](实施例1加热温度的影响)
[0081]制造阳极支撑型MEA并评价其性能。对N1和BCY (掺杂有钇的钡铈氧化物)进行球磨，然后进行单轴成形加工以形成为片状。将其作为燃料电极(阳极)，即，含Ni的BCY阳极2。将该阳极在1000°C下预烧结。接下来，通过丝网印刷将待形成固体电解质I的BCY糊施加于经过预烧结的阳极上。通过在750°C下进行粘结剂去除处理，从而将在丝网印刷过程中添加的粘结剂蒸发掉。在1400°C下进行共烧结。此后，将待形成空气电极(阴极)3的锰酸锶镧(LSM)施加至共烧结体，并在1000°C下烧制。燃料电极2配有镀铝多孔体7。空气电极3配有FeCr合金线网或Pt线网。由此，提供了电池5。电池5具有如下构成。
[0082]空气电极集电体8 (Fe-Cr合金或Pt网)/空气电极3 (LSM) /固体电解质I (BCY) /燃料电极2 (N1-BCY) /燃料电极集电体7 (镀铝多孔体)
[0083]在该层叠体中，空气电极3的厚度为20 μπι至30 μπι ;固体电解质I的厚度为30 μ m至50 μ m ;燃料电极的厚度为500 μ m至1mm。
[0084]电池层叠体10包括五层电池5的层叠体。在600°〇、650°〇、700°〇和800°〇这四种温度下对电池层叠体10进行加热，并评价其发电性能。利用嵌在上端板21中的热电偶监测其温度。
[0085]图7示出了评价结果。图7清楚地表明了温度越高，则发电密度越高。然而，在600°C下，发电密度达到了 300mW.cm—2，这足以满足实用水平。该实施例1采用了阳极支撑型MEA。因此，形成了较小厚度的固体电解质。在评价后检测该固体电解质，发现部分固体电解质中存在裂纹。因此，可能发生了氢气与空气的混合，与下述实施例2相比，这导致了相对较低的发电密度。
[0086](实施例2)
[0087]制造了电解质支撑型MEA，并评价(例如)加湿的影响。对BZY (掺杂有钇的钡锆氧化物)粉末进行球磨，然后在1000°c下预烧制，接下来再次进行球磨粉碎。此后，对该粉末进行单轴成形加工，并在1600°C的氧气气氛中进行热处理24小时。由此提供了固体电解质I。将待形成空气电极的镧锶钴铁(LSCF)施加至固体电解质1，并在1000°C下烧制。通过无电镀形成银(Ag)膜以提供燃料电极2。由此，制得MEA。此后，如实施例中那样设置电极集电体。电池5具有如下构成。
[0088]空气电极集电体8 (Fe-Cr合金或Pt网或者Ag网)/空气电极3 (LSCF) /固体电解质I (BZY) /燃料电极2 (Ag或N1-BZY、NiFe系合金)/燃料电极集电体7 (镀铝多孔体)
[0089]在实施例1中，固体电解质I的厚度为30 μ??至50 μ??。然而，实施例2中采用了电解质支撑型构成，因此所形成的固体电解质I的厚度为275 μπι。空气电极3的厚度为40 μm;燃料电极2的厚度为40 μπι。
[0090]图8示出了评价结果。图8表明了于600°C下在阴极侧加热导致了 160mWcm_2的高发电密度。即使在未加湿的情况中，也可实现80mW.CnT2的发电密度。已知加湿的益处并非针对固体电解质，而是针对Naf1n (注册商标)，Naf1n因其质子传导性而为人所熟知。在固体电解质中也证实了湿度对质子传导性的重要性。
[0091]图8中的评价结果表明:通过选择质子传导性固体电解质并进行加湿等，可在约600°C的加热温度下实现足以满足实用水平的发电效率。
[0092]如上披露的本发明实施方案的结构仅为例子而已。本发明的范围并不局限于所描述的范围。本发明的范围由权利要求书示出，并且旨在涵盖与权利要求等同的范围和含义内的所有更改。
[0093]工业适用性
[0094]本发明能够提供这样的燃料电池，该燃料电池采用由铝或铝合金形成的镀覆多孔体作为燃料电极集电体，使得该燃料电池可在650°C以下运行，该温度是未曾预料到的低温，并且该燃料电池可在电池启动后短时间内运行。该燃料电池(例如)能够实现高的发电效率和高经济性。本发明还可提供运行该燃料电池的方法。
[0095]参考符号列表
[0096]I固体电解质；2燃料电极(阳极)；3空气电极(阴极)；5电池(发电元件)；7燃料电极集电体；7a阳极端子；8空气电极集电体；8a阴极端子；10燃料电池本体(电池层叠体)；11燃料气体流路；12空气流路；13连接体(分隔体)；21第一板(上端板)；22第二板(下端板)；50燃料电池；61燃料气体入口 ；62空气入口 ；63出口 ；71燃料气体原料罐；72改质装置；75压缩机。
【主权项】
1.一种燃料电池，其通过电化学反应由含氢燃料气体和空气发电，该燃料电池包括:膜电极组件(MEA)，该膜电极组件包括燃料电极、固体电解质和空气电极； 燃料电极集电体，该燃料电极集电体是设置为与所述燃料电极接触并进行集电的金属多孔体；以及 通过电力运行的加热装置， 其中所述固体电解质为质子透过性电解质， 设置有燃料气体流路以使所述燃料气体流过所述燃料电极集电体，并且 构成所述燃料电极集电体的所述金属多孔体由铝或铝合金形成。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中构成所述燃料电极集电体的所述金属多孔体为通过铝或铝合金的镀覆而形成的多孔体。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，包括温度控制系统，其控制供至所述加热装置的电力、所述燃料气体的流速、以及所述空气的流速中的至少一者，以使得所述燃料电极集电体中的铝或铝合金不会熔融，其中所述温度控制系统包括监测燃料电池本体的温度的温度传感器。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的燃料电池，其中所述质子透过性电解质具有钙钛矿结构或类钙钛矿结构，并且其组成由ABC氧化物表示，其中A表示选自Ba和Sr中的一者或两者，B表示选自Zr和Ce中的一者或两者，并且C表示选自Y、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、In和Gd中的至少一者。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的燃料电池，其中所述燃料电池包括:作为下游单元的燃料电池本体，其包括所述燃料气体的入口和所述空气的入口 ；以及改质装置，其设置于所述燃料电池本体的上游并且将所述燃料气体改质，其中所述改质装置的运行温度设定为高于所述燃料电池的运行温度。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的燃料电池，包括增加湿度的加湿装置，并且该加湿装置设置于所述空气被导入所述空气电极处的部分的上游和/或所述燃料气体被导入所述燃料电极处的部分的上游。
7.—种运行燃料电池的方法，该燃料电池通过电化学反应由含氢燃料气体和空气发电， 其中所述燃料电池包括:膜电极组件，该膜电极组件包括燃料电极、质子透过性固体电解质和空气电极；燃料电极集电体，该燃料电极集电体是设置为与所述燃料电极接触并进行集电的金属多孔体，并且该金属多孔体由铝或铝合金形成；以及通过电力运行的加热装置，并且 所述燃料气体的流速、所述空气的流速、以及供至所述加热装置的电力受到控制，以使得所述燃料电极集电体的温度不超出550 °C至650 °C的范围。
8.根据权利要求7所述的运行燃料电池的方法，其中所述燃料电池包括燃料电池本体以及设置于该燃料电池本体的上游的改质装置，其中所述改质装置的运行温度设定为高于所述燃料电池本体的运行温度。
【专利摘要】本发明的目的是提供一种燃料电池及其运行方法，该燃料电池通过利用导热性优异的燃料电极集电体，从而具有优异的发电效率和经济效率。该燃料电池包括：膜电极组件(MEA)；作为金属多孔体的燃料电极集电体，其通过与燃料电极保持接触从而进行集电；以及利用电力的加热装置。固体电解质为质子透过性电解质。燃料气体流路被构造为使得燃料气体从燃料电极集电体中流过，并且构成燃料电极集电体的金属多孔体由铝或铝合金制成。
【IPC分类】H01M8-06, H01M8-04, H01M8-02, H01M8-12
【公开号】CN104737344
【申请号】CN201380053468
【发明人】平岩千寻, 真岛正利, 细江晃久
【申请人】住友电气工业株式会社
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年10月4日
【公告号】EP2908371A1, US20150263355, WO2014057877A1