行な断面(YZ断面)において、接合層138は、下記の第3の要件を満たす。
第3の要件:「傾斜部分138Aを、少なくとも一部に含んでいる。」
傾斜部分138Aは、突出部側接触線L2の端から、突出部側接触線L2の中心に向かうにつれて、空気極114と接合層138との距離が短くなるように傾斜する部分である。
Furthermore, in a cross section (YZ cross section) parallel to the vertical direction of each current collector element 135, the bonding layer 138 satisfies the following third requirement.
The third requirement: "Includes at least a portion of the inclined portion 138A."
The inclined portion 138A is a portion which is inclined such that the distance between the air electrode 114 and the bonding layer 138 is shortened from the end of the protrusion-side contact line L2 toward the center of the protrusion-side contact line L2.

さらに、各集電体要素135の上下方向に平行な断面(YZ断面)において、接合層138は、下記の第4の要件を満たす。
第4の要件:「傾斜部分138Aにおける接合層138の厚さは、突出部側接触線L2の端から、突出部側接触線L2の中心に向かうにつれて厚くなっている。」
接合層138の厚さは、接合層138の延びる方向に略直交する方向における接合層138の幅である。
Furthermore, in a cross section (YZ cross section) parallel to the vertical direction of each current collector element 135, the bonding layer 138 satisfies the following fourth requirement.
Fourth requirement: "The thickness of the bonding layer 138 in the inclined portion 138A is thicker from the end of the protrusion side contact line L2 toward the center of the protrusion side contact line L2."
The thickness of the bonding layer 138 is the width of the bonding layer 138 in a direction substantially orthogonal to the direction in which the bonding layer 138 extends.

さらに、各集電体要素135の上下方向に平行な断面(YZ断面)において、接合層138は、下記の第5の要件を満たす。
第5の要件:「接合層138の横側外周線分上に、集電体要素135側から順に並ぶ第1の位置と第3の位置と第2の位置とのそれぞれにおける第1の傾斜角度θ1と第3の傾斜角度θ3と第2の傾斜角度θ2との大小関係は、
第3の傾斜角度θ3<第1の傾斜角度θ1、および、第3の傾斜角度θ3<第2の傾斜角度θ2、である。」
第1の傾斜角度θ1は、第1の位置における第1の接線SL1の空気極114の表面に対する傾斜角度であり、第3の傾斜角度θ3は、第3の位置における第3の接線SL3の空気極114の表面に対する傾斜角度であり、第2の傾斜角度θ2は、第2の位置における第2の接線SL2の空気極114の表面に対する傾斜角度である。なお、集電体要素135の上下方向に平行な断面(YZ断面)を、走査型電子顕微鏡(SEM)にて30倍〜100倍で撮影したときのSEM画像にて各接線を特定することが好ましい。
Furthermore, in a cross section (YZ cross section) parallel to the vertical direction of each current collector element 135, the bonding layer 138 satisfies the following fifth requirement.
Fifth requirement: “a first inclination angle at each of the first position, the third position, and the second position, which are arranged in order from the current collector element 135 side on the lateral outer peripheral line segment of the bonding layer 138 The magnitude relationship between θ1, the third inclination angle θ3 and the second inclination angle θ2 is
The third inclination angle θ3 <the first inclination angle θ1 and the third inclination angle θ3 <the second inclination angle θ2. "
The first inclination angle θ1 is an inclination angle of the first tangent line SL1 at the first position with respect to the surface of the air pole 114, and the third inclination angle θ3 is the air of the third tangent line SL3 at the third position. The second tilt angle θ2 is a tilt angle of the second tangent line SL2 to the surface of the air pole 114 in the second position. Note that each tangent line can be identified by a SEM image when a cross section (YZ cross section) parallel to the vertical direction of the current collector element 135 is photographed at 30 to 100 times with a scanning electron microscope (SEM). preferable.

また、第5の要件を満たす接合層138を形成する方法は、次の通りである。接合層138を形成する際には、集電体要素135の角部135Aまで覆うように、集電体要素135にマスクをして接合層形成材料を塗布する。ここで、集電体要素135の角部135Aが傾斜を持つ場合は接合層形成材料の粘性に応じて接合層138が集電体要素135の形状に沿うように形成できる。また、集電体要素135に接合層形成材料を複数回、互いに異なるサイズのマスクを用いて塗布することで集電体要素135から空気極114に向かって傾斜を有する接合層138を形成することができる。   Also, a method of forming the bonding layer 138 satisfying the fifth requirement is as follows. When forming the bonding layer 138, the current-collector element 135 is masked and a bonding layer-forming material is applied so as to cover up to the corner 135A of the current-collector element 135. Here, when the corner portion 135A of the current collector element 135 has a slope, the bonding layer 138 can be formed along the shape of the current collector element 135 according to the viscosity of the bonding layer forming material. Also, the junction layer 138 having a slope from the current collector element 135 toward the air electrode 114 is formed by applying the junction layer forming material to the current collector element 135 multiple times using masks of different sizes. Can.

A−4.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の単セル110では、接合層138は、上記YZ断面において、上述の第1の要件「電極側接触線L1の両端のうちの少なくとも一方の端は、投影範囲H内に含まれている」を満たす。このため、電極側接触線L1の両端が投影範囲H外にはみ出している構成(例えば、後述の比較例2)に比べて、空気極114における空気室166への露出部分の表面積が広いため、空気室166に供給された酸化剤ガスOGの空気極114への供給効率の向上を図ることができる。しかも、本実施形態の単セル110では、電極側接触線L1の両端が投影範囲H内に含まれている。このため、電極側接触線L1の両端の一方だけが投影範囲H内に含まれている構成に比べて、空気極114における空気室166への露出部分の表面積がより広いため、空気室166に供給された酸化剤ガスOGの空気極114への供給効率の向上をより効果的に図ることができる。
A-4. Effects of the present embodiment:
As described above, in the unit cell 110 according to the present embodiment, the bonding layer 138 has the first requirement “at least one end of both ends of the electrode-side contact line L1 within the projection range in the YZ cross section. It is included in H. Therefore, the surface area of the exposed portion of the air electrode 114 to the air chamber 166 is wider than in a configuration in which both ends of the electrode-side contact line L1 protrude outside the projection range H (for example, Comparative Example 2 described later) The supply efficiency of the oxidant gas OG supplied to the air chamber 166 to the air electrode 114 can be improved. Moreover, in the unit cell 110 of the present embodiment, both ends of the electrode-side contact line L1 are included in the projection range H. Therefore, the surface area of the exposed portion of the air electrode 114 to the air chamber 166 is larger than that of the configuration in which only one of the ends of the electrode-side contact line L1 is included in the projection range H. The supply efficiency of the supplied oxidant gas OG to the air electrode 114 can be more effectively improved.

また、本実施形態の単セル110では、上記YZ断面において、接合層138は、上述の第2の要件「突出部側接触線L2は、集電体要素135の角部135Aまで延びており、かつ、突出部側接触線L2の長さは、電極側接触線L1の長さより長い。」を満たす。このため、突出部側接触線L2が集電体要素135の角部135Aまで延びていない構成や、突出部側接触線L2が電極側接触線L1より短い構成(例えば、後述の比較例1)に比べて、集電体要素135と接合層138との接触箇所における電気抵抗が低いため、例えば、集電体要素135と接合層138との接触箇所の特定部位に電流が集中的に流れることによって集電体要素135が損傷することを抑制することができる。すなわち、本実施形態の単セル110によれば、空気室166に供給された酸化剤ガスOGの空気極114への供給効率の向上を図るとともに、集電体要素135と接合層138との接触箇所の電気抵抗を低減することができる。   Further, in the unit cell 110 according to the present embodiment, in the YZ cross section, the bonding layer 138 has the second requirement “protruding part side contact line L2 extends to the corner 135A of the current collector element 135, Also, the length of the protrusion-side contact line L2 is longer than the length of the electrode-side contact line L1. Therefore, a configuration in which the protrusion-side contact line L2 does not extend to the corner 135A of the current collector element 135 or a configuration in which the protrusion-side contact line L2 is shorter than the electrode-side contact line L1 (for example, Comparative Example 1 described later) Since the electric resistance at the contact point between the current-collector element 135 and the bonding layer 138 is lower than that of the current collector element 135, for example, current flows intensively at a specific site at the contact point between the current-collector element 135 and the bonding layer 138. Can prevent the current collector element 135 from being damaged. That is, according to the single cell 110 of the present embodiment, the supply efficiency of the oxidant gas OG supplied to the air chamber 166 to the air electrode 114 is improved, and the contact between the current collector element 135 and the bonding layer 138 It is possible to reduce the electrical resistance at the location.

また、本実施形態の単セル110では、上記YZ断面において、接合層138は、上述の第3の要件「傾斜部分138Aを、少なくとも一部に含んでいる。」を満たす。このため、接合層138が傾斜部分138Aを含んでいない構成(例えば、後述の比較例1,2)に比べて、傾斜部分138Aに沿って酸化剤ガスOGが空気極114に供給されやすくなるため、空気室166に供給された酸化剤ガスOGの空気極114側への供給効率を向上させることができる。   Further, in the unit cell 110 of the present embodiment, the bonding layer 138 satisfies the third requirement “includes the inclined portion 138A at least in part” in the YZ cross section. Therefore, the oxidant gas OG is easily supplied to the air electrode 114 along the inclined portion 138A as compared with the configuration (for example, Comparative Examples 1 and 2 described later) in which the bonding layer 138 does not include the inclined portion 138A. The supply efficiency of the oxidant gas OG supplied to the air chamber 166 to the air electrode 114 side can be improved.

また、本実施形態の単セル110では、上記YZ断面において、接合層138は、上述の第4の要件「傾斜部分138Aにおける接合層138の厚さは、突出部側接触線L2の端から、突出部側接触線L2の中心に向かうにつれて厚くなっている。」を満たす。このため、傾斜部分138Aにおける接合層138の厚さが突出部側接触線L2の端から略均一である構成(例えば、後述の実施例4)に比べて、空気極114の露出部分の表面積が広いため、空気室166に供給された酸化剤ガスOGの空気極114側への供給効率をさらに向上させることができる。   In the unit cell 110 according to the present embodiment, in the YZ cross section, the bonding layer 138 has the fourth requirement “the thickness of the bonding layer 138 in the inclined portion 138A is from the end of the protrusion-side contact line L2 It becomes thicker as it goes to the center of projection side contact line L2. For this reason, the surface area of the exposed portion of the air electrode 114 is smaller than that in the configuration in which the thickness of the bonding layer 138 in the inclined portion 138A is substantially uniform from the end of the protrusion side contact line L2 (for example, Example 4 described later). Since the width is wide, the supply efficiency of the oxidant gas OG supplied to the air chamber 166 to the air electrode 114 side can be further improved.

また、本実施形態の単セル110では、上記YZ断面において、接合層138は、上述の第5の要件「接合層138の横側外周線分上に、集電体要素135側から順に並ぶ第1の位置と第3の位置と第2の位置とのそれぞれにおける第1の傾斜角度θ1と第3の傾斜角度θ3と第2の傾斜角度θ2との大小関係は、第3の傾斜角度θ3<第1の傾斜角度θ1、および、第3の傾斜角度θ3<第2の傾斜角度θ2、である。」を満たす。このため、第3の傾斜角度θ3が第1の傾斜角度θ1以上である構成(例えば、後述の実施例1,4)に比べて、接合層138の横側外周線分に沿って酸化剤ガスOGが空気極114に供給されやすくなるため、空気室166に供給された酸化剤ガスOGの空気極114側への供給効率を向上させることができる。空気極114の露出部分の面積を広く確保しつつ、突出部側接触線L2を長く確保して集電体要素135と接合層138との接触箇所の電気抵抗を低減することができる。また、第3の傾斜角度θ3が第2の傾斜角度θ2以上である構成(例えば、後述の実施例1,4)に比べて、電極側接触線L1が短くなるため、空気極114の露出部分の面積を大きく確保できる。   Further, in the unit cell 110 of the present embodiment, in the YZ cross section described above, the bonding layer 138 is arranged in order from the current collector element 135 side on the lateral outer peripheral line segment of the bonding layer 138 described above. The magnitude relationship between the first inclination angle θ1, the third inclination angle θ3 and the second inclination angle θ2 at the first position, the third position and the second position is the third inclination angle θ3 < The first inclination angle θ1 and the third inclination angle θ3 <second inclination angle θ2 are satisfied. For this reason, compared with the configuration in which the third inclination angle θ3 is equal to or more than the first inclination angle θ1 (for example, Examples 1 and 4 described later), the oxidant gas along the lateral outer peripheral line segment of the bonding layer 138 Since OG is easily supplied to the air electrode 114, the supply efficiency of the oxidant gas OG supplied to the air chamber 166 to the air electrode 114 side can be improved. It is possible to secure a large area of the exposed portion of the air electrode 114 and secure a long protrusion side contact line L2 to reduce the electrical resistance at the contact portion between the current collector element 135 and the bonding layer 138. In addition, the electrode-side contact line L1 is shorter than in a configuration in which the third inclination angle θ3 is equal to or more than the second inclination angle θ2 (for example, Examples 1 and 4 described later). A large area can be secured.

A−5.性能評価:
複数の単セルのサンプルを作製し、作製された複数の単セルのサンプルを用いて性能評価を行った。図7は、性能評価結果を示す説明図である。以下、この性能評価について説明する。なお、図7中の各要件欄の「○」は、各要件を満たすことを意味し、「×」は、同要件を満たさないことを意味する。また、図7中の「圧損」は、空気極114への酸化剤ガスOGの供給量が所定量である場合に発生する圧力損失を意味し、接合層138と空気極114との間の電極側接触線が短いほど、圧損が小さいと評価した。「圧損」欄の「◎」は、燃料極116側に露出する空気極114の表面積(以下、「露出面積」という)が、比較例1と同等であることを意味し、「○」は、空気極114の露出面積が比較例1に比べて小さいことを意味し、「×」は、空気極114の露出面積が比較例1に比べて大幅に小さいことを意味する。また、図7中の「電気抵抗」は、集電体要素135と接合層138との間の電気抵抗を意味し、集電体要素135と接合層138との間の突出部側接触線の長さが長いほど、同電気抵抗は小さいと評価した。「電気抵抗」欄の「○」は、突出部側接触線の長さが比較例2と同等であることを意味し、「×」は、突出部側接触線の長さが比較例2に比べて短いことを意味する。
A-5. Performance evaluation:
A plurality of single cell samples were produced, and performance evaluation was performed using the produced plurality of single cell samples. FIG. 7 is an explanatory view showing the result of performance evaluation. Hereinafter, this performance evaluation will be described. In addition, "(circle)" of each requirement column in FIG. 7 means satisfy | filling each requirement, and "x" means not satisfy | filling the requirement. Further, “pressure loss” in FIG. 7 means a pressure loss that occurs when the supply amount of the oxidant gas OG to the air electrode 114 is a predetermined amount, and an electrode between the bonding layer 138 and the air electrode 114 The shorter the side contact line, the smaller the pressure loss. “◎” in the “pressure loss” column means that the surface area (hereinafter referred to as “exposed area”) of the air electrode 114 exposed to the fuel electrode 116 side is equivalent to that of the comparative example 1, “o” It means that the exposed area of the air electrode 114 is smaller than that of Comparative Example 1, and "x" means that the exposed area of the air electrode 114 is significantly smaller than that of Comparative Example 1. Also, “electrical resistance” in FIG. 7 means the electrical resistance between the current collector element 135 and the bonding layer 138, and the protrusion side contact line between the current collector element 135 and the bonding layer 138 The longer the length, the smaller the electrical resistance. "○" in the "Electrical resistance" column means that the length of the protrusion-side contact line is equal to that of Comparative Example 2, and "×" indicates that the length of the protrusion-side contact line is Comparative Example 2. It means being short compared with.

また、図7中の「発電特性」は、上記圧損と電気抵抗との総合評価を意味し、「発電特性」欄の「◎」は、圧損の評価が「◎」で、かつ、電気抵抗の評価が「○」であることを意味し、「○」は、圧損の評価と電気抵抗の評価との両方が「○」であることを意味し、「×」は、圧損の評価と電気抵抗の評価との少なくとも一方が「×」であることを意味する。また、図7中の「接触圧力」は、接合層138と空気極114との間の接触部分における圧力を意味し、突出部側接触線の長さが長いほど、接触圧力が小さいために接合層138と空気極114との間で剥離が生じやすいと評価した。「接触圧力」欄の「○」は、接触圧力が比較例1と同等であることを意味し、「×」は、接触圧力が比較例1に比べて小さいことを意味する。   Further, “power generation characteristics” in FIG. 7 means the comprehensive evaluation of the pressure loss and the electrical resistance, “「 ”in the“ power generation characteristics ”column indicates that the evaluation of pressure loss is“ ◎ ”and the electrical resistance is The evaluation means "o", "o" means that both the evaluation of pressure loss and the evaluation of electric resistance are "o", and "x" means the evaluation of pressure loss and electric resistance It means that at least one with the evaluation of is "x". Further, “contact pressure” in FIG. 7 means the pressure at the contact portion between the bonding layer 138 and the air electrode 114, and the longer the length of the protrusion side contact line, the smaller the contact pressure. It was evaluated that peeling was likely to occur between the layer 138 and the air electrode 114. "○" in the "contact pressure" column means that the contact pressure is equal to that of Comparative Example 1, and "×" means that the contact pressure is smaller than that of Comparative Example 1.

A−5−1.各サンプルについて:
図7に示すように、単セルの性能評価は、比較例1,2および実施例1〜4を対象として行った。比較例1は、上述の接合部の幅が狭い従来の構成に相当し、第1の要件を満たすが、第2の要件から第5の要件のいずれも満たさない。比較例2は、上述の接合部の幅が広い構成に相当し、第2の要件を満たすが、第1の要件と第3の要件から第5の要件とのいずれも満たさない。
A-5-1. For each sample:
As shown in FIG. 7, the performance evaluation of a single cell was performed for Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 to 4. The comparative example 1 corresponds to the conventional configuration in which the width of the above-mentioned joint is narrow, and satisfies the first requirement but does not satisfy any of the second requirement to the fifth requirement. Comparative Example 2 corresponds to the configuration in which the width of the above-described joint is wide, and satisfies the second requirement, but does not satisfy any of the first requirement and the third to fifth requirements.

実施例1〜4は、いずれも、第1の要件と第2の要件との両方を満たす。実施例2は、図6の構成に相当し、第1の要件から第5の要件の全てを満たす。実施例1は、実施例2において、第3の要件および第4の要件を満たすが、第5の要件を満たさないような形態としたものである。具体的には、実施例1は、接合層138の横側外周線全体が、接合層138の横方向の中心に向かうにつれて、空気極114に近づくように傾斜しており、横側外周線上の3つの位置のそれぞれにおける第1の傾斜角度と第3の傾斜角度と第2の傾斜角度とが互いに略同一になっている。   The first to fourth examples satisfy both the first and second requirements. Example 2 corresponds to the configuration of FIG. 6 and satisfies all of the first to fifth requirements. In the first embodiment, the third and fourth requirements are satisfied in the second embodiment, but the fifth requirement is not satisfied. Specifically, in Example 1, the entire lateral outer periphery of the bonding layer 138 is inclined so as to approach the air electrode 114 toward the center in the lateral direction of the bonding layer 138, and The first inclination angle, the third inclination angle, and the second inclination angle at each of the three positions are substantially the same.

図8は、実施例3における集電体要素135X、接合層138Xおよび空気極114の構成を拡大して示す説明図である。図8に示すように、集電体要素135Xの上下方向に平行な断面(YZ断面)において、集電体要素135Xの横方向(Y軸方向)の幅は、集電体要素135Xの上下方向(Z軸方向)の全長にわたって略同一とされている。すなわち、集電体要素135Xは、図6に示す集電体要素135とは異なり、傾斜面を有しない。なお、集電体要素135Xの表面は、導電性のコート136Xに覆われている。接合層138Xは、図6に示す接合層138とは異なり、傾斜部分を有しないため、第3の要件を満たさない。具体的には、接合層138Xの横側外周線分は、空気極114側が集電体要素135X側より一段、接合層138Xの横方向の中心寄りに位置している段付形状になっている。換言すれば、接合層138Xにおける空気極114側の部分の横方向の幅は、集電体要素135X側の部分の横方向の幅より狭くなっており、第4の要件を満たしている。また、電極側接触線L1Xの両端は、投影範囲HX内に含まれており、かつ、突出部側接触線L2Xの長さは、電極側接触線L1Xの長さより長い。   FIG. 8 is an explanatory view showing the configurations of the current collector element 135X, the bonding layer 138X and the air electrode 114 in Example 3 in an enlarged manner. As shown in FIG. 8, in the cross section (YZ cross section) parallel to the vertical direction of the current collector element 135X, the width in the lateral direction (Y axis direction) of the current collector element 135X is the vertical direction of the current collector element 135X. The entire length in the (Z-axis direction) is substantially the same. That is, unlike the current collector element 135 shown in FIG. 6, the current collector element 135X does not have an inclined surface. The surface of the current collector element 135X is covered with a conductive coat 136X. Unlike the bonding layer 138 shown in FIG. 6, the bonding layer 138X does not satisfy the third requirement because it does not have a sloped portion. Specifically, the lateral outer peripheral line segment of the bonding layer 138X has a stepped shape in which the air electrode 114 side is positioned closer to the center of the bonding layer 138X in the lateral direction than the current collector element 135X. . In other words, the lateral width of the portion on the air electrode 114 side in the bonding layer 138X is narrower than the lateral width of the portion on the current collector element 135X side, which satisfies the fourth requirement. Further, both ends of the electrode-side contact line L1X are included in the projection range HX, and the length of the protrusion-side contact line L2X is longer than the length of the electrode-side contact line L1X.

図9は、実施例4における集電体要素135Y、接合層138Yおよび空気極114の構成を拡大して示す説明図である。図9に示すように、集電体要素135Yの上下方向に平行な断面(YZ断面)において、集電体要素135Yの形状は、図6に示す集電体要素135の形状と略同一とされている。接合層138Yは、傾斜部分138AYを有する。ただし、傾斜部分138AYにおける接合層138Yの厚さは略均一であるため、上述の第4の要件を満たさない。なお、傾斜部分138AYの厚さは、該傾斜部分138AYの全長にわたって略均一とされている。   FIG. 9 is an explanatory view showing the configurations of the current collector element 135Y, the bonding layer 138Y and the air electrode 114 in Example 4 in an enlarged manner. As shown in FIG. 9, in the cross section (YZ cross section) parallel to the vertical direction of current collector element 135Y, the shape of current collector element 135Y is substantially the same as the shape of current collector element 135 shown in FIG. ing. Bonding layer 138Y has inclined portion 138AY. However, since the thickness of the bonding layer 138Y in the inclined portion 138AY is substantially uniform, the fourth requirement described above is not satisfied. The thickness of the inclined portion 138AY is substantially uniform over the entire length of the inclined portion 138AY.

A−5−2.評価結果:
図7に示すように、比較例1,2では、いずれも、発電特性の評価において不良(×)であると判定された。これに対して、実施例1〜4では、いずれも、発電特性の評価において良好(○)以上であると判定された。この評価結果からも、第1の要件と第2の要件との両方を満たすことによって、酸化剤ガスOGの空気極114への供給効率の向上と、集電体要素135と接合層138との接触箇所の電気抵抗の低減との両立を図ることができることが分かる。また、比較例2のみ、接触圧力の評価において不良(×)であると判定された。これは、比較例2のみ、第1の要件を満たしておらず、空気極114の露出面積が他のサンプルに比べて特に小さいからである。
A-5-2. Evaluation results:
As shown in FIG. 7, in Comparative Examples 1 and 2, both were determined to be defective (×) in the evaluation of the power generation characteristics. On the other hand, in Examples 1 to 4, it was determined that all were evaluated as good (o) or more in the evaluation of the power generation characteristics. Also from this evaluation result, by satisfying both the first and second requirements, the efficiency of supplying the oxidant gas OG to the air electrode 114 can be improved, and the current collector element 135 and the bonding layer 138 can be separated. It turns out that coexistence with reduction of the electrical resistance of a contact location can be aimed at. Moreover, it was determined that only Comparative Example 2 was defective (x) in the evaluation of the contact pressure. This is because only the comparative example 2 does not satisfy the first requirement, and the exposed area of the air electrode 114 is particularly small as compared with the other samples.

また、実施例2では、発電特性の評価において最良(◎)であると判定された。実施例2では、さらに、第3の要件と第5の要件とを満たすことによって、酸化剤ガスOGを接合層の傾斜部分に沿って円滑に空気極114へと導くことができるとともに、空気極114の露出面積を大きく確保することができ、その結果、「圧損」の評価が高くなったと考えられるからである。実施例3では、接合層138Xは、傾斜部分を有しないが、第4の要件と第5の要件とを満たすことによって、酸化剤ガスOGを接合層138Xに沿って円滑に空気極114へと導くことができるとともに、空気極114の露出面積を大きく確保することができ、その結果、「圧損」の評価が高くなったと考えられる。   Moreover, in Example 2, it was determined to be the best (() in the evaluation of the power generation characteristics. In the second embodiment, by further satisfying the third and fifth requirements, the oxidant gas OG can be smoothly led to the air electrode 114 along the sloped portion of the bonding layer, and This is because a large exposed area of 114 can be secured, and as a result, it is considered that the evaluation of “pressure loss” is high. In the third embodiment, the bonding layer 138X does not have a sloped portion, but by satisfying the fourth and fifth requirements, the oxidant gas OG can be smoothly transferred to the air electrode 114 along the bonding layer 138X. While being able to be led, the exposed area of the air electrode 114 can be secured large, and as a result, it is considered that the evaluation of the "pressure loss" has become high.

B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Modification:
The technology disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified into various forms without departing from the scope of the present invention. For example, the following modifications are also possible.

上記実施形態の単セル110では、電極側接触線L1の両端が投影範囲H内に含まれていたが、電極側接触線L1の両端の一方だけが投影範囲H内に含まれていてもよい。   In the unit cell 110 of the above embodiment, both ends of the electrode-side contact line L1 are included in the projection range H, but only one of the ends of the electrode-side contact line L1 may be included in the projection range H .

上記実施形態では、空気極側集電体134を構成する全ての集電体要素135について、第1の要件から第5の要件を満たすとしたが、これに限らず、少なくとも1つの集電体要素135について、第1の要件および第2の要件を満たせばよい。また、上記実施形態では、集電体要素135の上下方向に平行な全ての断面(YZ断面)において、第1の要件および第2の要件を満たすとしたが、これに限らず、集電体要素135の上下方向に平行な少なくとも1つの断面(YZ断面またはXZ断面)において、第1の要件および第2の要件を満たせばよい。また、第1の要件から第5の要件は、集電体要素135の上下方向に平行な複数の断面(YZ断面またはXZ断面)のうち、共通断面について満たすとしてもよいし、互いに異なる断面においてそれぞれ満たすとしてもよい。   In the above embodiment, although the first to fifth requirements are satisfied for all the current collector elements 135 constituting the air electrode side current collector 134, the present invention is not limited thereto, and at least one current collector For the element 135, the first and second requirements may be satisfied. In the above embodiment, although the first and second requirements are satisfied in all cross sections (YZ cross sections) parallel to the vertical direction of the current collector element 135, the present invention is not limited thereto. The first and second requirements may be satisfied in at least one cross section (YZ cross section or XZ cross section) parallel to the vertical direction of the element 135. Further, among the plurality of cross sections (YZ cross section or XZ cross section) parallel to the vertical direction of current collector element 135, the first to fifth requirements may be satisfied for the common cross section, or in different cross sections. You may fill each one.

また、上記実施形態では、突出部側接触線L2は、集電体要素135の一対の角部135Aのそれぞれまで延びているとしたが、集電体要素135の一対の角部135Aの一方まで延びており、他方までは延びていないとしてもよい。また、上記実施形態では、突出部側接触線L2は、集電体要素135の角部135Aの全体を覆うように延びているとしたが、突出部側接触線L2は、集電体要素135の角部135Aの少なくとも一部分を覆うように延びていればよい。   Further, in the above embodiment, although the protrusion-side contact line L2 extends to each of the pair of corner portions 135A of the current collector element 135, it extends to one of the pair of corner portions 135A of the current collector element 135. It may extend and may not extend to the other. In the above embodiment, the protrusion-side contact line L2 extends so as to cover the entire corner portion 135A of the current-collector element 135. However, the protrusion-side contact line L2 corresponds to the current-collector element 135 It may extend so as to cover at least a part of the corner 135A.

また、上記実施形態では、単セルの空気極側に配置される集電部材が有する突出部と空気極とが導電性の接合部によって接合される構成に本発明を適用した例を説明したが、単セルの燃料極側に配置される集電部材が有する突出部と燃料極とが導電性の接合部によって接合される構成に本発明を適用してもよい。   Further, in the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a configuration in which the protruding portion of the current collecting member disposed on the air electrode side of the single cell and the air electrode are joined by the conductive bonding portion has been described. The present invention may be applied to a configuration in which the protruding portion of the current collecting member disposed on the fuel electrode side of the single cell and the fuel electrode are joined by the conductive joint.

また、上記各実施形態では、コート136および接合層138は、主成分元素が互いに同一であるスピネル型酸化物により形成されているが、主成分元素が互いに異なるスピネル型酸化物により形成されていてもよい。また、上記各実施形態では、コート136および接合層138は、ZnとMnとCoとCuとの少なくとも1つを含むスピネル型酸化物により形成されているが、これらの元素を含まないスピネル型酸化物により形成されていてもよい。また、上記各実施形態では、コート136および接合層138は、スピネル型酸化物により形成されているが、ペロブスカイト型酸化物等の他の材料により形成されていてもよい。また、上記実施形態において、集電体要素135がコート136に覆われていないとしてもよい。   Further, in each of the above embodiments, the coat 136 and the bonding layer 138 are formed of spinel oxides having the same main component element, but are formed of spinel oxides having different main component elements. It is also good. In each of the above-described embodiments, the coat 136 and the bonding layer 138 are formed of spinel-type oxides including at least one of Zn, Mn, Co, and Cu, but spinel-type oxidation not including these elements It may be formed of an object. Moreover, in each said embodiment, although the coat 136 and the joining layer 138 are formed by spinel type oxide, you may be formed by other materials, such as a perovskite type oxide. Also, in the above embodiment, the current collector element 135 may not be covered by the coat 136.

また、上記各実施形態において、電解質層112は固体酸化物により形成されているとしているが、電解質層112は固体酸化物の他に他の物質を含んでいてもよい。また、上記各実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。例えば、上記各実施形態では、空気極側集電体134は、Crを含む金属により形成されているが、空気極側集電体134は、コート136により覆われていれば他の材料により形成されていてもよい。また、空気極側集電体134を構成する各集電体要素135の形状は、四角柱状に限らず、インターコネクタ150側から空気極114側に突出するような形状であれば他の形状であってもよい。   In each of the above embodiments, the electrolyte layer 112 is formed of a solid oxide, but the electrolyte layer 112 may contain another substance in addition to the solid oxide. Moreover, the material which forms each member in said each embodiment is an illustration to the last, and each member may be formed with another material. For example, in each of the above embodiments, the air electrode side current collector 134 is formed of a metal containing Cr, but the air electrode side current collector 134 is formed of another material if it is covered by the coat 136. It may be done. Further, the shape of each current collector element 135 constituting the air electrode side current collector 134 is not limited to a square pole but may be another shape as long as it protrudes from the interconnector 150 side to the air electrode 114 side. It may be.

また、上記各実施形態において、電解質層112と空気極114との間に、例えばセリアを含む反応防止層を設け、電解質層112内のジルコニウム等と空気極114内のストロンチウム等とが反応することによる電解質層112と空気極114との間の電気抵抗の増大を抑制するとしてもよい。また、上記各実施形態において、空気極側集電体134と、隣接するインターコネクタ150とが別部材であってもよい。また、燃料極側集電体144は、空気極側集電体134と同様の構成であってもよく、燃料極側集電体144と、隣接するインターコネクタ150とが一体部材であってもよい。また、空気極側フレーム130ではなく燃料極側フレーム140が絶縁体であってもよい。また、空気極側フレーム130や燃料極側フレーム140は、多層構成であってもよい。   In each of the above embodiments, a reaction prevention layer containing ceria, for example, is provided between the electrolyte layer 112 and the air electrode 114, and the zirconium in the electrolyte layer 112 and the strontium in the air electrode 114 react with each other. An increase in the electrical resistance between the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 may be suppressed. In each of the above embodiments, the air electrode side current collector 134 and the adjacent interconnector 150 may be separate members. Further, the fuel electrode side current collector 144 may have the same configuration as the air electrode side current collector 134, and even if the fuel electrode side current collector 144 and the adjacent interconnector 150 are an integral member. Good. Further, the fuel electrode side frame 140 instead of the air electrode side frame 130 may be an insulator. Further, the air electrode side frame 130 and the fuel electrode side frame 140 may have a multilayer structure.

また、上記実施形態では、燃料電池スタック100に含まれるすべての発電単位102について、集電体要素135は第1の要件および第2の要件を満たすとしたが、燃料電池スタック100に含まれる少なくとも1つの発電単位102について、そのような構成となっていれば、空気室166に供給された酸化剤ガスOGの空気極114への供給効率の向上を図るとともに、集電体要素135と接合層138との接触箇所の電気抵抗を低減することができるという効果を奏する。   In the above embodiment, the current collector element 135 satisfies the first and second requirements for all the power generation units 102 included in the fuel cell stack 100, but at least at least the fuel cell stack 100 is included in the fuel cell stack 100. With such a configuration for one power generation unit 102, the efficiency of supply of the oxidant gas OG supplied to the air chamber 166 to the air electrode 114 is improved, and the current collector element 135 and the bonding layer are provided. The electric resistance at the contact point with 138 can be reduced.

また、上記実施形態では、燃料電池スタック100は複数の平板形の単セル110が積層された構成であるが、本発明は、他の構成、例えば国際公開第2012/165409号に記載されているように、複数の略円筒形の燃料電池単セルが直列に接続された構成にも同様に適用可能である。   Further, in the above embodiment, the fuel cell stack 100 has a configuration in which a plurality of flat single cells 110 are stacked, but the present invention is described in other configurations, for example, in WO 2012/165409. Thus, the present invention is similarly applicable to a configuration in which a plurality of substantially cylindrical fuel cell single cells are connected in series.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(SOEC)の最小単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開2016−81813号公報に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、貫通孔108を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、貫通孔108を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様に、集電体要素135は第1の要件および第2の要件を満たすという構成を採用すれば、空気室166に供給された酸化剤ガスOGの空気極114への供給効率の向上を図るとともに、集電体要素135と接合層138との接触箇所の電気抵抗を低減することができるという効果を奏する。   Further, in the above embodiment, SOFCs that generate electric power using electrochemical reaction between hydrogen contained in fuel gas and oxygen contained in oxidant gas are targeted, but the present invention relates to the electrolysis reaction of water The present invention is similarly applicable to an electrolysis cell unit which is a minimum unit of a solid oxide electrolytic cell (SOEC) that generates hydrogen by using hydrogen, and an electrolysis cell stack including a plurality of electrolysis cell units. The configuration of the electrolytic cell stack is not described in detail here because it is known as described in, for example, JP-A-2016-81813, but it is roughly the same as the fuel cell stack 100 in the embodiment described above. Configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the embodiment described above may be read as an electrolysis cell stack, and the power generation unit 102 may be read as an electrolysis cell unit. However, during operation of the electrolytic cell stack, a voltage is applied between the two electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode), and through the through hole 108 Water vapor as a source gas is supplied. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolysis cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and hydrogen is taken out of the electrolysis cell stack through the through holes 108. Also in the electrolytic cell unit and the electrolytic cell stack of such a configuration, as in the above embodiment, if the current collector element 135 adopts a configuration that satisfies the first and second requirements, the air chamber 166 is used. The supply efficiency of the supplied oxidant gas OG to the air electrode 114 can be improved, and the electrical resistance at the contact portion between the current collector element 135 and the bonding layer 138 can be reduced.

22:ボルト 24:ナット 100:燃料電池スタック 102:発電単位 104,106:エンドプレート 108:貫通孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム 131:孔 132:酸化剤ガス供給連通孔 133:酸化剤ガス排出連通孔 134:空気極側集電体 135,135X,135Y:集電体要素 135A:角部 136,136X:コート 138A,138AY:傾斜部分 138,138X,138Y:接合層 140:燃料極側フレーム 141:孔 142:燃料ガス供給連通孔 143:燃料ガス排出連通孔 144:燃料極側集電体 145:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 149:スペーサー 150:インターコネクタ 161:酸化剤ガス導入マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス導入マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス H,HX:投影範囲 L1,L1X:電極側接触線 L2,L2X:突出部側接触線 OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス SL1:第1の接線 SL2:第2の接線 SL3:第3の接線 θ1:第1の傾斜角度 θ2:第2の傾斜角度 θ3:第3の傾斜角度 22: Bolt 24: Nut 100: Fuel cell stack 102: Power generation unit 104, 106: End plate 108: Through hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air pole 116: Fuel pole 120: Separator 121: Hole 124: Junction 124 Part 130: Air electrode side frame 131: Hole 132: Oxidant gas supply communication hole 133: Oxidant gas discharge communication hole 134: Air electrode side current collector 135, 135X, 135Y: Current collector element 135A: Corner part 136, 136X: coat 138A, 138AY: inclined portion 138, 138X, 138Y: bonding layer 140: fuel electrode side frame 141: hole 142: fuel gas supply communication hole 143: fuel gas discharge communication hole 144: fuel electrode side current collector 145: Electrode facing portion 146: Interconnector facing portion 147: ream Part 149: Spacer 150: Interconnector 161: Oxidant gas introduction manifold 162: Oxidant gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber FG: Fuel gas FOG: Fuel off gas H, HX: Projection range L1, L1X: Electrode side contact line L2, L2X: Projection side contact line OG: oxidant gas OOG: oxidant off gas SL1: first tangent SL2: second tangent SL3: third Tangent line θ1: first inclination angle θ2: second inclination angle θ3: third inclination angle

Claims (5)

固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む単セルと、
前記単セルの前記空気極および前記燃料極の一方の電極側に配置され、前記一方の電極に向けて突出する突出部を有する集電部材と、
前記突出部と前記一方の電極とを接合する導電性の接合部と、を備える電気化学反応単位において、
前記突出部と前記接合部と前記一方の電極とを含む前記第1の方向に平行な少なくとも1つの断面において、
前記接合部のうち、前記一方の電極に接触する電極側接触線の両端のうちの少なくとも一方の端は、前記突出部を前記一方の電極上に投影した投影範囲内に含まれており、
前記接合部のうち、前記突出部に接触する突出部側接触線は、前記突出部の角部まで延びており、
かつ、前記突出部側接触線の長さは、前記電極側接触線の長さより長いことを特徴とする、電気化学反応単位。
A single cell including an electrolyte layer containing a solid oxide, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction across the electrolyte layer;
A current collecting member disposed on one of the electrode sides of the air electrode and the fuel electrode of the unit cell and having a protrusion projecting toward the one electrode;
In an electrochemical reaction unit, comprising: a conductive joint that joins the protrusion and the one electrode.
At least one cross section parallel to the first direction including the protrusion, the joint, and the one electrode;
At least one end of both ends of the electrode-side contact line in contact with the one electrode in the bonding portion is included in a projection range obtained by projecting the protrusion on the one electrode;
Among the junctions, a protrusion-side contact line in contact with the protrusion extends to a corner of the protrusion,
And the length of the said protrusion part side contact wire is longer than the length of the said electrode side contact wire, The electrochemical reaction unit characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載の電気化学反応単位において、
前記少なくとも1つの断面において、
前記接合部は、前記突出部側接触線の端から、前記突出部側接触線の中心に向かうにつれて、前記一方の電極と前記接合部との距離が短くなるように傾斜する傾斜部分を、少なくとも一部に含んでいることを特徴とする、電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to claim 1,
In said at least one cross section,
The joint includes at least an inclined portion inclined such that a distance between the one electrode and the joint becomes shorter from the end of the projection-side contact line toward the center of the projection-side contact line. An electrochemical reaction unit characterized in that it contains in part.
請求項1または請求項2に記載の電気化学反応単位において、
前記少なくとも1つの断面において、
前記接合部の厚さは、前記突出部側接触線の端から、前記突出部側接触線の中心に向かうにつれて厚くなっていることを特徴とする、電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to claim 1 or 2,
In said at least one cross section,
The thickness of the said junction part is characterized by becoming thick toward the center of the said protrusion part side contact line from the end of the said protrusion part side contact line, The electrochemical reaction unit characterized by the above-mentioned.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記少なくとも1つの断面において、
前記接合部は、前記投影範囲内に含まれる前記電極側接触線の前記少なくとも一方の端と、前記突出部側接触線との間に位置する外周線を含んでおり、
前記外周線上の第1の位置における第1の接線の前記一方の電極に対する第1の傾斜角度と、前記外周線上の前記第1の位置と前記電極側接触線との間の第2の位置における第2の接線の前記一方の電極に対する第2の傾斜角度と、前記外周線上の前記第1の位置と前記第2の位置との間の第3の位置における第3の接線の前記一方の電極に対する第3の傾斜角度との大小関係は、
前記第3の傾斜角度<前記第1の傾斜角度、および、前記第3の傾斜角度<前記第2の傾斜角度、の両方を満たす
ことを特徴とする、電気化学反応単位。
The electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 3
In said at least one cross section,
The junction includes an outer peripheral line located between the at least one end of the electrode-side contact line included in the projection range and the protrusion-side contact line.
A first inclination angle with respect to the one electrode of the first tangent at a first position on the outer peripheral line, and a second position between the first position on the outer peripheral line and the electrode-side contact line A second tilt angle of the second tangent with respect to the one electrode, and the one electrode of a third tangent at a third position between the first position and the second position on the outer peripheral line The magnitude relationship with the third inclination angle with respect to
An electrochemical reaction unit characterized by satisfying both the third tilt angle <the first tilt angle and the third tilt angle <the second tilt angle.
複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも1つは、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
In an electrochemical reaction cell stack comprising a plurality of electrochemical reaction units,
An electrochemical reaction cell stack, wherein at least one of the plurality of electrochemical reaction units is the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 4.
JP2017211522A 2017-11-01 2017-11-01 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack Active JP6773628B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017211522A JP6773628B2 (en) 2017-11-01 2017-11-01 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017211522A JP6773628B2 (en) 2017-11-01 2017-11-01 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019083180A true JP2019083180A (en) 2019-05-30
JP6773628B2 JP6773628B2 (en) 2020-10-21

Family

ID=66670509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017211522A Active JP6773628B2 (en) 2017-11-01 2017-11-01 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6773628B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021064502A (en) * 2019-10-11 2021-04-22 日本碍子株式会社 Fuel battery cell

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002184431A (en) * 2000-12-15 2002-06-28 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell separator and fuel cell
JP2003197213A (en) * 2001-12-27 2003-07-11 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2014017065A (en) * 2012-07-06 2014-01-30 Nissan Motor Co Ltd Solid oxide fuel cell
WO2016152923A1 (en) * 2015-03-26 2016-09-29 日本特殊陶業株式会社 Electrochemical reaction unit and fuel cell stack
WO2016152924A1 (en) * 2015-03-26 2016-09-29 日本特殊陶業株式会社 Electrochemical reaction unit and fuel cell stack
WO2017073530A1 (en) * 2015-10-28 2017-05-04 日本特殊陶業株式会社 Interconnector-electrochemical reaction unit cell composite body, electrochemical reaction cell stack, and production method for interconnector-electrochemical reaction unit cell composite body

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002184431A (en) * 2000-12-15 2002-06-28 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell separator and fuel cell
JP2003197213A (en) * 2001-12-27 2003-07-11 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2014017065A (en) * 2012-07-06 2014-01-30 Nissan Motor Co Ltd Solid oxide fuel cell
WO2016152923A1 (en) * 2015-03-26 2016-09-29 日本特殊陶業株式会社 Electrochemical reaction unit and fuel cell stack
WO2016152924A1 (en) * 2015-03-26 2016-09-29 日本特殊陶業株式会社 Electrochemical reaction unit and fuel cell stack
WO2017073530A1 (en) * 2015-10-28 2017-05-04 日本特殊陶業株式会社 Interconnector-electrochemical reaction unit cell composite body, electrochemical reaction cell stack, and production method for interconnector-electrochemical reaction unit cell composite body

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021064502A (en) * 2019-10-11 2021-04-22 日本碍子株式会社 Fuel battery cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP6773628B2 (en) 2020-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6595581B2 (en) Electrochemical reaction unit and fuel cell stack
JP6667279B2 (en) Electrochemical reaction cell stack and electrochemical reaction module
JP6781188B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6514772B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6805203B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6839022B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6773628B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2018018694A (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6760869B2 (en) Electrochemical reaction single cell and electrochemical reaction cell stack
JP6177836B2 (en) Method for producing bonding material precursor and method for producing electrochemical reaction cell stack
JP7236966B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6861185B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6867852B2 (en) Current collector-electrochemical reaction single cell complex and battery chemical reaction cell stack
JP6878257B2 (en) Current collector-electrochemical reaction single cell complex and electrochemical reaction cell stack
JP7096645B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6821613B2 (en) Conductive members, electrochemical reaction units and electrochemical reaction cell stack
JP7187382B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP7042783B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6839021B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2017154968A (en) Joint material precursor, electrochemical reaction cell stack, and their production methods
JP6959039B2 (en) Method for manufacturing electrochemical reaction unit, electrochemical reaction cell stack, and electrochemical reaction unit
JP6734707B2 (en) Current collecting member-electrochemical reaction single cell composite and electrochemical reaction cell stack
JP2023161257A (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6475082B2 (en) Bonding material precursor and electrochemical reaction cell stack
JP2023023050A (en) electrochemical reaction single cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191118

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20191224

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200916

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200929

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201001

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6773628

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250