特許 7672999 電気化学セル、電気化学セル装置、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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-25

(45)【発行日】2025-05-08

(54)【発明の名称】電気化学セル、電気化学セル装置、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 8/0223 20160101AFI20250428BHJP

   H01M 8/0206 20160101ALI20250428BHJP

   H01M 8/0215 20160101ALI20250428BHJP

   H01M 8/0236 20160101ALI20250428BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20250428BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20250428BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20250428BHJP

   C25B 9/19 20210101ALN20250428BHJP

   C25B 9/60 20210101ALN20250428BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0223

H01M8/0206

H01M8/0215

H01M8/0236

H01M8/04 Z

H01M8/2475

H01M8/12 101

H01M8/12 102C

C25B9/19

C25B9/60

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022010992

(22)【出願日】2022-01-27

(65)【公開番号】P2023109462

(43)【公開日】2023-08-08

【審査請求日】2024-05-17

(73)【特許権者】

【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】久保田 桐任

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－０３４２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１２４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１８５９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２３８７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５４０１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／１２

Ｈ０１Ｍ ８／２４

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｃ２５Ｂ １／００

Ｃ２５Ｂ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料極、固体電解質層および空気極を有する素子部と、
前記素子部に接続される導電部材と
を備え、
前記導電部材は、前記燃料極に接続される第１部分と、４質量％以上１２質量％以下のＭｇを含有し、前記固体電解質層に接する第２部分とを有する
電気化学セル。

【請求項2】

前記導電部材の気孔率は、２％以下である
請求項１に記載の電気化学セル。

【請求項3】

前記第２部分は、前記第１部分に近い第１部位と、前記第１部位よりも前記第１部分から離れて位置し、前記第１部位よりもＭｇの含有率が大きい第２部位とを有する
請求項１または２に記載の電気化学セル。

【請求項4】

前記第２部分は、前記第１部分に近い第１部位と、前記第１部位よりも前記第１部分から離れて位置する第２部位とを有し、
前記第１部位は、前記第２部位よりも気孔率が小さい
請求項１～３のいずれか１つに記載の電気化学セル。

【請求項5】

前記導電部材は、Ｌａを含み、電気伝導性を有する酸化物セラミックスである
請求項１～４のいずれか１つに記載の電気化学セル。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１つに記載の電気化学セルを備えるセルスタックを有する
電気化学セル装置。

【請求項7】

請求項６に記載の電気化学セル装置と、
前記電気化学セル装置を収納する収納容器と
を備えるモジュール。

【請求項8】

請求項７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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電気化学セル、電気化学セル装置、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有す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、水素含有ガスなどの燃料ガスと空気などの酸素含有ガスとを用いて電力を得ることができる電気化学セルの１種である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－３５４１６号公報

【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電気化学セル、電気化学セル装置、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電気化学セルは、素子部と、導電部材とを備える。素子部は、燃料極、固体電解質層および空気極を有する。導電部材は、前記素子部に接続される。前記導電部材は、第１部分と第２部分とを有する。第１部分は、前記燃料極に接続される。第２部分は、４質量％以上１２質量％以下のＭｇを含有し、前記固体電解質層に接する。

【0007】

また、本開示の電気化学セル装置は、上記に記載の電気化学セルを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、上記に記載の電気化学セル装置と、電気化学セル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電気化学セル、電気化学セル装置、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】

【図1A】図１Ａは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。

【図1B】図１Ｂは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例を空気極側からみた側面図である。

【図1C】図１Ｃは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。

【図2A】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る。

【図2B】図２Ｂは、図２Ａに示すＸ－Ｘ線の断面図である。

【図2C】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。

【図3】図３は、図１Ａに示す領域Ａを拡大した断面図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係るモジュールの一例を示す外観斜視図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係るモジュール収容装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。

【図6A】図６Ａは、第２の実施形態に係るセルスタック装置を概略的に示す断面図である。

【図6B】図６Ｂは、第２の実施形態に係るセルの一例を示す斜視図である。

【図6C】図６Ｃは、図６Ｂに示すセルの部分断面図である。

【図6D】図６Ｄは、図６Ｃに示す領域Ｂを拡大した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電気化学セル、電気化学セル装置、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発明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】

［第１の実施形態］
＜セルの構成＞
まず、図１Ａ～図１Ｃを参照しながら、第１の実施形態に係る電気化学セルとして、固体酸化物形の燃料電池セルの例を用いて説明する。電気化学セル装置は、複数の電気化学セルを有するセルスタックを備えていてもよい。複数の電気化学セルを有する電気化学セル装置を、単にセルスタック装置と称する。

【0015】

図１Ａは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図であり、図１Ｂは、第１の実施形態に係る電気化学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の実施形態に係る電気化学セルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。なお、図１Ａ～図１Ｃは、セル１の各構成の一部を拡大して示している。以下、電気化学セルを単にセルという場合もある。

【0016】

図１Ａ～図１Ｃ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、たとえば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、たとえば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とを備えている。支持基板２は、一対の対向する第１面ｎ１、第２面ｎ２、およびかかる第１面ｎ１および第２面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の第１面ｎ１上に位置している。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、セル１の第２面ｎ２上にインターコネクタ４が位置している。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のみが第１面ｎ１の表面に露出している。また、図１Ｃに示すように、インターコネクタ４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、インターコネクタ４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の下端まで延びていなくてもよい。

【0020】

以下、セル１を構成する各構成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を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、素子部３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、Ｙを含んでよい。

【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、たとえば希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ_２などのイオン伝導性材料と、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む。希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ_２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ＺｒＯ_２などのイオン伝導性材料であってもよい。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ＺｒＯ_２を含んでもよく、Ｌａ、ＮｄまたはＹｂが固溶したＣｅＯ_２を含んでもよく、ＳｃまたはＹｂが固溶したＢａＺｒＯ_３を含んでもよく、ＳｃまたはＹｂが固溶したＢａＣｅＯ_３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（空隙率）は、たとえば２０％～５０％、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ＡＢＯ_３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、Ｌａ_ｘＳｒ_１－ｘＣｏ_ｙＦｅ_１－ｙＯ_３、Ｌａ_ｘＳｒ_１－ｘＭｎＯ_３、Ｌａ_ｘＳｒ_１－ｘＦｅＯ_３、Ｌａ_ｘＳｒ_１－ｘＣｏＯ_３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。中間層７は、空気極８に含まれるＳｒ（ストロンチウム）がたとえばＺｒを含有する固体電解質層６に拡散されにくくすることで、かかる固体電解質層６にＳｒＺｒＯ_３の抵抗層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（ＣｅＯ_２）を含んでもよい。かかる希土類元素としては、たとえば、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）などを用いてもよい。

【0031】

インターコネクタ４は、導電性を有しており、素子部３に接続されている。インターコネクタ４は、導電部材の一例である。

【0032】

また、インターコネクタ４は、緻密質であり、支持基板２の内部に位置するガス流路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、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していてもよい。インターコネクタ４は、たとえば、気孔率が２％以下であってもよい。

【0033】

インターコネクタ４は、Ｌａを含んでもよい。また、インターコネクタ４は、電気伝導性を有する酸化物セラミックスであってもよい。かかるインターコネクタ４の材料には、たとえば、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）、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（ＬａＳｒＴｉＯ_３系酸化物）を用いてもよい。これらの材料は、水素含有ガスなどの燃料ガスおよび空気などの酸素含有ガスと接触しても還元も酸化もされにくい。

【0034】

インターコネクタ４は、たとえば、５質量％程度のＭｇを含有してもよい。インターコネクタ４がＭｇを含有することで、インターコネクタ４の熱膨張係数をインターコネクタ４が接続される素子部３の各部材、すなわち支持基板２、燃料極５および固体電解質層６の熱膨張係数に近付けることができる。これにより、たとえばインターコネクタ４にクラックが生じにくくなり、あるいは素子部３からインターコネクタ４が剥離しにくくなる。このため、セル１の耐久性を高めることができる。

【0035】

インターコネクタ４は、たとえば、Ｎｉなど、その他の元素を含有してもよい。なお、インターコネクタ４の詳細については後述する。

【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】

図２Ａに示すように、セルスタック装置１０は、セル１の厚み方向Ｔ（図１Ａ参照）に配列（積層）された複数のセル１を有するセルスタック１１と、固定部材１２とを備える。

【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、金属製であり導電性を有している。

【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４参照）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、複数のセル１をそれぞれ有する。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、ＳｉＯ_２－ＣａＯ系、ＭｇＯ－Ｂ_２Ｏ_３系、Ｌａ_２Ｏ_３－Ｂ_２Ｏ_３－ＭｇＯ系、Ｌａ_２Ｏ_３－Ｂ_２Ｏ_３－ＺｎＯ系、ＳｉＯ_２－ＣａＯ－ＺｎＯ系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にＳｉＯ_２－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、導電部材１８が介在している。導電部材１８は、隣接する一方のセル１と他方のセル１とを電気的に直列に接続する。より具体的には、導電部材１８は、一方のセル１の燃料極５と他方のセル１の空気極８とを接続する。

【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が直列に接続された一つの電池であってもよい。かかる場合、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とを有していてもよい。

【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】

＜インターコネクタの詳細＞
つづいて、第１の実施形態に係るインターコネクタ４の詳細について、図３を参照しながら説明する。図３は、図１Ａに示す領域Ａを拡大した断面図である。

【0054】

図３に示すように、インターコネクタ４は、第１部分４１と第２部分４２とを有している。第１部分４１は、インターコネクタ４と支持基板２との界面４ｂを含み、セル１の厚み方向Ｔに延びる部分である。また、第１部分４１は、燃料極５に接している。すなわち、第１部分４１は、燃料極５に接続される部分である。

【0055】

第２部分４２は、インターコネクタ４と固体電解質層６との界面４ｃを含み、セル１の厚み方向Ｔに延びる部分である。すなわち、第２部分４２は、固体電解質層６に接する部分である。第２部分４２は、４質量％以上１２質量％以下のＭｇを含有する。これにより、インターコネクタ４の第２部分４２にクラックが生じにくくなり、あるいは固体電解質層６からインターコネクタ４が剥離しにくくなる。このため、インターコネクタ４の耐久性を高めることができることから、セル１の電池性能を向上することができる。

【0056】

また、第２部分４２は、Ｍｇの含有率が互いに異なる第１部位４２１および第２部位４２２を有してもよい。第１部位４２１は、第２部分４２のうち第１部分４１に近い部位である。第２部位４２２は、第１部位４２１よりも第１部分４１から離れて位置する部位である。第２部位４２２は、インターコネクタ４の幅方向Ｗの端部４ａを含んでもよい。

【0057】

第２部位４２２は、第１部位４２１よりもＭｇの含有率が大きくてもよい。これにより、インターコネクタ４が適度な熱膨張係数を有するようになることから、セル１の電池性能を向上することができる。

【0058】

また、第１部位４２１は、第２部位４２２よりも気孔率が小さくてもよい。これにより、インターコネクタ４の熱膨張および／または熱収縮に伴いクラックや剥離が生じにくくなることから、セル１の電池性能を向上することができる。

【0059】

なお、インターコネクタ４は、燃料極５と接していなくてもよい。インターコネクタ４と燃料極５との間に、たとえば、集電体、支持体および／または中間層が位置してもよい。すなわち、インターコネクタ４は、たとえば、集電体、支持体および／または中間層といった別部材を介して燃料極５と接続されていてもよい。

【0060】

＜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について、図４を用いて説明する。図４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る。図４は、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。

【0061】

図４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１０１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。

【0062】

かかる改質器１０２は、天然ガス、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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

＜モジュール収容装置＞
図５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４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５においては一部構成を省略して示している。

【0067】

図５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５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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

［第２の実施形態］
つづいて、第２の実施形態に係るセルおよびセルスタック装置について、図６Ａ～図６Ｄを参照しながら説明する。

【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】

図６Ａは、第２の実施形態に係るセルスタック装置を概略的に示す断面図である。図６Ａ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７３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７３からのガスが流れるガス流路２ａが設けられている。支持基板２上の各素子部３は、後述する接続層８Ａにより電気的に接続されている。複数のセル１Ａは、導電部材１８を介して互いに電気的に接続されている。導電部材１８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。

【0074】

図６Ｂは、第２の実施形態に係るセルの一例を示す斜視図である。図６Ｃは、図６Ｂに示すセルの部分断面図である。セル１Ａは、素子部３と接続部３ＡとがＸ軸方向に沿って交互に位置している。

【0075】

素子部３は、支持基板２側から順に、燃料極５、第２中間層２４、インターコネクタ４、固体電解質層６、第１中間層９および空気極８がこの順に積層されている。空気極８の表面には、Ｘ軸方向に隣り合う素子部３同士を電気的に接続するための接続層８Ａが位置している。

【0076】

また、図６Ｄは、図６Ｃに示す領域Ｂを拡大した断面図である。図６Ｄに示すように、インターコネクタ４は、第１部分４１および第２部分４２を有する。第１部分４１は、接続層８Ａと第２中間層２４とで挟まれた部分であり、第２部分４２は、固体電解質層６と第２中間層２４とで挟まれた部分である。第２部分４２は、４質量％以上１２質量％以下のＭｇを含有する。これにより、インターコネクタ４の第２部分４２にクラックが生じにくくなり、あるいは固体電解質層６からインターコネクタ４が剥離しにくくなる。このため、インターコネクタ４の耐久性を高めることができることから、セル１の電池性能を向上することができる。

【0077】

＜その他の変形例＞
つづいて、実施形態のその他の変形例に係るセルスタック装置について説明する。

【0078】

上記実施形態では、「電気化学セル」、「電気化学セル装置」、「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。

【0079】

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。

【0080】

以上のように、実施形態に係る電気化学セル（セル１）は、素子部３と、導電部材（インターコネクタ４）とを備える。素子部３は、燃料極５、固体電解質層６および空気極８を有する。導電部材は、素子部３に接続される。導電部材は、第１部分４１と第２部分４２とを有する。第１部分４１は、燃料極５に接続される。第２部分４２は、４質量％以上１２質量％以下のＭｇを含有し、固体電解質層６に接する。これにより、セル１の電池性能を向上することができる。

【0081】

また、実施形態に係る電気化学セル装置（セルスタック装置１０）は、上記に記載の電気化学セルを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セルスタック装置１０とすることができる。

【0082】

また、実施形態に係るモジュール１００は、上記に記載の電気化学セル装置と、電気化学セル装置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モジュール１００とすることができる。

【0083】

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モジュール収容装置１１０とすることができる。

【0084】

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】

【0085】

１ セル
３ 素子部
４ インターコネクタ
５ 燃料極
６ 固体電解質層
７ 中間層
８ 空気極
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 導電部材
４１ 第１部分
４２ 第２部分
１００ モジュール
１１０ モジュール収容装置

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】