电池单元、电池堆装置、模块以及模块收纳装置的制造方法_4

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1的下端部中的第二层11的一部分未被连接体层8包覆的方式。这样的燃料电池单元也可以得到与图4同样的作用效果。需要说明的是,当然在图3(a)?(g)的具有第一层7a、7b、7c的方式中也可以设置各第二层11。
[0102]对以上说明的本实施方式的燃料电池单元300的制作方法的一例进行说明。
[0103]首先,例如将Ni和/或N1粉末、Y203等稀土氧化物的粉末、有机粘结剂和溶剂混合而制备坯土,使用该坯土通过挤出成型制作出支承体成型体,将其干燥。需要说明的是,作为支承体成型体,可以使用将支承体成型体在900?1000°C预烧2?6小时而成的预烧体。
[0104]接着,例如按照规定的配比组成,称量并混合N1与固溶有Y203的ZrO 2 (YSZ)的原材料。然后,在混合后的粉体中混合有机粘结剂和溶剂从而制备燃料极层用浆料。
[0105]并且,向固溶有稀土元素的2抑2粉末中添加甲苯、粘结剂粉末(比下述的在Zr02粉末中附着的粘结剂粉末的分子量更高、例如为丙烯酸类树脂)、市售的分散剂等制成浆料后,通过刮刀等方法进行成型,从而制作出片状固体电解质层成型体。
[0106]在所得到的片状固体电解质层成型体上涂布燃料极层用浆料并进行干燥而形成燃料极层成型体,从而形成片状层叠成型体。将层叠有该燃料极层成型体和固体电解质层成型体的片状层叠成型体的燃料极层成型体侧的面层叠于导电性支承体成型体,从而形成成型体。
[0107]接着,将上述层叠成型体在800?1200°C预烧2?6小时。然后,使用稀土元素的固溶量比上述固体电解质层成型体用的浆料少的Zr02粉末和粘结剂粉末等制作出第一层用的浆料,将该浆料以图3(a)?(g)所示的形状涂布于固体电解质成型体(预烧体),使其干燥。
[0108]需要说明的是,在支承体1的另一侧主面形成有第二层11的情况下,例如,使用第一层用的浆料,以图5(a)?(c)所示的形状涂布于未形成固体电解质成型体的支承体成型体的部分,使其干燥,从而制作出第二层成型体。
[0109]接着,将连接体层材料(例如LaCrMg03系氧化物粉末)、有机粘结剂以及溶剂混合而制作出浆料。这之后的工序是对具有密合层的燃料电池单元的制法进行说明。
[0110]接着,在支承体1与连接体层8之间形成密合层成型体的情况下,如下所述进行制作。例如,以固溶有Y的Zr(V^ N1以体积比达到40: 60?60: 40的范围的方式进行混合干燥,添加有机粘结剂等制备出密合层用浆料,涂布于在固体电解质层成型体的两端部间的支承体成型体上而形成密合层成型体。成为在该密合层成型体上涂布连接体层用浆料。需要说明的是,在支承体1与第二层11之间设置密合层的情况下,也是同样地将上述密合层用浆料涂布于第二层成型体上即可。
[0111]接着,形成在固体电解质层4与氧极层6之间配置的中间层。例如,将固溶有GdO1.5的Ce02粉末在800?900°C热处理2?6小时,制备出中间层成型体用的原料粉末。向该原料粉末添加作为溶剂的甲苯,制作出中间层用浆料,将该浆料涂布于固体电解质层成型体上以及第一层成型体上而制作出中间层成型体。
[0112]然后,以在固体电解质成型体(预烧体)的两端部上层叠连接体层用成型体的两端部的方式涂布连接体层用浆料,制作出层叠成型体。需要说明的是,还可以制备出连接体层用浆料,制作出连接体层用片,以在固体电解质成型体的两端部上层叠连接体层用片的两端部的方式层叠连接体层用片,制作出层叠成型体。需要说明的是,形成有第二层成型体的情况下,以覆盖该第二层成型体的整体或上端部的方式层叠连接体层用片。
[0113]接着,将上述层叠成型体进行脱粘结剂处理,在含氧气氛中于1400?1450°C进行2?6小时的同时烧结(同时烧制)。
[0114]进一步,将含有氧极层用材料(例如LaCo03系氧化物粉末)、溶剂以及增孔剂的浆料通过浸涂等涂布于中间层上,在1000?1300°C烧结2?6小时,由此能够制造图2所示结构的本实施方式的燃料电池单元300。
[0115]图6表示将多个上述燃料电池单元300经由导电部件13串联电连接而构成的电池堆装置的一例,(a)为示意性表示电池堆装置的侧视图,(b)为(a)的电池堆装置的局部放大截面图,选取(a)中所示的以虚线围成的部分进行表示。需要说明的是,(b)中,为了清楚而以箭头示出与(a)中所示的以虚线围成的部分相对应的部分,在(b)所示的燃料电池单元300中,省略上述中间层9等一部分部件后表示。
[0116]需要说明的是,在电池堆装置中,将各燃料电池单元300经由导电部件13而排列由此构成电池堆12,各燃料电池单元300的下端部通过玻璃密封材料等绝缘性接合材料17被固定于用于向燃料电池单元300供给燃料气体的气体罐16。另外,通过下端部被固定于气体罐16的可弹性变形的端部导电部件14而从燃料电池单元300的排列方向的两端夹持电池堆12。
[0117]另外,在图6所示的端部导电部件14处,以沿着燃料电池单元300的排列方向向外侧延伸的形状设置了用于将通过电池堆12(燃料电池单元300)的发电而产生的电流引出的电流引出部15。
[0118]图7中,示出了燃料电池单元300固定于气体罐16的结构。燃料电池单元300的下端部插入在气体罐10的上表面形成的开口部内,通过玻璃密封材料等接合材料17固定。
[0119]图7 (a)表示将图3(a)所示类型的燃料电池单元300固定于气体罐16的例子。图7(a)中,第一层7c的下端部嵌入玻璃密封材料等接合材料17中,由此,能够增强燃料电池单元300的利用接合材料17接合的部分,能够增强燃料电池单元300的下端部。在此,除了支承体1的还原膨胀、收缩以外,还有可能因由耐热性合金构成的气体罐16、燃料电池单元300、第一接合材料17的构成材料的差异使得在燃料电池单元300的下端部产生应力、产生裂纹等,但由于第一层7的下端部埋设在接合材料17中,因此能够抑制燃料电池单元300的下端部中的裂纹的产生。
[0120]另外,在燃料电池单元300中,在存在接合材料17的部分与不存在的部分的分界处容易产生高应力,但由于第一层7c的上端部从接合材料17露出,因此能够增强燃料电池单元300中的上述分界处部分。从接合材料17露出的第一层7c的长度可以适当设定,但例如优选为2?10mm。在以下的其它实施方式中也是同样。
[0121]图7(b)表示将图3(b)所示类型的燃料电池单元300固定于气体罐16的例子。图7(b)中,也是第一层7c的下端部嵌入玻璃密封材料等接合材料17中,由此,能够增强燃料电池单元300的利用接合材料17接合的部分,能够增强燃料电池单元300的下端部。
[0122]图7(c)表示将图3(e)所示类型的燃料电池单元300固定于气体罐16的例子。具体而言,在两条第一层7a的下端部隔着规定间隔形成有三条第一层7c,第一层7c的一部分通过玻璃密封材料等接合材料17被接合,第一层7c的上端部从接合材料17露出。这样的电池堆装置能够进一步抑制燃料电池单元300的下端部中的裂纹的产生。另外,三条第一层7c在存在接合材料17的部分与不存在的部分的分界线上可以是不连续的,优选在相对于宽度方向为30%以上的部分露出有第一层7c。
[0123]图7(d)表示将图3(f)所示类型的燃料电池单元300固定于气体罐16的例子。具体而言,两条第一层7a的下端部彼此由第一层7c连接,第一层7c的部分通过玻璃密封材料等接合材料17被接合,第一层7c的上端部从接合材料17露出。这样的电池堆装置能够进一步抑制燃料电池单元300的下端部中的裂纹的产生。
[0124]图7(e)表示将图3(g)所示类型的燃料电池单元300固定于气体罐16的例子。具体而言,两条第一层7a的上下两端部彼此由第一层7c连接,下侧的第一层7c的部分通过玻璃密封材料等接合材料17被接合。这样的电池堆装置能够进一步抑制燃料电池单元的下端部中的裂纹的产生。另外,在燃料电池单元300的上方发生燃烧的情况下,通过上端部的第一层7c能够增强燃料电池单元300。
[0125]图8是针对连接体层侧对将燃料电池单元300固定于气体罐16的结构进行表示的图,(a)?(c)表示将图5(a)?(c)的燃料电池单元接合于气体罐16的情况。
[0126]这种情况下,也与上述同样能够进一步抑制燃料电池单元的下端部中的裂纹的产生。在此,对于本实施方式的电池堆装置而言,通过使用上述燃料电池单元300构成电池堆12,由此能够制成发电性能高、长期可靠性提高的电池堆装置。
[0127]图9是表示在收纳容器内收纳电池堆装置而成的模块、即燃料电池模块18的一例的外观立体图,在长方体状收纳容器19的内部收纳如图6所示的电池堆装置而构成。
[0128]需要说明的是,为了得到燃料电池单元300中使用的燃料气体,在电池堆12的上方配置有用于将天然气、煤油等原燃料重整而生成燃料气体的重整器20。并且,由重整器20生成的燃料气体经由气体流通管21向气体罐16供给,经由气体罐16向设置于燃料电池单元300的内部的燃料气体通路2供给。
[0129]需要说明的是,图9中,示出了将收纳容器19的一部分(前后面)卸下并将收纳于内部的电池堆装置和重整器20从后方取出的状态。在图9所示的燃料电池模块18中,可以将电池堆装置滑动收纳于收纳容器19内。需要说明的是,电池堆装置也可以包括重整器20。
[0130]另外,设置于收纳容器19的内部的含氧气体导入部件22在图9中配置于与气体罐16并排设置的一对电池堆12之间,并且以含氧气体与燃料气体的流动一起从下端部向上端部流经燃料电池单元300的侧方的方式向燃料电池单元300的下端部供给含氧气体。并且,使由燃料电池单元300的燃料气体通路2排出的燃料气体与含氧气体反应而在燃料电池单元300的上端部侧燃烧,由此能够使燃料电池单元300的温度升高,能够加快电池堆装置的起动。另外,在燃料电池单元300的上端部侧,使由燃料电池单元300的气体通路2排出的燃料气体与含氧气体燃烧,由此能够加热配置于燃料电池单元300 (电池堆12)的上方的重整器20。由此,能够利用重整器20高效地进行重整反应。
[0131]此外,本实施方式的燃料电池模块18由于是在收纳容器19内收纳使用了上述燃料电池单元300的电池堆装置而成,因此能够形成发电性能高、长期可靠性提高的燃料电池模块18。
[0132]图10是表示在外部安装壳内收纳如图9所示的燃料电池模块18和用于使电池堆装置工作的辅助设备而成的模块收纳装置、即燃料电池装置的一例的立体图。需要说明的是,图10中,图不省略一部分构成。
[0133]图10所示的燃料电池装置23中,利用分隔板26将由支柱24和外部板25构成的外部安装壳内上下划分,构成为将其上方侧作为收纳上述燃料电池模块18的模块收纳室27、将下方侧作为收纳用于使燃料电池模块18工作的辅助设备类的辅助设备收纳室28。需要说明的是,图示省略了收纳于辅助设备收纳室28中的辅助设备类。
[0134]另外,在分隔板26设置有用于使辅助设备收纳室28的空气向模块收纳室27侧流动的空气流通口 29,在构成模块收纳室27
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