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公開番号2023078773
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-06-07
出願番号2021192045
出願日2021-11-26
発明の名称電気化学反応セルスタック
出願人森村SOFCテクノロジー株式会社
代理人弁理士法人アルファ国際特許事務所
主分類H01M 8/1213 20160101AFI20230531BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ガス室における反応ガスの流通性を向上させ、ひいては電気化学反応セルスタックの性能を向上させる。
【解決手段】電気化学反応セルスタックが備える電気化学反応単位は、特定電極(空気極と燃料極との一方)に対して外側に位置する流路画定部材であって、特定電極に面するガス室の少なくとも一部を画定する流路画定部材と、単セルと流路画定部材とを接合する接合部であって、流路画定部材よりも特定電極側に形成され、かつ、第1の方向(空気極と燃料極の対向方向)に直交する第2の方向において特定電極と対向する接合端部を有する接合部とを有する。第1の方向に沿った断面において、第2の方向に対する電極端部(特定電極の接合端部に対向する端部を電極端部)のガス室に面する電極端面の傾斜角θ1と、第2の方向に対する接合端部のガス室に面する接合端面の傾斜角θ2とは、いずれも90°未満であり、かつ、傾斜角θ1は傾斜角θ2よりも小さい。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を備える単セルと、
前記第１の方向視において、前記空気極と前記燃料極との一方である特定電極に対して外側に位置する流路画定部材であって、前記特定電極に面するガス室の少なくとも一部を画定する流路画定部材と、
前記単セルと前記流路画定部材とを接合する接合部であって、前記流路画定部材よりも前記特定電極側に形成され、かつ、前記第１の方向に直交する第２の方向において前記特定電極と対向する端部である接合端部を有する接合部と、
をそれぞれ有する複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定電極のうち、前記接合端部に対向する端部を電極端部としたときに、
前記第１の方向に沿った少なくとも一つの断面である特定断面において、
前記第２の方向に対する前記電極端部の前記ガス室に面する電極端面の傾斜角θ１と、前記第２の方向に対する前記接合端部の前記ガス室に面する接合端面の傾斜角θ２とは、いずれも９０°未満であり、かつ、
前記第２の方向に対する前記電極端面の傾斜角θ１は、前記第２の方向に対する前記接合端面の傾斜角θ２よりも小さい、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
続きを表示（約 210 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電気化学反応セルスタックであって、
前記第２の方向に対する前記電極端面の傾斜角θ１は、４５°未満である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応セルスタックであって、
前記第２の方向に対する前記接合端面の傾斜角θ２は、７５°未満である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書によって開示される技術は、電気化学反応セルスタックに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の１つとして、固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という。）が知られている。ＳＯＦＣは、一般に、所定の方向（以下、「第１の方向」という。）に並べて配置された複数の燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という。）を備える燃料電池スタックの形態で利用される。各単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを備える。
【０００３】
燃料電池スタックは、更に、セパレータと接合部とを備える。セパレータは、第１の方向視において空気極に対して外側に位置し、かつ、空気極に面する空気室の少なくとも一部を画定する部材である。接合部は、単セルとセパレータとを接合する部材である。接合部は、セパレータよりも空気極側に形成され、かつ、第１の方向に直交する方向（以下、「第２の方向」という。）において空気極と対向する端部（以下、「接合端部」という。）を有する。また、空気極は、接合端部に対向する端部（以下、「電極端部」という。）を有する。燃料電池スタックの第１の方向に沿った断面において、第２の方向に対する電極端部の空気室に面する端面（以下、「電極端面」という。）の傾斜角は９０°であり、また、第２の方向に対する接合端部の空気室に面する端面（以下、「接合端面」という。）の傾斜角も９０°である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－１６９２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の燃料電池スタックにおいては、上述したように、第２の方向（第１の方向に直交する方向）に対する電極端面（空気極のうち、接合端部に対向する電極端部の空気室に面する端面）の傾斜角と、第２の方向に対する接合端面（接合部のうち、空気極に対向する接合端部の空気室に面する端面）の傾斜角とは、いずれも９０°である。一般に、ガスが流れる流路が急変する（換言すれば、上記傾斜角が９０°に近い）と、渦や乱流が発生する等、反応ガスの流れに乱れが生じやすくなる。この燃料電池スタックでは、上述した各傾斜角が９０°であるため、反応ガス（酸化剤ガス）が空気室を流れる際に、電極端面の近傍（例えば、電極端部と電解質層との境界の近傍）や、接合端面の近傍（例えば、接合端部と電解質層との境界の近傍）等において、渦や乱流が発生する等、反応ガスの流れに乱れが生じることがある。これにより圧力損失が生じることにより、空気室における反応ガスの流通性が低下し、ひいては燃料電池スタックの性能が低下するおそれがある。
【０００６】
なお、このような課題は、燃料極に面する燃料室の少なくとも一部を画定する部材と、単セルと当該部材を接合する接合部とを備える構成においても共通の課題である。また、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という。）の構成単位である電解単セルを複数備える電解セルスタックにも共通の問題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。
【０００７】
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【０００９】
（１）本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を備える単セルと、前記第１の方向視において、前記空気極と前記燃料極との一方である特定電極に対して外側に位置する流路画定部材であって、前記特定電極に面するガス室の少なくとも一部を画定する流路画定部材と、前記単セルと前記流路画定部材とを接合する接合部であって、前記流路画定部材よりも前記特定電極側に形成され、かつ、前記第１の方向に直交する第２の方向において前記特定電極と対向する端部である接合端部を有する接合部と、をそれぞれ有する複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定電極のうち、前記接合端部に対向する端部を電極端部としたときに、前記第１の方向に沿った少なくとも一つの断面である特定断面において、前記第２の方向に対する前記電極端部の前記ガス室に面する電極端面の傾斜角θ１と、前記第２の方向に対する前記接合端部の前記ガス室に面する接合端面の傾斜角θ２とは、いずれも９０°未満であり、かつ、前記第２の方向に対する前記電極端面の傾斜角θ１は、前記第２の方向に対する前記接合端面の傾斜角θ２よりも小さい。
【００１０】
本電気化学反応セルスタックにおいては、上述したように、第２の方向に対する電極端面の傾斜角θ１は、９０°未満である。そのため、第２の方向に対する電極端面の傾斜角θ１が９０°である従来の構成と比較して、電極端面の近傍等において反応ガスの流れに乱れが生じることが抑制され、圧力損失の発生を抑制することができる。本電気化学反応セルスタックにおいては、さらに、第２の方向に対する接合端面の傾斜角θ２も９０°未満である。そのため、第２の方向に対する接合端面の傾斜角θ２が９０°である従来の構成と比較して、接合端面の近傍等において反応ガスの流れに乱れが生じることが抑制され、圧力損失の発生を抑制することができる。従って、本電気化学反応セルスタックにおいては、上述した従来の構成と比較して、反応ガスの流通性の低下に起因する電気化学反応セルスタックの性能の低下を抑制することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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