燃料电池制造技术

一种燃料电池包括MEA，该MEA包括阴极、阳极和介于阴极和阳极之间的固体电解质层，该固体电解质层包含离子导电的固体氧化物；配置为与阴极和阳极的至少一方相对的至少一个第一金属多孔体；以及配置为与第一金属多孔体相对并且具有在其中形成的气体供给口和气体排出口的互连器。第一金属多孔体包括与气体供给口相对并且具有三维网状骨架的金属多孔体S，以及具有三维网状骨架并且与金属多孔体S不同的金属多孔体H。金属多孔体S的气孔率Ps和金属多孔体H的气孔率Ph满足关系：Ps<Ph。

【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2015年7月16日提交的日本专利申请2015-142287和2016年1月29日提交的日本专利申请2016-016684的优先权，二者的全部内容在此通过引用并入。
技术介绍
燃料电池是一种通过比如氢气的燃料气体和空气(氧气)的电化学反应而发电的装置，由于直接将化学能转化为电的能力，所以其具有高发电效率。具体而言，运行温度为1000℃以下的固体氧化物燃料电池(以下称为SOFC)由于其高反应速率而具有广阔的前景。在SOFC中，使用其中集成有包含固体氧化物的电解质层和由夹着所述电解质层的陶瓷(烧结体)形成的两个电极的膜电极组件(MEA)。换句话说，由于MEA的所有组成要素都是固体，所以处理起来很容易。通常，为了获得高功率，堆叠和配置多个MEA。将燃料气体和空气互相隔开的互连器(隔板)被配置在MEA之间。燃料电池需要与MEA相邻的气体流道，以便于向MEA供给燃料气体或空气。为了获得气体流道，例如，在专利文献1中，在MEA和互连器之间配置有膨胀金属。通常，在互连器中形成用于向MEA供给燃料气体或空气(以下统称为原料气体)的气体供给口和用于排出未反应的原料气体的气体排出口。如专利文献1中，当使用气孔率均匀的膨胀金属时，原料气体趋于从气体供给口向气体排出口线性地流动，气体扩散性差。在专利文献2中，为了提高原料气体扩散性并将原料气体均匀地供给至MEA，通过蚀刻等在互连器上形成成为气体流路的复杂凹坑。引用列表专利文献专利文献1：日本特开2007-250297号公报专利文献2：国际公开号2003/12903小册子
技术实现思路
本专利技术的一方面涉及燃料电池，该燃料电池包括MEA，其包括阴极、阳极和介于阴极与阳极之间的固体电解质层，固体电解质层包含离子导电固体氧化物；配置为与阴极和阳极的至少一方相对的至少一个第一金属多孔体；和配置为与第一金属多孔体相对并且具有气体供给口和气体排出口的互连器，该气体供给口和气体排出口形成在互连器中。第一金属多孔体包括与气体供给口相对并且具有三维网状骨架的金属多孔体S，以及具有三维网状骨架并且与金属多孔体S不同的金属多孔体H。金属多孔体S的气孔率Ps与金属多孔体H的气孔率Ph满足关系：Ps&lt;Ph。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施方式的燃料电池的相关部分的结构的示意性截面图。图2是金属多孔体的骨架的一部分的结构的实例的示意图。图3是图2中图解的骨架的一部分的示意性截面图。图4是根据本专利技术的一个实施方式的互连器的示意性顶视图。图5A是根据本专利技术的一个实施方式的第一金属多孔体的结构的示意性顶视图。图5B是根据本专利技术的另一实施方式的第一金属多孔体的结构的示意性顶视图。图6A是根据本专利技术的另一实施方式的第一金属多孔体的结构的示意性顶视图。图6B是根据本专利技术的另一实施方式的第一金属多孔体的结构的示意性顶视图。图7A是根据本专利技术的另一实施方式的第一金属多孔体的结构的示意性顶视图。图7B是根据本专利技术的另一实施方式的第一金属多孔体的结构的示意性顶视图。图8包括根据本专利技术的另一实施方式的第一金属多孔体的结构的示意性顶视图(A和B)。图9是图解直线L1和Lθ的示意图。图10A是根据本专利技术的另一实施方式的燃料电池的示意性截面图。图10B是根据本专利技术的再另一实施方式的燃料电池的示意性截面图。图11是采用SOEC方法的氢制造装置的相关部分的结构的示意性截面图。图12包括表示根据实施例1-1的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图表(A至D)。图13包括表示根据实施例1-2的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图表(A至D)。图14包括表示根据实施例1-3的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图表(A至D)。图15包括表示根据实施例1-4的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图表(A至D)。图16包括表示根据实施例2-1的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图表(A至D)。图17包括表示根据实施例2-2的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图表(A至D)。图18包括表示根据实施例2-3的燃料电池的气体扩散性的评价结果的图表(A至D)。具体实施方式[本公开解决的问题]互连器需要具有卓越的耐热性。因此，通常使用具有高铬含量的不锈钢(铬基合金)作为互连器的材料。铬基合金很硬，其加工性容易降低。例如，如专利文献2所述，为了在互连器上形成凹坑而形成复杂的气体流道，需要特殊的设备和条件，这提高了成本并降低了生产效率。燃料电池通常通过堆叠多个(例如，50个以上)构成单元来配置，每个构成单元包括MEA和互连器。因此，每片互连器的加工成本的增加显着增加了燃料电池的成本。[本公开的有利效果]根据本公开，获得了具有卓越的气体扩散性的固体氧化物燃料电池(SOFC)。[本专利技术实施方式的描述]首先，列出了本专利技术的实施方式的内容。(1)根据本专利技术的燃料电池包括MEA，其包括阴极、阳极和介于阴极与阳极之间的固体电解质层，固体电解质层包含离子导电固体氧化物；配置为与阴极和阳极的至少一方相对的至少一个第一金属多孔体；和配置为与第一金属多孔体相对并且具有气体供给口和气体排出口的互连器，该气体供给口和气体排出口形成在互连器中。在此，第一金属多孔体包括与气体供给口相对并且具有三维网状骨架的金属多孔体S，以及具有三维网状骨架并且与金属多孔体S不同的金属多孔体H，金属多孔体S的气孔率Ps与金属多孔体H的气孔率Ph满足关系：Ps&lt;Ph。以这种方式，气体扩散性能得到改善。(2)金属多孔体S可以与气体排出口相对，并且具有沿着以最短距离连接气体供给口的中心与气体排出口的中心的直线延伸的带状形状。(3)金属多孔体S可以具备具有与气体供给口的中心对应的中心的圆形或多角形的形状。以这种方式，气体扩散性能得到进一步改善。(4)气孔率Ps优选为85体积％以上。这是因为气体扩散性得到进一步改善。(5)与第一金属多孔体相对的互连器的表面优选是光滑和平坦的。这是因为互连器的加工成本降低。(6)可以进一步提供堆叠在第一金属多孔体上并且具有三维网状骨架的第二金属多孔体。这是因为可以预期气体扩散性的进一步改善或者的集电性的改善。(7)第一金属多孔体和第二金属多孔体优选被接合，并且在接合的部分中，第一金属多孔体的骨架和第二金属多孔体的骨架优选互相缠结。这是因为可以预期生产率的提高。(8)第二金属多孔体优选介于第一金属多孔体与阴极或者阳极之间，并且孔径优选为100至1000μm。以这种方式，集电性得到进一步改善。(9)根据本专利技术的燃料电池优选包括至少与阳极相对的第一金属多孔体。这是因为可以预期发电效率的进一步提高。(10)气孔率Ph与气孔率Ps的比例优选为1.05至2。以这种方式，气体扩散性能得到改善。(11)金属多孔体S的孔径优选为100至1000μm，金属多孔体H的孔径优选为300至3500μm。以这种方式，可以减少压力损失。[本专利技术实施方式的细节]现在将具体描述本专利技术的实施方式。应当理解的是，本专利技术不限于下面描述的内容，而是由权利要求限定，并且旨在包括在权利要求及其等价物的范围内的所有修改。(燃料电池)现在将参照图1至4、5A和5B描述根据本实施方式的燃料电池。图1是燃料电池的一个实施方式的示意性截面图。图2是图解金属多孔体的骨架的一部分的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，其包括：MEA，包括阴极、阳极和介于所述阴极与所述阳极之间的固体电解质层，所述固体电解质层包含离子导电固体氧化物；至少一个第一金属多孔体，配置为与所述阴极和所述阳极的至少一方相对；和互连器，配置为与所述第一金属多孔体相对并且具有气体供给口和气体排出口，所述气体供给口和所述气体排出口形成在所述互连器中，其中所述第一金属多孔体包括与所述气体供给口相对并且具有三维网状骨架的金属多孔体S，以及具有三维网状骨架并且与所述金属多孔体S不同的金属多孔体H，并且其中所述金属多孔体S的气孔率Ps与所述金属多孔体H的气孔率Ph满足关系：Ps<Ph。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.16 JP 2015-142287;2016.01.29 JP 2016-016681.一种燃料电池，其包括：MEA，包括阴极、阳极和介于所述阴极与所述阳极之间的固体电解质层，所述固体电解质层包含离子导电固体氧化物；至少一个第一金属多孔体，配置为与所述阴极和所述阳极的至少一方相对；和互连器，配置为与所述第一金属多孔体相对并且具有气体供给口和气体排出口，所述气体供给口和所述气体排出口形成在所述互连器中，其中所述第一金属多孔体包括与所述气体供给口相对并且具有三维网状骨架的金属多孔体S，以及具有三维网状骨架并且与所述金属多孔体S不同的金属多孔体H，并且其中所述金属多孔体S的气孔率Ps与所述金属多孔体H的气孔率Ph满足关系：Ps&lt;Ph。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述金属多孔体S也与所述气体排出口相对，并且具有沿着连接所述气体供给口的中心与所述气体排出口的中心的最短直线延伸的带状形状。3.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述金属多孔体S具备具有与所述气体供给口的中心对...

【专利技术属性】
技术研发人员：平岩千寻，真岛正利，表山博匡，水原奈保，东野孝浩，野田阳平，宫元一成，吉田稔浩，
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