燃料电池单元及燃料电池制造技术

本发明专利技术提供一种能够向空气极等电极的外侧表面(主面侧的表面)供给足够的气体的燃料电池单元及燃料电池。燃料电池单元(3)的空气极(41)为正方形的板状，并且由固体氧化物体(37)侧的下层(61)和覆盖下层(61)的外侧的表面的上层(63)构成。其中，下层(61)的平面形状为正方形，其四周的侧面与厚度方向垂直。另一方面，上层(63)的平面形状为正方形，在其厚度方向的外侧具有正方形的主面(外侧表面)(65)，并且在其四周的侧方具有侧面。尤其是，该上层(63)的侧面中沿着氧化剂气体的导入侧及排出侧的流路的两侧面(67、69)为了顺畅地向外侧表面(65)侧引导氧化剂气体，以越靠向外侧表面(65)侧越向中央侧(上层(63)的平面的中央侧)倾斜的方式具有平板状的倾斜面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供一种能够向空气极等电极的外侧表面(主面侧的表面)供给足够的气体的燃料电池单元及燃料电池。燃料电池单元(3)的空气极(41)为正方形的板状，并且由固体氧化物体(37)侧的下层(61)和覆盖下层(61)的外侧的表面的上层(63)构成。其中，下层(61)的平面形状为正方形，其四周的侧面与厚度方向垂直。另一方面，上层(63)的平面形状为正方形，在其厚度方向的外侧具有正方形的主面(外侧表面)(65)，并且在其四周的侧方具有侧面。尤其是，该上层(63)的侧面中沿着氧化剂气体的导入侧及排出侧的流路的两侧面(67、69)为了顺畅地向外侧表面(65)侧引导氧化剂气体，以越靠向外侧表面(65)侧越向中央侧(上层(63)的平面的中央侧)倾斜的方式具有平板状的倾斜面。【专利说明】燃料电池单元及燃料电池
本专利技术涉及向空气极供给氧化剂气体并向燃料极供给燃料气体来进行发电的燃料电池单元、及具备多个该燃料电池单元的燃料电池。
技术介绍
以往，作为燃料电池的一种，公知有电解质层使用固体氧化物的固体氧化物型燃料电池(以下简称为燃料电池)。例如，如以下专利文献I中所记载的那样，公知如下燃料电池单元，具有平板形状，其包括由具有离子传导性的固体氧化物构成的层状的固体电解质体、设置在固体电解质体的一面侧而与氧化剂气体(空气或氧等)接触的层状的空气极、以及设置在固体电解质体的另一面侧而与燃料气体(氢、甲烷、乙醇等)接触的层状的燃料极，此外还开发了具有层叠了多个该燃料电池单元的构造的燃料电池。在这种燃料电池中，为了良好地进行空气极及燃料极的各电极与氧化剂气体及燃料气体的各气体之间的反应，通常增大各电极与各气体的接触面积。例如在空气极侧，从空气极的侧面侧(即，沿着与厚度方向垂直的方向)向空气极侧导入氧化剂气体，向空气极的主面(厚度方向上的外侧表面)与单元的隔壁之间供给氧化剂气体，从而对空气极供给氧化剂气体。此外，与之不同，有如下结构，例如在空气极，为了实现空气极与外部(单元的外部)的电连接，以与空气极的外侧表面(空气极的主面)接触的方式配置有集电体，近年来，为了更切实地进行空气极与集电体的导通，提出了增大空气极的厚度等方案(参照以下专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2005-327637号公报专利文献2:日本特开2010-272499号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题但是，像上述专利文献2的技术那样例如增大空气极的厚度的情况下，如图13所示，空气极的侧面成为导入氧化剂气体时的障碍，存在氧化剂气体难以良好地供给到空气极的外侧表面的问题。S卩，若空气极的厚度大，则氧化剂气体碰到空气极的陡峭的侧面而沿着其侧面向左右(该图中上下方向)流动，存在无法充分供给到空气极的(面积大的)外侧表面(主面)的问题。结果，在与空气极的外侧表面对应的单元面内(平面方向上的面内)产生发电的偏差，因此在单元面内产生热偏差，根据情况存在燃料电池单元上产生裂纹的可能性。尤其是，例如由于夜间的少量发电这样的负载变动(负载减少)，向燃料电池单元只供给少量的氧化剂气体等的情况下，存在氧化剂气体没有到达空气极的外侧表面的整个区域的可能性，其结果还存在无法得到所希望的发电量的可能性。本专利技术是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种能够向空气极等电极的外侧表面(主面侧的表面)供给足够的气体的燃料电池单元及燃料电池。用于解决问题的方案(I)作为本专利技术的第I方案，一种燃料电池单元，具有平板形状，在电解质体的一面上形成有空气极，并且在另一面上形成有燃料极，上述燃料电池单元的特征在于，具备:第I流路，形成在上述空气极侧，从预定的第I方向对上述空气极供给氧化剂气体；和第2流路，形成在上述燃料极侧，从预定的第2方向对上述燃料极供给燃料气体，将上述空气极或上述燃料极设为具有预定的厚度的板状的构造，并且将该板状的构造的与上述氧化剂气体或上述燃料气体流入的上述第I方向或上述第2方向交叉的侧面构成为，与上述电解质体侧的一边相比，与该电解质体相反一侧的一边向气体的下游侧倾斜。在本专利技术中，板状的空气极或燃料极的侧面(不是主面侧的侧面；与主面所在的平面交叉的侧面)与氧化剂气体或燃料气体流入的第I方向或第2方向交叉(包括正交的情况)，并且，在该侧面上，与电解质体侧的一边相比，与电解质体相反一侧的一边向气体的下游侧倾斜。即，在空气极或燃料极的侧面上，外侧(与电解质体相反的一侧)沿着气体的流路向下游侧倾斜。(2)作为本专利技术的第2方案，一种燃料电池单元，具有平板形状，在电解质体的一面上形成有空气极，并且在另一面上形成有燃料极，上述燃料电池单元的特征在于，具备:第I流路，形成在上述空气极侧，从预定的第I方向对上述空气极供给氧化剂气体；和第2流路，形成在上述燃料极侧，从预定的第2方向对上述燃料极供给燃料气体，将上述空气极及上述燃料极设为具有预定的厚度的板状的构造，并且将该板状的构造的与上述氧化剂气体流入的上述第I方向交叉的第I侧面及与上述燃料气体流入的上述第2方向交叉的第2侧面构成为，与上述电解质体侧的一边相比，与该电解质体相反一侧的一边向气体的下游侧倾斜。在本专利技术中，板状的空气极及燃料极的各侧面(不是主面侧的侧面:与主面所在的平面交叉的侧面)与氧化剂气体流入的第I方向及燃料气体流入的第2方向交叉(包括正交的情况)，并且，在该侧面上，与电解质体侧的一边相比，与电解质体相反一侧的一边向气体的下游侧倾斜。即，在空气极及燃料极的侧面上，外侧(与电解质体相反的一侧)沿着气体的流路向下游侧倾斜。(3)作为本专利技术的第3方案，其特征在于，以包围上述电解质体、上述空气极及上述燃料极的侧面方向的周围的方式设置框体，并且在上述框体上设置有用于导入上述各气体的流路。(4)作为本专利技术的第4方案，其特征在于，上述空气极具备:空气极功能层；和扩散层，形成在上述空气极功能层的表面上，上述氧化剂气体能够扩散到该空气极功能层，只有上述扩散层构成为具有上述倾斜。另外，在此，空气极功能层是指为了进行发电而进行作为空气极的反应的层，详细地说是指，具有通过氧化剂气体中的氧、从燃料极侧供给的氢离子、从外部电路供给的电子而生成水的功能的层。此外，在固体氧化物型燃料电池的情况下，空气极功能层是从氧化剂气体中的氧生成氧离子的层，所生成的氧离子经由固体电解质层与在燃料极生成的氢离子结合而生成水。 (5)作为本专利技术的第5方案，其特征在于，上述侧面倾斜的角度相对于上述电解质体的表面为30~85°的范围。(6)作为本专利技术的第6方案，其特征在于，在上述倾斜的侧面上，沿着上述第I方向及上述第2方向中的至少一个方向形成有狭缝。(7)作为本专利技术的第7方案，其特征在于，上述倾斜的侧面具有圆滑的表面或台阶状的表面。在此，例示各电极的倾斜的侧面的状态。(8)作为本专利技术的第8方案，其特征在于，上述方案I~7中任一项所述的燃料电池单元是将固体氧化物作为电解质体的固体氧化物型燃料电池单元。在此，例示燃料电池单元的结构。(9)作为本专利技术的第9方案，一种燃料电池，其特征在于，具备一个或多个上述方案I~8中任一项所述的燃料电池单元。在此，例示由燃料电池单元构成的燃料电池。以下，说明本专利技术的各构成材料。?作为上述电解质体，包括具有离子导电性的固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大野猛，西岛大，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：
国别省市：