燃料电池和燃料电池堆制造技术

本发明专利技术提供一种包括具有良好的气体阻隔性的气体密封部的燃料电池和燃料电池堆。燃料电池的特征在于，包括：具有氧离子传导性的固体氧化物电解质层；设置在上述固体氧化物电解质层上的电极层；设置在上述电极层上的由金属材料构成的分隔件；和从上述固体氧化物电解质层的周缘部至上述分隔件的周缘部设置的密封部，由上述电极层、上述分隔件和上述密封部划分出气体流路的至少一部分，上述密封部在其至少一部分具有陶瓷和金属的混合层。

Fuel cell and fuel cell stack

【技术实现步骤摘要】
燃料电池和燃料电池堆
本专利技术涉及燃料电池和燃料电池堆。
技术介绍
在固体氧化物型燃料电池系统中，已知层叠燃料电池的结构(例如，参照专利文献1)。另外，为了构成气体流路，有时使用金属的内部连接结构(interconnector)(例如，参照专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2014/122807号专利文献2：日本特开2014-38758号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题当作为用于构成气体流路的内部连接结构使用金属材料时，如果想要通过一体烧制等来制作燃料电池，则有可能在将固体氧化物电解质层和内部连接结构密封的密封部无法得到较高的密接性。因此，有可能无法获得良好的气体阻隔性。本专利技术鉴于上述课题而完成，目的在于提供一种包括具有良好的气体阻隔性的气体密封部的燃料电池和燃料电池堆。用于解决课题的方法本专利技术的燃料电池包括：具有氧离子传导性的固体氧化物电解质层；设置在上述固体氧化物电解质层上的电极层；设置在上述电极层上的由金属材料构成的分隔件；和从上述固体氧化物电解质层的周缘部至上述分隔件的周缘部设置的密封部，由上述电极层、上述分隔件和上述密封部划分出气体流路的至少一部分，上述密封部在其至少一部分具有陶瓷和金属的混合层。在上述燃料电池中，上述密封部的空隙率可以为2％以下。在上述燃料电池的上述混合层中，陶瓷与金属的体积比率可以为3∶7～7∶3。在上述燃料电池中，上述密封部的厚度可以为200μm～300μm。在上述燃料电池的上述密封部中，上述混合层的厚度可以为20％以下。在上述燃料电池中，上述密封部可以在上述混合层与上述固体氧化物电解质层之间具有陶瓷层。在上述燃料电池的上述密封部中，上述陶瓷层的厚度可以为10％以下。在上述燃料电池中，上述密封部可以在上述混合层与上述分隔件之间具有金属层。在上述燃料电池的上述密封部中，上述金属层的厚度可以为70％以上。在上述燃料电池中，上述金属层的热膨胀率为10×10-6/℃～13×10-6/℃，且上述金属层为含有C、Si、Al、Nb、Mo、Y、Ce、Cr、Fe、Ti、Cu、Mn、La、W、Ni、Zr等元素中的一种以上的合金，并且该合金中含10wt％～95wt％的Cr，且Fe、Cr以外的微量添加元素为10wt％以下，其余为Fe成分。在上述燃料电池中，在上述分隔件与上述电极层之间可以具有金属多孔质层。本专利技术的燃料电池堆的特征在于，层叠多个单元电池而成，该单元电池在具有氧离子传导性的固体氧化物电解质层的两面设置有电极层，在相邻的两个上述单元电池之间设置有由金属材料构成的分隔件，上述分隔件构成对两面的上述电极层供给的各个反应气体的流路，上述燃料电池堆具有从上述分隔件的周缘部至相邻的上述单元电池的上述固体氧化物电解质层的周缘部分别设置的密封部，上述密封部在其至少一部分具有陶瓷和金属的混合层。在上述燃料电池堆中，金属部分的体积比率可以为70vol％以上。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供包括具有良好的气体阻隔性的气体密封部的燃料电池、燃料电池堆和它们的制造方法。附图说明图1是燃料电池堆的外观立体图。图2(a)是图1的A-A线截面图，图2(b)是图1的B-B线截面图。图3是例示密封部的详情的图。图4是例示由陶瓷构成分隔件时的密封部的图。图5(a)和图5(b)是例示燃料电池堆的制造方法的图。图6(a)～图6(c)是例示燃料电池堆的制造方法的图。附图标记说明10固体氧化物电解质层20阴极30第1金属多孔质层30a第1金属多孔质部30b气体流路40阳极50第2金属多孔质层50a第2金属多孔质部50b气体流路60分隔件71PET膜72金属粉末层73框74金属粉末层75PET膜76电解质层77框78电极层79气体流路形成材料80密封部81陶瓷层82混合层83金属层91第1层叠体92第2层叠体93第3层叠体94第4层叠体95成型体100燃料电池200燃料电池堆。具体实施方式以下，参照附图说明实施方式。图1是燃料电池堆200的外观立体图。图2(a)是图1的A-A线截面图。图2(b)是图1的B-B线截面图。如图1中例示的那样，燃料电池堆200具有层叠了多个燃料电池100的结构。燃料电池100具有如下的结构，即：在固体氧化物电解质层10的上表面(第1面)依次层叠有阴极20(第1电极层)、具有第1金属多孔质部30a及气体流路30b的第1金属多孔质层30、和分隔件60，并且在固体氧化物电解质层10的下表面(第2面)依次层叠有阳极40(第2电极层)、具有第2金属多孔质部50a及气体流路50b的第2金属多孔质层50、和分隔件60。其中，在相邻的燃料电池100中，分隔件60是共用的部件。有时将第1金属多孔质层30、分隔件60和第2金属多孔质层50的组合称为内部连接结构。该内部连接结构是用于将由固体氧化物电解质层10、阴极20和阳极40构成的电池电串联连接的部分。另外，有时将固体氧化物电解质层10、阴极20、第1金属多孔质层30、阳极40和第2金属多孔质层50的组合称为单元SOFC元件。固体氧化物电解质层10是具有氧离子传导性的固体氧化物电解质的致密层。阴极20是具有作为阴极的电极活性的电极，具有电子传导性和氧离子传导性。阳极40是具有作为阳极的电极活性的电极，具有电子传导性和氧离子传导性。第1金属多孔质层30和第2金属多孔质层50是具有气体透过性并且能够支承固体氧化物电解质层10的部件。分隔件60为致密的金属层，具有气体不透过性。分隔件60划分出第1金属多孔质层30构成的气体流路的一部分，并且划分出第2金属多孔质层50构成的气体流路。另外，阴极20划分出第1金属多孔质层30构成的气体流路的一部分。阳极40划分出第2金属多孔质层50构成的气体流路的一部分。燃料电池100通过以下的作用发电。向第1金属多孔质部30a和气体流路30b供给作为一种反应气体的、空气等含有氧的氧化剂气体。氧化剂气体经由第1金属多孔质部30a和气体流路30b到达阴极20。在阴极20中，到达阴极20的氧与从外部电路供给的电子反应而成为氧离子。氧离子在固体氧化物电解质层10传导并向阳极40侧移动。另一方面，向第二金属多孔质部50a和气体流路50b供给作为另一种反应气体的、氢气、改性气体等含有氢的燃料气体。燃料气体经由第2金属多孔质部50a和气体流路50b到达阳极40。到达阳极40的氢在阳极40释放电子，并且与从阴极20侧在固体氧化物电解质层10中传导过来的氧离子反应而成为水(H2O)。释放的电子利用外部电路被取出至外部。取出至外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池，其特征在于，包括：/n具有氧离子传导性的固体氧化物电解质层；/n设置在所述固体氧化物电解质层上的电极层；/n设置在所述电极层上的由金属材料构成的分隔件；和/n从所述固体氧化物电解质层的周缘部至所述分隔件的周缘部设置的密封部，/n由所述电极层、所述分隔件和所述密封部划分出气体流路的至少一部分，/n所述密封部在其至少一部分具有陶瓷和金属的混合层。/n

【技术特征摘要】
20181128 JP 2018-2224701.一种燃料电池，其特征在于，包括：
具有氧离子传导性的固体氧化物电解质层；
设置在所述固体氧化物电解质层上的电极层；
设置在所述电极层上的由金属材料构成的分隔件；和
从所述固体氧化物电解质层的周缘部至所述分隔件的周缘部设置的密封部，
由所述电极层、所述分隔件和所述密封部划分出气体流路的至少一部分，
所述密封部在其至少一部分具有陶瓷和金属的混合层。


2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：
所述密封部的空隙率为10％以下。


3.如权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于：
在所述混合层中，陶瓷与金属的体积比率为3∶7～7∶3。


4.如权利要求1～3中任一项所述的燃料电池，其特征在于：
所述密封部的厚度为90μm～300μm。


5.如权利要求1～4中任一项所述的燃料电池，其特征在于：
在所述密封部中，所述混合层的厚度为30％以下。


6.如权利要求1～5中任一项所述的燃料电池，其特征在于：
所述密封部在所述混合层与所述固体氧化物电解质层之间具有陶瓷层。


7.如权利要求6所述的燃料电池，其特征在于：
在所述密封部中，所述陶瓷层的厚度为15％以下。


8.如权利要求1～7中任一项所述的燃料电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新宇，川村知荣，
申请(专利权)人：太阳诱电株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP