燃料电池堆、燃料电池模块、发电系统以及制作燃料电池堆的方法技术方案

一实施方式的燃料电池堆具备：基体；多个燃料电池单体，它们分别包括在基体上层叠的燃料侧电极、固体电解质膜及氧侧电极；互连膜，其将多个燃料电池单体中的相邻的燃料电池单体的一方的所述燃料电池单体的燃料侧电极与另一方的燃料电池单体的氧侧电极电连接；以及多孔质陶瓷膜，其在相邻的燃料电池单体的一方的燃料电池单体的第一燃料侧电极与另一方的燃料电池单体的第二燃料侧电极之间的区域中至少将互连膜覆盖。少将互连膜覆盖。少将互连膜覆盖。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池堆、燃料电池模块、发电系统以及制作燃料电池堆的方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池堆、具备该燃料电池堆的燃料电池模块、具备该燃料电池模块的发电系统以及制作燃料电池堆的方法。

技术介绍

[0002]作为下一代能源，已知有一种燃料电池，该燃料电池将由燃料侧电极、电解质以及氧侧电极构成的燃料电池单体作为最小单位，且通过使向燃料侧电极供给的燃料气体与向氧侧电极供给的氧化性气体发生化学反应来进行发电。
[0003]其中，固体氧化物型燃料电池(SOFC)(Solid Oxide Fuel Cell)是将氧化锆陶瓷等陶瓷用作电解质，且将城市煤气、天然气、石油、甲醇、煤气化气体等作为燃料来进行运转的燃料电池。这样的SOFC已知为为了提高离子传导率而使工作温度高达约700～1000℃的程度且用途广泛、高效率的高温型燃料电池。SOFC例如与燃气轮机、微型燃气轮机以及涡轮增压器等旋转设备组合而提高运转压力，由此能够进行更高效率的发电。另外，在这样的加压发电系统中，将从压缩机喷出的压缩空气作为氧化性气体向SOFC的氧侧电极供给，并且将从SOFC排出的高温的燃料废气向燃气轮机等旋转设备入口的燃烧器供给并进行燃烧，且利用在燃烧器产生的高温的燃烧气体来使旋转设备旋转，由此能够实现动力的回收。
[0004]燃料电池模块例如构成为，由多个燃料电池单体形成电池堆，且由在容器内收纳的多个电池堆形成发电室。燃料电池单体在内部具有燃料气体通路和氧化性气体通路，且将燃料气体从燃料气体供给管向该燃料气体通路供给，并将氧化性气体(例如空气)从氧化性气体供给管向该氧化性气体通路供给。
[0005]电池堆根据担载燃料电池单体的基体的形状而例如形成为圆筒形、平板形。在专利文献1中，公开了一种将构成燃料电池单体的各原料在圆筒形的基体管的表面涂覆并进行烧成而得到的圆筒形电池堆的制造方法。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特许第3064087号公报

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的课题
[0010]在燃料电池的实用化中，追求由于性能提升而产生的成本减小、以及燃料电池单体的耐氧化性(鲁棒性)的提升。在SOFC等具备固体电解质膜的燃料电池单体中，能够通过使固体电解质膜薄膜化来实现性能提升，但膜强度会由于薄膜化而降低，因此，在由于温度变化而产生的热应力等的作用下，容易产生裂纹。若产生裂纹，则存在如下的可能：在产生异常、故障而燃料气体的供给停止的紧急时，在高温环境下，氧化性气体侵入燃料侧电极，导致燃料侧电极在短时间发生氧化而发生损伤。
[0011]本专利技术的一实施方式的目的在于，通过提升燃料电池单体的耐氧化性(鲁棒性)，从而即使在燃料气体的供给被切断的紧急停止等时，也抑制构成燃料电池单体的固体电解质膜等致密膜在短时间发生损伤的情况。
[0012]用于解决课题的方案
[0013](1)一实施方式的燃料电池堆具备：
[0014]基体；
[0015]多个燃料电池单体，它们分别包括在该基体上层叠的燃料侧电极、固体电解质膜及氧侧电极；
[0016]互连膜，其将所述多个燃料电池单体中的相邻的所述燃料电池单体的一方的所述燃料电池单体的所述燃料侧电极与另一方的所述燃料电池单体的所述氧侧电极电连接；以及
[0017]多孔质陶瓷膜，其在相邻的所述燃料电池单体的一方的所述燃料电池单体的第一燃料侧电极与另一方的所述燃料电池单体的第二燃料侧电极之间的区域中至少将所述互连膜覆盖。
[0018]通常，构成燃料电池堆的多个燃料电池单体分别设置为由不会使氧化性气体透过的致密膜构成的固体电解质膜以及互连膜将多个燃料电池单体的燃料侧电极覆盖，由此防止氧侧电极侧的氧化性气体向燃料侧电极侧侵入的情况。然而，在相邻的燃料电池单体的燃料侧电极间的区域中，由燃料侧电极的温度差引起的热变化量较大，因此容易产生局部的应力。特别是互连膜的端部由于与其他构件的热膨胀率的差异而容易产生应力集中。于是，根据上述(1)的结构，通过将多孔质陶瓷膜设置为在相邻的燃料电池单体的燃料侧电极间的区域中至少将互连膜覆盖，从而该多孔质陶瓷膜缓和在固体电解质膜、互连膜产生的应力，抑制上述致密膜的损伤，由此能够提升燃料电池单体的耐氧化性(鲁棒性)。
[0019]需要说明的是，在此，“氧化性气体”是指包含大致15％～30％的氧的气体，且代表性地优选为空气，但除了空气以外，还可以使用燃烧废气与空气的混合气体、氧与空气的混合气体等。
[0020]多孔质陶瓷膜通过以将互连膜覆盖的方式设置而作为互连膜的强度构件发挥功能，且具有对由于燃料侧电极的温度差而在燃料侧电极间区域的固体电解质膜、互连膜产生的应力进行缓和的作用。另外，多孔质陶瓷膜与致密膜相比局部产生应力较小，即使例如在固体电解质膜、互连膜产生微小的裂纹，也能够抑制裂纹的伸展。
[0021](2)在一实施方式中，在所述(1)的结构的基础上，
[0022]所述互连膜在所述燃料侧电极间的区域从所述第一燃料侧电极朝向所述第二燃料侧电极延伸至所述第二燃料侧电极的近前。
[0023]根据上述(2)的结构，互连膜在燃料侧电极间区域延伸，从而能够在燃料侧电极间区域形成互连膜与多孔质陶瓷膜这两层组织。由此，能够在燃料侧电极间区域提升耐氧化性。
[0024](3)在一实施方式中，在所述(1)的结构的基础上，
[0025]所述互连膜在所述燃料侧电极间的区域从所述第一燃料侧电极朝向所述第二燃料侧电极延伸，直至到达所述第二燃料侧电极。
[0026]根据上述(3)的结构，由于互连膜从第一燃料侧电极延伸，直至到达第二燃料侧电
极，因此能够利用上述两层组织将燃料侧电极间区域的整个区域覆盖。由此，能够在燃料侧电极间区域提升耐氧化性。
[0027](4)在一实施方式中，在所述(3)的结构的基础上，
[0028]所述第二燃料侧电极具有厚度趋向所述第一燃料侧电极而逐渐减小的倾斜部，所述互连膜延伸至所述倾斜部的倾斜区域中间部。
[0029]根据上述(4)的结构，由于互连膜延伸至第二燃料侧电极的倾斜部的倾斜区域中间部，从而能够在燃料侧电极间区域提升耐氧化性。另外，互连膜没有越过上述倾斜部的中间部而延伸，因此不会减小在第二燃料侧电极侧形成的发电面积。因此，不会导致发电性能的降低。
[0030](5)在一实施方式中，在所述(4)的结构的基础上，
[0031]所述互连膜延伸至所述倾斜部的倾斜方向上的30％以上且70％以下的区域。
[0032]根据上述(5)的结构，由于互连膜延伸至第二燃料侧电极的倾斜部的倾斜方向上的30～70％的区域，因此，能够提升燃料侧电极间区域的耐氧化性，并且不会导致发电性能的降低。
[0033](6)在一实施方式中，在所述(1)～(5)中任一结构的基础上，
[0034]所述多孔质陶瓷膜在所述燃料侧电极间的区域从所述第一燃料侧电极朝向所述第二燃料侧电极延伸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池堆，其特征在于，所述燃料电池堆具备：基体；多个燃料电池单体，它们分别包括在该基体上层叠的燃料侧电极、固体电解质膜及氧侧电极；互连膜，其将所述多个燃料电池单体中的相邻的所述燃料电池单体的一方的所述燃料电池单体的所述燃料侧电极与另一方的所述燃料电池单体的所述氧侧电极电连接；以及多孔质陶瓷膜，其在相邻的所述燃料电池单体的一方的所述燃料电池单体的第一燃料侧电极与另一方的所述燃料电池单体的第二燃料侧电极之间的区域中至少将所述互连膜覆盖。2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，所述互连膜在所述燃料侧电极间的区域从所述第一燃料侧电极朝向所述第二燃料侧电极延伸至所述第二燃料侧电极的近前。3.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，所述互连膜在所述燃料侧电极间的区域从所述第一燃料侧电极朝向所述第二燃料侧电极延伸，直至到达所述第二燃料侧电极。4.根据权利要求3所述的燃料电池堆，其特征在于，所述第二燃料侧电极具有厚度趋向所述第一燃料侧电极而逐渐减小的倾斜部，所述互连膜延伸至所述倾斜部的倾斜区域中间部。5.根据权利要求4所述的燃料电池堆，其特征在于，所述互连膜延伸至所述倾斜部的倾斜方向上的30％以上且70％以下的区域。6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池堆，其特征在于，所述多孔质陶瓷膜在所述燃料侧电极间的区域从所述第一燃料侧电极朝向所述第二燃料侧电极延伸至所述第二燃料侧电极，所述第二燃料侧电极具有厚度趋向所述第一燃料侧电极而逐渐减小的倾斜部，所述多孔质陶瓷膜延伸至所述倾斜部的至少一部分区域。7.根据权利要求6所述的燃料电池堆，其特征在于，所述多孔质陶瓷膜延伸至所述倾斜部的倾斜方向上的1/2以下的区域。8.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：樋渡研一，吉田慎，荒木研太，鲛岛健辅，
申请(专利权)人：三菱动力株式会社，
类型：发明
国别省市：