电化学电池堆制造技术

固体电解质层(120)具有：下游部位(120a)，其位于在燃料极(110)与第一隔板(200a)之间的燃料流路(110S)中流动的燃料气体的流通方向(FG)的下游侧；以及上游部位(120b)，其位于流通方向(FG)的上游侧。下游部位(120a)包含：与燃料极侧表面(120S)相距3μm以内的第一区域(a1)；以及设置在第一区域(a1)上的第二区域(a2)。第一区域(a1)的拉曼光谱中的正方晶系氧化锆相对于立方晶系氧化锆的强度比例(R1)大于第二区域(a2)的拉曼光谱中的正方晶系氧化锆相对于立方晶系氧化锆的强度比例(R2)。

Electrochemical battery stack

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学电池堆
本专利技术涉及电化学电池堆。
技术介绍
以往，作为电化学电池堆的一种，已知多个燃料电池单电池和多个隔板交替层叠而得到的、具有所谓的平板堆结构的燃料电池堆(例如参见专利文献1)。各燃料电池单电池具有：燃料极、空气极、以及配置在燃料极与空气极之间的固体电解质层。配置于燃料电池单电池的一方侧的隔板与燃料极之间的空间为燃料流路。在燃料电池运转时，燃料气体(例如氢气)在燃料流路中流动。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2015－115181号公报
技术实现思路
但是，如果将专利文献1中记载的燃料电池堆紧急停止，则有时空气从燃料气体的流出口逆流到燃料流路内。这种情况下，燃料极中的下游侧的区域通过逆流的空气而再次氧化，从而对固体电解质层施加应力，固体电解质层有可能受损。本专利技术是鉴于上述的状况而实施的，其目的在于，提供一种能够抑制固体电解质层受损的电化学电池堆。本专利技术所涉及的电化学电池堆具备：第一隔板；第二隔板；以及电化学电池，该电化学电池配置在第一隔板与第二隔板之间。电化学电池具有：燃料极；空气极；以及固体电解质层，该固体电解质层以氧化锆系材料为主成分，且配置在燃料极与空气极之间。固体电解质层具有：下游部位，该下游部位位于在燃料极与第一隔板之间的燃料流路中流动的燃料气体的流通方向的下游侧；以及上游部位，该上游部位位于流通方向的上游侧。下游部位包含：与燃料极侧表面相距3μm以内的第一区域；以及设置在第一区域上的第二区域。第一区域的拉曼光谱中的正方晶系氧化锆相对于立方晶系氧化锆的强度比例大于第二区域的拉曼光谱中的正方晶系氧化锆相对于立方晶系氧化锆的强度比例。根据本专利技术，能够提供一种可以抑制固体电解质层受损的电化学电池堆。附图说明图1是燃料电池堆的立体图。图2是燃料电池堆的截面图。图3是图2的放大图。图4是单电池的立体图。具体实施方式(燃料电池堆10)图1是燃料电池堆10的立体图。图2是燃料电池堆10的截面图。图3是图2的局部放大图。燃料电池堆10具有多个燃料电池单电池(以下，简称为“单电池”。)100和多个隔板200交替层叠得到的、所谓的“平板堆结构”。1.单电池100如图3所示，单电池100具备：燃料极110、固体电解质层120、以及空气极130。单电池100的平面形状没有特别限制，例如可以为边长10～300mm的正方形。单电池100的厚度没有特别限制，例如可以为110～2100μm。燃料极110由具有电子传导性的物质和具有氧离子传导性的物质构成。燃料极110可以由例如NiO－8YSZ(用8mol％的三氧化二钇稳定化的氧化锆)、NiO－GDC(掺杂钆的二氧化铈)等构成。燃料极110的厚度没有特别限制，例如可以为50～2000μm。燃料极110的气孔率没有特别限制，例如可以为15～55％。固体电解质层120配置在燃料极110与空气极130之间。固体电解质层120作为防止燃料气体(例如氢气)和含氧气体(例如空气)混合的密封层发挥作用。固体电解质层120含有氧化锆系材料作为主成分。含有氧化锆系材料作为主成分是指含有70wt％以上的氧化锆系材料。作为氧化锆系材料，例如可以使用3YSZ(用3mol％的三氧化二钇稳定化的氧化锆)、8YSZ、ScSZ(用氧化钪稳定化的氧化锆)等。下文中，对固体电解质层120的详细构成进行说明。固体电解质层120的厚度没有特别限制，例如可以为3～50μm。固体电解质层120的气孔率没有特别限制，例如可以为0～10％。空气极130由例如(La，Sr)(Co，Fe)O3(LSCF、镧锶钴铁酸盐)、(La，Sr)FeO3(LSF、镧锶铁酸盐)、La(Ni，Fe)O3(LNF、镧镍铁酸盐)、(La，Sr)CoO3(LSC、镧锶钴酸盐)等构成。空气极130的厚度没有特别限制，例如可以为50～2000μm。空气极130的气孔率没有特别限制，例如可以为15～55％。2.隔板200隔板200可以由Ni系耐热合金(例如、铁酸盐系SUS、铬镍铁合金600以及耐蚀耐热镍基合金等)构成。隔板200的平面形状与单电池100的平面形状相同。如图2及图3所示，隔板200具备平板部210以及框体部220。平板部210的周缘部整周都被框体部220包围。框体部220的厚度大于平板部210的厚度。框体部220向平板部210的两侧突出。如图3所示，单电池100配置在第一隔板200a与第二隔板200b之间。单电池100被第一隔板200a和第二隔板200b夹持。单电池100与第一隔板200a以及第二隔板200b各自的框体部220连接。单电池100的周缘部能够借助接合材料(玻璃材料等)而与各框体部220连接。单电池100的燃料极110与第一隔板200a之间的空间为供燃料气体流通的燃料流路110S。单电池100的空气极130与第二隔板200b之间的空间为供空气流通的空气流路130S。使燃料气体在燃料流路110S中流动，并且，使空气在空气流路130S中流动，将单电池100与外部的负荷电连接，由此，进行基于下述的化学反应式(1)以及(2)的发电。(1/2)·O2+2e－→O2－(于：空气极130)…(1)H2+O2－→H2O+2e－(于：燃料极110)…(2)(固体电解质层120的构成)接下来，对各单电池100的固体电解质层120的构成进行说明。固体电解质层120具有下游部位120a以及上游部位120b。下游部位120a与上游部位120b一体地形成。下游部位120a以燃料气体的流通方向FG为基准而位于上游部位120b的下游侧。即，下游部位120a为固体电解质层120中的靠近燃料气体的流出口(未图示)的区域。具体而言，下游部位120a可以设定为流通方向FG上的固体电解质层120的全长L的1/4的区域(L/4)。上游部位120b以燃料气体的流通方向FG为基准而位于下游部位120a的上游侧。即，上游部位120b为固体电解质层120中的靠近燃料气体的流入口(未图示)的区域。具体而言，上游部位120b可以设定为流通方向FG上的固体电解质层120的全长L的3/4的区域(3L/4)。此处，如图4所示，下游部位120a包含第一区域a1和第二区域a2。第一区域a1为下游部位120a中的与燃料极侧表面120S相距3μm以内的区域。燃料极侧表面120S为燃料极110与固体电解质层120的界面。燃料极侧表面120S为如下直线，该直线为在单电池100的截面内对成分浓度进行映射的情况下、以最小二乘法对固体电解质层120中包含的元素浓度急剧变化的线进行近似而得到的直线。第一区域a1含有氧化锆系材料作为主成分。对于第一区域a1，作为氧化锆系材料，含有立方晶系氧化锆和正方晶系氧化锆。立方晶系氧化锆为结晶相主要由立方晶相构成的氧化锆。作为立方晶系氧化锆，例如可以举出：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学电池堆，其中，具备：/n第一隔板；/n第二隔板；以及/n电化学电池，该电化学电池配置在所述第一隔板与所述第二隔板之间，/n所述电化学电池具有：燃料极；空气极；以及固体电解质层，该固体电解质层以氧化锆系材料为主成分，且配置在所述燃料极与所述空气极之间，/n所述固体电解质层具有：下游部位，该下游部位位于在所述燃料极与所述第一隔板之间的燃料流路中流动的燃料气体的流通方向的下游侧；以及上游部位，该上游部位位于所述流通方向的上游侧，/n所述下游部位包含：与燃料极侧表面相距3μm以内的第一区域；以及配置在所述第一区域与所述空气极之间的第二区域，/n所述第一区域的拉曼光谱中的正方晶系氧化锆相对于立方晶系氧化锆的强度比例大于所述第二区域的拉曼光谱中的正方晶系氧化锆相对于立方晶系氧化锆的强度比例。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170726 JP 2017-1448611.一种电化学电池堆，其中，具备：
第一隔板；
第二隔板；以及
电化学电池，该电化学电池配置在所述第一隔板与所述第二隔板之间，
所述电化学电池具有：燃料极；空气极；以及固体电解质层，该固体电解质层以氧化锆系材料为主成分，且配置在所述燃料极与所述空气极之间，
所述固体电解质层具有：下游部位，该下游部位位于在所述燃料极与所述第一隔板之间的燃料流路中流动的燃料气体的流通方向的下游侧；以及上游部位，该上游部位位于所述流通方向的上游侧，
所述下游部位包含：与燃料极侧表面相距3μm以内的第一区域；以及配置在所述第一区域与所述空气极之间的第二区域，
所述第一区域的拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：大森诚，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP