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JP2005019268A - Stack structure of solid oxide fuel cell - Google Patents

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JP2005019268A
JP2005019268A JP2003183948A JP2003183948A JP2005019268A JP 2005019268 A JP2005019268 A JP 2005019268A JP 2003183948 A JP2003183948 A JP 2003183948A JP 2003183948 A JP2003183948 A JP 2003183948A JP 2005019268 A JP2005019268 A JP 2005019268A
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Japan
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cell
electrolyte
solid oxide
fuel
oxide fuel
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JP2003183948A
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Japanese (ja)
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Satoshi Sugita
敏 杉田
Himeko Orui
姫子 大類
Kimitaka Watabe
仁貴 渡部
Masayasu Arakawa
正泰 荒川
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stack structure of a solid oxide fuel cell in which fuel and oxidant gas supplied to cells are separated excellently and the cells can be laminated sturdily and mechanically for a metal separators having different coefficients of thermal expansion. <P>SOLUTION: This solid oxide fuel cell is composed of flat type fuel battery unit cells each constructed of an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode, of interconnectors for electrically connecting the unit cells, and of gas passages for supplying fuel and oxidant gas to each cell. Cell holders which are made of electrically insulating materials having relatively near coefficients of thermal expansion as the unit cells are provided, and perform the separation of the fuel gas and oxidant gas supplied to the cell, and allow sideslip due to thermal expansion between the interconnectors to be laminated by keeping flat the surface of the cell holders which is not the contacting surface with the cell. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体酸化物形燃料電池の構成方法に係り、特に平板型固体酸化物形燃料電池のセルのスタック構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電極と酸化剤電極がセラミックスの電解質を介して配置され、燃料として最終的に水素を、酸化剤として酸素や空気を供給することで、水の電気分解の逆の反応を利用して発電する固体酸化物形燃料電池では、前記燃料電池の実用上十分な発電量を得るためには、上述の固体酸化物形燃料電池の単位構成要素(単セル)を複数個、直列および並列に電気的に接続すること(スタック化)が必要となる。
【0003】
燃料電池動作の際には、電池の負極側(燃料電極側)では還元雰囲気に、正極側(酸化剤電極側)では酸化雰囲気に晒され、かつ、十分な発電効率を得るためには、電解質のイオン伝導性を確保し容易に酸化還元がおこる600℃以上の高温に燃料電池本体を保つ必要がある。従って、固体酸化物形燃料電池では、互いに異なる雰囲気に晒される正極と負極間をガス不透過でかつ電気伝導性のあるセラミックス材料もしくは金属材料で作られた部品(インターコネクタ)で電気的に接続する必要がある。
【0004】
図5および図6は平板型燃料電池セルであるが、図5の燃料電池セルにおいては、燃料極基板52上に電解質51およびこの電解質51より小さい面積の空気極53を設けた構造になっており、一方図6においては電解質基板61の両面に、この電解質基板61より小さい面積の燃料極62および空気極63を設けた構造になっている。
【0005】
平板型の燃料電池セル図5、図6に対して上述のような接続を行う場合には、大きく分けて二つの方法がある。熱膨張率が近い材料のみでスタックするすべての部品を構成してセル間の接続およびシールを堅固に行う方法(剛構造スタック)と熱膨張の異なる材料を重ねて接合は荷重のみで行う方法(柔構造スタック)である。
【0006】
柔構造スタックはセルスタックの構成が簡単になり、熱膨張率の制約がきつくないため金属材料を始め、材料の選択肢が広がることや比較的信頼性も高いなど多くのメリットがある方法であるが、燃料ガスのシールが一般に困難であり、また燃料極支持形の燃料電池セル(図5)には適用が困難である等の問題があった。
【0007】
また、このようなスタックを縦方向に積層した場合には、スタック下部に位置するセルへは過大な力が加わることになり、システム設計上の制約となることもあった。一方、剛構造スタックをとると燃料ガスのシールを行うことができ、加圧システムや燃料ガス回収機構など、システム設計に自由度が生じる反面、わずかな熱膨張率の違いがスタックの破壊の原因になるなどスタック設計は柔構造スタックに比べ難しいものとなり、信頼性にも乏しいという問題があった。
【0008】
【非特許文献1】
SOLID OXIDE FUEL CELLS VII(SOFCVII)(第7回 国際シンポジウム議事録;2001ー16;H.Yokokawa,S.C.Singhal編集)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決し、セルが電解質支持型か燃料極支持型かによらずにスタックを組むことができ、かつ、金属材料をインターコネクタに用いてもシール特性を剛構造スタック同等となるようなスタックを構成することにある。また本発明によって、セル本体には積層による荷重がかからない構造となるため、セルの力学的特性とは独立にスタックを設計することが可能となる。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による固体酸化物型燃料電池スタックの構造は、平板型の固体酸化物形燃料電池(SOFC)単セルをインターコネクタを介して電気的に接続する固体酸化物形燃料電池スタック構造であって、少なくとも一つは前記単セルと熱膨張係数の近い材料からなるセルホルダーを単セルを上下から挟み込むように設けるとともに、前記単セルと熱膨張係数の近い材料からなるセルホルダーは前記単セルの電解質面側でガスシールを行い、また、同セルホルダーのインターコネクタ側との接触面を平滑に保つことを特徴とし、熱膨張差による応力の発生や破壊から免れる機構を有する。
【0011】
本発明によれば、電解質および燃料極と空気極から構成される平板型燃料電池単セルと、その単セル間を電気的に接続するインターコネクタおよび各セルに燃料及び酸化剤ガスを供給するガス流路とからなる固体酸化物形燃料電池において、上記単セルと比較的熱膨張係数が近く電気的には絶縁性の材料で作られたセルホルダーを設けることで、セルに供給される燃料ガスと酸化剤ガスの分離を行い、それと同時にセルにかかる荷重を低減し、また、信頼性を高める。かつ、セルホルダーのセル接触面でない面を平滑に保つことにより、積層されるインターコネクタとの間に熱膨張による横滑りを許容することで熱膨張率の異なる材料で構成される部品を積層する際に生じる熱膨張による割れや破壊から免れることができ、信頼性の高いSOFCスタックを得ることができる。
【0012】
本発明をさらに詳しく説明すると、図1に示すように、平板型固体酸化物形燃料電池セルを積層する際に、単セル11を挟むようにセルホルダー12および13を設けることを特徴とする。本発明のセルホルダーのうち、12の電解質面側セルホルダーは単セル11の電解質面111と接触し、その接触面には酸化剤ガスをシールするためのシール材121を配置する。13の基板面側セルホルダーは単セル1の基板面(燃料極基板)112と緩衝材131を介して接触する。
【0013】
このとき、セルホルダー12,13には単セル11の構成材料と熱膨張係数の近い絶縁材料を用いる。この結果、セルホルダー12と13を密着させることにより、セル11をセルホルダー12,13の間に電解質面111をシールされた形で配置することができる。セル11には緩衝材131が圧迫されて潰れることによる力のみがかかることになる。また、このセルホルダー12,13のセル11に接触しない側の面(インターコネクタ側)は出来る限り平滑にし、積層されるインターコネクタ14との接触面と互いに横にすべることができるようになっている。
【0014】
なお、熱膨張による応力によっては、上述のセルホルダーのうち基板面側セルホルダー13にはセル11と異なる熱膨張係数を持つものを使うことが可能であり、たとえばインターコネクタ14と同一の材料にすることができる。この場合基板面側セルホルダー13とインターコネクタ14は同一の部品とすることができる。
【0015】
【作用】
上記セルホルダーを設けて、インターコネクタ14−基板面側セルホルダー13−単セル11−電解質面側セルホルダー12の順で積層してスタックとすることにより、基板面側セルホルダー13−単セル11−電解質面側セルホルダー12の部分でセル−セルホルダー間のガスのシールを剛構造スタックと同等レベルにすることができる。セルホルダー12,13−インターコネクタ14間のガスシールはそれぞれの部品の十分な平坦性を確保することにより、荷重のみで確保することができる。
【0016】
また、実際の積層ではインターコネクタ14の集電面15の高さを調整することにより、荷重はセルホルダー12,13およびインターコネクタ14のみにかかるため、セルに過大な荷重がかかることを防ぐことができる。
【0017】
さらに、接合面のうちセルホルダー12,13とインターコネクタ14間は単に平坦な面が重ねてあるだけであり横滑りすることでセルホルダー12,13とインターコネクタ14との熱膨張係数の違いを緩和する構造となっているため、インターコネクタに用いる材料を単セルやセルホルダーの熱膨張特性とは無関係に選定することができる。
【0018】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【0019】
図2は本発明を円形平板型の燃料極支持型燃料電池セルに対して適用する際の積層構造の例を示す図である。21は単セルである。単セルの構成材料としては一般に開発が行われているすべての材料系に対して適用することができる。
【0020】
例えば、電解質211にScおよびAl安定化ジルコニア(SASZ)やイットリア安定化ジルコニア(YSZ)などのジルコニア系材料を用い、燃料極基板212としてはこれらジルコニア系材料と酸化ニッケルとの混合サーメットを用いることができる。この場合セルの800℃から1000℃までの平均熱膨張係数は10〜11×10−6/K程度となる。
【0021】
このような材料系のセルに対してはセルホルダー22,23を作製するためにエンジニアリングセラミックスの一種である、マセライトなどを用いることができる。マセライトの平均熱膨張係数は10.3×10−6/Kであり、ジルコニア系材料を用いたセルの熱膨張係数と極めて近いため、良好なセルホルダーとして機能する。
【0022】
この図より明らかなように、単セル21は、その電解質211面が電解質面側セルホルダー22にシール材221を介し、さらに燃料極基板212面が基板面側セルホルダー23に緩衝材231を介して挟着されている。すなわち、この場合電解質面セルホルダー22−単セル21−基板面セルホルダー23の積層は図3に示すようにシール材221、緩衝材231を挟むことにより単セル21を固定してシールすることができる。
【0023】
この場合のシール材としてはほう珪酸ガラスやバリウム珪酸ガラスなどのガラス材料やガラスウールと前記ガラス材料の混合物、アルミナ系接着材とガラス材料の混合物などを用いることができる。用いるガラス材料は燃料電池の動作温度に合わせて、適当な軟化点や作業点を持つものを選択する。また、緩衝材としては、ガラスウール、発泡金属、金属網など変形するものならほとんどのものが利用できる。
【0024】
このようにして作製したセル21−セルホルダー22,23と燃料ガス流路26と酸化剤ガス流路27を設けたインターコネクタ24とを互いに積層していくことでセルスタックが構成できる。インターコネクタにはSUS430等のフェライト系ステンレス材料を始めとする各種金属材料を用いることができる。勿論、ランタンクロマイト系に代表される導電性セラミックスで構成しても良い。インターコネクタ24の一方の面には、燃料ガスを通過させるための溝(図示せず)が、一方の燃料ガス流路26から集電面25を通り他方の燃料ガス流路26まで形成されている。またインターコネクタ24の他方の面には、酸化剤ガスを通過させるための溝271が、一方の酸化剤ガス流路27から集電面25を通り他方の燃料ガス流路27まで形成されている。
【0025】
この際いずれの材料を用いる場合でも、セルに荷重がかかり過ぎないようにインターコネクタ24の集電面25の高さを調節することが重要である。また、セル21と集電面25の間に発泡金属や金属網、エキスパンドメタル等の緩衝機能のある集電材を挟んでもよい。このようにして構成したセルスタックは良好なガスシール特性と安定性をもち熱履歴に対する応力等による負荷にも強固な特性を示す。また、セパレータ材料に金属を用いることもでき、セル構成材料とは独立に決めることができる。
【0026】
本発明は例に示した円形のセル以外にも方形などあらゆる形に適用することができる。
【0027】
また、本発明は燃料極支持型のセルのみならず、電解質支持型セルに対しても適用できる。この構成例を、図4に示す。この場合図1における12,13、図2における22,23などの電解質面側セルホルダーと基板面側セルホルダーの区別はない。すなわち自立型セルの場合、電解質基板411の両面に燃料極および空気極を形成した構造であるため。単セル41の両面にシール材421を介してセルホルダー42を積層する。セルホルダー42にさらにインターコネクタ43を積層することによってスタックを構成する。
【0028】
【発明の効果】
本発明を用いることによって、燃料極基板のセルであっても、電解質基板のセルであっても、インターコネクタの材料を自由に選定して良好なガスシール性と機械的堅牢さを有する固体酸化物形燃料電池スタックを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスタック構成を示す図。
【図2】円形平板型の燃料電池セルスタックの構成を俯瞰した図。
【図3】セル−セルホルダーの接合部を拡大した図。
【図4】電解質支持型平板型固体酸化物形燃料電池セルのスタック構成を示す図。
【図5】燃料極支持型平板型固体酸化物形燃料電池セルの断面図。
【図6】電解質支持型平板型固体酸化物形燃料電池セルの断面図。
【符号の説明】
11 単セル
12 電解質面側セルホルダー
121 シール材
13 基板面側セルホルダー
131 緩衝材
14 インターコネクタ
15 集電面
16 燃料ガス流路
17 酸化剤ガス流路
21 単セル
22 電解質面側セルホルダー
221 シール材
23 基板面側セルホルダー
231 緩衝材
24 インターコネクタ
25 集電面
26 燃料ガス流路
27 酸化剤ガス流路
31 単セル
32 電解質面側セルホルダー
33 基板面側セルホルダー
34 電解質面
35 基板面
36 シール材
37 緩衝材
41 単セル
411 電解質基板
412 燃料極
42 セルホルダー
421 シール材
44 インターコネクタ
51 電解質
52 燃料極基板
53 空気極
61 電解質基板
62 燃料極
63 空気極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for constructing a solid oxide fuel cell, and more particularly to a cell stack structure of a flat plate solid oxide fuel cell.
[0002]
[Prior art]
A fuel electrode and an oxidant electrode are arranged via a ceramic electrolyte, and finally hydrogen is supplied as a fuel and oxygen or air is supplied as an oxidant to generate electricity using the reverse reaction of water electrolysis. In the solid oxide fuel cell, in order to obtain a practically sufficient power generation amount of the fuel cell, a plurality of unit components (single cells) of the above-described solid oxide fuel cell are electrically connected in series and in parallel. It is necessary to connect to (stack).
[0003]
During the operation of the fuel cell, the negative electrode side (fuel electrode side) of the battery is exposed to a reducing atmosphere, and the positive electrode side (oxidant electrode side) is exposed to an oxidizing atmosphere. Therefore, it is necessary to keep the fuel cell main body at a high temperature of 600 ° C. or higher so that the ionic conductivity is ensured. Therefore, in a solid oxide fuel cell, the positive electrode and negative electrode exposed to different atmospheres are electrically connected by a component (interconnector) made of ceramic material or metal material that is impermeable to gas and electrically conductive. There is a need to.
[0004]
5 and 6 show a flat plate fuel cell, the fuel cell of FIG. 5 has a structure in which an electrolyte 51 and an air electrode 53 having an area smaller than that of the electrolyte 51 are provided on a fuel electrode substrate 52. On the other hand, in FIG. 6, the fuel electrode 62 and the air electrode 63 having an area smaller than that of the electrolyte substrate 61 are provided on both surfaces of the electrolyte substrate 61.
[0005]
In the case where the above-described connection is made to the flat-type fuel cell shown in FIGS. 5 and 6, there are roughly two methods. A method in which all parts that stack with only materials with similar coefficients of thermal expansion are configured to firmly connect and seal between cells (rigid structure stack) and a method in which materials with different thermal expansion are stacked and bonded only by load ( Flexible structure stack).
[0006]
The flexible stack has a lot of merits, such as the structure of the cell stack becomes simple and the thermal expansion coefficient is not constrained, so the choice of materials including metal materials is widened and the reliability is relatively high. In general, it is difficult to seal the fuel gas, and it is difficult to apply to the fuel electrode cell of the fuel electrode support type (FIG. 5).
[0007]
In addition, when such stacks are stacked in the vertical direction, an excessive force is applied to the cells located at the bottom of the stack, which may restrict system design. On the other hand, if a rigid stack is taken, the fuel gas can be sealed, and there is a degree of freedom in system design, such as a pressurization system and a fuel gas recovery mechanism, but a slight difference in the coefficient of thermal expansion causes the stack to break. The stack design is more difficult than the flexible stack, and the reliability is poor.
[0008]
[Non-Patent Document 1]
SOLID OXIDE FUEL CELLS VII (SOFCVII) (Proceedings of the 7th International Symposium; 2001-16; edited by H. Yokokawa, SC Singhal)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and can form a stack regardless of whether the cell is an electrolyte-supported type or a fuel-electrode-supported type. Is to construct a stack equivalent to a rigid structure stack. Further, according to the present invention, the cell body has a structure in which a load due to lamination is not applied, so that the stack can be designed independently of the mechanical characteristics of the cell.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the structure of a solid oxide fuel cell stack according to the present invention includes a solid oxide fuel cell (SOFC) unit cell electrically connected via an interconnector. A battery stack structure, at least one of which is provided with a cell holder made of a material having a thermal expansion coefficient close to that of the single cell so as to sandwich the single cell from above and below, and a cell made of a material having a thermal expansion coefficient close to that of the single cell The holder performs gas sealing on the electrolyte surface side of the single cell, and also keeps the contact surface with the interconnector side of the cell holder smooth, providing a mechanism that is immune from stress generation and breakage due to thermal expansion differences. Have.
[0011]
According to the present invention, a flat plate fuel cell unit cell composed of an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode, an interconnector that electrically connects the unit cell, and a gas that supplies fuel and oxidant gas to each cell In a solid oxide fuel cell comprising a flow path, a fuel gas supplied to a cell by providing a cell holder made of an electrically insulating material having a relatively close thermal expansion coefficient to that of the single cell. And oxidant gas are separated, and at the same time, the load on the cell is reduced and the reliability is improved. And when laminating parts made of materials with different coefficients of thermal expansion by allowing the sides that are not cell contact surfaces of the cell holder to be smooth and allowing side slip due to thermal expansion between the stacked interconnectors. Thus, a highly reliable SOFC stack can be obtained.
[0012]
The present invention will be described in more detail. As shown in FIG. 1, when stacking flat plate type solid oxide fuel cells, cell holders 12 and 13 are provided so as to sandwich the single cell 11. Among the cell holders of the present invention, 12 electrolyte surface side cell holders are in contact with the electrolyte surface 111 of the single cell 11, and a sealing material 121 for sealing the oxidant gas is disposed on the contact surface. The substrate surface side cell holder 13 is in contact with the substrate surface (fuel electrode substrate) 112 of the single cell 1 via the buffer material 131.
[0013]
At this time, an insulating material having a thermal expansion coefficient close to that of the constituent material of the single cell 11 is used for the cell holders 12 and 13. As a result, when the cell holders 12 and 13 are brought into close contact with each other, the cell 11 can be disposed between the cell holders 12 and 13 with the electrolyte surface 111 sealed. Only the force due to the buffer material 131 being pressed and crushed is applied to the cell 11. Further, the surface of the cell holders 12 and 13 that does not contact the cell 11 (interconnector side) is made as smooth as possible, and can slide sideways with the contact surface with the interconnector 14 to be laminated. Yes.
[0014]
Depending on the stress due to thermal expansion, it is possible to use, among the above-mentioned cell holders, the substrate surface side cell holder 13 having a thermal expansion coefficient different from that of the cell 11, for example, the same material as the interconnector 14. can do. In this case, the substrate surface side cell holder 13 and the interconnector 14 can be the same component.
[0015]
[Action]
By providing the cell holder and stacking in the order of interconnector 14-substrate surface side cell holder 13-single cell 11-electrolyte surface side cell holder 12, substrate surface side cell holder 13-single cell 11 The gas seal between the cell and the cell holder can be at the same level as that of the rigid stack in the portion of the cell holder 12 on the electrolyte surface side. The gas seal between the cell holders 12 and 13 and the interconnector 14 can be secured only by a load by ensuring sufficient flatness of each component.
[0016]
In actual lamination, the load is applied only to the cell holders 12 and 13 and the interconnector 14 by adjusting the height of the current collecting surface 15 of the interconnector 14, so that an excessive load is prevented from being applied to the cell. Can do.
[0017]
Furthermore, the flat surfaces between the cell holders 12 and 13 and the interconnector 14 on the joint surface are merely overlapped, and the difference in thermal expansion coefficient between the cell holders 12 and 13 and the interconnector 14 is reduced by sliding. Therefore, the material used for the interconnector can be selected regardless of the thermal expansion characteristics of the single cell or the cell holder.
[0018]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 2 is a view showing an example of a laminated structure when the present invention is applied to a circular plate type fuel electrode supported fuel cell. 21 is a single cell. As a constituent material of a single cell, it can be applied to all material systems that are generally developed.
[0020]
For example, a zirconia material such as Sc 2 O 3 and Al 2 O 3 stabilized zirconia (SASZ) or yttria stabilized zirconia (YSZ) is used for the electrolyte 211, and these zirconia materials and nickel oxide are used as the fuel electrode substrate 212. A mixed cermet can be used. In this case, the average coefficient of thermal expansion of the cell from 800 ° C. to 1000 ° C. is about 10 to 11 × 10 −6 / K.
[0021]
For such a material cell, macerite, which is a kind of engineering ceramics, can be used to produce the cell holders 22 and 23. The average thermal expansion coefficient of macerite is 10.3 × 10 −6 / K, which is very close to the thermal expansion coefficient of a cell using a zirconia-based material, and functions as a good cell holder.
[0022]
As is clear from this figure, the unit cell 21 has the electrolyte 211 surface through the electrolyte surface side cell holder 22 via the sealing material 221, and the fuel electrode substrate 212 surface through the substrate surface side cell holder 23 through the buffer material 231. It is pinched. That is, in this case, the stacking of the electrolyte surface cell holder 22 -the single cell 21 -the substrate surface cell holder 23 can be fixed and sealed by sandwiching the sealing material 221 and the buffer material 231 as shown in FIG. it can.
[0023]
As the sealing material in this case, a glass material such as borosilicate glass or barium silicate glass, a mixture of glass wool and the glass material, a mixture of an alumina adhesive and a glass material, or the like can be used. The glass material to be used is selected from those having an appropriate softening point and working point in accordance with the operating temperature of the fuel cell. As the buffer material, almost any material that can be deformed, such as glass wool, foam metal, and metal net, can be used.
[0024]
A cell stack can be configured by stacking the cell 21-cell holders 22 and 23, the fuel gas flow channel 26, and the interconnector 24 provided with the oxidant gas flow channel 27, which are produced in this manner. Various metal materials including a ferritic stainless material such as SUS430 can be used for the interconnector. Of course, you may comprise with the conductive ceramics represented by the lanthanum chromite type | system | group. On one surface of the interconnector 24, a groove (not shown) for allowing the fuel gas to pass is formed from one fuel gas channel 26 to the other fuel gas channel 26 through the current collecting surface 25. Yes. On the other surface of the interconnector 24, a groove 271 for allowing the oxidant gas to pass therethrough is formed from one oxidant gas flow path 27 through the current collecting surface 25 to the other fuel gas flow path 27. .
[0025]
At this time, regardless of which material is used, it is important to adjust the height of the current collecting surface 25 of the interconnector 24 so that the cell is not overloaded. Further, a current collecting material having a buffer function such as foam metal, metal net, or expanded metal may be sandwiched between the cell 21 and the current collecting surface 25. The cell stack configured as described above has good gas seal characteristics and stability, and also shows a strong characteristic against a load due to a stress on a thermal history. Moreover, a metal can also be used for the separator material and can be determined independently of the cell constituent material.
[0026]
The present invention can be applied to all shapes such as a square in addition to the circular cell shown in the example.
[0027]
Further, the present invention can be applied not only to a fuel electrode support type cell but also to an electrolyte support type cell. An example of this configuration is shown in FIG. In this case, there is no distinction between the electrolyte surface side cell holder and the substrate surface side cell holder such as 12, 13 in FIG. 1 and 22, 23 in FIG. That is, in the case of a self-supporting cell, the fuel electrode and the air electrode are formed on both surfaces of the electrolyte substrate 411. Cell holders 42 are stacked on both surfaces of the unit cell 41 with a sealant 421 interposed therebetween. A stack is formed by further stacking an interconnector 43 on the cell holder 42.
[0028]
【The invention's effect】
By using the present invention, it is possible to freely select a material for an interconnector, whether it is a cell of a fuel electrode substrate or a cell of an electrolyte substrate, and has a solid gas oxidation and mechanical robustness. A physical fuel cell stack can be constructed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a stack configuration of the present invention.
FIG. 2 is an overhead view of a configuration of a circular flat plate fuel cell stack.
FIG. 3 is an enlarged view of a cell-cell holder joint.
FIG. 4 is a view showing a stack configuration of an electrolyte supported flat solid oxide fuel cell.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a flat electrode type solid oxide fuel cell supported by a fuel electrode.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an electrolyte-supported planar solid oxide fuel cell.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Single cell 12 Electrolyte side cell holder 121 Seal material 13 Substrate surface side cell holder 131 Buffer material 14 Interconnector 15 Current collecting surface 16 Fuel gas flow path 17 Oxidant gas flow path 21 Single cell 22 Electrolyte side cell holder 221 Seal Material 23 Substrate surface side cell holder 231 Buffer material 24 Interconnector 25 Current collecting surface 26 Fuel gas flow channel 27 Oxidant gas flow channel 31 Single cell 32 Electrolyte surface side cell holder 33 Substrate surface side cell holder 34 Electrolyte surface 35 Substrate surface 36 Seal material 37 Buffer material 41 Single cell 411 Electrolyte substrate 412 Fuel electrode 42 Cell holder 421 Seal material 44 Interconnector 51 Electrolyte 52 Fuel electrode substrate 53 Air electrode 61 Electrolyte substrate 62 Fuel electrode 63 Air electrode

Claims (5)

平板型の固体酸化物形燃料電池単セルをインターコネクタを介して電気的に接続する固体酸化物形燃料電池スタック構造であって、少なくとも一つは前記単セルと熱膨張係数の近い材料からなるセルホルダーを単セルを上下から挟み込むように設けるとともに、前記単セルと熱膨張係数の近い材料からなるセルホルダーは前記単セルの電解質面側でガスシールを行い、また、前記セルホルダーのインターコネクタ側との接触面を平滑に保つことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のスタック構造。A solid oxide fuel cell stack structure in which flat cell solid oxide fuel cell single cells are electrically connected via an interconnector, at least one of which is made of a material having a thermal expansion coefficient close to that of the single cell The cell holder is provided so as to sandwich the single cell from above and below, and the cell holder made of a material having a coefficient of thermal expansion close to that of the single cell performs gas sealing on the electrolyte surface side of the single cell, and the cell holder interconnector A solid oxide fuel cell stack structure characterized by maintaining a smooth contact surface with the side. 燃料極基板上に電解質および前記電解質の面より小さい面積の空気極を設けた燃料極支持型燃料電池単セルの前記電解質面にシール材を介してセルホルダーを積層したことを特徴とする請求項1記載の固体酸化物形燃料電池のスタック構造。A cell holder is laminated on the electrolyte surface of a fuel electrode-supported fuel cell single cell in which an electrolyte and an air electrode having an area smaller than the surface of the electrolyte are provided on a fuel electrode substrate, through a sealing material. 2. A stack structure of a solid oxide fuel cell according to 1. 前記単セルの基板面側に緩衝材を介してセルホルダーを積層したことを特徴とする請求項2記載の固体酸化物形燃料電池のスタック構造。3. The stack structure of a solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein a cell holder is laminated on the substrate surface side of the single cell via a buffer material. 電解質基板の両面にこの基板より小さい面積の燃料極と空気極をそれぞれ設けた電解質支持型燃料電池単セルの前記電解質基板にシール材を介してセルホルダーを積層したことを特徴とする請求項1記載の固体酸化物形燃料電池のスタック構造。2. A cell holder is laminated on the electrolyte substrate of an electrolyte-supporting fuel cell single cell in which a fuel electrode and an air electrode each having an area smaller than the substrate are provided on both surfaces of the electrolyte substrate via a sealing material. A stack structure of the described solid oxide fuel cell. 前記セルホルダーのうち基板面側のセルホルダーはインターコネクタと同一の材料からなることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の固体酸化物形燃料電池のスタック構造。4. The stack structure of a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a cell holder on the substrate surface side of the cell holder is made of the same material as that of the interconnector.
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