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JP2016162630A - Fuel battery - Google Patents

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JP2016162630A
JP2016162630A JP2015041359A JP2015041359A JP2016162630A JP 2016162630 A JP2016162630 A JP 2016162630A JP 2015041359 A JP2015041359 A JP 2015041359A JP 2015041359 A JP2015041359 A JP 2015041359A JP 2016162630 A JP2016162630 A JP 2016162630A
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JP
Japan
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power generation
generation element
longitudinal direction
portions
element portions
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Pending
Application number
JP2015041359A
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Japanese (ja)
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崇 龍
Takashi Ryu
崇 龍
誠 大森
Makoto Omori
誠 大森
博久 小川
Hirohisa Ogawa
博久 小川
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a "horizontal stripe type" fuel battery that can extract an output continuously and stably even when "abnormality such as disconnection" occurs.SOLUTION: A fuel cell includes a plate-shaped support substrate 10 having a longitudinal direction (x-axis direction). A plurality of power generation element portions A1 to A4 and power generation element portions A5 to A8 which are electrically connected to one another in series are provided along the longitudinal direction at the front side and back side of the supporting substrate 10, respectively. The fuel electrodes 20 of the power generation element portions A1 and A5 at the front and back sides of the first side (x-axis positive direction side) in the longitudinal direction (accurately, interconnectors 30 electrically-connected to the fuel electrode 20) are electrically connected to each other in parallel by a front-and-back connection member 80. The air poles 60 of the power generation element portions A4, A8 at the front and back sides at a second side (x-axis negative direction side) in the longitudinal direction (accurately, air electrode collector membranes 70 electrically-connected to the air electrode 60) are electrically connected to each other in parallel by the front-and-back connection member 80.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

従来より、「長手方向を有するとともに、ガス流路が前記長手方向に沿って内部に形成された支持基板」と、「前記支持基板の第1主面において2以上の所定数の前記長手方向の異なる位置にそれぞれ設けられた前記所定数の第1発電素子部」と、「前記支持基板の前記第1主面と反対の第2主面において前記所定数の前記長手方向の異なる位置にそれぞれ設けられた前記所定数の第2発電素子部」と、「前記所定数の第1発電素子部を電気的に直列に接続する第1直列電気的接続部」と、「前記所定数の第2発電素子部を電気的に直列に接続する第2直列電気的接続部」と、を備えた固体酸化物形燃料電池(SOFC)が知られている(例えば、特許文献1を参照)。このような構成は、「横縞型」とも呼ばれる。   Conventionally, “a support substrate having a longitudinal direction and a gas flow path formed therein along the longitudinal direction” and “a predetermined number of the longitudinal directions of two or more in the first main surface of the support substrate” The predetermined number of first power generation element portions provided at different positions, respectively, and the predetermined number of different positions in the longitudinal direction on the second main surface opposite to the first main surface of the support substrate. The predetermined number of second power generation element units ”, the“ first series electrical connection unit electrically connecting the predetermined number of first power generation element units in series ”, and the“ predetermined number of second power generation unit units ”. There is known a solid oxide fuel cell (SOFC) provided with a “second series electrical connection part for electrically connecting element parts in series” (see, for example, Patent Document 1). Such a configuration is also called a “horizontal stripe type”.

特許第5095877号公報Japanese Patent No. 5095877

上述のような燃料電池から大きな出力を取り出すために、上記燃料電池において、「前記所定数の第1発電素子部のうち前記長手方向における最も前記第2側に位置する第2側端第1発電素子部と、前記所定数の第2発電素子部のうち前記長手方向における最も前記第2側に位置する第2側端第2発電素子部と、を電気的に直列に接続する第3直列電気的接続部」を更に設ける構成(以下、「第1比較例」と呼ぶ)が考えられる。   In order to extract a large output from the fuel cell as described above, in the fuel cell, “of the predetermined number of first power generation element portions, the second side end first power generation located closest to the second side in the longitudinal direction. A third series electric unit that electrically connects the element unit and the second power generation element unit located on the second side closest to the second side in the longitudinal direction among the predetermined number of second power generation element units. A configuration (hereinafter referred to as “first comparative example”) in which a “general connection portion” is further provided is conceivable.

この「第1比較例」では、「所定数の2倍」の発電素子部が電気的に直列に接続されている(後述する図21を参照)。負荷に対して、前記所定数の第1発電素子部のうち前記長手方向における最も前記第1側に位置する第1側端第1発電素子部と、前記所定数の第2発電素子部のうち前記長手方向における最も前記第1側に位置する第1側端第2発電素子部と、を電気的に接続することによって、電流が、第1主面側にて、前記所定数の第1発電素子部を前記長手方向における第1側から第2側へと流れ、その後、第2側端第1発電素子部から第2側端第2発電素子部へと流れ、その後、第2主面側にて、前記所定数の第2発電素子部を前記長手方向における第2側から第1側へと流れ得る。即ち、この「第1比較例」では、一つの燃料電池から、「一つの発電素子部で発生する電圧(起電力)」に「所定数の2倍」を乗じた大きな電圧が得られる。このように大きな電圧が得られることに起因して、大きな出力(電圧×電流)を取り出すことができる。   In the “first comparative example”, “twice the predetermined number” of power generation element portions are electrically connected in series (see FIG. 21 described later). Of the predetermined number of first power generation element portions with respect to the load, of the first side end first power generation element portion located closest to the first side in the longitudinal direction, and among the predetermined number of second power generation element portions By electrically connecting the first side end second power generation element portion located closest to the first side in the longitudinal direction, the current is generated on the first main surface side by the predetermined number of first power generations. The element portion flows from the first side to the second side in the longitudinal direction, and then flows from the second side end first power generation element portion to the second side end second power generation element portion, and then the second main surface side. The predetermined number of second power generation element portions can flow from the second side to the first side in the longitudinal direction. That is, in the “first comparative example”, a large voltage obtained by multiplying “a voltage (electromotive force) generated in one power generation element portion” by “twice the predetermined number” is obtained from one fuel cell. Due to the fact that such a large voltage is obtained, a large output (voltage × current) can be taken out.

ところで、この「第1比較例」では、燃料電池内における電流が流れる通路のどこかで「電流が流れ得なくなる何らかの異常」(例えば、断線。以下、「断線等の異常」と呼ぶ)が発生した場合、燃料電池の全体として電流が全く流れ得なくなる(後述する図22を参照)。換言すれば、燃料電池に負荷を接続しても出力が全く取り出せなくなる。このように、燃料電池内のどこかで「断線等の異常」が発生した場合であっても、出力を継続・安定して取り出すことができる燃料電池の到来が望まれていたところである。   By the way, in the “first comparative example”, some sort of abnormality in which current cannot flow (for example, disconnection; hereinafter referred to as “abnormality such as disconnection”) occurs in a path through which current flows in the fuel cell. In this case, no current can flow as a whole of the fuel cell (see FIG. 22 described later). In other words, no output can be obtained even if a load is connected to the fuel cell. In this way, even when “abnormality such as disconnection” occurs somewhere in the fuel cell, the arrival of a fuel cell that can continuously and stably extract the output has been desired.

本発明は、係る問題に対処するためのものであり、「横縞型」の燃料電池であって、「断線等の異常」が発生した場合であっても、出力を継続・安定して取り出すことができるものを提供することを目的とする。   The present invention is to cope with such a problem, and is a “horizontal stripe type” fuel cell, in which output is continuously and stably taken out even when “abnormality such as disconnection” occurs. It aims to provide what can be.

本発明に係る燃料電池は、上記と同じ、「支持基板」と、「所定数の第1発電素子部」と、「所定数の第2発電素子部」と、「第1直列電気的接続部」と、「第2直列電気的接続部」と、を備える。   The fuel cell according to the present invention includes the same “support substrate”, “predetermined number of first power generation element portions”, “predetermined number of second power generation element portions”, and “first series electrical connection portion”. And “second series electrical connection portion”.

発明に係る燃料電池の特徴は、「並列電気的接続部」を更に備えたことにある。「並列電気的接続部」は、「第1側端第1発電素子部における燃料極」と「第1側端第2発電素子部における燃料極」とを電気的に並列に接続し、且つ、「第2側端第1発電素子部における空気極」と「第2側端第2発電素子部における空気極」と、を電気的に並列に接続することにある。   The feature of the fuel cell according to the invention is that it further includes a “parallel electrical connection portion”. "Parallel electrical connection part" electrically connects "the fuel electrode in the first side end first power generation element part" and "the fuel electrode in the first side end second power generation element part" in parallel; and The “air electrode in the second power generation element portion on the second side end” and the “air electrode in the second power generation element portion on the second side end” are electrically connected in parallel.

上記本発明の構成によれば、1対の「電気的に直列に接続された前記所定数の発電素子部」が電気的に並列に接続されている(後述する図20を参照)。負荷に対して、「第1側端第1発電素子部又は第1側端第2発電素子部」の「燃料極」と、「第2側端第1発電素子部又は第2側端第2発電素子部」の「空気極」と、を電気的に接続することによって、電流が、第1主面側にて、前記所定数の第1発電素子部を前記長手方向における第1側から第2側へと流れ、且つ、第2主面側にて、前記所定数の第2発電素子部を前記長手方向における第1側から第2側へと流れ得る。以下、第1、第2主面側における電流が流れる通路を、それぞれ、「第1通路」、「第2通路」と呼ぶ。換言すれば、燃料電池に流入した電流は、「第1通路を流れる電流」と、「第2通路を流れる電流」とに分かれる。   According to the configuration of the present invention described above, a pair of “the predetermined number of power generating element portions electrically connected in series” are electrically connected in parallel (see FIG. 20 described later). “Fuel electrode” of “first side end first power generation element part or first side end second power generation element part” and “second side end first power generation element part or second side end second with respect to load” By electrically connecting the “air electrode” of the “power generation element portion”, the current flows from the first side in the longitudinal direction to the predetermined number of first power generation element portions on the first main surface side. The predetermined number of second power generation element portions can flow from the first side to the second side in the longitudinal direction on the second main surface side. Hereinafter, the passages through which current flows on the first and second main surface sides are referred to as “first passage” and “second passage”, respectively. In other words, the current flowing into the fuel cell is divided into “current flowing through the first passage” and “current flowing through the second passage”.

従って、上記本発明の構成では、例えば、第1(第2)通路内のどこかで上記「断線等の異常」が発生した場合であっても、電流は、第2(第1)通路をなおも流れ得る。即ち、上記「第1比較例」とは異なり、燃料電池から出力を継続・安定して取り出すことができる(後述する図23を参照)。なお、第1、第2通路の両方において上記「断線等の異常」が同時に発生することは稀であると考えられる。   Therefore, in the configuration of the present invention, for example, even when the “abnormality such as disconnection” occurs somewhere in the first (second) passage, the current flows through the second (first) passage. It can still flow. That is, unlike the “first comparative example”, the output can be continuously and stably taken out from the fuel cell (see FIG. 23 described later). It is considered rare that the above-mentioned “abnormality such as disconnection” occurs simultaneously in both the first and second passages.

以下、上記本発明の構成において、「所定数の第2発電素子部」、及び、「第2直列電気的接続部」を除いた構成(即ち、第1主面側のみに所定数の発電素子部が設けられた構成。以下、「第2比較例」と呼ぶ)を考える。「第2比較例」では、「所定数」の発電素子部が電気的に直列に接続されている(後述する図24を参照)。負荷に対して、「第1側端第1発電素子部」の「燃料極」と、「第2側端第1発電素子部」の「空気極」と、を電気的に接続することによって、電流が、第1主面側にて、所定数の第1発電素子部を前記長手方向における第1側から第2側へと流れ得る。   Hereinafter, in the configuration of the present invention, the “predetermined number of second power generation element portions” and the “second series electrical connection portion” are excluded (ie, the predetermined number of power generation elements only on the first main surface side). (Hereinafter referred to as “second comparative example”). In the “second comparative example”, a “predetermined number” of power generation element units are electrically connected in series (see FIG. 24 described later). By electrically connecting the “fuel electrode” of the “first side end first power generation element portion” and the “air electrode” of the “second side end first power generation element portion” to the load, The current can flow from the first side to the second side in the longitudinal direction through the predetermined number of first power generation element portions on the first main surface side.

上述のように、上記本発明の構成では、燃料電池に流入した電流が、「第1通路を流れる電流」と「第2通路を流れる電流」とに分かれる。一方、上記「第2比較例」では、燃料電池に流入した電流は、単一の通路を流れる。従って、負荷に対して上述のように本発明の構成に係る燃料電池を接続した場合、同じ負荷に対して上述のように「第2比較例」に係る燃料電池を接続した場合と比較して、各発電素子部を流れる電流の大きさ(各発電素子部内の電流密度)が略半分になる。発電素子部内の電流密度が小さいほど、発電素子部内の電圧降下が小さくなる。従って、本発明の構成では、「第2比較例」と比べて、各発電素子部内の電圧降下が小さくなることによって、燃料電池全体からより大きい電圧を得ることができる。   As described above, in the configuration of the present invention, the current flowing into the fuel cell is divided into “current flowing through the first passage” and “current flowing through the second passage”. On the other hand, in the “second comparative example”, the current flowing into the fuel cell flows through a single passage. Therefore, when the fuel cell according to the configuration of the present invention is connected to the load as described above, compared to the case where the fuel cell according to the “second comparative example” is connected to the same load as described above. The magnitude of the current flowing through each power generation element portion (current density in each power generation element portion) is substantially halved. The smaller the current density in the power generation element portion, the smaller the voltage drop in the power generation element portion. Therefore, in the configuration of the present invention, compared to the “second comparative example”, a voltage drop in each power generation element portion is reduced, so that a larger voltage can be obtained from the entire fuel cell.

ところで、上記本発明の構成にて、「第1側端第1発電素子部の燃料極」と「第1側端第2発電素子部の燃料極」、及び、「第2側端第1発電素子部の空気極」と「第2側端第2発電素子部の空気極」のみが電気的に並列に接続されている構成では、第1(第2)通路内のどこかで上記「断線等の異常」が発生した場合、所定数の第1(第2)発電素子部の全てについて電流が全く流れ得なくなる。加えて、この場合、電流が第2(第1)通路のみを流れるので、上記「第2比較例」と等価の構成が実現されている、といえる。従って、第2(第1)通路に含まれる各発電素子部内の電流密度(従って、電圧降下)が略2倍になり、燃料電池全体から得られる電圧も小さくなる。   By the way, in the configuration of the present invention, “the fuel electrode of the first side end first power generation element portion”, “the fuel electrode of the first side end second power generation element portion”, and “the second side end first power generation”. In the configuration in which only the “air electrode of the element part” and “the air electrode of the second power generation element part of the second side end” are electrically connected in parallel, the “disconnection” is somewhere in the first (second) passage. In the case of occurrence of “abnormality etc.”, no current can flow through all of the predetermined number of first (second) power generation element portions. In addition, in this case, since the current flows only through the second (first) passage, it can be said that a configuration equivalent to the “second comparative example” is realized. Accordingly, the current density (and hence the voltage drop) in each power generating element part included in the second (first) passage is approximately doubled, and the voltage obtained from the entire fuel cell is also reduced.

この点、上記本発明の構成において、前記第2側端第1発電素子部以外の全ての前記第1発電素子部における前記空気極と、前記第2側端第2発電素子部以外の全ての前記第2発電素子部における前記空気極と、を、前記長手方向における前記第1側から同数番目に位置する発電素子部同士に関してそれぞれ、電気的に並列に接続するように構成することが考えられる。   In this regard, in the configuration of the present invention described above, the air electrode in all the first power generation element portions other than the second side end first power generation element portion and all the portions other than the second side end second power generation element portion. The air electrode in the second power generation element portion may be configured to be electrically connected in parallel with respect to the power generation element portions located at the same number from the first side in the longitudinal direction. .

この構成では、第1(第2)通路内のどこかで上記「断線等の異常」が発生した場合であっても、所定数の第1(第2)発電素子部の少なくとも1つについて電流が流れ得る可能性を残すことができる(この点については後述する)。この結果、第2(第1)通路に含まれる所定数の発電素子部の少なくとも1つについて発電素子部内の電流密度(従って、電圧降下)が略2倍になる事態を防止でき、この結果、燃料電池全体から得られる電圧が小さくなる程度を抑制することができる(この点についても後述する)。   In this configuration, even if the “abnormality such as disconnection” occurs somewhere in the first (second) passage, current is supplied to at least one of the predetermined number of first (second) power generation element portions. Can flow (this will be described later). As a result, it is possible to prevent a situation in which the current density (and hence voltage drop) in the power generation element portion is approximately doubled for at least one of the predetermined number of power generation element portions included in the second (first) passage. The extent to which the voltage obtained from the entire fuel cell is reduced can be suppressed (this will also be described later).

また、上記本発明の構成において、前記第2側端第1発電素子部以外の一部の前記第1発電素子部における前記空気極と、前記第2側端第2発電素子部以外の一部の前記第2発電素子部における前記空気極と、を、前記長手方向における前記第1側から同数番目に位置する発電素子部同士に関してそれぞれ、電気的に並列に接続するように構成することも考えられる。この構成においても、上記構成と同様の作用・効果が奏され得る。加えて、上記構成と比べて、電気的に並列に接続される箇所が少ないので、製造コストを下げることができる。   In the configuration of the present invention, the air electrode in a part of the first power generation element part other than the second side end first power generation element part and a part other than the second side end second power generation element part. It is also conceivable that the air electrode in the second power generation element portion is electrically connected in parallel with each other with respect to the power generation element portions located at the same number from the first side in the longitudinal direction. It is done. Also in this configuration, the same operations and effects as the above configuration can be achieved. In addition, as compared with the above configuration, since there are few portions that are electrically connected in parallel, the manufacturing cost can be reduced.

また、上記本発明の構成において、前記並列電気的接続部は、前記第1側端第1発電素子部における前記燃料極と、前記第1側端第2発電素子部における前記燃料極と、を電気的に並列に接続し、且つ、前記第2側端第1発電素子部における前記空気極と、前記第2側端第2発電素子部における前記空気極と、を電気的に並列に接続する一方で、全ての隣接する前記第1発電素子部同士の間の電気的接続部と、全ての隣接する前記第2発電素子部同士の間の電気的接続部と、を、前記長手方向における前記第1側から同数番目に位置する電気的接続部同士に関してそれぞれ、電気的に並列に接続しないように構成することもできる。この構成においても、上記構成と比べて、電気的に並列に接続される箇所が少ないので、製造コストを下げることができる。   In the configuration of the present invention described above, the parallel electrical connection portion includes the fuel electrode in the first side end first power generation element portion and the fuel electrode in the first side end second power generation element portion. Electrically connected in parallel, and electrically connected in parallel the air electrode in the second side end first power generation element portion and the air electrode in the second side end second power generation element portion. On the other hand, electrical connection portions between all the adjacent first power generation element portions, and electrical connection portions between all the adjacent second power generation element portions, in the longitudinal direction, The electrical connection portions located at the same number from the first side may be configured not to be electrically connected in parallel. Also in this configuration, compared with the above configuration, the number of locations that are electrically connected in parallel is small, so that the manufacturing cost can be reduced.

本発明の燃料電池の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows embodiment of the fuel cell of this invention. 図1の2−2線に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the 2-2 line of FIG. 図2の一部を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which a part of FIG. 2 was expanded. 図2の4−4線に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to line 4-4 of FIG. 図1に示す支持基板の凹部に埋設された燃料極及びインターコネクタの状態を示した平面図である。It is the top view which showed the state of the fuel electrode and interconnector which were embed | buried under the recessed part of the support substrate shown in FIG. 図2の6−6線に対応する断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to line 6-6 in FIG. 図2の7−7線に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the 7-7 line | wire of FIG. 図1に示す実施形態の作動状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation state of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の作動状態における電流の流れを説明するための図2に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 2 for demonstrating the flow of the electric current in the operation state of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の作動状態における電流の流れを説明するための図3に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 3 for demonstrating the flow of the electric current in the operation state of embodiment shown in FIG. 図1に示す支持基板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the support substrate shown in FIG. 図1に示す実施形態の製造過程における第1段階における図3に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in a first stage in the manufacturing process of the embodiment shown in FIG. 1. 図1に示す実施形態の製造過程における第2段階における図3に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 3 in the 2nd step in the manufacture process of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の製造過程における第3段階における図3に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 3 in the 3rd step in the manufacture process of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の製造過程における第4段階における図3に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in a fourth stage in the manufacturing process of the embodiment shown in FIG. 1. 図1に示す実施形態の製造過程における第5段階における図3に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 3 in the 5th step in the manufacture process of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の製造過程における第6段階における図3に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 3 in the 6th step in the manufacture process of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の製造過程における第7段階における図3に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 3 in the 7th step in the manufacture process of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の製造過程における第8段階における図3に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 3 in the 8th step in the manufacture process of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態を負荷に接続した場合の等価電気回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent electric circuit at the time of connecting embodiment shown in FIG. 1 to load. 第1比較例を負荷に接続した場合の等価電気回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent electrical circuit at the time of connecting a 1st comparative example to load. 図21に示す第1比較例において、「断線等の異常」が発生した場合の電流の流れを説明するための図である。FIG. 22 is a diagram for explaining a current flow when “abnormality such as disconnection” occurs in the first comparative example illustrated in FIG. 21; 図20に示す実施形態において、「断線等の異常」が発生した場合の電流の流れを説明するための図である。FIG. 21 is a diagram for describing a flow of current when an “abnormality such as disconnection” occurs in the embodiment illustrated in FIG. 20. 第2比較例を負荷に接続した場合の等価電気回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent electric circuit at the time of connecting a 2nd comparative example to load. 図1に示す実施形態の変形例についての図1に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 1 about the modification of embodiment shown in FIG. 図25に示す変形例を負荷に接続した場合の等価電気回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent electric circuit at the time of connecting the modification shown in FIG. 25 to load. 図26に示す変形例において、「断線等の異常」が発生した場合の電流の流れを説明するための図である。FIG. 27 is a diagram for explaining a current flow when an “abnormality such as disconnection” occurs in the modification shown in FIG. 26. 図25に示す変形例と電気回路に関して等価な変形例についての図1に対応する図である。FIG. 26 is a diagram corresponding to FIG. 1 for a modification equivalent to the modification shown in FIG. 25 and an electric circuit. 図28に示す変形例についての図2に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 2 about the modification shown in FIG. 図1に示す実施形態の他の変形例についての図1に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 1 about the other modification of embodiment shown in FIG. 図30に示す他の変形例を負荷に接続した場合の等価電気回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent electric circuit at the time of connecting to the load in the other modification shown in FIG. 図31に示す他の変形例において、「断線等の異常」が発生した場合の電流の流れを説明するための図である。FIG. 32 is a diagram for explaining the flow of current when “abnormality such as disconnection” occurs in another modification shown in FIG. 31. 図30に示す変形例と電気回路に関して等価な変形例についての図1に対応する図である。FIG. 31 is a diagram corresponding to FIG. 1 for a modification equivalent to the modification shown in FIG. 30 and an electric circuit. 図33に示す変形例についての図2に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 2 about the modification shown in FIG.

(構成)
図1及び図2は、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池(SOFC)100の全体を示す。図3は、図2に示す断面の一部を拡大した拡大図である。SOFC100は、長手方向(x軸方向)を有する平板状の支持基板10の上下面(互いに平行な両側の主面(平面))のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数(本例では、4つ)の発電素子部A(A1〜A8)が長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。
(Constitution)
1 and 2 show an entire solid oxide fuel cell (SOFC) 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged view of a part of the cross section shown in FIG. The SOFC 100 has a plurality (in this example) electrically connected in series to the upper and lower surfaces (main surfaces (planes) on both sides parallel to each other) of the flat support substrate 10 having a longitudinal direction (x-axis direction). The four power generating element portions A (A1 to A8) are arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction and have a so-called “horizontal stripe type” configuration.

SOFC100の全体を上方からみた形状は、例えば、長手方向(x軸方向)の辺の長さが50〜500mmで長手方向に直交する幅方向(y軸方向)の長さが10〜100mmの長方形である。SOFC100の全体の厚さ(z軸方向)は、1〜5mmである。   The shape of the entire SOFC 100 viewed from above is, for example, a rectangle whose length in the longitudinal direction (x-axis direction) is 50 to 500 mm and whose length in the width direction (y-axis direction) perpendicular to the longitudinal direction is 10 to 100 mm. It is. The total thickness (z-axis direction) of the SOFC 100 is 1 to 5 mm.

支持基板10は、電子伝導性を有さない多孔質の材料からなる平板状の焼成体である。後述する図11に示すように、支持基板10の内部には、長手方向に延びる複数(本例では、6本)の燃料ガス流路11(貫通孔)が幅方向において所定の間隔をおいて形成されている。また、支持基板10の上下面(両主面)のそれぞれには、各発電素子部Aに対応する箇所に凹部12がそれぞれ形成されている。本例では、各凹部12は、支持基板10の材料からなる底壁と、全周に亘って支持基板10の材料からなる周方向に閉じた側壁(長手方向に沿う2つの側壁と幅方向に沿う2つの側壁)と、で画定された直方体状の窪みである。   The support substrate 10 is a flat plate-like fired body made of a porous material having no electronic conductivity. As shown in FIG. 11 to be described later, a plurality (six in this example) of fuel gas passages 11 (through holes) extending in the longitudinal direction are provided in the support substrate 10 at predetermined intervals in the width direction. Is formed. In addition, in each of the upper and lower surfaces (both main surfaces) of the support substrate 10, recesses 12 are formed at locations corresponding to the respective power generation element portions A. In this example, each recess 12 includes a bottom wall made of the material of the support substrate 10 and side walls closed in the circumferential direction made of the material of the support substrate 10 over the entire circumference (two side walls along the longitudinal direction and the width direction). A rectangular parallelepiped depression defined by two side walls).

支持基板10は、例えば、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、MgO(酸化マグネシウム)とMgAl(マグネシアアルミナスピネル)とから構成されてもよい。 The support substrate 10 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, it may be composed of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or MgO. (Magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) may be used.

支持基板10は、「遷移金属酸化物又は遷移金属」と、絶縁性セラミックスとを含んで構成され得る。「遷移金属酸化物又は遷移金属」としては、NiO(酸化ニッケル)又はNi(ニッケル)が好適である。遷移金属は、燃料ガスの改質反応を促す触媒(炭化水素系のガスの改質触媒)として機能し得る。   The support substrate 10 may be configured to include “transition metal oxide or transition metal” and insulating ceramics. As the “transition metal oxide or transition metal”, NiO (nickel oxide) or Ni (nickel) is suitable. The transition metal can function as a catalyst for promoting a reforming reaction of the fuel gas (hydrocarbon-based gas reforming catalyst).

また、絶縁性セラミックスとしては、MgO(酸化マグネシウム)、又は、「MgAl(マグネシアアルミナスピネル)とMgO(酸化マグネシウム)の混合物」が好適である。また、絶縁性セラミックスとして、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)、Y(イットリア)が使用されてもよい。 Further, as the insulating ceramic, MgO (magnesium oxide) or “mixture of MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) and MgO (magnesium oxide)” is preferable. Further, CSZ (calcia stabilized zirconia), YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), Y 2 O 3 (yttria) may be used as the insulating ceramic.

このように、支持基板10が「遷移金属酸化物又は遷移金属」を含むことによって、改質前の残存ガス成分を含んだガスが多孔質の支持基板10の内部の多数の気孔を介して燃料ガス流路11から燃料極に供給される過程において、上記触媒作用によって改質前の残存ガス成分の改質を促すことができる。加えて、支持基板10が絶縁性セラミックスを含むことによって、支持基板10の絶縁性を確保することができる。この結果、隣り合う燃料極間における絶縁性が確保され得る。支持基板10の厚さは、1〜5mmである。   As described above, since the support substrate 10 contains “transition metal oxide or transition metal”, the gas containing the residual gas component before the reforming is supplied to the fuel through the numerous pores inside the porous support substrate 10. In the process of being supplied from the gas flow path 11 to the fuel electrode, the catalytic action can promote the reforming of the residual gas component before the reforming. In addition, the insulating property of the support substrate 10 can be ensured by the support substrate 10 containing insulating ceramics. As a result, insulation between adjacent fuel electrodes can be ensured. The thickness of the support substrate 10 is 1 to 5 mm.

図3〜図5に示すように、支持基板10の上下面(両主面)に形成された各凹部12には、燃料極集電部21の全体が埋設(充填)されている。従って、各燃料極集電部21は直方体状を呈している。図5に示すように、各燃料極集電部21の上面(外側面)には、凹部21aが形成されている。各凹部21aは、燃料極集電部21の材料からなる底壁と、全周に亘って燃料極集電部21の材料からなる周方向に閉じた側壁(長手方向に沿う2つの側壁と幅方向に沿う2つの側壁)と、で画定された直方体状の窪みである。   As shown in FIGS. 3 to 5, the entire fuel electrode current collector 21 is embedded (filled) in each recess 12 formed on the upper and lower surfaces (both main surfaces) of the support substrate 10. Therefore, each fuel electrode current collector 21 has a rectangular parallelepiped shape. As shown in FIG. 5, a recess 21 a is formed on the upper surface (outer surface) of each fuel electrode current collector 21. Each recess 21a includes a bottom wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 and a circumferentially closed side wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 (two side walls and a width along the longitudinal direction). Two side walls extending in the direction), and a rectangular parallelepiped-shaped depression.

各凹部21aには、燃料極活性部22の全体が埋設(充填)されている。従って、各燃料極活性部22は直方体状を呈している。燃料極集電部21と燃料極活性部22とにより燃料極20が構成される。燃料極20(燃料極集電部21+燃料極活性部22)は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。各燃料極活性部22の前記「周方向に閉じた側壁」の全周と底面とは、凹部21b内で燃料極集電部21と接触している。   The entire anode active portion 22 is embedded (filled) in each recess 21a. Accordingly, each fuel electrode active portion 22 has a rectangular parallelepiped shape. A fuel electrode 20 is configured by the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active unit 22. The fuel electrode 20 (fuel electrode current collector 21 + fuel electrode active part 22) is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The entire circumference and bottom surface of the “side wall closed in the circumferential direction” of each anode active portion 22 are in contact with the anode current collector 21 in the recess 21b.

図5に示すように、各燃料極集電部21の上面(外側面)における凹部21aを除いた部分には、凹部21bが形成されている。各凹部21bは、燃料極集電部21の材料からなる底壁と、全周に亘って燃料極集電部21の材料からなる周方向に閉じた側壁(長手方向に沿う2つの側壁と幅方向に沿う2つの側壁)と、で画定された直方体状の窪みである。   As shown in FIG. 5, a recess 21 b is formed on the upper surface (outer surface) of each fuel electrode current collector 21 except for the recess 21 a. Each recess 21b includes a bottom wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 and a side wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 over the entire circumference (two side walls and a width along the longitudinal direction). Two side walls extending in the direction), and a rectangular parallelepiped-shaped depression.

各凹部21bには、インターコネクタ30の全体が埋設(充填)されている。従って、各インターコネクタ30は直方体状を呈している。インターコネクタ30は、電子伝導性を有する緻密質材料からなる焼成体である。各インターコネクタ30の前記「周方向に閉じた側壁」の全周と底面とは、凹部21b内で燃料極集電部21と接触している。   The entire interconnector 30 is embedded (filled) in each recess 21b. Accordingly, each interconnector 30 has a rectangular parallelepiped shape. The interconnector 30 is a fired body made of a dense material having electronic conductivity. The entire circumference and bottom surface of the “circumferentially closed sidewall” of each interconnector 30 are in contact with the fuel electrode current collector 21 in the recess 21b.

図3に示すように、燃料極20(燃料極集電部21及び燃料極活性部22)の上面(外側面)と、インターコネクタ30の上面(外側面)と、支持基板10の主面とにより、1つの平面(凹部12が形成されていない場合の支持基板10の主面と同じ平面)が構成されている。即ち、燃料極20の上面とインターコネクタ30の上面と支持基板10の主面との間で、段差が形成されていない。   As shown in FIG. 3, the upper surface (outer surface) of the fuel electrode 20 (the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active unit 22), the upper surface (outer surface) of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10 Thus, one plane (the same plane as the main surface of the support substrate 10 when the recess 12 is not formed) is configured. That is, no step is formed between the upper surface of the fuel electrode 20, the upper surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10.

燃料極活性部22は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、NiO(酸化ニッケル)とGDC(ガドリニウムドープセリア)とから構成されてもよい。燃料極集電部21は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とCSZ(カルシア安定化ジルコニア)とから構成されてもよい。燃料極活性部22の厚さは、5〜30μmであり、燃料極集電部21の厚さ(即ち、凹部12の深さ)は、50〜500μmである。 The fuel electrode active part 22 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or you may comprise from NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium dope ceria). The fuel electrode current collector 21 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, it may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or may be composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). The thickness of the anode active portion 22 is 5 to 30 μm, and the thickness of the anode current collecting portion 21 (that is, the depth of the recess 12) is 50 to 500 μm.

このように、燃料極集電部21は、電子伝導性を有する物質を含んで構成される。燃料極活性部22は、電子伝導性を有する物質と酸素イオン伝導性を有する物質とを含んで構成される。燃料極活性部22における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」は、燃料極集電部21における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」よりも大きい。   As described above, the fuel electrode current collector 21 includes a substance having electronic conductivity. The fuel electrode active part 22 includes a substance having electron conductivity and a substance having oxygen ion conductivity. The “volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the entire volume excluding the pore portion” in the anode active portion 22 is “having oxygen ion conductivity with respect to the entire volume excluding the pore portion” in the anode current collecting portion 21. It is larger than the “volume ratio of the substance”.

インターコネクタ30は、例えば、LaCrO(ランタンクロマイト)から構成され得る。或いは、(Sr,La)TiO(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコネクタ30の厚さは、10〜100μmである。 The interconnector 30 can be composed of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, it may be composed of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 30 is 10 to 100 μm.

燃料極20及びインターコネクタ30がそれぞれの凹部12に埋設された状態の支持基板10における長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタ30が形成されたそれぞれの部分の中央部を除いた全面は、固体電解質膜40により覆われている。即ち、固体電解質膜40は、発電素子部Aの内部から支持基板10の表面を覆うように発電素子部Aの外部へ延びている。換言すれば、固体電解質膜40は、支持基板10の表裏の各主面における発電素子部Aが設けられた領域を除いた部分、及び、支持基板10の側端面(幅方向(y軸方向)の両端面)を覆うように設けられている。   The entire surface excluding the central portion of each portion where the plurality of interconnectors 30 are formed on the outer peripheral surface extending in the longitudinal direction of the support substrate 10 in a state where the fuel electrode 20 and the interconnector 30 are embedded in the respective recesses 12, The solid electrolyte membrane 40 is covered. That is, the solid electrolyte membrane 40 extends from the inside of the power generation element portion A to the outside of the power generation element portion A so as to cover the surface of the support substrate 10. In other words, the solid electrolyte membrane 40 is a portion excluding the region where the power generating element part A is provided on each of the main surfaces on the front and back sides of the support substrate 10 and the side end surface (width direction (y-axis direction)) of the support substrate 10. Are provided so as to cover the both end faces of the head.

固体電解質膜40は、イオン伝導性を有する緻密質材料からなる焼成体である。固体電解質膜40は、例えば、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)から構成され得る。即ち、固体電解質膜40は、ジルコニア(ZrO)を含む。固体電解質膜40の厚さは、3〜50μmである。 The solid electrolyte membrane 40 is a fired body made of a dense material having ion conductivity. The solid electrolyte membrane 40 can be made of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). That is, the solid electrolyte membrane 40 contains zirconia (ZrO 2 ). The thickness of the solid electrolyte membrane 40 is 3 to 50 μm.

このように、支持基板10の表裏の各主面の全域、及び、支持基板10の側端面は、インターコネクタ30と、固体電解質膜40と、で構成された「緻密質からなる膜」により覆われている。この「緻密質からなる膜」は、膜の内側の空間を流れる燃料ガスと膜の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。このガスシール機能を発揮するため、この「緻密質からなる膜」(インターコネクタ30+固体電解質膜40)の気孔率は、10%以下である。   In this way, the entire area of each main surface on the front and back sides of the support substrate 10 and the side end surfaces of the support substrate 10 are covered with the “film made of dense material” composed of the interconnector 30 and the solid electrolyte film 40. It has been broken. This “dense membrane” exhibits a gas sealing function that prevents mixing of the fuel gas flowing in the space inside the membrane and the air flowing in the space outside the membrane. In order to exhibit this gas sealing function, the porosity of this “membrane made of dense material” (interconnector 30 + solid electrolyte membrane 40) is 10% or less.

なお、図2に示すように、本例では、固体電解質膜40が、燃料極20(集電部21+活性部22)の上面、インターコネクタ30の上面の中央部、及び支持基板10の主面を覆っている。ここで、上述したように、燃料極20の上面とインターコネクタ30の上面と支持基板10の主面との間で段差が形成されていない。従って、固体電解質膜40が平坦化されている。この結果、固体電解質膜40に段差が形成される場合に比して、応力集中に起因する固体電解質膜40でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜40が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。   As shown in FIG. 2, in this example, the solid electrolyte membrane 40 includes the upper surface of the fuel electrode 20 (current collector 21 + active portion 22), the central portion of the upper surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10. Covering. Here, as described above, no step is formed between the upper surface of the fuel electrode 20, the upper surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10. Therefore, the solid electrolyte membrane 40 is flattened. As a result, compared with the case where a step is formed in the solid electrolyte membrane 40, the generation of cracks in the solid electrolyte membrane 40 due to stress concentration can be suppressed, and the gas sealing function of the solid electrolyte membrane 40 is reduced. Can be suppressed.

固体電解質膜40における各燃料極活性部22と接している箇所の上面には、反応防止膜50を介して空気極60が形成されている。反応防止膜50は、緻密質材料からなる焼成体であり、空気極60は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極60を上方からみた形状は、燃料極活性部22と略同一の長方形である。   An air electrode 60 is formed on the upper surface of a portion in contact with each fuel electrode active part 22 in the solid electrolyte membrane 40 via a reaction preventing film 50. The reaction preventing film 50 is a fired body made of a dense material, and the air electrode 60 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The shape of the air electrode 60 viewed from above is substantially the same rectangle as the fuel electrode active part 22.

反応防止膜50は、例えば、GDC=(Ce,Gd)O(ガドリニウムドープセリア)、及び、SDC=(Ce,Sm)O(サマリウムドープセリア)等の希土類元素を含むセリアを含む緻密質材料で構成される。反応防止膜50の厚さは、3〜50μmである。反応防止膜50の気孔率は、10%以下である。 The reaction preventing film 50 is a dense material containing ceria containing rare earth elements such as GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium doped ceria) and SDC = (Ce, Sm) O 2 (samarium doped ceria). Composed of materials. The thickness of the reaction preventing film 50 is 3 to 50 μm. The porosity of the reaction preventing film 50 is 10% or less.

空気極60は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、LSF=(La,Sr)FeO(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O(ランタンニッケルフェライト)、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)等から構成されてもよい。また、空気極60は、LSCFからなる第1層(内側層)とLSCからなる第2層(外側層)との2層によって構成されてもよい。空気極60の厚さは、10〜100μmである。 The air electrode 60 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, from LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite), LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite), etc. It may be configured. Further, the air electrode 60 may be configured by two layers of a first layer (inner layer) made of LSCF and a second layer (outer layer) made of LSC. The thickness of the air electrode 60 is 10 to 100 μm.

なお、固体電解質膜40と空気極60との間に反応防止膜50が介装されるのは、SOFC100作製時又は作動中のSOFC100内において固体電解質膜40内のYSZと空気極60内のSrとが反応して固体電解質膜40と空気極60との界面に電気抵抗が大きい反応層(SrZrO)が形成される現象の発生を抑制するためである。 The reaction preventing film 50 is interposed between the solid electrolyte membrane 40 and the air electrode 60 because the SFC in the solid electrolyte membrane 40 and the Sr in the air electrode 60 are in the SOFC 100 when the SOFC 100 is manufactured or in operation. This is to suppress the occurrence of a phenomenon in which a reaction layer (SrZrO 3 ) having a large electric resistance is formed at the interface between the solid electrolyte membrane 40 and the air electrode 60 due to the reaction.

ここで、燃料極20(特に、燃料極活性部22)と、固体電解質膜40と、反応防止膜50と、空気極60とが積層されてなる積層体(より具体的には、その積層体における、燃料極活性部22と空気極60とが向かい合う領域)が、「発電素子部A」に対応する(図2及び図3を参照)。本実施形態では、図2に示すように、支持基板10の上下面のそれぞれにて、複数(本例では、4つ)の発電素子部A(A1〜A8)が、長手方向において所定の間隔をおいて配置されている。   Here, a laminated body in which the fuel electrode 20 (particularly, the fuel electrode active part 22), the solid electrolyte membrane 40, the reaction preventing film 50, and the air electrode 60 are laminated (more specifically, the laminated body). The region where the fuel electrode active part 22 and the air electrode 60 face each other) corresponds to the “power generation element part A” (see FIGS. 2 and 3). In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a plurality (four in this example) of power generation element portions A (A1 to A8) are arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction on each of the upper and lower surfaces of the support substrate 10. Is placed.

図2に示すように、隣り合う発電素子部A,Aについて、一方の発電素子部Aの空気極60と、他方の発電素子部Aのインターコネクタ30とを跨ぐように、空気極60、固体電解質膜40、及び、インターコネクタ30の上面に、空気極集電膜70が形成されている。空気極集電膜70は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極集電膜70を上方からみた形状は、長方形である。   As shown in FIG. 2, for the adjacent power generation element portions A and A, the air electrode 60, the solid state so as to straddle the air electrode 60 of one power generation element portion A and the interconnector 30 of the other power generation element portion A. An air electrode current collecting film 70 is formed on the upper surfaces of the electrolyte membrane 40 and the interconnector 30. The air electrode current collector film 70 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The shape of the air electrode current collector film 70 as viewed from above is a rectangle.

空気極集電膜70は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)から構成されてもよい。或いは、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)から構成されてもよい。或いは、La(Ni、Fe、Cu)Oで構成されてもよい。即ち、空気極集電膜70は、ストロンチウム(Sr)又はランタン(La)を含む。空気極集電膜70の厚さは、50〜500μmである。 The air electrode current collector film 70 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite) may be used. Or you may comprise from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy). Alternatively, it may be composed of La (Ni, Fe, Cu) O 3 . That is, the air electrode current collector film 70 contains strontium (Sr) or lanthanum (La). The thickness of the air electrode current collector film 70 is 50 to 500 μm.

本明細書にて、La(Ni、Fe、Cu)Oは、具体的には、下記(1)式の化学式で表わされる酸化物を指す。ただし、(1)式において、m及びnは0.95以上1.05以下であり、xは0.03以上0.3以下であり、yは0.05以上0.5以下であり、δは0以上0.8以下である。
La(Ni1−x−yFeCu3−δ …(1)
In this specification, La (Ni, Fe, Cu) O 3 specifically refers to an oxide represented by a chemical formula of the following formula (1). However, in Formula (1), m and n are 0.95 or more and 1.05 or less, x is 0.03 or more and 0.3 or less, y is 0.05 or more and 0.5 or less, δ Is 0 or more and 0.8 or less.
La m (Ni 1-x- y Fe x Cu y) n O 3-δ ... (1)

このように各空気極集電膜70が形成されることにより、図2に示すように、各組の隣り合う発電素子部A,Aについて、一方の発電素子部Aの空気極60と、他方の発電素子部Aの燃料極20(特に、燃料極集電部21)とが、電子伝導性を有する「空気極集電膜70及びインターコネクタ30」を介して電気的に接続される。この結果、支持基板10の上下面のそれぞれに配置されている複数(本例では、4つ)の発電素子部A(A1〜A4、及び、A5〜A8)が、電気的に直列に接続される。ここで、発電素子部A1〜A4が、前記「第1発電素子部」に対応し、発電素子部A5〜A8が、前記「第2発電素子部」に対応している(図2を参照)。   By forming each air electrode current collecting film 70 in this manner, as shown in FIG. 2, the air electrode 60 of one power generation element part A and the other of the adjacent power generation element parts A and A, as shown in FIG. The fuel electrode 20 (particularly, the fuel electrode current collector 21) of the power generation element part A is electrically connected via the “air electrode current collector film 70 and the interconnector 30” having electronic conductivity. As a result, a plurality (four in this example) of power generation element portions A (A1 to A4 and A5 to A8) disposed on the upper and lower surfaces of the support substrate 10 are electrically connected in series. The Here, the power generation element portions A1 to A4 correspond to the “first power generation element portion”, and the power generation element portions A5 to A8 correspond to the “second power generation element portion” (see FIG. 2). .

また、電子伝導性を有する「空気極集電膜70及びインターコネクタ30」が、前記「第1直列電気的接続部」、及び、「第2直列電気的接続部」に対応する。インターコネクタ30は、前記「第1、第2直列電気的接続部」における前記「緻密質材料で構成された第1部分」に対応し、気孔率は10%以下である。空気極集電膜70は、前記「第1、第2直列電気的接続部」における前記「多孔質材料で構成された第2部分」に対応し、気孔率は20〜60%である。   Further, the “air electrode current collector film 70 and the interconnector 30” having electronic conductivity correspond to the “first series electrical connection portion” and the “second series electrical connection portion”. The interconnector 30 corresponds to the “first portion made of a dense material” in the “first and second series electrical connection portions”, and has a porosity of 10% or less. The air electrode current collecting film 70 corresponds to the “second portion made of a porous material” in the “first and second series electrical connection portions”, and has a porosity of 20 to 60%.

図3に示す構成では、反応防止膜50が、発電素子部Aの内部(即ち、固体電解質膜40と空気極60との間の部分)から「固体電解質膜40における発電素子部Aの外部に形成された部分」の表面を覆うように(表面に接触するように)発電素子部Aの外部へ延びている。空気極集電膜70が、反応防止膜50(より具体的には、反応防止膜50における発電素子部Aの外部に形成された部分)の表面を覆うように(表面に接触するように)形成されている。換言すれば、空気極集電膜70と固体電解質膜40が向かい合う全ての部分において、反応防止膜50(より具体的には、反応防止膜50における発電素子部Aの外部に形成された部分)が介装されている。   In the configuration shown in FIG. 3, the reaction preventing film 50 extends from the inside of the power generating element part A (that is, the part between the solid electrolyte film 40 and the air electrode 60) to the outside of the power generating element part A in the solid electrolyte film 40. It extends to the outside of the power generation element part A so as to cover the surface of the “formed part” (in contact with the surface). The air electrode current collecting film 70 covers the surface of the reaction preventing film 50 (more specifically, the portion formed outside the power generating element part A in the reaction preventing film 50) (so as to be in contact with the surface). Is formed. In other words, the reaction preventing film 50 (more specifically, the part formed outside the power generation element part A in the reaction preventing film 50) in all the parts where the air electrode current collecting film 70 and the solid electrolyte film 40 face each other. Is intervening.

図1、図2、及び図6に示すように、支持基板10の「長手方向における表裏の発電素子部A4、A8に対応する部分」には、発電素子部A4、A8の空気極60同士(より正確には、空気極60と電気的に接続された空気極集電膜70同士)を電気的に並列に接続する表裏間接続部材80が設けられている。なお、発電素子部A4、A8は、支持基板10の表裏の主面における前記長手方向の最も第2側(x軸負方向側)に位置する発電素子部である。従って、発電素子部A4、A8は、それぞれ、前記「第2側端第1発電素子部」、及び、前記「第2側端第2発電素子部」に対応している。   As shown in FIGS. 1, 2, and 6, the “portions corresponding to the power generation element portions A4 and A8 on the front and back in the longitudinal direction” of the support substrate 10 are arranged between the air electrodes 60 of the power generation element portions A4 and A8 ( More precisely, a front-to-back connection member 80 is provided for electrically connecting the air electrode current collector films 70 electrically connected to the air electrode 60 in parallel. The power generation element portions A4 and A8 are power generation element portions located on the second side in the longitudinal direction (the x-axis negative direction side) on the front and back main surfaces of the support substrate 10. Accordingly, the power generation element portions A4 and A8 correspond to the “second side end first power generation element portion” and the “second side end second power generation element portion”, respectively.

図6に示すように、この表裏間接続部材80は、支持基板10の「長手方向における表裏の発電素子部A4、A8に対応する部分」において、固体電解質膜40の「支持基板10の表裏の各主面における発電素子部Aが設けられた領域を除いた部分、及び、支持基板10の側端面(幅方向(y軸方向)の両端面)を覆う部分」を覆うように設けられている。この結果、支持基板10の「長手方向における表裏の発電素子部A4、A8に対応する部分」において、「表裏の空気極集電膜70と表裏間接続部材80とから構成される導電部材」が連続して周回している。   As shown in FIG. 6, the connecting member 80 between the front and back surfaces of the solid electrolyte membrane 40 “on the front and back sides of the supporting substrate 10” in “the portions corresponding to the power generating element portions A4 and A8 on the front and back in the longitudinal direction” of the supporting substrate 10. Each main surface is provided so as to cover a portion excluding a region where the power generation element portion A is provided and a portion covering the side end surfaces (both end surfaces in the width direction (y-axis direction)) of the support substrate 10. . As a result, in the “portion corresponding to the front and back power generating element portions A4 and A8 in the longitudinal direction” of the support substrate 10, “the conductive member formed of the front and back air electrode current collector film 70 and the front and back connecting member 80” It circulates continuously.

また、図1、図2、及び図7に示すように、支持基板10の「長手方向における表裏の発電素子部A1、A5より第1側(x軸正方向側)に対応する部分」には、発電素子部A1、A5の燃料極20同士(より具体的には、燃料極20と電気的に接続されたインターコネクタ30同士)を電気的に並列に接続する表裏間接続部材80が設けられている。なお、発電素子部A1、A5は、支持基板10の表裏の主面における前記長手方向の最も第1側(x軸正方向側)に位置する発電素子部である。従って、発電素子部A1、A5は、それぞれ、前記「第1側端第1発電素子部」、及び、前記「第1側端第2発電素子部」に対応している。   In addition, as shown in FIGS. 1, 2, and 7, the “part corresponding to the first side (x-axis positive direction side) from the front and back power generation element parts A <b> 1 and A <b> 5 in the longitudinal direction” of the support substrate 10 The front and back connecting member 80 is provided for electrically connecting the fuel electrodes 20 of the power generation element portions A1 and A5 (more specifically, the interconnectors 30 electrically connected to the fuel electrode 20) in parallel. ing. The power generation element portions A1 and A5 are power generation element portions located on the most first side (x-axis positive direction side) in the longitudinal direction on the front and back main surfaces of the support substrate 10. Therefore, the power generation element portions A1 and A5 correspond to the “first side end first power generation element portion” and the “first side end second power generation element portion”, respectively.

図7に示すように、この表裏間接続部材80は、支持基板10の「長手方向における表裏の発電素子部A1、A5より第1側に対応する部分」において、固体電解質膜40を覆うように設けられている。この結果、支持基板10の「長手方向における表裏の発電素子部A1、A5より第1側に対応する部分」において、この表裏間接続部材80が連続して周回している。上述した2か所の表裏間接続部材80が、前記「並列電気的接続部」に対応している。   As shown in FIG. 7, the front-back connection member 80 covers the solid electrolyte membrane 40 in “the portion corresponding to the first side from the front and back power generation element portions A1 and A5 in the longitudinal direction” of the support substrate 10. Is provided. As a result, the front-back connection member 80 continuously circulates in “the portion corresponding to the first side from the front and back power generation element portions A1 and A5 in the longitudinal direction” of the support substrate 10. The two front-to-back connection members 80 described above correspond to the “parallel electrical connection portion”.

各表裏間接続部材80は、例えば、空気極集電膜70と同じ材料、即ち、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)、或いは、La(Ni、Fe、Cu)O等で構成され得る。この場合、各表裏間接続部材80は、ストロンチウム(Sr)又はランタン(La)を含むペロブスカイト型導電性セラミックスからなる焼成体である。各表裏間接続部材80の気孔率は、空気極集電膜70の気孔率と同じであっても異なっていても良い。 Each front-back connection member 80 is made of, for example, the same material as the air electrode current collector film 70, that is, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite), LSC = (La, Sr) It may be composed of CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite), La (Ni, Fe, Cu) O 3 or the like. In this case, each front-back connection member 80 is a fired body made of a perovskite-type conductive ceramic containing strontium (Sr) or lanthanum (La). The porosity of each front-back connection member 80 may be the same as or different from the porosity of the air electrode current collector film 70.

以上、説明した「横縞型」のSOFC100に対して、図8に示すように、支持基板10の燃料ガス流路11内に燃料ガス(水素ガス等)を流すとともに、支持基板10の上下面(特に、各空気極集電膜70)を「酸素を含むガス」(空気等)に曝す(或いは、支持基板10の上下面に沿って酸素を含むガスを流す)ことにより、各発電素子部Aにて、固体電解質膜40の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。更に、このSOFC100における上記2つの表裏間接続部材80を外部の負荷を介して電気的に接続すると、下記(2)、(3)式に示す化学反応が起こり、電流が流れる(発電状態)。
(1/2)・O+2e→O2− (於:空気極60) …(2)
+O2−→HO+2e (於:燃料極20) …(3)
As described above, as shown in FIG. 8, the fuel gas (hydrogen gas or the like) flows through the fuel gas flow path 11 of the support substrate 10 with respect to the “horizontal stripe type” SOFC 100 described above, and the upper and lower surfaces ( In particular, by exposing each air electrode current collector film 70) to "gas containing oxygen" (air or the like) (or flowing gas containing oxygen along the upper and lower surfaces of the support substrate 10), each power generating element portion A Thus, an electromotive force is generated due to the oxygen partial pressure difference generated between both side surfaces of the solid electrolyte membrane 40. Furthermore, when the two front-back connection members 80 in the SOFC 100 are electrically connected via an external load, a chemical reaction shown in the following formulas (2) and (3) occurs, and a current flows (power generation state).
(1/2) · O 2 + 2e → O 2− (where: air electrode 60) (2)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e (in the fuel electrode 20) (3)

発電状態においては、図9及び図10に示すように、支持基板10の表側及び裏側にてそれぞれ、電流が、支持基板の長手方向の第1側から第2側に(x軸正方向からx軸負方向に)向けて流れる。この結果、図8に示すように、このSOFC100の全体から電力(電圧×電流)が取り出される。   In the power generation state, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, current flows from the first side to the second side in the longitudinal direction of the support substrate 10 (from the x-axis positive direction to x It flows in the direction of the negative axis). As a result, as shown in FIG. 8, electric power (voltage × current) is extracted from the entire SOFC 100.

(製造方法)
次に、図1に示した「横縞型」のSOFC100の製造方法の一例について図11〜図19を参照しながら簡単に説明する。図11〜図19において、各部材の符号の末尾の「g」は、その部材が「焼成前」であることを表す。
(Production method)
Next, an example of a manufacturing method of the “horizontal stripe type” SOFC 100 shown in FIG. 1 will be briefly described with reference to FIGS. 11 to 19, “g” at the end of the reference numeral of each member represents that the member is “before firing”.

先ず、図11に示す形状を有する支持基板の成形体10gが作製される。この支持基板の成形体10gは、例えば、支持基板10の材料(例えば、CSZ)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、押し出し成形、切削等の手法を利用して作製され得る。以下、上述した図3に対応する図12〜図19を参照しながら説明を続ける。   First, a support substrate molded body 10g having the shape shown in FIG. 11 is produced. The molded body 10g of the support substrate is manufactured by using a method such as extrusion molding or cutting using a slurry obtained by adding a binder or the like to the material of the support substrate 10 (for example, CSZ). obtain. Hereinafter, description will be continued with reference to FIGS. 12 to 19 corresponding to FIG. 3 described above.

図12に示すように、支持基板の成形体10gが作製されると、次に、図13に示すように、支持基板の成形体10gの上下面に形成された各凹部に、燃料極集電部の成形体21gがそれぞれ埋設・形成される。次いで、図14に示すように、各燃料極集電部の成形体21gの外側面に形成された各凹部に、燃料極活性部の成形体22gがそれぞれ埋設・形成される。各燃料極集電部の成形体21g、及び各燃料極活性部22gは、例えば、燃料極20の材料(例えば、NiとYSZ)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。   As shown in FIG. 12, when the support substrate molded body 10g is manufactured, as shown in FIG. 13, next, as shown in FIG. Each of the molded parts 21g is embedded and formed. Next, as shown in FIG. 14, a molded body 22g of the fuel electrode active part is embedded and formed in each recess formed in the outer surface of the molded body 21g of each fuel electrode current collector. The molded body 21g of each fuel electrode current collector and each of the fuel electrode active parts 22g use, for example, a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the fuel electrode 20 (for example, Ni and YSZ), It is embedded and formed using printing methods.

続いて、図15に示すように、各燃料極集電部の成形体21gの外側面における「燃料極活性部の成形体22gが埋設された部分を除いた部分」に形成された各凹部に、インターコネクタの成形体30gがそれぞれ埋設・形成される。各インターコネクタの成形体30gは、例えば、インターコネクタ30の材料(例えば、LaCrO)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。 Next, as shown in FIG. 15, in each concave portion formed in “the portion excluding the portion where the molded body 22 g of the fuel electrode active portion is embedded” on the outer surface of the molded body 21 g of each fuel electrode current collector. The interconnector molded bodies 30g are respectively embedded and formed. The molded body 30g of each interconnector is embedded and formed by using a slurry obtained by adding a binder or the like to the material of the interconnector 30 (for example, LaCrO 3 ), using a printing method or the like. .

次に、図16に示すように、複数の燃料極の成形体(21g+22g)及び複数のインターコネクタの成形体30gがそれぞれ埋設・形成された状態の支持基板の成形体10gにおける長手方向に延びる外周面(即ち、上下の主面、及び、両側の側端面)において複数のインターコネクタの成形体30gが形成されたそれぞれの部分の中央部を除いた全面に、固体電解質膜の成形膜40gが形成される。固体電解質膜の成形膜40gは、例えば、固体電解質膜40の材料(例えば、YSZ)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法、ディッピング法等を利用して形成される。   Next, as shown in FIG. 16, the outer periphery extending in the longitudinal direction of the molded body 10g of the support substrate in a state where the molded bodies 30g of fuel electrodes (21g + 22g) and the molded body 30g of the plurality of interconnectors are respectively embedded and formed. A solid electrolyte membrane molding film 40g is formed on the entire surface excluding the central portion of each portion where the plurality of interconnector moldings 30g are formed on the surfaces (ie, the upper and lower main surfaces and the side end surfaces on both sides). Is done. The molded membrane 40g of the solid electrolyte membrane is formed using, for example, a printing method, a dipping method, etc., using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the solid electrolyte membrane 40 (for example, YSZ). The

次に、図17に示すように、固体電解質膜の成形体40gの外側面の全域に、反応防止膜の成形膜50gが形成される。各反応防止膜の成形膜50gは、例えば、反応防止膜50の材料(例えば、GDC)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。   Next, as shown in FIG. 17, a reaction preventing film forming film 50g is formed on the entire outer surface of the solid electrolyte film forming body 40g. The molded film 50g of each reaction preventing film is formed using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material (for example, GDC) of the reaction preventing film 50, using a printing method or the like.

そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体10gが、空気中にて1500℃で3時間焼成される。これにより、図1に示したSOFC100において空気極60、空気極集電膜70、及び表裏間接続部材80が形成されていない状態の構造体が得られる。   Then, 10 g of the support substrate molded body in which various molded films are thus formed is fired in air at 1500 ° C. for 3 hours. As a result, a structure in which the air electrode 60, the air electrode current collector film 70, and the front-back connection member 80 are not formed in the SOFC 100 shown in FIG. 1 is obtained.

次に、図18に示すように、各反応防止膜50の外側面に、空気極の成形膜60gが形成される。各空気極の成形膜60gは、例えば、空気極60の材料(例えば、LSCF)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。   Next, as shown in FIG. 18, an air electrode forming film 60 g is formed on the outer surface of each reaction preventing film 50. The molded film 60g of each air electrode is formed using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode 60 (for example, LSCF), using a printing method or the like.

次に、図19に示すように、各組の隣り合う発電素子部について、一方の発電素子部の空気極の成形膜60gと、他方の発電素子部のインターコネクタ30とを跨ぐように、空気極の成形膜60g、固体電解質膜40、及び、インターコネクタ30の外側面に、空気極集電膜の成形膜70gが形成される。各空気極集電膜の成形膜70gは、例えば、空気極集電膜70の材料(例えば、LSCF、La(Ni、Fe、Cu)O)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。 Next, as shown in FIG. 19, for each pair of adjacent power generation element portions, air is formed so as to straddle the air electrode molding film 60 g of one power generation element portion and the interconnector 30 of the other power generation element portion. On the outer surface of the electrode forming film 60 g, the solid electrolyte film 40, and the interconnector 30, the air electrode current collecting film forming film 70 g is formed. The molded film 70g of each air electrode current collector film is, for example, a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode current collector film 70 (for example, LSCF, La (Ni, Fe, Cu) O 3 ). Is formed using a printing method or the like.

また、支持基板10の長手方向における「表裏の発電素子部A4、A8に対応する部分」、及び「表裏の発電素子部A1、A5より第1側に対応する部分」において、それぞれ、その周囲を周回するように、表裏間接続部材の成形膜が形成される(図6、及び、図7を参照)。表裏間接続部材の成形膜は、例えば、空気極集電膜70の材料(例えば、LSCF、La(Ni、Fe、Cu)O)の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。 Further, in the “portion corresponding to the front and back power generation element portions A4 and A8” and “the portion corresponding to the first side from the front and back power generation element portions A1 and A5” in the longitudinal direction of the support substrate 10, respectively, the periphery thereof A molded film of the front-back connection member is formed so as to go around (see FIGS. 6 and 7). For example, the molded film of the front-back connection member is made of a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode current collector film 70 (for example, LSCF, La (Ni, Fe, Cu) O 3 ). It is formed using a printing method or the like.

そして、このように成形膜60g、70g、並びに、表裏間接続部材の成形膜が形成された状態の支持基板10が、空気中にて1050℃で3時間焼成される。これにより、図1に示したSOFC100が得られる。なお、この時点では、酸素含有雰囲気での焼成により、燃料極20(集電部21+活性部22)中のNi成分が、NiOとなっている。従って、燃料極20(集電部21+活性部22)の電子伝導性を獲得するため、その後、支持基板10側から還元性の燃料ガスが流され、NiOが800〜1000℃で1〜10時間に亘って還元処理される。なお、この還元処理は発電時に行われてもよい。以上、図1に示したSOFC100の製造方法の一例について説明した。   And the support substrate 10 in the state in which the molded films 60g and 70g and the molded film of the front-back connection member are thus formed is baked in air at 1050 ° C. for 3 hours. Thereby, the SOFC 100 shown in FIG. 1 is obtained. At this point, the Ni component in the fuel electrode 20 (current collector 21 + active portion 22) is NiO due to firing in an oxygen-containing atmosphere. Therefore, in order to acquire the electron conductivity of the fuel electrode 20 (current collector 21 + active part 22), a reducing fuel gas is then flowed from the support substrate 10 side, and NiO is heated at 800 to 1000 ° C. for 1 to 10 hours. The reduction treatment is performed over a period of time. This reduction process may be performed during power generation. In the above, an example of the manufacturing method of SOFC100 shown in FIG. 1 was demonstrated.

(作用・効果)
以下、本実施形態のSOFC100の作用・効果について説明する。図20は、SOFC100に外部の負荷を電気的に接続した場合の等価電気回路を示す。図20に示すように、SOFC100では、「電気的に直列に接続された4つの発電素子部A1〜A4」、及び、「電気的に直列に接続された4つの発電素子部A5〜A8」が、電気的に並列に接続されている。
(Action / Effect)
Hereinafter, the operation and effect of the SOFC 100 of the present embodiment will be described. FIG. 20 shows an equivalent electric circuit when an external load is electrically connected to the SOFC 100. As shown in FIG. 20, in the SOFC 100, “four power generation element portions A1 to A4 electrically connected in series” and “four power generation element portions A5 to A8 electrically connected in series” are provided. Are electrically connected in parallel.

図20に示すように、SOFC100に関し、負荷に対して、「発電素子部A1及びA5に対応する表裏間接続部材80」(従って、発電素子部A1又は発電素子部A5の燃料極20)と、「発電素子部A4及びA8に対応する表裏間接続部材80」(従って、発電素子部A4又は発電素子部A8の空気極60)と、を電気的に接続することによって、電流が、支持基板10の表側にて、4つの発電素子部A1〜A4を長手方向における第1側から第2側へと流れ、且つ、支持基板10の裏側にて、4つの発電素子部A5〜A8を長手方向における第1側から第2側へと流れる。以下、表側及び裏側における電流が流れる通路を、それぞれ、「第1通路」、「第2通路」と呼ぶ。換言すれば、SOFC100に流入した電流は、「第1通路を流れる電流」と、「第2通路を流れる電流」とに分かれる。   As shown in FIG. 20, with respect to the SOFC 100, with respect to the load, “a front-back connection member 80 corresponding to the power generation element portions A1 and A5” (accordingly, the fuel electrode 20 of the power generation element portion A1 or the power generation element portion A5), By electrically connecting the “front-rear connecting member 80 corresponding to the power generation element portions A4 and A8” (therefore, the power generation element portion A4 or the air electrode 60 of the power generation element portion A8), the current is supplied to the support substrate 10. On the front side, the four power generating element portions A1 to A4 flow from the first side to the second side in the longitudinal direction, and on the back side of the support substrate 10, the four power generating element portions A5 to A8 are moved in the longitudinal direction. Flow from the first side to the second side. Hereinafter, the passages through which current flows on the front side and the back side are referred to as “first passage” and “second passage”, respectively. In other words, the current flowing into the SOFC 100 is divided into “current flowing through the first passage” and “current flowing through the second passage”.

ここで、SOFC100の作用・効果を説明するための準備として、図21に示すように、支持基板の表側に設けられた4つの発電素子部A1〜A4が電気的に直列に接続され、発電素子部A4の空気極60と発電素子部A5の燃料極20とが電気的に直列に接続され、支持基板の裏側に設けられた4つの発電素子部A5〜A8が電気的に直列に接続された構成(以下、「第1比較例」と呼ぶ)を考える。第1比較例では、8つの発電素子部A1〜A8が電気的に直列に接続されている。   Here, as a preparation for explaining the operation and effect of the SOFC 100, as shown in FIG. 21, four power generation element portions A1 to A4 provided on the front side of the support substrate are electrically connected in series, and the power generation element The air electrode 60 of the part A4 and the fuel electrode 20 of the power generation element part A5 are electrically connected in series, and the four power generation element parts A5 to A8 provided on the back side of the support substrate are electrically connected in series. Consider the configuration (hereinafter referred to as “first comparative example”). In the first comparative example, the eight power generation element portions A1 to A8 are electrically connected in series.

図21に示すように、第1比較例に関し、負荷に対して、発電素子部A1の燃料極と、発電素子部A8の空気極と、を電気的に接続することによって、電流が、支持基板の表側にて、4つの発電素子部A1〜A4を長手方向における第1側から第2側へと流れ、その後、発電素子部A4から発電素子部A5へと流れ、その後、支持基板の裏側にて、4つの発電素子部A5〜A8を長手方向における第2側から第1側へと流れる。   As shown in FIG. 21, with respect to the first comparative example, by electrically connecting the fuel electrode of the power generation element part A1 and the air electrode of the power generation element part A8 to the load, the current is supported by the support substrate. On the front side, the four power generation element parts A1 to A4 flow from the first side to the second side in the longitudinal direction, and then flow from the power generation element part A4 to the power generation element part A5, and then on the back side of the support substrate Thus, the four power generating element portions A5 to A8 flow from the second side to the first side in the longitudinal direction.

図22に示すように、第1比較例では、燃料電池内における電流が流れる通路のどこか(例えば、発電素子部A3)で「電流が流れ得なくなる何らかの異常」(例えば、断線。以下、「断線等の異常」と呼ぶ)が発生した場合、燃料電池の全体として電流が全く流れ得なくなる。換言すれば、燃料電池に負荷を接続しても出力が全く取り出せなくなる。   As shown in FIG. 22, in the first comparative example, “some abnormality in which current cannot flow” (for example, disconnection. For example, “disconnection” below). When an abnormality such as “disconnection or the like” occurs, no current can flow as a whole of the fuel cell. In other words, no output can be obtained even if a load is connected to the fuel cell.

これに対し、本実施形態のSOFC100では、上述したように、SOFC100に流入した電流が、「第1通路を流れる電流」と、「第2通路を流れる電流」とに分かれる。従って、図23に示すように、例えば、第1(第2)通路内のどこか(例えば、発電素子部A3)で上記「断線等の異常」が発生した場合であっても、電流は、第2(第1)通路をなおも流れ得る。即ち、第1比較例とは異なり、SOFC100から出力を継続・安定して取り出すことができる。なお、第1、第2通路の両方において上記「断線等の異常」が同時に発生することは稀であると考えられる。   In contrast, in the SOFC 100 of the present embodiment, as described above, the current flowing into the SOFC 100 is divided into “current flowing through the first passage” and “current flowing through the second passage”. Therefore, as shown in FIG. 23, for example, even when the above “abnormality such as disconnection” occurs in the first (second) passage (for example, the power generation element portion A3), the current is The second (first) passage may still flow. That is, unlike the first comparative example, the output can be continuously and stably extracted from the SOFC 100. It is considered rare that the above-mentioned “abnormality such as disconnection” occurs simultaneously in both the first and second passages.

また、SOFC100の更なる作用・効果を説明するための準備として、図24に示すように、SOFC100に対して支持基板10の裏側の発電素子部A5〜A8を除いた構成(即ち、支持基板10の表側のみに4つの発電素子部A1〜A4が設けられた構成。以下、「第2比較例」と呼ぶ)を考える。第2比較例では、4つの発電素子部A1〜A4が電気的に直列に接続されている。   Further, as a preparation for explaining further functions and effects of the SOFC 100, as shown in FIG. 24, a configuration in which the power generation element portions A5 to A8 on the back side of the support substrate 10 are removed from the SOFC 100 (that is, the support substrate 10). A configuration in which four power generation element portions A1 to A4 are provided only on the front side of the above (hereinafter referred to as “second comparative example”) will be considered. In the second comparative example, the four power generating element portions A1 to A4 are electrically connected in series.

図24に示すように、第2比較例に関し、負荷に対して、発電素子部A1の燃料極20と、発電素子部A4の空気極60と、を電気的に接続することによって、電流が、支持基板10の表側のみにて、4つの発電素子部A1〜A4を長手方向における第1側から第2側へと流れる。   As shown in FIG. 24, with respect to the second comparative example, by electrically connecting the fuel electrode 20 of the power generation element unit A1 and the air electrode 60 of the power generation element unit A4 to the load, the current is Only on the front side of the support substrate 10, the four power generating element portions A1 to A4 flow from the first side to the second side in the longitudinal direction.

上述のように、本実施形態のSOFC100では、SOFC100に流入した電流が、「第1通路を流れる電流」と「第2通路を流れる電流」とに分かれる。一方、第2比較例では、燃料電池に流入した電流は、単一の通路を流れる。従って、負荷に対して図20に示すように本実施形態のSOFC100を接続した場合、同じ負荷に対して図24に示すように第2比較例に係る燃料電池を接続した場合と比較して、各発電素子部を流れる電流の大きさ(各発電素子部内の電流密度)が略半分になる。発電素子部内の電流密度が小さいほど、発電素子部内の電圧降下が小さくなる。従って、本実施形態のSOFC100では、第2比較例と比べて、各発電素子部内の電圧降下が小さくなることによって、燃料電池全体からより大きい電圧を得ることができる。   As described above, in the SOFC 100 of the present embodiment, the current flowing into the SOFC 100 is divided into “current flowing through the first passage” and “current flowing through the second passage”. On the other hand, in the second comparative example, the current flowing into the fuel cell flows through a single passage. Therefore, when the SOFC 100 of the present embodiment is connected to the load as shown in FIG. 20, compared to the case where the fuel cell according to the second comparative example is connected to the same load as shown in FIG. The magnitude of the current flowing through each power generation element portion (current density in each power generation element portion) is substantially halved. The smaller the current density in the power generation element portion, the smaller the voltage drop in the power generation element portion. Therefore, in the SOFC 100 of the present embodiment, the voltage drop in each power generation element portion is smaller than that in the second comparative example, so that a larger voltage can be obtained from the entire fuel cell.

本発明は上記本実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記本実施形態では、図1に示すように、支持基板10の長手方向(x軸方向)における「表裏の発電素子部A4、A8に対応する部分」、及び「表裏の発電素子部A1、A5より第1側に対応する部分」においてのみ、表裏間接続部材80がそれぞれ設けられている。   The present invention is not limited to the present embodiment described above, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, “portions corresponding to the front and back power generation element portions A4 and A8” and “front and back power generation element portions A1” in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 10. , The front-back connection member 80 is provided only in the portion corresponding to the first side from A5.

これに対し、図25に示すように、更に、支持基板10の長手方向における「表裏の発電素子部A1、A5に対応する部分に、発電素子部A1、A5の空気極60同士(より正確には、空気極60と電気的に接続された空気極集電膜70同士)を電気的に並列に接続する表裏間接続部材80が設けられ、支持基板10の長手方向における「表裏の発電素子部A2、A6に対応する部分に、発電素子部A2、A6の空気極60同士(より正確には、空気極60と電気的に接続された空気極集電膜70同士)を電気的に並列に接続する表裏間接続部材80が設けられ、支持基板10の長手方向における「表裏の発電素子部A3、A7に対応する部分に、発電素子部A3、A7の空気極60同士(より正確には、空気極60と電気的に接続された空気極集電膜70同士)を電気的に並列に接続する表裏間接続部材80が設けられていてもよい。   On the other hand, as shown in FIG. 25, in the longitudinal direction of the support substrate 10, the air electrodes 60 of the power generation element portions A 1, A 5 (to the portions corresponding to the front and back power generation element portions A 1, A 5, more accurately Is provided with a front-to-back connecting member 80 that electrically connects the air electrode current collector films 70 electrically connected to the air electrode 60 in parallel. The air electrodes 60 of the power generation element portions A2 and A6 (more precisely, the air electrode current collector films 70 electrically connected to the air electrode 60) are electrically connected in parallel to the portions corresponding to A2 and A6. The connecting member 80 between the front and back surfaces is provided, and the air electrodes 60 of the power generating element portions A3 and A7 are arranged in the portions corresponding to the power generating element portions A3 and A7 on the front and back sides in the longitudinal direction of the support substrate 10 (more precisely, Sky electrically connected to air electrode 60 Electrode current film 70 to each other) may be the front and back between the connecting member 80 for electrically connecting in parallel provided the.

図26は、図25に示す変形例のSOFC100に外部の負荷を電気的に接続した場合の等価電気回路を示す。図26に示すように、図25に示す変形例のSOFC100においても、図1に示す上記本実施形態のSOFC100と同様、通常、SOFC100に流入した電流は、「第1通路を流れる電流」と、「第2通路を流れる電流」とに分かれる。   FIG. 26 shows an equivalent electric circuit when an external load is electrically connected to the SOFC 100 of the modification shown in FIG. As shown in FIG. 26, also in the SOFC 100 of the modified example shown in FIG. 25, like the SOFC 100 of the present embodiment shown in FIG. 1, the current that normally flows into the SOFC 100 is “current flowing through the first passage”. It is divided into “current flowing through the second passage”.

上述のように、図1に示す上記本実施形態のSOFC100では、第1通路内のどこか(例えば、発電素子部A3)で上記「断線等の異常」が発生した場合、第1通路に含まれる4つの発電素子部A1〜A4の全てについて電流が全く流れ得なくなる(図23を参照)。加えて、この場合、電流が第2通路のみを流れるので、上記「第2比較例」と等価の構成が実現されている、といえる。従って、第2通路に含まれる各発電素子部A5〜A8内の電流密度(従って、電圧降下)が略2倍になり、SOFC1000全体から得られる電圧も小さくなる。   As described above, in the SOFC 100 of the present embodiment shown in FIG. 1, when the “abnormality such as disconnection” occurs in somewhere in the first passage (for example, the power generation element unit A3), it is included in the first passage. Thus, no current can flow at all of the four power generating element portions A1 to A4 (see FIG. 23). In addition, in this case, since the current flows only through the second passage, it can be said that a configuration equivalent to the “second comparative example” is realized. Accordingly, the current density (and hence the voltage drop) in each of the power generating element portions A5 to A8 included in the second passage is approximately doubled, and the voltage obtained from the entire SOFC 1000 is also reduced.

この点、図25に示す変形例のSOFC100では、図27に示すように、第1通路内のどこか(例えば、発電素子部A3)で上記「断線等の異常」が発生した場合であっても、第1通路に含まれる4つの発電素子部A1〜A4のうち発電素子部A1、A2について電流が流れ得る。この結果、第2通路に含まれる4つの発電素子部A5〜A8のうち発電素子部A5、A6について発電素子部A内の電流密度(従って、電圧降下)が略2倍になる事態を防止できる。この結果、SOFC100全体から得られる電圧が小さくなる程度を抑制することができる。   In this regard, in the SOFC 100 of the modified example shown in FIG. 25, as shown in FIG. 27, the “abnormality such as disconnection” occurs in somewhere in the first passage (for example, the power generation element part A3). Also, current can flow through the power generation element portions A1 and A2 among the four power generation element portions A1 to A4 included in the first passage. As a result, it is possible to prevent a situation in which the current density (and hence voltage drop) in the power generation element portion A of the power generation element portions A5 and A6 out of the four power generation element portions A5 to A8 included in the second passage is approximately doubled. . As a result, the extent to which the voltage obtained from the entire SOFC 100 is reduced can be suppressed.

上述した図25に示す変形例では、発電素子部A1、A5の空気極60同士を電気的に並列に接続する表裏間接続部材80と、発電素子部A2、A6の空気極60同士を電気的に並列に接続する表裏間接続部材80と、発電素子部A3、A7の空気極60同士を電気的に並列に接続する表裏間接続部材80と、が設けられているが、図28、及び図29に示すように、発電素子部A2、A6の燃料極20同士を電気的に並列に接続する表裏間接続部材90と、発電素子部A3、A7の燃料極20同士を電気的に並列に接続する表裏間接続部材90と、発電素子部A4、A8の燃料極20同士を電気的に並列に接続する表裏間接続部材90と、が設けられる構成が採用されてもよい。この構成でも、図26に示した電気回路と同じ電気回路が得られるので、上述した図25に示す変形例と同様の作用・効果が奏され得る。なお、表裏間接続部材90の材料としては、例えば、燃料極20(特に、集電部21)の材料と同じ材料が使用され得る。   In the modification shown in FIG. 25 described above, the front-back connection member 80 that electrically connects the air electrodes 60 of the power generation element portions A1 and A5 in parallel and the air electrodes 60 of the power generation element portions A2 and A6 are electrically connected. A front-to-back connection member 80 that is connected in parallel to each other and a front-to-back connection member 80 that electrically connects the air electrodes 60 of the power generation element portions A3 and A7 in parallel to each other are provided. 29, the front-back connecting member 90 that electrically connects the fuel electrodes 20 of the power generating element portions A2 and A6 and the fuel electrodes 20 of the power generating element portions A3 and A7 are electrically connected in parallel. A configuration may be employed in which a front-to-back connection member 90 and a front-back connection member 90 that electrically connects the fuel electrodes 20 of the power generation element portions A4 and A8 in parallel are provided. Even with this configuration, the same electrical circuit as the electrical circuit shown in FIG. 26 can be obtained, so that the same operations and effects as those of the modified example shown in FIG. 25 described above can be achieved. In addition, as a material of the front-back connection member 90, the same material as the material of the fuel electrode 20 (especially the current collection part 21) can be used, for example.

また、図30に示すように、図1に示す上記本実施形態のSOFC100に対して、更に、支持基板10の長手方向における「表裏の発電素子部A2、A6に対応する部分のみに、発電素子部A2、A6の空気極60同士(より正確には、空気極60と電気的に接続された空気極集電膜70同士)を電気的に並列に接続する表裏間接続部材80が設けられてもよい。   Further, as shown in FIG. 30, with respect to the SOFC 100 of the present embodiment shown in FIG. 1, in the longitudinal direction of the support substrate 10, “the power generation element is provided only in the portions corresponding to the front and back power generation element portions A2 and A6”. A front-to-back connecting member 80 is provided for electrically connecting the air electrodes 60 of the portions A2 and A6 (more precisely, the air electrode current collecting films 70 electrically connected to the air electrode 60) in parallel. Also good.

図31は、図30に示す変形例のSOFC100に外部の負荷を電気的に接続した場合の等価電気回路を示す。図31に示すように、図30に示す変形例のSOFC100においても、図1に示す上記本実施形態のSOFC100と同様、通常、SOFC100に流入した電流は、「第1通路を流れる電流」と、「第2通路を流れる電流」とに分かれる。   FIG. 31 shows an equivalent electric circuit when an external load is electrically connected to the SOFC 100 of the modification shown in FIG. As shown in FIG. 31, also in the SOFC 100 of the modified example shown in FIG. 30, like the SOFC 100 of the present embodiment shown in FIG. 1, the current that normally flows into the SOFC 100 is “current flowing through the first passage”. It is divided into “current flowing through the second passage”.

図30に示す変形例のSOFC100においても、図32に示すように、第1通路内のどこか(例えば、発電素子部A3)で上記「断線等の異常」が発生した場合に、第1通路に含まれる4つの発電素子部A1〜A4のうち発電素子部A1、A2について電流が流れ得る。この結果、第2通路に含まれる4つの発電素子部A5〜A8のうち発電素子部A5、A6について発電素子部A内の電流密度(従って、電圧降下)が略2倍になる事態を防止できる。この結果、SOFC100全体から得られる電圧が小さくなる程度を抑制することができる。   Also in the SOFC 100 of the modified example shown in FIG. 30, as shown in FIG. 32, when the above “abnormality such as disconnection” occurs somewhere in the first passage (for example, the power generation element unit A <b> 3), the first passage Among the four power generation element portions A1 to A4 included in the current, current can flow through the power generation element portions A1 and A2. As a result, it is possible to prevent a situation in which the current density (and hence voltage drop) in the power generation element portion A of the power generation element portions A5 and A6 out of the four power generation element portions A5 to A8 included in the second passage is approximately doubled. . As a result, the extent to which the voltage obtained from the entire SOFC 100 is reduced can be suppressed.

即ち、図30に示す変形例のSOFC100では、図25に示す変形例のSOFC100と同様の作用・効果が奏され得る。加えて、図25に示す変形例のSOFC100と比べて、表裏間接続部材80が設けられる箇所が少ないので、製造コストを下げることができる。   That is, the SOFC 100 of the modification shown in FIG. 30 can achieve the same operations and effects as the SOFC 100 of the modification shown in FIG. In addition, as compared with the SOFC 100 of the modified example shown in FIG.

上述した図30に示す変形例では、発電素子部A2、A6の空気極60同士を電気的に並列に接続する表裏間接続部材80が設けられているが、図33、及び図34に示すように、発電素子部A3、A7の燃料極20同士を電気的に並列に接続する表裏間接続部材90が設けられる構成が採用されてもよい。この構成でも、図31に示した電気回路と同じ電気回路が得られるので、上述した図30に示す変形例と同様の作用・効果が奏され得る。なお、表裏間接続部材90の材料としては、例えば、燃料極20(特に、集電部21)の材料と同じ材料が使用され得る。   In the modification shown in FIG. 30 described above, the front-back connection member 80 that electrically connects the air electrodes 60 of the power generation element portions A2 and A6 in parallel is provided, as shown in FIGS. 33 and 34. Alternatively, a configuration may be adopted in which a front-back connection member 90 that electrically connects the fuel electrodes 20 of the power generation element portions A3 and A7 in parallel is provided. Even in this configuration, the same electric circuit as the electric circuit shown in FIG. 31 can be obtained, so that the same operations and effects as those of the modified example shown in FIG. 30 described above can be achieved. In addition, as a material of the front-back connection member 90, the same material as the material of the fuel electrode 20 (especially the current collection part 21) can be used, for example.

また、上記本実施形態、及び、変形例においては、燃料極20が燃料極集電部21と燃料極活性部22との2層で構成されているが、燃料極20が燃料極活性部22に相当する1層で構成されてもよい。また、上記本実施形態、及び、変形例においては、発電素子部における内部電極及び外部電極がそれぞれ燃料極20及び空気極60に対応しているが、発電素子部における内部電極及び外部電極がそれぞれ空気極及び燃料極に対応していてもよい。   Further, in the present embodiment and the modification, the fuel electrode 20 is composed of two layers of the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active part 22, but the fuel electrode 20 is the fuel electrode active part 22. It may be composed of one layer corresponding to. In the present embodiment and the modification, the internal electrode and the external electrode in the power generation element unit correspond to the fuel electrode 20 and the air electrode 60, respectively. However, the internal electrode and the external electrode in the power generation element unit are respectively It may correspond to an air electrode and a fuel electrode.

10…支持基板、20…燃料極、30…インターコネクタ、40…固体電解質膜、60…空気極、70…空気極集電膜、80…表裏間接続部材、A…発電素子部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Support substrate, 20 ... Fuel electrode, 30 ... Interconnector, 40 ... Solid electrolyte membrane, 60 ... Air electrode, 70 ... Air electrode current collection membrane, 80 ... Front-back connection member, A ... Power generation element part

Claims (4)

長手方向を有する平板状の支持基板であって、ガス流路が前記長手方向に沿って内部に形成された支持基板と、
前記支持基板の第1主面において2以上の所定数の前記長手方向の異なる位置にそれぞれ設けられ、少なくとも内側電極である燃料極、固体電解質膜、及び外側電極である空気極が積層されてなる前記所定数の第1発電素子部と、
前記支持基板の前記第1主面と反対の第2主面において前記所定数の前記長手方向の異なる位置にそれぞれ設けられ、少なくとも内側電極である燃料極、固体電解質膜、及び外側電極である空気極が積層されてなる前記所定数の第2発電素子部と、
前記所定数の第1発電素子部を前記長手方向の第1側から第2側へ向けて電気的に直列に接続する第1直列電気的接続部と、
前記所定数の第2発電素子部を前記長手方向の前記第1側から前記第2側へ向けて電気的に直列に接続する第2直列電気的接続部と、
前記所定数の第1発電素子部のうち前記長手方向における最も前記第1側に位置する第1側端第1発電素子部における前記燃料極と、前記所定数の第2発電素子部のうち前記長手方向における最も前記第1側に位置する第1側端第2発電素子部における前記燃料極と、を電気的に並列に接続し、且つ、前記所定数の第1発電素子部のうち前記長手方向における最も前記第2側に位置する第2側端第1発電素子部における前記空気極と、前記所定数の第2発電素子部のうち前記長手方向における最も前記第2側に位置する第2側端第2発電素子部における前記空気極と、を電気的に並列に接続する並列電気的接続部と、
を備えた、燃料電池。
A flat support substrate having a longitudinal direction, wherein the gas flow path is formed inside along the longitudinal direction; and
Two or more predetermined numbers of different longitudinal positions are provided on the first main surface of the support substrate, and at least a fuel electrode as an inner electrode, a solid electrolyte membrane, and an air electrode as an outer electrode are stacked. The predetermined number of first power generation element portions;
Air that is at least a fuel electrode that is an inner electrode, a solid electrolyte membrane, and an outer electrode that are provided at the predetermined number of different positions in the longitudinal direction on a second main surface opposite to the first main surface of the support substrate. A predetermined number of second power generation element portions formed by stacking poles;
A first series electrical connection for electrically connecting the predetermined number of first power generation element portions in series from the first side to the second side in the longitudinal direction;
A second series electrical connection portion for electrically connecting the predetermined number of second power generation element portions in series from the first side to the second side in the longitudinal direction;
Of the predetermined number of first power generation element parts, the fuel electrode in the first side end first power generation element part located closest to the first side in the longitudinal direction, and of the predetermined number of second power generation element parts, The fuel electrode in the first side end second power generation element portion located closest to the first side in the longitudinal direction is electrically connected in parallel, and the longitudinal length of the predetermined number of first power generation element portions The air electrode in the second power generation element portion at the second side end located closest to the second side in the direction and the second electrode located closest to the second side in the longitudinal direction among the predetermined number of second power generation element portions. A parallel electrical connection part for electrically connecting the air electrode in the second power generation element part on the side end in parallel;
A fuel cell.
請求項1に記載の燃料電池において、
前記並列電気的接続部は、
前記第2側端第1発電素子部以外の全ての前記第1発電素子部における前記空気極と、前記第2側端第2発電素子部以外の全ての前記第2発電素子部における前記空気極と、を、前記長手方向における前記第1側から同数番目に位置する発電素子部同士に関してそれぞれ、電気的に並列に接続するように構成された、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
The parallel electrical connection is
The air electrode in all the first power generation element parts other than the second side end first power generation element part, and the air electrode in all the second power generation element parts other than the second side end second power generation element part Are electrically connected in parallel with respect to the power generation element portions located at the same number from the first side in the longitudinal direction.
請求項1に記載の燃料電池において、
前記並列電気的接続部は、
前記第2側端第1発電素子部以外の一部の前記第1発電素子部における前記空気極と、前記第2側端第2発電素子部以外の一部の前記第2発電素子部における前記空気極と、を、前記長手方向における前記第1側から同数番目に位置する発電素子部同士に関してそれぞれ、電気的に並列に接続するように構成された、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
The parallel electrical connection is
The air electrode in a part of the first power generation element part other than the second side end first power generation element part, and the part of the second power generation element part other than the second side end second power generation element part A fuel cell configured to electrically connect an air electrode in parallel with each other with respect to the power generation element portions located at the same number from the first side in the longitudinal direction.
請求項1に記載の燃料電池において、
前記並列電気的接続部は、
全ての隣接する前記第1発電素子部同士の間の電気的接続部と、全ての隣接する前記第2発電素子部同士の間の電気的接続部と、を、前記長手方向における前記第1側から同数番目に位置する電気的接続部同士に関してそれぞれ、電気的に並列に接続しないように構成された、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
The parallel electrical connection is
The first side in the longitudinal direction includes electrical connection portions between all the adjacent first power generation element portions and electrical connection portions between all the adjacent second power generation element portions. The fuel cells are configured so as not to be electrically connected in parallel with respect to the electrical connection portions located in the same number.
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