燃料电池制造技术

一种燃料电池，包括：电池结构体，其包括第一电极、第二电极和电解质层；与第一电极相邻设置的气体扩散层；以及与气体扩散层相邻设置的气体通道板。气体扩散层是具有三维网状骨架的金属多孔体。气体通道板包括其中形成有第一通道的第一区域、其中形成有第二通道的第二区域以及其中形成有第三通道的第三区域。第一通道包括在第一区域和第二区域之间的边界表面处从气体通道板的中心向其外缘延伸的狭缝。在上述边界表面处的第一通道的总面积为第一开口面积S1，在第二区域和第三区域之间的边界表面处的第二通道的总面积为第二开口面积S2，并且在第三区域和气体扩散层之间的边界表面处的第三通道的总面积为第三开口面积S3，三者满足关系式S2

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池
本专利技术涉及燃料电池。本申请要求于2016年1月29日向日本专利局提交的日本专利申请No.2016-016683的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
燃料电池是通过诸如氢气之类的燃料气体和空气(氧气)之间的电化学反应来发电的装置。燃料电池可以直接将化学能转化为电能，因此具有高的发电效率。特别地，在1000℃以下的温度下运行的固体氧化物型燃料电池(以下称为“SOFCs”)因其反应速度快而具有前景。SOFCs包括电池结构体，其中使含有固体氧化物的电解质层和由陶瓷材料(烧结体)形成的两个电极一体化。换言之，电池结构体全部由固体要素构成；因此，SOFCs容易处理。为了将燃料气体或空气供给至电池结构体，燃料电池通常包括设置在与电池结构体相邻的互连器中的气体通道。例如，PTL1公开了一种通过(例如)蚀刻而在互连器上形成充当气体通道的凹痕的方法。引用列表专利文献PTL1：国际公开No.2003/12903
技术实现思路
本专利技术的一个方面涉及燃料电池，包括：电池结构体，其包括第一电极、第二电极和介于所述第一电极和所述第二电极之间的电解质层，该电解质层含有离子传导性固体氧化物；气体扩散层，其具有彼此背离的一对主表面，所述气体扩散层与所述第一电极相邻设置，所述一对主表面中的第一主表面面向所述第一电极，所述气体扩散层将气体供给至所述第一电极；以及气体通道板，其具有彼此背离的一对板表面，所述气体通道板与所述气体扩散层相邻设置，所述一对板表面中的第一板表面面向所述气体扩散层的第二主表面，所述气体通道板将气体供给至所述气体扩散层，其中所述气体扩散层由具有三维网状骨架的金属多孔体形成，所述气体通道板包括第一区域、第二区域和第三区域，在厚度方向上，从所述气体通道板的第二板表面向所述气体通道板的所述第一板表面，按照所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域的顺序依次布置所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域，在所述第一区域中设置有沿着所述气体通道板的厚度方向贯穿所述第一区域的第一通道，在所述第二区域中设置有沿着所述气体通道板的厚度方向贯穿所述第二区域的第二通道，在所述第三区域中设置有沿着所述气体通道板的厚度方向贯穿所述第三区域的第三通道，所述第一通道延伸至所述气体通道板的所述第二板表面并与所述第二通道连通，所述第二通道与所述第三通道连通，所述第三通道延伸至所述气体通道板的所述第一板表面并与所述气体扩散层连通，当沿着所述第一板表面的法线方向观察时，所述第一通道包括这样的狭缝，该狭缝在所述第一区域和所述第二区域之间的边界表面处从所述第一板表面的中心向所述第一板表面的外缘延伸，并且将沿所述法线方向观察时在所述第一区域和所述第二区域之间的边界表面处的所述第一通道的总面积作为第一开口面积S1，将沿所述法线方向观察时在所述第二区域和所述第三区域之间的边界表面处的所述第二通道的总面积作为第二开口面积S2，并且将沿所述法线方向观察时在所述第三区域和所述气体扩散层的所述第二主表面之间的边界表面处的所述第三通道的总面积作为第三开口面积S3，三者满足关系式S2<S1<S3。附图简要说明[图1]图1是示出了根据本专利技术的一个实施方案的燃料电池的主要部分的示意性截面图。[图2]图2是示出了根据本专利技术的一个实施方案的气体扩散层和气体通道板的结构的分解透视图。[图3A]图3A是示出了根据本专利技术的一个实施方案的第一区域的俯视图。[图3B]图3B是示出了根据本专利技术的另一个实施方案的第一区域的俯视图。[图3C]图3C是示出了根据本专利技术的另一个实施方案的第一区域的俯视图。[图4A]图4A是示出了根据本专利技术的一个实施方案的第二区域的俯视图。[图4B]图4B是示出了根据本专利技术的另一个实施方案的第二区域的俯视图。[图4C]图4C是示出了根据本专利技术的另一个实施方案的第二区域的俯视图。[图5A]图5A是示出了根据本专利技术的一个实施方案的第三区域的俯视图。[图5B]图5B是示出了根据本专利技术的另一个实施方案的第三区域的俯视图。[图5C]图5C是示出了根据本专利技术的另一个实施方案的第三区域的俯视图。[图6]图6是示出了使用SOEC工艺的氢气制造装置的主要部分的结构的示意性截面图。[图7]图7是示出了根据实施例1的气体通道板的俯视图。[图8]图8是示出了根据实施例1的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图。[图9]图9是示出了根据实施例2的气体通道板的结构的示意性俯视图。[图10]图10是示出了根据实施例2的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图。[图11]图11是示出了根据实施例3的气体通道板的结构的示意性俯视图。[图12]图12是示出了根据实施例3的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图。[图13]图13是示出了根据实施例4的气体通道板的结构的示意性俯视图。[图14]图14是示出了根据实施例4的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图。[图15]图15是示出了根据实施例5的气体通道板的结构的示意性俯视图。[图16]图16是示出了根据实施例5的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图。[图17]图17是示出了根据比较例1的气体通道板的结构的示意性俯视图。[图18A]图18A是示出了根据比较例1的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图。[图18B]图18B是示出了根据比较例1的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图。具体实施方式[本公开所要解决的问题]在专利文献1中，气体通过复杂的通道从互连器的中心流向其外缘。这会在气体到达互连器的外缘时，引起气体的显著压降。气体易于从气体容易流动的部分集中流出。因此，大部分气体从中心流向电池结构体而没有扩散到互连器的外缘。即，气体不能充分地借助互连器扩散，而是局部地供给至电池结构体，因此降低了发电效率。如专利文献1那样，在通过(例如)蚀刻在互连器中形成复杂的气体通道的情况下，互连器的生产率降低。典型地，燃料电池包括层叠的单元(例如，50个单元以上)，各单元用作结构单元并且包括电池结构体和互连器。因此，由于互连器生产率的降低所致的每个单元加工成本的增加显著地增加了燃料电池的成本。[本公开的有益效果]根据本专利技术，提供了具有良好气体扩散性能的固体氧化物型燃料电池(SOFC)。[专利技术的实施方案的描述]首先列出并说明本专利技术的实施方案。(1)本专利技术的燃料电池包括：电池结构体，该电池结构体包括第一电极、第二电极和介于所述第一电极和所述第二电极之间的电解质层，该电解质层含有离子传导性固体氧化物；气体扩散层，其具有彼此背离的一对主表面，所述气体扩散层与所述第一电极相邻设置，所述一对主表面中的第一主表面面向所述第一电极，所述气体扩散层将气体供给至所述第一电极；以及气体通道板，其具有彼此背离的一对板表面，所述气体通道板与所述气体扩散层相邻设置，所述一对板表面中的第一板表面面向所述气体扩散层的第二主表面，所述气体通道板将气体供给至所述气体扩散层，其中所述气体扩散层由具有三维网状骨架的金属多孔体形成，所述气体通道板包括第一区域、第二区域和第三区域，在厚度方向上，从所述气体通道板的第二板表面向所述气体通道板的所述第一板表面，按照所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域的顺序依次布置所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域，在所述第一区域中设置有沿着所述气体通道板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池，包括：电池结构体，其包括第一电极、第二电极和介于所述第一电极和所述第二电极之间的电解质层，该电解质层含有离子传导性固体氧化物；气体扩散层，其具有彼此背离的一对主表面，所述气体扩散层与所述第一电极相邻设置，所述一对主表面中的第一主表面面向所述第一电极，所述气体扩散层将气体供给至所述第一电极；以及气体通道板，其具有彼此背离的一对板表面，所述气体通道板与所述气体扩散层相邻设置，所述一对板表面中的第一板表面面向所述气体扩散层的第二主表面，所述气体通道板将气体供给至所述气体扩散层，其中所述气体扩散层由具有三维网状骨架的金属多孔体形成，所述气体通道板包括第一区域、第二区域和第三区域，在厚度方向上，从所述气体通道板的第二板表面向所述气体通道板的所述第一板表面，按照所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域的顺序依次布置所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域，在所述第一区域中设置有沿着所述气体通道板的厚度方向贯穿所述第一区域的第一通道，在所述第二区域中设置有沿着所述气体通道板的厚度方向贯穿所述第二区域的第二通道，在所述第三区域中设置有沿着所述气体通道板的厚度方向贯穿所述第三区域的第三通道，所述第一通道延伸至所述气体通道板的所述第二板表面并与所述第二通道连通，所述第二通道与所述第三通道连通，所述第三通道延伸至所述气体通道板的所述第一板表面并与所述气体扩散层连通，当沿着所述第一板表面的法线方向观察时，所述第一通道包括这样的狭缝，该狭缝在所述第一区域和所述第二区域之间的边界表面处从所述第一板表面的中心向所述第一板表面的外缘延伸，并且将沿所述法线方向观察时在所述第一区域和所述第二区域之间的边界表面处的所述第一通道的总面积作为第一开口面积S1，将沿所述法线方向观察时在所述第二区域和所述第三区域之间的边界表面处的所述第二通道的总面积作为第二开口面积S2，并且将沿所述法线方向观察时在所述第三区域和所述气体扩散层的所述第二主表面之间的边界表面处的所述第三通道的总面积作为第三开口面积S3，三者满足关系式S2...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.29 JP 2016-0166831.一种燃料电池，包括：电池结构体，其包括第一电极、第二电极和介于所述第一电极和所述第二电极之间的电解质层，该电解质层含有离子传导性固体氧化物；气体扩散层，其具有彼此背离的一对主表面，所述气体扩散层与所述第一电极相邻设置，所述一对主表面中的第一主表面面向所述第一电极，所述气体扩散层将气体供给至所述第一电极；以及气体通道板，其具有彼此背离的一对板表面，所述气体通道板与所述气体扩散层相邻设置，所述一对板表面中的第一板表面面向所述气体扩散层的第二主表面，所述气体通道板将气体供给至所述气体扩散层，其中所述气体扩散层由具有三维网状骨架的金属多孔体形成，所述气体通道板包括第一区域、第二区域和第三区域，在厚度方向上，从所述气体通道板的第二板表面向所述气体通道板的所述第一板表面，按照所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域的顺序依次布置所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域，在所述第一区域中设置有沿着所述气体通道板的厚度方向贯穿所述第一区域的第一通道，在所述第二区域中设置有沿着所述气体通道板的厚度方向贯穿所述第二区域的第二通道，在所述第三区域中设置有沿着所述气体通道板的厚度方向贯穿所述第三区域的第三通道，所述第一通道延伸至所述气体通道板的所述第二板表面并与所述第二通道连通，所述第二通道与所述第三通道连通，所述第三通道延伸至所述气体通道板的所述第一板表面并与所述气体扩散层连通，当沿着所述第一板表面的法线方向观察时，所述第一通道包括这样的狭缝，该狭缝在所述第一区域和所述第二区域之间的边界表面处从所述第一板表面的中心向所述第一板表面的外缘延伸，并且将沿所述法线方向观察时在...

【专利技术属性】
技术研发人员：平岩千寻，东野孝浩，俵山博匡，真岛正利，吉田稔浩，宫元一成，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP