[發明專利]燃料電池發電單元和燃料電池堆

有效

• 申請號: 201680081808.4
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN108701838B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 栗林誠
• 申請（專利權）人: 森村索福克科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/0202;H01M8/12
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會華

本發明提供抑制在涂層、接合層、空氣極這樣的各構件的內部、界面處產生裂紋的燃料電池發電單元和燃料電池堆。該燃料電池發電單元包括：單元電池，其具有電解質層、空氣極及燃料極，該電解質層含有固體氧化物，該空氣極和燃料極隔著電解質層彼此相對；導電性的集電部，其配置于單元電池的空氣極所處的那一側；導電性的涂層，其覆蓋集電部的表面；以及導電性的接合層，其將空氣極和被涂層覆蓋的集電部相接合，該燃料電池發電單元滿足如下關系，即，涂層的孔隙率＜接合層的孔隙率＜空氣極的孔隙率。

技術領域

由本說明書公開的技術涉及一種燃料電池。

背景技術

已知有一種將固體氧化物用作電解質的固體氧化物型燃料電池(以下也稱作“SOFC”)。作為SOFC的發電的最小單元的燃料電池發電單元(以下也簡稱作“發電單元”)包括：單元電池，其具有電解質層和電極(空氣極和燃料極)；以及導電性的集電部，其為了收集單元電池產生的電力而配置于單元電池的空氣極側和燃料極側。

集電部例如由像鐵素體類不銹鋼那樣的含有Cr(鉻)的金屬形成。當這樣的集電部在SOFC的工作中處在例如700攝氏度到1000攝氏度這樣的高溫氛圍中時，有時會產生被稱為“Cr擴散”的現象，即Cr自集電部的表面釋放出來并且發生擴散。若擴散的Cr附著在空氣極的表面，則會產生空氣極上的電極反應速度降低這樣的被稱為“空氣極的Cr中毒”的現象。為了抑制產生這樣的空氣極的Cr中毒，一種利用涂層覆蓋集電部的表面的技術為公眾所知(例如參照專利文獻1)。另外，空氣極和被涂層覆蓋的集電部通過導電性的接合層相接合。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011－99159號公報

發明內容

發明要解決的問題

在上述以往的結構中，因SOFC中的溫度分布的波動等而在涂層、接合層、空氣極這樣的各構件的內部、各構件之間的界面處產生熱應力，從而存在有時在各構件的內部、界面處產生裂紋這樣的問題。此外，這樣的問題并不限于集電部由含有Cr的金屬形成的結構，是在集電部的表面被涂層覆蓋的結構中共有的問題。

在本說明書中，公開了能夠解決上述課題的技術。

用于解決問題的方案

本說明書公開的技術例如能夠作為以下的方案來實現。

(1)本說明書所公開的一技術方案提供一種燃料電池發電單元，該燃料電池發電單元包括：單元電池，其具有電解質層、空氣極及燃料極，該電解質層含有固體氧化物，該空氣極和燃料極隔著所述電解質層彼此相對；導電性的集電部，其配置于所述單元電池的所述空氣極所處的那一側；導電性的涂層，其覆蓋所述集電部的表面；以及導電性的接合層，其將所述空氣極和被所述涂層覆蓋的所述集電部相接合，該燃料電池發電單元的特征在于，滿足如下關系，即，所述涂層的孔隙率＜所述接合層的孔隙率＜所述空氣極的孔隙率。采用本燃料電池發電單元，在依次配置的涂層、接合層、空氣極這樣的3個構件中，能夠使孔隙率具有梯度，因此能夠緩和因溫度分布的波動等而在各構件內、界面處產生的熱應力，從而能夠抑制在各構件內、界面處產生裂紋。

(2)在上述燃料電池發電單元中，也可以構成為，滿足如下關系，即，所述涂層的形成材料的熱膨脹率≤所述接合層的形成材料的熱膨脹率＜所述空氣極的形成材料的熱膨脹率。采用本燃料電池發電單元，在依次配置的涂層、接合層、空氣極這樣的3個構件中，能夠使形成材料的熱膨脹率具有梯度，因此能夠緩和因溫度分布的波動、各構件的形成材料的熱膨脹率差等而在各構件內、界面處產生的熱應力，從而能夠抑制在各構件內、界面處產生裂紋。