特開2023-6816セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023006816
(43)【公開日】2023-01-18
(54)【発明の名称】セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置
(51)【国際特許分類】
H01M 8/0228 20160101AFI20230111BHJP
H01M 8/0206 20160101ALI20230111BHJP
H01M 8/0215 20160101ALI20230111BHJP
H01M 8/2475 20160101ALI20230111BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20230111BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20230111BHJP
【ＦＩ】
H01M8/0228
H01M8/0206
H01M8/0215
H01M8/2475
H01M8/04 Z
H01M8/12 101
H01M8/12 102C
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021109632
(22)【出願日】2021-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】村松 大樹
【テーマコード（参考）】
5H126
5H127
【Ｆターム（参考）】
5H126AA14
5H126BB06
5H126CC02
5H126EE13
5H126FF10
5H126GG02
5H126GG12
5H126JJ00
5H127AA07
5H127BA04
5H127BA05
5H127BA13
5H127EE02
5H127EE03
(57)【要約】 （修正有）
【課題】電池性能を向上することができる燃料電池セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置を提供する。
【解決手段】セル１は、素子部３と、前記素子部３に接続される導電部材４と、前記導電部材４を覆う酸素難透過層９とを備える。セル１は、前記素子部３を支持する支持基板２をさらに備え、前記導電部材４は、前記素子部３および前記支持基板２に接続される。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】セル１は、素子部３と、前記素子部３に接続される導電部材４と、前記導電部材４を覆う酸素難透過層９とを備える。セル１は、前記素子部３を支持する支持基板２をさらに備え、前記導電部材４は、前記素子部３および前記支持基板２に接続される。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
素子部と、
前記素子部に接続される導電部材と、
前記導電部材を覆う酸素難透過層と
を備えるセル。
前記素子部に接続される導電部材と、
前記導電部材を覆う酸素難透過層と
を備えるセル。
【請求項2】
前記素子部を支持する支持基板
をさらに備え、
前記導電部材は、前記素子部および前記支持基板に接続される
請求項１に記載のセル。
をさらに備え、
前記導電部材は、前記素子部および前記支持基板に接続される
請求項１に記載のセル。
【請求項3】
前記酸素難透過層は、前記導電部材よりも酸素イオン透過性が小さい
請求項１または２に記載のセル。
請求項１または２に記載のセル。
【請求項4】
前記酸素難透過層は、金属またはセラミックスのうち少なくともいずれかを含む
請求項１～３のいずれか１つに記載のセル。
請求項１～３のいずれか１つに記載のセル。
【請求項5】
前記酸素難透過層は、Ｐｔ、Ａｇ、ＴｉＯ２およびＲｅＯ２のうち少なくともいずれかを含む
請求項１～４のいずれか１つに記載のセル。
請求項１～４のいずれか１つに記載のセル。
【請求項6】
請求項１～５のいずれか１つに記載のセルを複数備えるセルスタックを有する
セルスタック装置。
セルスタック装置。
【請求項7】
前記導電部材は、隣り合う素子部同士を電気的に接続するインターコネクタである
請求項６に記載のセルスタック装置。
請求項６に記載のセルスタック装置。
【請求項8】
請求項６または７に記載のセルスタック装置と、
前記セルスタック装置を収納する収納容器と
を備えるモジュール。
前記セルスタック装置を収納する収納容器と
を備えるモジュール。
【請求項9】
請求項８に記載のモジュールと、
前記モジュールの運転を行うための補機と、
前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースと
を備えるモジュール収容装置。
前記モジュールの運転を行うための補機と、
前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースと
を備えるモジュール収容装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数備える燃料電池セルスタック装置が種々提案されている。燃料電池セルは、水素含有ガス等の燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとを用いて電力を得ることができるセルの１種である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２００９／１３１１８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述の燃料電池セルスタック装置では、電池性能を向上させる点で改善の余地があった。
【0005】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、電池性能を向上することができるセル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態の一態様に係るセルは、素子部と、導電部材と、酸素難透過層とを備える。導電部材は、素子部に接続される。酸素難透過層は、導電部材を覆う。
【0007】
また、本開示のセルスタック装置は、上記に記載のセルを複数備えるセルスタックを有する。
【0008】
また、本開示のモジュールは、上記に記載のセルスタック装置と、セルスタック装置を収納する収納容器とを備える。
【0009】
また、本開示のモジュール収容装置は、上記に記載のモジュールと、モジュールの運転を行うための補機と、モジュールおよび補機を収容する外装ケースとを備える。
【発明の効果】
【0010】
実施形態の一態様によれば、電池性能を向上することができるセル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置が提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するセル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの開示が限定されるものではない。
【0013】
また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係、比率などが異なる部分が含まれている場合がある。
【0014】
【0015】
図１Ａは、第１の実施形態に係るセルの一例を示す横断面図であり、図１Ｂは、第１の実施形態に係るセルの一例を空気極側からみた側面図であり、図１Ｃは、第１の実施形態に係るセルの一例をインターコネクタ側からみた側面図であり、図１Ｄは、第１の実施形態に係るセルの一例を示す縦断面図である。なお、図１Ａ～図１Ｄは、セル１の各構成の一部を拡大して示している。
【0016】
図１Ａ～図１Ｄに示す例において、セル１は中空平板型で、細長い板状である。図１Ｂに示すように、セル１の全体を側面から見た形状は、たとえば、長さ方向Ｌの辺の長さが５ｃｍ～５０ｃｍで、この長さ方向Ｌに直交する幅方向Ｗの長さが１ｃｍ～１０ｃｍの長方形である。このセル１の全体の厚み方向Ｔの厚さは１ｍｍ～５ｍｍである。
【0017】
図１Ａに示すように、セル１は、導電性の支持基板２と、素子部３と、インターコネクタ４と、酸素難透過層９とを備えている。支持基板２は、一対の対向する平坦面ｎ１、ｎ２、およびかかる平坦面ｎ１、ｎ２を接続する一対の円弧状の側面ｍを有する柱状である。
【0018】
素子部３は、支持基板２の一方の平坦面ｎ１上に設けられている。かかる素子部３は、燃料極５と、固体電解質層６と、空気極８とを有している。また、図１Ａに示す例では、支持基板２の他方の平坦面ｎ２上に導電部材であるインターコネクタ４が設けられている。なお、セル１は、固体電解質層６と空気極８との間に中間層７を備えていてもよい。
【0019】
また、図１Ｂに示すように、空気極８はセル１の下端まで延びていない。セル１の下端部では、固体電解質層６のみが平坦面ｎ１の表面に露出している。また、図１Ｃに示すように、酸素難透過層９がセル１の下端まで延びていてもよい。セル１の下端部では、酸素難透過層９および固体電解質層６が表面に露出している。なお、図１Ａに示すように、セル１の一対の円弧状の側面ｍにおける表面では、固体電解質層６が露出している。インターコネクタ４は、セル１の上端および下端まで延びておらず、セル１の外部には露出していない。
【0020】
以下、セル１を構成する各部材について説明する。
【0021】
支持基板２は、ガスが流れるガス流路２ａを内部に有している。図１Ａに示す支持基板２の例は、６つのガス流路２ａを有している。支持基板２は、ガス透過性を有し、ガス流路２ａに流れる燃料ガスを燃料極５まで透過させる。支持基板２は導電性を有していてもよい。導電性を有する支持基板２は、発電素子で生じた電気をインターコネクタ４に集電する。
【0022】
支持基板２の材料は、たとえば、鉄族金属成分および無機酸化物を含む。鉄族金属成分は、たとえば、Ｎｉ（ニッケル）および／またはＮｉＯであってもよい。無機酸化物は、たとえば、特定の希土類元素酸化物であってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される１以上の希土類元素を含んでもよい。
【0023】
燃料極５の材料には、一般的に公知のものを使用することができる。燃料極５は、多孔質の導電性セラミックス、たとえば酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとを含むセラミックスなどを用いてもよい。この希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される複数の希土類元素を含んでもよい。酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２を安定化ジルコニアと称する場合もある。安定化ジルコニアは、部分安定化ジルコニアも含む。
【0024】
固体電解質層６は、電解質であり、燃料極５と空気極８との間のイオンの橋渡しをする。同時に、固体電解質層６は、ガス遮断性を有し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。
【0025】
固体電解質層６の材料は、たとえば、３モル％～１５モル％の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２であってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される１以上の希土類元素を含んでよい。固体電解質層６は、たとえば、Ｙｂ、ＳｃまたはＧｄが固溶したＺｒＯ２を含んでもよく、Ｌａ、ＮｄまたはＹｂが固溶したＣｅＯ２を含んでもよく、ＳｃまたはＹｂが固溶したＢａＺｒＯ３を含んでもよく、ＳｃまたはＹｂが固溶したＢａＣｅＯ３を含んでもよい。
【0026】
空気極８は、ガス透過性を有している。空気極８の開気孔率は、たとえば２０％以上、特に３０％～５０％の範囲であってもよい。
【0027】
空気極８の材料は、一般的に空気極に用いられるものであれば特に制限はない。空気極８の材料は、たとえば、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物などの導電性セラミックスであってもよい。
【0028】
空気極８の材料は、たとえば、ＡサイトにＳｒ（ストロンチウム）とＬａ（ランタン）が共存する複合酸化物であってもよい。このような複合酸化物の例としては、ＬａｘＳｒ１－ｘＣｏｙＦｅ１－ｙＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＭｎＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＦｅＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＣｏＯ３などが挙げられる。なお、ｘは０＜ｘ＜１、ｙは０＜ｙ＜１である。
【0029】
また、素子部３が中間層７を有する場合、中間層７は、拡散抑制層としての機能を有する。空気極８に含まれるＳｒ（ストロンチウム）などの元素が固体電解質層６に拡散すると、かかる固体電解質層６にたとえばＳｒＺｒＯ３などの抵抗層が形成される。中間層７は、Ｓｒの拡散を抑制し、ＳｒＺｒＯ３その他の電気絶縁性を有する酸化物が形成されにくくする。
【0030】
中間層７の材料は、一般的にＳｒの拡散抑制層に用いられるものであれば特に制限はない。中間層７の材料は、たとえば、Ｃｅ（セリウム）を除く希土類元素が固溶した酸化セリウム（ＣｅＯ２）を含む。かかる希土類元素としては、Ｇｄ（ガドリニウム）やＳｍ（サマリウム）などが用いられる。
【0031】
また、インターコネクタ４は、緻密質であり、支持基板２の内部のガス流路２ａを流通する燃料ガス、および支持基板２の外側を流通する酸素含有ガスのリークを生じにくくする。インターコネクタ４は、ガス流路２ａを流通する燃料ガスに、支持基板２を通して接する。インターコネクタ４は、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していてもよい。
【0032】
インターコネクタ４の材料には、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）、もしくは、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＳｒＴｉＯ３系酸化物）が好適に使用される。これらの材料は、導電性を有し、かつ燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気など）と接触しても還元も酸化もされない。
【0033】
酸素難透過層９は、セル１の外部に露出したインターコネクタ４の表面を覆うように位置している。上記したように、インターコネクタ４は、支持基板２の外側を流通する酸素含有ガスのリークが生じにくい材料で構成されている。ただし、たとえば７００℃を超える高温では、インターコネクタ４は、固体電解質層６と比較して無視できない程度の酸素透過性を有し、たとえば、数％程度の酸素が酸素イオン（Ｏ２－）としてインターコネクタ４を透過しうる。インターコネクタ４を透過した酸素は、支持基板２またはガス流路２ａの内部で燃料ガス中の水素と反応し、Ｈ２Ｏが発生する。また、水素の消費に伴う燃料ガス中の水素分圧の低下により、開回路電圧（ＯＣＶ）が低下し、電池性能が低下する可能性があった。
【0034】
そこで、本実施形態に係るセル１では、セル１の外側を流通する酸素含有ガスとインターコネクタ４との間に、酸素難透過層９を位置させることとした。酸素難透過層９は、インターコネクタ４と比較して酸素透過性が低い。このため、固体電解質層６の外部における燃料ガス中の消費が抑えられることから、電池性能が向上する。
【0035】
酸素難透過層９には、上記した低い酸素透過性の他、インターコネクタ４と同等程度の電子伝導性を有することが要求される。このような酸素難透過層９の材料としては、たとえば白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）などの金属、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化レニウム（ＲｅＯ２）の酸化物を用いてもよい。
【0036】
＜セルスタック装置の構成＞
次に、上述したセル１を用いた本実施形態に係るセルスタック装置１０について、図２Ａ～図２Ｃを参照しながら説明する。図２Ａは、第１の実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａに示すＸ－Ｘ線の断面図であり、図２Ｃは、第１の実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す上面図である。
次に、上述したセル１を用いた本実施形態に係るセルスタック装置１０について、図２Ａ～図２Ｃを参照しながら説明する。図２Ａは、第１の実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａに示すＸ－Ｘ線の断面図であり、図２Ｃは、第１の実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す上面図である。
【0037】
【0038】
固定部材１２は、固定材１３と、支持部材１４とを有する。支持部材１４は、セル１を支持する。固定材１３は、セル１を支持部材１４に固定する。また、支持部材１４は、支持体１５と、ガスタンク１６とを有する。支持部材１４である支持体１５およびガスタンク１６は、たとえば金属製である。
【0039】
図２Ｂに示すように、支持体１５は、複数のセル１の下端部が挿入される挿入孔１５ａを有している。複数のセル１の下端部と挿入孔１５ａの内壁とは、固定材１３で接合されている。
【0040】
ガスタンク１６は、挿入孔１５ａを通じて複数のセル１に反応ガスを供給する開口部と、かかる開口部の周囲に位置する凹溝１６ａとを有する。支持体１５の外周の端部は、ガスタンク１６の凹溝１６ａに充填された接合材２１によって、ガスタンク１６と接合されている。
【0041】
図２Ａに示す例では、支持部材１４である支持体１５とガスタンク１６とで形成される内部空間２２に燃料ガスが貯留される。ガスタンク１６にはガス流通管２０が接続されている。燃料ガスは、このガス流通管２０を通してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６からセル１の内部のガス流路２ａ（図１Ａ参照）に供給される。ガスタンク１６に供給される燃料ガスは、後述する改質器１０２（図５参照）で生成される。
【0042】
水素リッチな燃料ガスは、原燃料を水蒸気改質などすることによって生成することができる。水蒸気改質により燃料ガスを生成する場合には、燃料ガスは水蒸気を含む。
【0043】
図２Ａに示す例では、２列のセルスタック１１、２つの支持体１５およびガスタンク１６を備えている。２列のセルスタック１１はそれぞれ、複数のセル１を有する。各セルスタック１１は、各支持体１５に固定されている。ガスタンク１６は上面に２つの貫通孔を有している。各貫通孔には、各支持体１５が配置されている。内部空間２２は、１つのガスタンク１６と、２つの支持体１５とで形成される。
【0044】
挿入孔１５ａの形状は、たとえば、上面視で長円形状である。挿入孔１５ａは、たとえば、セル１の配列方向すなわち厚み方向Ｔの長さが、セルスタック１１の両端に位置する２つの端部集電部材１７の間の距離よりも大きい。挿入孔１５ａの幅は、たとえば、セル１の幅方向Ｗ（図１Ａ参照）の長さよりも大きい。
【0045】
図２Ｂに示すように、挿入孔１５ａの内壁とセル１の下端部との接合部は、固定材１３が充填され、固化されている。これにより、挿入孔１５ａの内壁と複数個のセル１の下端部とがそれぞれ接合・固定され、また、セル１の下端部同士が接合・固定されている。各セル１のガス流路２ａは、下端部で支持部材１４の内部空間２２と連通している。
【0046】
固定材１３および接合材２１は、ガラスなどの導電性が低いものを用いることができる。固定材１３および接合材２１の具体的な材料としては、非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。
【0047】
結晶化ガラスとしては、たとえば、ＳｉＯ２－ＣａＯ系、ＭｇＯ－Ｂ２Ｏ３系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＭｇＯ系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＺｎＯ系、ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＺｎＯ系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にＳｉＯ２－ＭｇＯ系の材料を用いてもよい。
【0048】
また、図２Ｂに示すように、複数のセル１のうち隣接するセル１の間には、接続部材１８が介在している。接続部材１８は、隣接する一方のセル１の燃料極５と他方のセル１の空気極８とを電気的に直列に接続する。より具体的には、接続部材１８は、隣接する一方のセル１の燃料極５と電気的に接続された酸素難透過層９と、他方のセル１の空気極８とを接続している。
【0049】
また、図２Ｂに示すように、複数のセル１の配列方向における最も外側に位置するセル１に、端部集電部材１７が電気的に接続されている。端部集電部材１７は、セルスタック１１の外側に突出する導電部１９に接続されている。導電部１９は、セル１の発電により生じた電気を集電して外部に引き出す。なお、図２Ａでは、端部集電部材１７の図示を省略している。
【0050】
また、図２Ｃに示すように、セルスタック装置１０は、２つのセルスタック１１Ａ、１１Ｂが直列に接続され、一つの電池として機能する。そのため、セルスタック装置１０の導電部１９は、正極端子１９Ａと、負極端子１９Ｂと、接続端子１９Ｃとに区別される。
【0051】
正極端子１９Ａは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の正極であり、セルスタック１１Ａにおける正極側の端部集電部材１７に電気的に接続される。負極端子１９Ｂは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の負極であり、セルスタック１１Ｂにおける負極側の端部集電部材１７に電気的に接続される。
【0052】
接続端子１９Ｃは、セルスタック１１Ａにおける負極側の端部集電部材１７と、セルスタック１１Ｂにおける正極側の端部集電部材１７とを電気的に接続する。
【0053】
＜モジュール＞
次に、上述したセルスタック装置１０を用いた本開示の実施形態に係るモジュール１００について、図３を用いて説明する。図３は、第１の実施形態に係るモジュールを示す外観斜視図であり、収納容器１０１の一部である前面および後面を取り外し、内部に収納される燃料電池のセルスタック装置１０を後方に取り出した状態を示している。
次に、上述したセルスタック装置１０を用いた本開示の実施形態に係るモジュール１００について、図３を用いて説明する。図３は、第１の実施形態に係るモジュールを示す外観斜視図であり、収納容器１０１の一部である前面および後面を取り外し、内部に収納される燃料電池のセルスタック装置１０を後方に取り出した状態を示している。
【0054】
図３に示すように、モジュール１００は、収納容器１０１、および収納容器内に収納されたセルスタック装置１０を備えている。また、セルスタック装置１０の上方には、改質器１０２が配置されている。
【0055】
かかる改質器１０２は、天然ガスや灯油などの原燃料を改質して燃料ガスを生成し、セル１に供給する。原燃料は、原燃料供給管１０３を通じて改質器１０２に供給される。なお、改質器１０２は、水を気化させる気化部１０２ａと、改質部１０２ｂとを備えていてもよい。改質部１０２ｂは、図示しない改質触媒を備えており、原燃料を燃料ガスに改質する。このような改質器１０２は、効率の高い改質反応である水蒸気改質を行うことができる。
【0056】
そして、改質器１０２で生成された燃料ガスは、ガス流通管２０、ガスタンク１６、および支持部材１４を通じて、セル１のガス流路２ａ（図１Ａ参照）に供給される。
【0057】
また、上述の構成のモジュール１００では、ガスの燃焼およびセル１の発電に伴い、通常発電時におけるモジュール１００内の温度が５００～１０００℃程度となる。
【0058】
このようなモジュール１００においては、上述したように、電池性能が向上されるセルスタック装置１０を収納して構成されることにより、電池性能が向上されるモジュール１００とすることができる。
【0059】
＜モジュール収容装置＞
図４は、第１の実施形態に係るモジュール収容装置の一例を示す分解斜視図である。本実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、外装ケース１１１と、図３で示したモジュール１００と、図示しない補機と、を備えている。補機は、モジュール１００の運転を行う。モジュール１００および補機は、外装ケース１１１内に収容されている。なお、図４においては一部構成を省略して示している。
図４は、第１の実施形態に係るモジュール収容装置の一例を示す分解斜視図である。本実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、外装ケース１１１と、図３で示したモジュール１００と、図示しない補機と、を備えている。補機は、モジュール１００の運転を行う。モジュール１００および補機は、外装ケース１１１内に収容されている。なお、図４においては一部構成を省略して示している。
【0060】
図４に示すモジュール収容装置１１０の外装ケース１１１は、支柱１１２と外装板１１３とを有する。仕切板１１４は、外装ケース１１１内を上下に区画している。外装ケース１１１内の仕切板１１４より上側の空間は、モジュール１００を収容するモジュール収容室１１５であり、外装ケース１１１内の仕切板１１４より下側の空間は、モジュール１００を運転する補機を収容する補機収容室１１６である。なお、図４では、補機収容室１１６に収容する補機を省略して示している。
【0061】
また、仕切板１１４は、補機収容室１１６の空気をモジュール収容室１１５側に流すための空気流通口１１７を有している。モジュール収容室１１５を構成する外装板１１３は、モジュール収容室１１５内の空気を排気するための排気口１１８を有している。
【0062】
このようなモジュール収容装置１１０においては、上述したように、電池性能が向上されるモジュール１００をモジュール収容室１１５に備えていることにより、電池性能が向上されるモジュール収容装置１１０とすることができる。
【0063】
なお、上述の実施形態では、中空平板型の支持基板を用いた場合を例示したが、円筒型の支持基板を用いたセルスタック装置に適用することもできる。
【0064】
＜性能評価＞
図２Ａ～図２Ｃに示すセルスタック装置１０につき、酸素難透過層９の有無による電池性能の相違について評価した。なお、酸素難透過層９としては、銀（Ａｇ）を使用した。酸素難透過層９は、セル１のインターコネクタ４上に銀ペーストを塗布し、焼き付けた。
図２Ａ～図２Ｃに示すセルスタック装置１０につき、酸素難透過層９の有無による電池性能の相違について評価した。なお、酸素難透過層９としては、銀（Ａｇ）を使用した。酸素難透過層９は、セル１のインターコネクタ４上に銀ペーストを塗布し、焼き付けた。
【0065】
図５は、ＯＣＶ時の水素分圧を比較する概略図である。セル１の温度７００℃、７５０℃、８００℃におけるＯＣＶをそれぞれ測定し、下記の（１）に示すネルンストの式を用いて燃料ガス中の水素分圧を算出した。ＯＣＶは、セル１に電圧もしくは電流を印加していない状態の電圧である。
【0066】
【数1】
【0067】
図５および後述する図６、図７中、白丸（〇）は酸素難透過層９を有するセル１を、黒丸（●）は酸素難透過層９を有さないセル１を、それぞれ用いた場合を示したものである。図５に示すように、セル温度の上昇に伴い、燃料ガス中の水素分圧は低下するものの、セル１が酸素難透過層９を備えるセルスタック装置１０では、その程度が小さくなるという結果が得られた。なお、図６、図７のＯＣＶおよびスタック電圧は、黒丸（●）の７５０℃の数値を１とする相対値として示している。
【0068】
図６は、ＯＣＶを比較する概略図である。ＯＣＶは、セル１の温度７００℃、７５０℃、８００℃においてそれぞれ測定した。ＯＣＶは、図２に示す正極端子１９Ａ、負極端子１９Ｂ間の電圧をデータロガー（ＧＬ２４０、ＧＲＡＰＨＴＥＣ製）を用いて測定した。図６には、測定した正極端子１９Ａ、負極端子１９Ｂ間の電圧をセル１の数で除したＯＣＶを示した。図６に示すように、セル温度の上昇に従ってＯＣＶは低下するが、測定したいずれの温度においても、ＯＣＶは、酸素難透過層９を備えた場合の方が酸素難透過層９を備えない場合と比較して高くなるという結果が得られた。
【0069】
図７は、電池性能を比較する概略図である。図７でいう電池性能とは、１セル当たりのスタック電圧である。図７では、セル１の温度７００℃、７５０℃、８００℃においてスタック電圧をデータロガー（ＧＬ２４０、ＧＲＡＰＨＴＥＣ製）、電子負荷装置（ＦＫ－４００Ｌ２、ＴＡＫＡＳＡＧＯ製）を用いて測定し、得られた値をセル１の数で除したものを図示した。スタック電圧とは、セルスタックに電圧もしくは電流を印加した状態の電圧をいい、具体的には、電流密度を０．４Ａ／ｃｍ２としたときの正極端子１９Ａ、負極端子１９Ｂ間の電圧を測定した。図７に示すように、測定したいずれの温度においても、１セル当たりのスタック電圧は、酸素難透過層９を備えた場合の方が酸素難透過層９を備えない場合と比較して高くなるという結果が得られた。
【0070】
このように、セル１が酸素難透過層９を備えることにより、電池性能が向上することが明らかとなった。
【0071】
【0072】
上述の実施形態では、支持基板の表面に燃料極、固体電解質層および空気極を含む素子部が１つのみ設けられたいわゆる「縦縞型」を例示したが、支持基板の表面の互いに離れた複数個所にて素子部がそれぞれ設けられ、隣り合う素子部の間が電気的に接続されたいわゆる「横縞型」のセルを配列した横縞型セルスタック装置に適用することができる。
【0073】
【0074】
図８に示すように、第２の実施形態に係るセル１Ａは、支持基板２と、一対の素子部３と、封止部３０とを備えている。支持基板２は、一対の対向する平坦面ｎ１、ｎ２、およびかかる平坦面ｎ１、ｎ２を接続する一対の円弧状の側面ｍを有する柱状である。
【0075】
一対の素子部３は、支持基板２の平坦面ｎ１、ｎ２上に、互いに対向するように位置している。また、封止部３０は、支持基板２の側面ｍを覆うように位置している。
【0076】
また、図９に示すように、セルスタック装置１０Ａは、燃料ガスを流通させる配管２２ａから複数のセル１Ａが長さ方向Ｌに延びている。セル１Ａは、支持基板２上に複数の素子部３を有している。支持基板２の内部には、配管２２ａからの燃料ガスが流れるガス流路２ａが設けられている。
【0077】
また、各セル１Ａは、接続部材３１を介して互いに電気的に接続されている。接続部材３１は、各セル１Ａがそれぞれ有する素子部３の間に位置しており、隣り合うセル１Ａを接続している。具体的には、接続部材３１は、隣り合うセル１Ａのうち一方のセル１Ａの素子部３の空気極８と、他方のセル１Ａの燃料極５と電気的に接合されたインターコネクタ４を覆う酸素難透過層９とを接続している。
【0078】
また、図１０に示すように、インターコネクタ４は、長さ方向Ｌに隣り合う素子部３同士を接続するように位置している。酸素難透過層９は、インターコネクタ４と空気極８との間に位置している。
【0079】
このように、酸素難透過層９がインターコネクタ４を覆うことにより、空気極８からインターコネクタ４を介して、燃料極５、支持基板２への酸素のリークが生じにくくなることから、セル１Ａの電池性能が向上する。これにより、セルスタック装置１０Ａの電池性能が向上する。
【0080】
＜その他の変形例＞
つづいて、実施形態のその他の変形例について説明する。
つづいて、実施形態のその他の変形例について説明する。
【0081】
上記実施形態では、「セル」、「セルスタック装置」、「モジュール」および「モジュール収容装置」の一例として燃料電池セル、燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を示したが、他の例としてはそれぞれ、電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置であってもよい。
【0082】
以上、本開示について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
【0083】
以上のように、実施形態に係るセル１は、素子部３と、素子部３に接続される導電部材（インターコネクタ４）と、導電部材を覆う酸素難透過層９とを備える。これにより、電池性能が向上する。
【0084】
また、実施形態に係るセル１は、素子部３を支持する支持基板２をさらに備え、導電部材は、素子部３および支持基板２に接続される。これにより、電池性能が向上する。
【0085】
また、実施形態に係る酸素難透過層９は、導電部材よりも酸素イオン透過性が小さい。これにより、電池性能が向上する。
【0086】
また、実施形態に係る酸素難透過層９は、金属およびセラミックスのうち少なくともいずれかを含む。これにより、電池性能が向上する。
【0087】
また、実施形態に係る酸素難透過層９は、Ｐｔ、Ａｇ、ＴｉＯ２およびＲｅＯ２のうち少なくともいずれかを含む。これにより、電池性能が向上する。
【0088】
また、実施形態に係るセルスタック装置１０は、上記に記載のセル１を複数備えるセルスタック１１を有する。これにより、電池性能を向上することができるセルスタック装置１０とすることができる。
【0089】
また、実施形態に係るモジュール１００は、上記に記載のセルスタック装置１０と、セルスタック装置１０を収納する収納容器１０１とを備える。これにより、電池性能を向上することができるモジュール１００とすることができる。
【0090】
また、実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、上記に記載のモジュール１００と、モジュール１００の運転を行うための補機と、モジュール１００および補機を収容する外装ケースとを備える。これにより、電池性能を向上することができるモジュール収容装置１１０とすることができる。
【0091】
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【符号の説明】
【0092】
１，１Ａ セル
３ 素子部
５ 燃料極
６ 固体電解質層
７ 中間層
８ 空気極
９ 酸素難透過層
１０ セルスタック装置
１１ セルスタック
１２ 固定部材
１３ 固定材
１４ 支持部材
１５ 支持体
１６ ガスタンク
１７ 端部集電部材
１８ 接続部材
１００ モジュール
１１０ モジュール収容装置
３ 素子部
５ 燃料極
６ 固体電解質層
７ 中間層
８ 空気極
９ 酸素難透過層
１０ セルスタック装置
１１ セルスタック
１２ 固定部材
１３ 固定材
１４ 支持部材
１５ 支持体
１６ ガスタンク
１７ 端部集電部材
１８ 接続部材
１００ モジュール
１１０ モジュール収容装置
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】