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公開番号2025152838
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024054966
出願日2024-03-28
発明の名称電気化学モジュールおよびエネルギーシステム
出願人大阪瓦斯株式会社
代理人弁理士法人R&C
主分類H01M 8/028 20160101AFI20251002BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】クラックが生じ難く、高温安定性を有し、少ない荷重で高いガスシール性を発現するガスシール部を有する電気化学モジュール、および当該電気化学モジュールを備えたエネルギーシステムを提供する。
【解決手段】電気化学素子Aと、隣接する他の電気化学素子Aと、がそれぞれの板状支持体10の四辺における少なくとも対向する二辺に第1ガスとは異なる第2ガスをシールするガスシール部300を備え、当該ガスシール部300は第1挟持体201および第2挟持体203による締め付け圧力が及ぶガスシール構造GSを有し、ガスシール部300は、繊維状の粒子およびケイ素系化合物を含み、密度が0.50～1.0g/cm³であり、(20%圧縮に必要な荷重)/(15%圧縮に必要な荷重)の比の値が50～400の範囲であるガスシール材301を有する電気化学モジュールM。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
電解質層と前記電解質層の両側にそれぞれ配置されている電極層及び対極電極層とが板状支持体に沿って形成されている複数の電気化学素子が、還元性成分ガス及び酸化性成分ガスのうちの一方である第１ガスを通流するための環状シール部を介して所定の積層方向に積層されている積層体と、
第１挟持体および第２挟持体を備え、前記積層体に所定の締め付け圧力を負荷するように前記第１挟持体および前記第２挟持体を配設し、内部に前記積層体を内装する容器と、を有する電気化学モジュールであって、
前記電気化学素子と、当該電気化学素子に対して上下の積層方向の何れかに隣接する他の電気化学素子と、がそれぞれの前記板状支持体の四辺における少なくとも対向する二辺に前記第１ガスとは異なる第２ガスをシールするガスシール部を備え、当該ガスシール部は前記第１挟持体および前記第２挟持体による前記締め付け圧力が及ぶガスシール構造を有し、
前記ガスシール部は、繊維状の粒子およびケイ素系化合物を含み、密度が０．５０～１．０ｇ／ｃｍ
３
であり、
（２０％圧縮に必要な荷重）／（１５％圧縮に必要な荷重）の比の値が５０～４００の範囲であるガスシール材を有する電気化学モジュール。
続きを表示（約 560 文字）【請求項２】
前記ガスシール材におけるホウ素の含有量が１００～２０００ｐｐｍである請求項１に記載の電気化学モジュール。
【請求項３】
前記ガスシール材における前記繊維状の粒子の含有率が５０ｗｔ％以下である請求項１または２に記載の電気化学モジュール。
【請求項４】
前記繊維状の粒子がガラス繊維，ロックウールの少なくとも何れかを含む請求項１または２に記載の電気化学モジュール。
【請求項５】
前記ケイ素系化合物がバーミキュライト，ワラストナイト，結晶質シリカの少なくとも何れか一つを含む請求項１または２に記載の電気化学モジュール。
【請求項６】
前記ガスシール構造が、前記ガスシール材を厚み方向に５～２０％圧縮した状態で前記ガスシール部に配設した構造である請求項１または２に記載の電気化学モジュール。
【請求項７】
前記ガスシール部は、前記板状支持体の四辺に配設してある請求項１または２に記載の電気化学モジュール。
【請求項８】
前記電解質層における電解質が固体酸化物である請求項１または２に記載の電気化学モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の電気化学モジュールを備えたエネルギーシステム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学モジュール、および当該電気化学モジュールを備えたエネルギーシステムに関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の平板型の燃料電池セルを積層してなる積層体と、積層体の積層方向に沿って形成され、複数の燃料電池セルのそれぞれに供給する燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方が流れるガス流路と、ガス流路において、積層体のうちの隣接する第１板材と第２板材との間に形成され、第１板材と第２板材との間の空隙層へガス流路を流れるガスが流出することを防止するためのガスシール部と、を備えた燃料電池（電気化学モジュール）が記載してある。
【０００３】
当該ガスシール部においては、積層方向に沿って、第１板材と当接するガラス部材を備えることが記載してある。
【０００４】
特許文献２には、燃料電池単セルと、単セル用セパレータと、空気極側フレームと、燃料極側フレームと、燃料極側集電部材と、発電単位の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタおよび一対のＩＣ用セパレータと、を備えた燃料電池スタックの構造が記載してある。
【０００５】
空気極側フレームは、単セル用セパレータの周縁部における上側の表面と、上側のＩＣ用セパレータの周縁部における下側の表面と、に接触しており、両者の間のガスシール性を確保するシール部材として機能する。
空気極側フレームは、マイカ等の絶縁体により形成してあることが記載してある。
【０００６】
特許文献３には、平面固体酸化物燃料電池スタックにおいて隣接する燃料電池による圧縮下で使用される高温ガスシールについて記載してある。
当該高温ガスシールは、５～４０質量％のセラミック繊維と５０～９０質量％のセラミック粉末と２～５質量％の有機結合剤とを含むことが記載してある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特許第６７４０８５６号公報
特開２０２２－１７７２４号公報
特許第５９８１６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のようにガスシール部にガラス部材を備える場合、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）の起動・停止時の温度変化から、支持体との熱膨張係数差により、クラックが生じる虞があった。さらに、ガラス部材は、電極の触媒活性を低下させる成分を含有し、高温での運転によりそれら成分が電極に飛散し、ＳＯＦＣの性能が低下する虞があった。
【０００９】
特許文献２，３で使用されているシール部材はマイカ等の絶縁体あるいはセラミック繊維により構成されており、これらは高温での安定性が高いとされている。
【００１０】
特許文献２に記載のようにマイカ等の絶縁体をシール部材として用いた場合、荷重を付与することでシール性は確保できるが、その非圧縮性により、高い荷重の付与が必要であるため、ＳＯＦＣユニットやスタック構造に制限がかかってしまうという問題があった。
（【００１１】以降は省略されています）

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