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公開番号2025093235
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-23
出願番号2023208853
出願日2023-12-11
発明の名称固体酸化物形燃料電池及びその製造方法
出願人日産自動車株式会社
代理人弁理士法人後藤特許事務所
主分類H01M 8/1213 20160101AFI20250616BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】剥離入力によるガスの漏洩を防止することができる技術を提供する。
【解決手段】固体酸化物形燃料電池1は、フレーム材2と、金属支持体3と、フレーム材2と金属支持体3とを接合する、緻密接合部7と、燃料電池セル13とを有する。緻密接合部7は、フレーム材の内周端面に接合された部分である、内周端面接合部分と、金属支持体に接合された部分であり、内周端面接合部に連続している、支持体接合部分と、を有する。金属支持体は、少なくとも一部で緻密接合部に重なる充填部10を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
フレーム材と、
多孔質性であり、前記フレーム材の開口を塞ぐように前記フレーム材の上面上に配置された金属支持体と、
金属製であり、前記フレーム材と前記金属支持体とを接合する、緻密接合部と、
前記金属支持体上に設けられた燃料電池セルであって、燃料極層、電解質層及び空気極層を含む燃料電池セルと、
を備え、
前記緻密接合部は、
前記フレーム材の内周端面に接合された部分である、内周端面接合部分と、
前記金属支持体に接合された部分であり、前記内周端面接合部分に連続している、支持体接合部分と、を有しており、
前記金属支持体は、積層方向に沿って見た場合に少なくとも一部で前記緻密接合部に重なる位置に設けられ、前記支持体接合部分から前記燃料電池セル側に向かって延びる充填部を有し、
前記充填部には、面方向におけるガスの移動が遮断されるように、充填材が充填されている、
固体酸化物形燃料電池。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池であって、
前記支持体接合部分は、前記金属支持体の下面から前記金属支持体の内部に入り込むように延びている、
固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池であって、
前記支持体接合部分は、前記金属支持体の下面から、前記金属支持体の厚みの０％以上、９０％以下の深さで、前記金属支持体の内部に入り込んでいる、
固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池であって、
前記緻密接合部と、前記金属支持体と、前記フレーム材とは、同一の材料により形成されている、
固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池であって、
前記燃料電池セルは、前記金属支持体側から、前記燃料極層、前記電解質層及び前記空気極層の順番になるように、前記金属支持体上に配置されており、
積層方向に沿って見た場合に、前記緻密接合部は、前記空気極層の外側に配置されている、
固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池であって、
前記緻密接合部は、更に、前記内周端面接合部分に連続し、前記フレーム材の下面の一部を覆う、下面被覆部分を有している、
固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池であって、
前記燃料電池セルは、前記金属支持体側から、前記燃料極層、前記電解質層及び前記空気極層の順番になるように、前記金属支持体上に配置されており、
積層方向に沿って見た場合に、前記充填部は、前記空気極層の外側に配置されている、
固体酸化物形燃料電池。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池であって、
前記充填材と前記金属支持体との間の熱膨張係数の差は、前記金属支持体の熱膨張係数を１００％として、０～１０％である、
固体酸化物形燃料電池。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池であって、
前記充填材は、シリカ、アルミナ、ジルコニア、及びセリアからなる群から選択される少なくとも一種を含んでいる、
固体酸化物形燃料電池。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池であって、
前記充填材は、粉末状であり、
前記充填材の粒径は、前記金属支持体の空孔径よりも小さい、
固体酸化物形燃料電池。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池は、電解質として固体材料を使用した燃料電池である。固体酸化物形燃料電池は、通常、燃料電池セルとして、電解質層と、燃料極層と、空気極層とを有する。発電時には、燃料極層に燃料ガスが、空気極層に酸化剤ガスが、それぞれ供給される。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池として、メタルサポート型のものが知られている。メタルサポート型の固体酸化物形燃料電池とは、燃料電池セルが金属支持体（メタルサポート）によって支持された構成を有する電池である。すなわち、燃料電池セルは、金属支持体上に配置される。金属支持体としては、通常、多孔質材料が用いられる。多孔質材料を用いれば、金属支持体内をガスが透過可能となる。これにより、金属支持体を介して燃料電池セルにガスを供給することができる。
【０００４】
メタルサポート型の固体酸化物形燃料電池において、金属支持体は、更に、フレーム材により支持されることがある。そのような電池において、フレーム材と金属支持体とが強固に接合されていることが望まれる。また、金属支持体が多孔質構造を有する場合、金属支持体の端部からガスが漏洩する可能性がある。ガスの漏洩は、発電効率を低下させる。よって、金属支持体端部からのガスの漏洩を防ぐための構成も求められる。
【０００５】
上記に関連して、特許文献１（特開２０１６－２０７６３０号公報）には、「アノード層、カソード層、前記アノード層と前記カソード層との間に設けられる電解質層、および、前記アノード層の一主面に設けられ前記アノード層への燃料ガスの流入を可能にする連通孔を有しているサポート層を含む燃料電池セルと、前記燃料電池セルの周囲に設けられる金属フレームとを備え、前記サポート層は金属を含有し、前記燃料電池セルと前記金属フレームとは、金属を含有するシール部材を介して接合されていることを特徴とするメタルサポート固体酸化物形燃料電池」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１６－２０７６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、フレーム材上に金属支持体が配置された構成を有するメタルサポート型の固体酸化物形燃料電池について検討を行っている。このような固体酸化物形燃料電池において、フレーム材と金属支持体とが離れるような荷重が加わることがあった。以下、そのような荷重が加わることを、「剥離入力」という。剥離入力により、フレーム材と金属支持体との間の界面構造が破壊されることがあり、破壊された界面を介してガスが漏洩することがあった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、剥離入力によるガスの漏洩を防止することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る固体酸化物形燃料電池は、フレーム材と、多孔質性であり、フレーム材の開口を塞ぐようにフレーム材の上面上に配置された金属支持体と、金属製であり、フレーム材と金属支持体とを接合する、緻密接合部と、金属支持体上に設けられた燃料電池セルであって、燃料極層、電解質層及び空気極層を含む燃料電池セルと、を備える。緻密接合部は、フレーム材の内周端面に接合された部分である、内周端面接合部分と、金属支持体に接合された部分であり、内周端面接合部に連続している、支持体接合部分と、を有している。金属支持体は、積層方向に沿って見た場合に少なくとも一部で緻密接合部に重なる位置に設けられ、支持体接合部分から燃料電池セル側に向かって延びる充填部を有する。充填部には、面方向におけるガスの移動が遮断されるように、充填材が充填されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、剥離入力によるガスの漏洩を防止することができる技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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