电化学反应单元及燃料电池堆制造技术

本发明专利技术涉及一种电化学反应单元，其能够有效地抑制自空气极侧的集电构件的突出部的角部的Cr扩散。电化学反应单元包括：单体单元，其具有电解质层、空气极及燃料极，该电解质层含有固体氧化物，该空气极和燃料极隔着电解质层在第1方向上彼此相对；集电构件，其配置于单体单元的靠空气极的一侧，该集电构件具有朝向空气极突出的突出部；导电性的涂层，其覆盖集电构件的表面；以及导电性的接合层，其将空气极和被涂层覆盖的突出部接合在一起。在突出部的与第1方向平行的所有剖面中，被涂层覆盖的突出部的角部被接合层覆盖。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学反应单元及燃料电池堆
由本说明书公开的技术涉及一种电化学反应单元。
技术介绍
作为利用氢和氧之间的电化学反应来进行发电的燃料电池的一种，固体氧化物型的燃料电池(以下也称为“SOFC”)为公众所知，其包括含有固体氧化物的电解质层。作为SOFC的发电的最小单元的燃料电池发电单元(以下也简称为“发电单元”)包括：单体单元，其包括电解质层、空气极及燃料极，该空气极和燃料极隔着电解质层彼此相对；导电性的集电构件，其为了收集单体单元产生的电力而分别配置于单体单元的空气极侧和燃料极侧。通常，配置于单体单元的空气极侧的集电构件具有向空气极突出的突出部。空气极和集电构件的突出部利用导电性的接合层而接合在一起，从而空气极和集电构件之间电连接。配置于单体单元的空气极侧的集电构件例如由像铁素体类不锈钢那样的含有Cr(铬)的金属形成。当这样的集电构件在SOFC的工作中处在例如700摄氏度到1000摄氏度左右的高温氛围中时，有时会产生被称为“Cr扩散”的现象，即Cr自集电构件的表面释放出来并且发生扩散。若发生Cr扩散，则有时集电构件由于缺乏Cr而发生异常氧化、产生由扩散的Cr附着在空气极的表面导致空气极上的电极反应速度降低这样的被称为“空气极的Cr中毒”的现象，因此并不理想。为了抑制Cr扩散，一种利用导电性的涂层覆盖集电构件的表面的技术为公众所知(例如参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011-99159号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题集电构件的突出部的角部与突出部的除角部以外的部分相比，具有较多的表面。另外，覆盖突出部的涂层的厚度在突出部的角部的位置易于变薄。因此，与突出部的除角部以外的部分相比，在集电构件的突出部的角部易于发生Cr扩散。因此，像上述现有技术那样，仅利用涂层覆盖集电构件的表面，存在不能充分抑制自集电构件的突出部的角部的Cr扩散的问题。另外，这样的问题是在电解池单元中也存在的课题，该电解池单元是利用水的电解反应来生成氢的固体氧化物型的电解池(以下也称为“SOEC”)的最小单元。另外，在本说明书中，将发电单元和电解池单元统一称为电化学反应单元。在本说明书中，公开了能够解决上述课题的技术。用于解决问题的方案本说明书公开的技术例如能够作为以下的方案来实现。(1)本说明书公开的电化学反应单元包括：单体单元，其具有电解质层、空气极及燃料极，该电解质层含有固体氧化物，该空气极和燃料极隔着所述电解质层在第1方向上彼此相对；集电构件，其配置于所述单体单元的靠所述空气极的一侧，该集电构件具有朝向所述空气极突出的突出部；导电性的涂层，其覆盖所述集电构件的表面；以及导电性的接合层，其将所述空气极和被所述涂层覆盖的所述突出部接合在一起，该电化学反应单元的特征在于，在所述突出部的与所述第1方向平行的所有剖面中，被所述涂层覆盖的所述突出部的角部被所述接合层覆盖。采用本电化学反应单元，由于集电构件的突出部的角部整周被接合层覆盖，因此能够有效地抑制自突出部的角部的Cr扩散，该突出部的角部因具有较多表面且涂层易于变薄而易于发生Cr扩散。(2)在上述电化学反应单元中，也可以构成为，所述集电构件具有多个所述突出部，在多个所述突出部各自的与所述第1方向平行的所有剖面中，被所述涂层覆盖的所述突出部的所述角部被所述接合层覆盖。采用本电化学反应单元，由于集电构件的多个突出部各自的角部整周被接合层覆盖，因此能够更有效地抑制自突出部的角部的Cr扩散。(3)在上述电化学反应单元中，也可以构成为，所述涂层和所述接合层由尖晶石型氧化物形成。采用本电化学反应单元，由于除涂层外接合层也由Cr扩散抑制效果较高的尖晶石型氧化物形成，因此能够更有效地抑制自集电构件的突出部的角部的Cr扩散。另外，与涂层、接合层由例如钙钛矿型氧化物等其他的材料形成的情况相比，能够降低热处理温度，因此从该点出发也能够更有效地抑制自集电构件的突出部的角部的Cr扩散。另外，由于涂层和接合层都是由尖晶石型氧化物形成的，因此，能够降低涂层和接合层之间的热膨胀差，能够抑制由热膨胀差导致在涂层和接合层的交界面处发生开裂。另外，与涂层、接合层由其他的材料形成的情况相比，能够降低涂层、接合层的电阻。(4)在上述电化学反应单元中，也可以构成为，所述涂层和所述接合层由含有Zn、Mn、Co和Cu中的至少一者的尖晶石型氧化物形成。采用本电化学反应单元，由于含有Zn、Mn、Co和Cu中的至少一者的尖晶石型氧化物是即使长时间处于较高温的环境下也易于维持尖晶石结构的材料，因此，若涂层和接合层由这样的尖晶石型氧化物形成，则能够长时间维持抑制自集电构件的突出部的角部的Cr扩散的效果、能够降低电阻的效果。(5)在上述电化学反应单元中，也可以构成为，所述涂层和所述接合层由主要成分元素彼此相同的尖晶石型氧化物形成。采用本电化学反应单元，由于涂层和接合层由主要成分元素彼此相同的尖晶石型氧化物形成，因此，能够进一步缩小涂层和接合层之间的热膨胀差，能够更有效地抑制由热膨胀差导致在涂层和接合层的交界面处发生开裂。(6)在上述电化学反应单元中，也可以构成为，在所述突出部的与所述第1方向平行的所有剖面中的、将所述突出部的所述角部的距所述空气极最近的点和所述空气极的表面之间以最短距离连接的线段上，所述接合层的平均厚度大于所述涂层的平均厚度，满足所述涂层的孔隙率小于所述接合层的孔隙率的关系。采用本电化学反应单元，由于孔隙率大于涂层的接合层的平均厚度大于涂层的平均厚度，因此，能够更大程度地获得应力缓冲效果，能够更有效地抑制在涂层和接合层的交界面处发生开裂。另外，本说明书公开的技术能够以各种方式实现，例如，能够以以下方式实现，即：燃料电池发电单元、具有多个燃料电池发电单元的燃料电池堆、具有燃料电池堆的发电模块、具有发电模块的燃料电池系统、电解池单元、具有多个电解池单元的电解池堆、具有电解池堆的氢生成模块、具有氢生成模块的氢生成系统等方式。附图说明图1是概略表示燃料电池堆100的结构的外观立体图。图2是概略表示发电单元102的结构的说明图(XZ剖视图)。图3是概略表示发电单元102的结构的说明图(YZ剖视图)。图4是概略表示发电单元102的结构的说明图(XY剖视图)。图5是概略表示发电单元102的结构的说明图(XY剖视图)。图6是表示空气极侧集电体134的周围的结构的说明图。图7是表示变形例的空气极侧集电体134a的周围的结构的说明图。图8是表示另一变形例的空气极侧集电体134b的周围的结构的说明图。图9是表示又一变形例的空气极侧集电体134c的周围的结构的说明图。图10是表示再一变形例的空气极侧集电体134d的周围的结构的说明图。图11是表示又再一变形例的空气极侧集电体134e的周围的结构的说明图。图12是概略表示另一变形例的燃料电池堆的结构的说明图。图13是概略表示构成另一变形例的燃料电池堆的燃料电池单元1的结构的说明图。图14是表示图12及图13所示的另一变形例的燃料电池堆的集电体20的详细结构的说明图。图15是表示图12及图13所示的另一变形例的燃料电池堆的集电体20的详细结构的说明图。图16是表示图12及图13所示的另一变形例的燃料电池堆的集电体20的变形例的说明图。具体实施方式A.实施方式：A-1.装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学反应单元，其包括：单体单元，其具有电解质层、空气极及燃料极，该电解质层含有固体氧化物，该空气极和燃料极隔着所述电解质层在第1方向上彼此相对；集电构件，其配置于所述单体单元的靠所述空气极的一侧，该集电构件具有朝向所述空气极突出的突出部；导电性的涂层，其覆盖所述集电构件的表面；以及导电性的接合层，其将所述空气极和被所述涂层覆盖的所述突出部接合在一起，该电化学反应单元的特征在于，在所述突出部的与所述第1方向平行的所有剖面中，被所述涂层覆盖的所述突出部的角部被所述接合层覆盖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.26 JP 2015-0643151.一种电化学反应单元，其包括：单体单元，其具有电解质层、空气极及燃料极，该电解质层含有固体氧化物，该空气极和燃料极隔着所述电解质层在第1方向上彼此相对；集电构件，其配置于所述单体单元的靠所述空气极的一侧，该集电构件具有朝向所述空气极突出的突出部；导电性的涂层，其覆盖所述集电构件的表面；以及导电性的接合层，其将所述空气极和被所述涂层覆盖的所述突出部接合在一起，该电化学反应单元的特征在于，在所述突出部的与所述第1方向平行的所有剖面中，被所述涂层覆盖的所述突出部的角部被所述接合层覆盖。2.根据权利要求1所述的电化学反应单元，其特征在于，所述集电构件具有多个所述突出部，在多个所述突出部各自的与所述第1方向平行的所有剖面中，被所述涂层覆盖的所述突出部的所述角部被所述接合层覆盖。3.根据权利要求1或2所述的电化学反应单元，其特征在于，所述涂层和所述接合层由尖晶石型氧化物形成。4.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤吉晃，栗林诚，村田朋来，桝本贵宏，田中智雄，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP