燃料电池制造技术

一种燃料电池，其具备：MEA，其具备阴极、阳极、以及介于所述阴极和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的固体氧化物；至少一个第一金属多孔体，所述第一金属多孔体与所述阴极和所述阳极的至少一个相邻，且具有三维网状骨架；第二金属多孔体，与所述第一金属多孔体相邻而层叠，且具有三维网状骨架；以及互连器，与所述第二金属多孔体相邻，其中所述第一金属多孔体的孔径小于所述第二金属多孔体的孔径。

【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。本申请主张基于2015年7月16日申请的日本申请第2015-142288号、2016年1月29日申请的日本申请第2016-016685号的优先权，引用所述日本申请中记载的全部记载内容。
技术介绍
燃料电池是通过氢等的燃料气体和空气(氧)的电化学反应发电的装置，能够将化学能量直接转换为电，所以发电效率高。特别是，工作温度在1000℃以下的固体氧化物型燃料电池(下面称为SOFC)，反应速度快，被认为有前途。在SOFC中，使用包含固体氧化物的电解质层被由陶瓷(烧结体)形成的两个电极夹着一体化而成的MEA(MembraneElectrodeAssembly，膜电极接合体)。即，MEA的结构要素全部都是固体，所以容易处理。通常，为了获得大的电力，层叠配置多个MEA。在MEA彼此之间配置分离燃料气体和空气的互连器(间隔体)。互连器还具有用于将产生的电流向外部取出的集电功能。为了向MEA供给燃料气体或空气，燃料电池需要与MEA相邻的气体流道。为了获得气体流道，例如在专利文献1中，在MEA和互连器之间配置膨胀金属。专利文献2中教导在互连器中通过蚀刻等形成作为气体流道的凹坑。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-250297号公报专利文献2：国际公开第2003/12903号册
技术实现思路
本专利技术的一个方面涉及一种燃料电池，其具备：MEA，其具备阴极、阳极、以及介于所述阴极和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的固体氧化物；至少一个第一金属多孔体，所述第一金属多孔体与所述阴极和所述阳极的至少一个相邻，且具有三维网状骨架；第二金属多孔体，与所述第一金属多孔体相邻而层叠，且具有三维网状骨架；以及互连器，与所述第二金属多孔体相邻。所述第一金属多孔体的孔径小于所述第二金属多孔体的孔径。附图说明图1是示意表示本专利技术的一个实施方式的燃料电池的截面图。图2是表示金属多孔体的骨架的一部分的结构的一例的示意图。图3是示意表示图2中的骨架的一部分的截面的截面图。图4是说明金属多孔体中的电子的流动的示意图。图5是示意表示使用了SOEC方式的氢制造装置的主要部分的结构的截面图。具体实施方式(本公开要解决的课题)在MEA中流动的电子经由与阳极和/或阴极接触的金属材料集电。此时，如果与阳极和/或阴极接触的金属材料少，则电子难以平稳地流动，电阻变高。专利文献1的方法中，为了确保气体流道而配置的膨胀金属还担负作为集电体的作用。但是，膨胀金属的孔径大，所以电阻易于变高。另一方面，孔径大的膨胀金属具备作为气体流道的高的功能。即，集电性和气体扩散性处于此消彼长的关系。于是，考虑分别不同地配置以集电性为主要作用的材料和以气体扩散性为主要作用的材料。例如，在MEA和互连器之间配置以集电性为主要作用的金属材料(集电体)，如专利文献2所述，在互连器通过凹坑加工形成气体流道。作为集电体，从耐热性、导电性和适度的气体扩散性(通气性)的观点来看，例如使用镍烧结体。为了减小电阻，提高集电体和各电极(阳极和/或阴极)的接触性也很重要。作为集电体使用镍烧结体的情况下，在集电体的表面形成微细的凹凸。另一方面，在SOFC中各电极也是烧结体，所以在其表面形成凹凸。提高具有凹凸、难以塑性变形的烧结体之间的接触性很困难。如果为了提高接触性而施加压力，则存在电极损伤的可能性。互连器需要优异的耐热性。因此，作为互连器的材料，通常使用铬含有率高的不锈钢(铬基合金)。铬基合金硬，加工性容易降低。因此，为了在互连器进行凹坑加工而形成流道，需要特殊的设备、条件，成本上升，生产效率下降。燃料电池以包含MEA和互连器作为结构单位，通常通过层叠多个(例如，50个以上)来构成。因此，由于每一个互连器的加工成本提高，燃料电池的成本大幅提高。本公开的效果根据本专利技术，获得具有优异的气体扩散性能和集电性能的燃料电池(SOFC)。(专利技术的实施方式的说明)首先列举本专利技术的实施方式的内容进行说明。(1)本专利技术的燃料电池，其具备：MEA，其具备阴极、阳极、以及介于所述阴极和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的固体氧化物；至少一个第一金属多孔体，所述第一金属多孔体与所述阴极和所述阳极的至少一个相邻，且具有三维网状骨架；第二金属多孔体，与所述第一金属多孔体相邻而层叠，且具有三维网状骨架；以及互连器，与所述第二金属多孔体相邻。所述第一金属多孔体的孔径小于所述第二金属多孔体的孔径。由此，提高了燃料电池的气体扩散性能和集电性能。(2)优选，所述第一金属多孔体和所述第二金属多孔体接合，在所述接合的部分中，所述第一金属多孔体的所述骨架和所述第二金属多孔体的所述骨架互相缠绕。这是为了进一步提高气体扩散性和集电性能。此外，还能够期待生产性的提高。(3)优选，所述第一金属多孔体和所述第二金属多孔体的气孔率都为85体积％以上。这是为了进一步提高气体扩散性。(4)优选，所述第一金属多孔体的孔径为100～1000μm。这是为了进一步提高集电性能。(5)优选，本专利技术的燃料电池，具备与至少所述阳极相邻的所述第一金属多孔体。这是为了能够期待进一步的发电效率的提高。(6)优选，所述第一金属多孔体的孔径与所述第二金属多孔体的孔径之比(第一金属多孔体的孔径/第二金属多孔体的孔径)为0.05～0.8。这是因为如果在该范围，电阻和气体扩散的之间平衡特别好。(7)优选，所述第二金属多孔体的比表面积为100～9000m2/m3。(8)优选，所述第二金属多孔体的厚度为0.1～0.5mm。这是因为如果在该范围，电阻和气体扩散性的之间平衡特别好。(专利技术的实施方式的描述)下面具体说明本专利技术的实施方式。本专利技术不限定于以下的内容，由权利要求表示，意图包含与权利要求均等的意义和范围内的所有变更。下面，参照图1～4说明燃料电池。图1是示意表示燃料电池的一个实施方式的截面图。图2是表示金属多孔体的骨架的一部分的结构的一例的示意图，图3是示意表示该骨架的一部分的截面的截面图。图4是说明金属多孔体中的电子的流动的示意图。(燃料电池)如图1所示，燃料电池10具备MEA1。MEA1具备：阴极1c；阳极1a；以及介于阴极1c和阳极1a之间且包含离子导电的固体氧化物的固体电解质层(下面称为固体电解质层1b)。以与阳极1a相邻的方式，配置具有三维网状骨架的第一金属多孔体2a。以与第一金属多孔体2a相邻的方式，配置具有三维网状骨架的第二金属多孔体2b。此外，以与第二金属多孔体2b相邻的方式，配置互连器3a。在图示例中，以与阴极1c相邻的方式，配置具备气体流道4的阴极侧互连器3b。在本实施方式中，将第一金属多孔体2a的孔径D1设为小于第二金属多孔体2b的孔径D2。通过使电极与孔径小的第一金属多孔体2a相邻，增加与电极接触的金属材料的量，并且电阻减小。通过使孔径大的第二金属多孔体2b与互连器相邻，压力损失减小，并且气体扩散性能提高。即，通过组合使用孔径不同的多个金属多孔体，能够实现优异的集电性和气体扩散性二者，提高燃料电池10的发电性能。为了提高燃料气体的利用率，需要在阳极1a的表面均一地扩散燃料气体。如后所述，第一金属多孔体2a和第二金属多孔体2b具有连续孔，气体扩散性优异。因此，燃料气体在孔径大的第二金属多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，其具备：MEA，其具备阴极、阳极、以及介于所述阴极和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的固体氧化物；至少一个第一金属多孔体，所述第一金属多孔体与所述阴极和所述阳极的至少一个相邻，且具有三维网状骨架；第二金属多孔体，与所述第一金属多孔体相邻而层叠，且具有三维网状骨架；以及互连器，与所述第二金属多孔体相邻，其中所述第一金属多孔体的孔径小于所述第二金属多孔体的孔径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.16 JP 2015-142288;2016.01.29 JP 2016-016681.一种燃料电池，其具备：MEA，其具备阴极、阳极、以及介于所述阴极和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的固体氧化物；至少一个第一金属多孔体，所述第一金属多孔体与所述阴极和所述阳极的至少一个相邻，且具有三维网状骨架；第二金属多孔体，与所述第一金属多孔体相邻而层叠，且具有三维网状骨架；以及互连器，与所述第二金属多孔体相邻，其中所述第一金属多孔体的孔径小于所述第二金属多孔体的孔径。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述第一金属多孔体和所述第二金属多孔体接合，在所述接合的...

【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