本發(fā)明涉及電池單元、電池堆裝置、模塊以及模塊收容裝置。

背景技術(shù)：

近年來，作為下一代能源，提出有各種燃料電池裝置，該燃料電池裝置在收納容器內(nèi)收容有電池堆裝置，該電池堆裝置將固體氧化物型燃料電池單元(以下，有時省略為燃料電池單元)作為電池單元以串聯(lián)的方式電連接有多個而成。

這種燃料電池裝置的燃料電池單元具有沿長度方向延伸的支承體，在該支承體的內(nèi)部設(shè)有沿著長度方向貫穿的氣體通路。該氣體通路沿著長度方向而形成為相同的直徑(專利文獻1)。

在先技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特許4853979號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，在上述專利文獻1中，由于支承體的氣體通路沿著長度方向而形成為相同的直徑，因此燃料氣體容易直接通過氣體通路，在發(fā)電效率的提高這方面存在改善的余地。

本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠提高發(fā)電效率的電池單元、電池堆裝置、模塊以及模塊收容裝置。

解決方案

本發(fā)明的電池單元的特征在于，具有：柱狀的支承體；位于該支承體上的第一電極層；位于該第一電極層上的固體電解質(zhì)層；以及位于該固體電解質(zhì)層上的第二電極層，在所述支承體的內(nèi)部設(shè)有沿著所述支承體的長度方向貫穿的氣體通路，所述氣體通路的所述長度方向上的兩端部中的至少一端部的直徑大于中央部的直徑。

本發(fā)明的電池堆裝置的特征在于，具備將上述的電池單元排列多個而成的電池堆。

本發(fā)明的模塊的特征在于，在收納容器內(nèi)收納有上述的電池堆裝置。

本發(fā)明的模塊收容裝置的特征在于，在外裝殼體內(nèi)具備上述的模塊和用于使該模塊工作的輔機。

發(fā)明效果

在本發(fā)明的電池單元中，由于氣體通路的兩端部中的至少一端部的直徑大于中央部的直徑，因此能夠高效地將燃料氣體供給至第一電極，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電效率提高的電池單元及具備該電池單元的電池堆裝置、模塊以及模塊收容裝置。

附圖說明

圖1示出電池單元的實施方式的一例，(a)是橫向剖視圖，(b)是側(cè)視圖。

圖2示出圖1所示的電池單元的縱向剖視圖的一部分。

圖3示出電池單元的實施方式的另一例，(a)是電池單元的長度方向的一端部以及另一端部處的橫向剖視圖，(b)是電池單元的長度方向的中央部處的橫向剖視圖。

圖4是示出電池單元的實施方式的又一例的電池單元的短邊方向的端部處的縱向剖視圖。

圖5是示出燃料極層成為支承體的燃料電池單元的另一實施方式的橫向剖視圖。

圖6示出使用有圖1所示的電池單元的電池堆裝置的一例，(a)是簡要示出電池堆裝置的側(cè)視圖，(b)是將(a)的電池堆裝置的由虛線包圍的部分的一部分放大示出的剖視圖。

圖7是示出模塊的一例的外觀立體圖。

圖8是省略示出模塊收容裝置的一部分的立體圖。

具體實施方式

(電池單元)

圖1示出電池單元的實施方式的一例，(a)是橫向剖視圖，(b)是側(cè)視圖。需要說明的是，在兩個附圖中，放大示出電池單元10的各結(jié)構(gòu)的一部分。關(guān)于其他附圖也同樣放大示出一部分。需要說明的是，在以下的說明中，使用作為電池單元10的固體氧化物型的燃料電池單元來進行說明，有時僅稱作電池單元。

在圖1所示的例子中，該電池單元10具備支承體1。該支承體1為柱狀。另外，在圖1所示的例子中，支承體1為平板形狀。另外，支承體1為中空平板型且細長的板狀。另外，多個氣體通路2以適當(dāng)?shù)拈g隔沿支承體1的長度方向L貫穿該支承體1的內(nèi)部，電池單元10具有在該支承體1上設(shè)有各種構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。

根據(jù)圖1所示的形狀可理解，支承體1呈由相互對置的一對主面(第一主面n1、第二主面n2)和將一對主面n1、n2分別連接的弧狀面(側(cè)面)m構(gòu)成的板狀。另外，如圖1(a)、(b)所示的例子那樣，板狀的支承體1也具有短邊方向w。

而且，以覆蓋第一主面n1(一方側(cè)的主面：下表面)和兩側(cè)的弧狀面m的方式配置有第一電極層即燃料極層3，此外，以覆蓋燃料極層3的方式配置有由具有氣體遮擋性的陶瓷構(gòu)成的固體電解質(zhì)層4。從發(fā)電性能提高這樣的觀點出發(fā)，固體電解質(zhì)層4的厚度優(yōu)選為40μm以下、20μm以下，進而優(yōu)選為15μm以下。

另外，在第一主面n1中的固體電解質(zhì)層4的表面上以隔著中間層9而與燃料極層3對置的方式配置有第二電極層即氧極層6。中間層9設(shè)于氧極層6與固體電解質(zhì)層4之間。

在未層疊固體電解質(zhì)層4的第二主面n2(另一方側(cè)的主面：上表面)上隔著未圖示的緊貼層而配置有由具有氣體遮擋性的鉻酸鑭系(LaCrO₃系)氧化物構(gòu)成的致密的連接層8。

即，燃料極層3、固體電解質(zhì)層4從第一主面n1經(jīng)由兩端的弧狀面m而設(shè)置到第二主面n2，在固體電解質(zhì)層4的兩端部層疊地接合有連接層8的兩端部。

換句話說，由固體電解質(zhì)層4和連接層8包圍支承體1，以避免在內(nèi)部流通的燃料氣體向外部漏出。換言之，由固體電解質(zhì)層4和連接層8形成具有氣體遮擋性的筒狀體，該筒狀體的內(nèi)部成為燃料氣體流路，向燃料極層3供給的燃料氣體和向氧極層6供給的含氧氣體被筒狀體遮擋。

具體說明的話，如圖1(b)所示，平面形狀為矩形的氧極層6設(shè)置在除支承體1的上下端部以外的位置，另一方面，雖未圖示，但連接層8從支承體1的長度方向L的上端設(shè)置到下端，支承體1的短邊方向W的兩端部與固體電解質(zhì)層4的兩端部的表面接合。需要說明的是，連接層8也可以是不設(shè)置于支承體1的長度方向L的下端部的結(jié)構(gòu)。另外，連接層8也可以是不設(shè)置于支承體1的長度方向L的上端部以及下端部的結(jié)構(gòu)。

電池單元10中，燃料極層3和氧極層6隔著固體電解質(zhì)層4而對置的部分作為燃料電池發(fā)揮功能并進行發(fā)電。即，在氧極層6的外側(cè)流通空氣等含氧氣體，并且在支承體1內(nèi)的氣體通路2流通燃料氣體(含氫氣體)，通過加熱至規(guī)定的工作溫度而進行發(fā)電。然后，通過這樣發(fā)電而生成的電流經(jīng)由在支承體1設(shè)置的連接層8而被集電。

需要說明的是，在上述的電池單元10中，對將第一電極層設(shè)為燃料極層3并將第二電極層設(shè)為氧極層6的電池單元進行了說明，但也可以采用將第一電極層設(shè)為氧極層6、將第二電極層設(shè)為燃料極層3并在氣體通路2中流通含氧氣體的結(jié)構(gòu)的電池單元10。

以下，對構(gòu)成在圖1中示出的燃料電池單元3的各構(gòu)件進行說明。

例如，第一電極層即燃料極層3通?？梢允褂霉牟牧希軌蛴啥嗫踪|(zhì)的導(dǎo)電性陶瓷、例如固溶有稀土類元素氧化物的ZrO₂(稱為穩(wěn)定氧化鋯，也包含部分穩(wěn)定化。)和Ni及/或NiO形成。

固體電解質(zhì)層4具有作為進行電極間的電子的架橋的電解質(zhì)的功能，同時，為了防止燃料氣體和含氧氣體的泄漏而需要具有氣體遮擋性，由固溶有3～15摩爾％的稀土類元素氧化物的ZrO₂形成。需要說明的是，只要具有上述特性，也可以使用其他材料等而形成。

第二電極層即氧極層6只要是通常使用的材料即可，并沒有特別地限制，例如，能夠通過由所謂的ABO₃型的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的導(dǎo)電性陶瓷形成。氧極層6需要具有透氣性，開氣孔率優(yōu)選為20％以上，尤其優(yōu)選為30～50％的范圍。

連接層8能夠由導(dǎo)電性陶瓷形成，但由于與燃料氣體(含氫氣體)以及含氧氣體(空氣等)接觸，因此需要有耐還原性以及耐氧化性，因此，適宜地使用鉻酸鑭系的鈣鈦礦型氧化物(LaCrO₃系氧化物)。連接層8為了防止在形成于支承體1的多個氣體通路2中流通的燃料氣體以及在支承體1的外側(cè)流通的含氧氣體的泄漏而必須為致密的，優(yōu)選具有93％以上的相對密度，尤其優(yōu)選具有95％以上的相對密度。

作為支承體1，為了使燃料氣體透過直至燃料極層3而要求透氣性，并且為了經(jīng)由連接層8進行集電而要求導(dǎo)電性。因此，作為支承體1，需要采用滿足所述要求的材質(zhì)，例如可以使用導(dǎo)電性陶瓷、金屬陶瓷等。在制作電池單元10時，在通過與燃料極層3或者固體電解質(zhì)層4同時燒結(jié)而制作支承體1的情況下，優(yōu)選由鐵屬金屬成分和特定稀土類氧化物(Y₂O₃、Yb₂O₃等)來形成支承體1。另外，支承體1為了具備所需要的透氣性而使開氣孔率為30％以上，尤其優(yōu)選為35～50％的范圍，而且，其導(dǎo)電率優(yōu)選為300S/cm以上，尤其優(yōu)選為440S/cm以上。

需要說明的是，也可以在固體電解質(zhì)層4與氧極層6之間具備中間層9，以使得牢固地接合固體電解質(zhì)層4與氧極層6、并且抑制固體電解質(zhì)層4的成分與氧極層6的成分發(fā)生反應(yīng)而形成電阻高的反應(yīng)層。

在此，作為中間層9，可以由含有Ce(鈰)和其他稀土類元素氧化物的組成來形成，例如，優(yōu)選具有由下述式(1)表示的組成。

(1)：(CeO₂)_1-x(REO_1.5)_x

式中，RE為Sm、Y、Yb、Gd中的至少1種，x是滿足0＜x≤0.3的數(shù)。

此外，從減小電阻這點出發(fā)，優(yōu)選使用Sm、Gd作為RE，例如優(yōu)選由固溶有10～20摩爾％的SmO_1.5或者GdO_1.5的CeO₂構(gòu)成。

另外，也可以由兩層形成中間層9，以使得進一步牢固地接合固體電解質(zhì)層4與氧極層6、并且抑制固體電解質(zhì)層4的成分與氧極層6的成分發(fā)生反應(yīng)而形成電阻高的反應(yīng)層。

另外，為了減小連接層8與支承體1之間的熱膨脹系數(shù)差等，雖未圖示，但也可以在連接層8與支承體1之間設(shè)置緊貼層。

作為緊貼層，能夠采用與燃料極層3類似的組成，例如，能夠由固溶有YSZ等稀土類元素氧化物的ZrO₂(稱作穩(wěn)定氧化鋯)和Ni及/或NiO形成。需要說明的是，固溶有稀土類元素氧化物的ZrO₂和Ni及/或NiO優(yōu)選在體積比為40∶60～60∶40的范圍。

圖2示出沿著圖1所示的電池單元10的氣體通路2的縱向剖視圖的一部分。

如圖2所示，氣體通路2的長度方向L上的兩端部中的至少一端部的直徑大于中央部的直徑。需要說明的是，在圖2所示的例子中，長度方向上的兩端部的直徑大于中央部的直徑。另外，圖1(b)簡化圖示出氣體通路2的形狀。

在此，中央部是指，將氣體通路2在支承體1的長度方向上分為3份的情況下的正中間的部分。另外，一端部是指，分為3份的情況下的單側(cè)的部分，兩端部是指，分為3份的情況下的兩側(cè)的部分。

例如，在將氣體通路2的一端部設(shè)為燃料氣體的入口、將另一端部設(shè)為出口的情況下，通過使另一端部的直徑大于中央部的直徑，能夠?qū)⑽从糜诎l(fā)電的燃料氣體高效地排出，從而抑制其滯留在電池單元10內(nèi)。因而，由于高效地供給新燃料氣體，能夠提高發(fā)電效率。需要說明的是，在圖1所示的例子中，由于氧極層6未達到電池單元10的另一端部，因此電池單元10的另一端部不作為發(fā)電部發(fā)揮功能。因而，即便在氣體通路2的另一端部容易地排出燃料氣體，也不會對發(fā)電效率造成惡劣影響。

另外，在一端部的直徑大于中央部的直徑的情況下，能夠增多燃料氣體向電池單元10內(nèi)部的流入量。另外，在該情況下，由于中央部的直徑比一端部的直徑小，因此燃料氣體難以在氣體通路2中流通而壓力損耗變高。由此，通過燃料氣體容易在支承體1之中擴散，能夠提高發(fā)電效率。

另外，氣體通路2的長度方向上的兩端部中的至少一端部的直徑優(yōu)選為中央部的直徑的1.003～1.03倍。在1.003倍以上的情況下，如上所述，氣體通路2的一端部或者另一端部的直徑比中央部的直徑大，因此發(fā)電效率提高。另外，在1.03倍以下的情況下，在支承體1的一端部或者另一端部處，氣體通路2的直徑不會過大，能夠抑制在支承體1的端部處氣體通路2的內(nèi)壁與支承體1的表面之間過薄。因此，能夠提高支承體1的端部處的強度。

另外，并不局限于該例，氣體通路2的兩端部中的至少一端部的直徑大于中央部的直徑即可，氣體通路2也可以是僅一端部的直徑大于中央部的直徑的結(jié)構(gòu)。在該情況下，另一端部的直徑也可以與中央部的直徑相等或者小于中央部的直徑。

需要說明的是，與之相反地，氣體通路2也可以僅另一端部的直徑大于中央部的直徑。在該情況下，一端部的直徑也可以與中央部的直徑相等或者小于中央部的直徑。

另外，氣體通路2的長度方向上的兩端部的直徑優(yōu)選大于中央部的直徑。

另外，在圖2所示的例子中，在圖示的所有的3個氣體通路2之中，至少一端部的直徑大于中央部的直徑。另外，并不局限于此，也可以在設(shè)于支承體1的所有的氣體通路2中，至少一端部的直徑大于中央部的直徑。另外，并不局限于此，也可以在設(shè)于支承體1的僅一個氣體通路2之中，至少一端部的直徑大于中央部的直徑。

另外，如圖2所示的3個氣體通路2中的在右側(cè)以及左側(cè)圖示的氣體通路2那樣，在以橫截面觀察氣體通路2的情況下，氣體通路2的中心優(yōu)選在中央部與一端部或者另一端部之間偏移。在該情況下，燃料氣體更難以在氣體通路2中流通且壓力損耗變高。由此，燃料氣體更容易在支承體1中擴散，從而能夠進一步提高發(fā)電效率。

另外，如圖2所示的例子那樣，氣體通路2設(shè)有多個，一端部以及另一端部處的相鄰的氣體通路2的間隔比中央部處的相鄰的氣體通路2的間隔寬。因此，能夠在容易受到外力的支承體1的一端部以及另一端部增大各氣體通路2間的壁厚，因此強度提高。

需要說明的是，關(guān)于相鄰的氣體通路2的間隔，在例如將中央部的間隔設(shè)為1的情況下，一端部或者另一端部處的間隔優(yōu)選為1.003～1.03的范圍。

另外，不局限于圖2所示的例子，也可以在僅一端部或者另一端部中任一方，使相鄰的氣體通路2的間隔比中央部處的相鄰的氣體通路2的間隔長。

另外，在圖2所示的例子中，在圖示的所有的氣體通路2中，至少一端部處的相鄰的氣體通路2的間隔比中央部處的相鄰的氣體通路2的間隔長。另外，并不局限于此，也可以在設(shè)于支承體1的所有的氣體通路2間，使至少一端部處的相鄰的氣體通路2的間隔比中央部處的相鄰的氣體通路2的間隔長。另外，并不局限于此，也可以僅在設(shè)于支承體1的相鄰的兩個氣體通路2中，使至少一端部處的相鄰的氣體通路2的間隔比中央部處的相鄰的氣體通路2的間隔長。

圖3示出電池單元的實施方式的另一例，(a)是電池單元的長度方向上的一端部以及另一端部的橫向剖視圖，(b)是電池單元的長度方向上的中央部的橫向剖視圖。

在圖3中，也與圖2相同地，氣體通路2的長度方向L的兩端部中的至少一端部的直徑大于中央部的直徑。

另外，在圖3所示的電池單元10中，兩端部處的氣體通路2與燃料極層3的間隔T1比中央部處的氣體通路2與燃料極層3的間隔T2寬。例如，在將氣體通路2的一端部設(shè)為燃料氣體的入口、將另一端部設(shè)為出口的情況下，另一端部處的氣體通路2與燃料極層3的間隔T1比中央部大，因此能夠在容易受到外力的支承體1的另一端部處增大壁厚，因此強度提高。另外，由于一端部處的氣體通路2與燃料極層3的間隔T1比中央部大，因此在氣體通路2的一端部，間隔T1變大且燃料氣體的消耗量變少。另一方面，在氣體通路2的中央部，燃料氣體的流量比一端部少，但由于在中央部的間隔T2小，因此能夠使燃料氣體的消耗量接近于與一端部相同。因此，發(fā)電效率提高。

需要說明的是，關(guān)于氣體通路2與燃料極層3的間隔，在例如將中央部的間隔T2設(shè)為1的情況下，優(yōu)選一端部或者另一端部的間隔T1為1.003～1.03的范圍。

另外，并不局限于圖3所示的例子，也可以僅在一端部或者另一端部中的任一方，使氣體通路2與燃料極層3的間隔比中央部處的氣體通路2與燃料極層3的間隔長。

另外，在圖3所示的例子中，在圖示的所有的氣體通路2中，至少一端部的氣體通路2與燃料極層3的間隔比中央部的氣體通路2與燃料極層3的間隔長，但并不局限于此，也可以僅在設(shè)于支承體1的一個氣體通路2中，使至少一端部處的氣體通路2與燃料極層3的間隔比中央部處的氣體通路2與燃料極層3的間隔長。

在圖3所示的例子中，前述的氣體通路2與燃料極層3的間隔表示氣體通路2與氧極側(cè)支承體表面的間隔。在圖3所示的例子中，通過使中央部處的氣體通路2接近氧極側(cè)支承體表面地設(shè)置，氣體通路2與燃料極層3的間隔比一端部以及另一端部處的氣體通路2與燃料極層3的間隔短。

圖4是示出電池單元的實施方式的又一例的電池單元的短邊方向的端部處的縱向剖視圖。

如圖4所示的例子那樣，由于氣體通路2彎曲，因此在例如將氣體通路2的一端部設(shè)為燃料氣體的入口、將另一端部設(shè)為出口的情況下，從一端部流入的燃料氣體容易與氣體通路2的內(nèi)壁碰撞，燃料氣體容易在支承體1的內(nèi)部擴散。因而，燃料氣體容易到達固體電解質(zhì)層4。

另外，在圖4所示的例子中，圖示出僅一個氣體通路2彎曲的結(jié)構(gòu)，但并不局限于此，也可以是設(shè)于支承體1的多個氣體通路2彎曲。另外，也可以是設(shè)于支承體1的所有的氣體通路2彎曲。

在圖4所示的例子中，在支承體1中的短邊方向上的端部，燃料極層3從第一主面n1經(jīng)由弧狀面m而設(shè)置到第二主面n2。換句話說，支承體1中的短邊方向上的端部處設(shè)置的氣體通路2被燃料極層3包圍。這樣的氣體通路2朝向支承體1中的短邊方向上的中央部彎曲，由此如上所述容易在支承體1的內(nèi)部擴散的燃料氣體容易到達大范圍的燃料極層3。因而，發(fā)電效率提高。

圖5是示出燃料極層成為支承體的燃料電池單元的另一實施方式的橫向剖視圖。在該情況下，也能夠獲得與圖1相同的作用效果。即，在圖1的實施方式中，在支承體1上層疊有燃料極層3、固體電解質(zhì)層4、氧極層6，但也可以如圖5的實施方式那樣，將燃料極層本身作為支承體1，在該支承體1上設(shè)置固體電解質(zhì)層4、氧極層6。

另外，在圖5所示的例子中，在支承體2上設(shè)有多個氣體通路2，但該氣體通路2也可以是單個。

(測定方法)

以下示出長度方向上的兩端部中的至少一端部處的氣體通路2的直徑、以及長度方向的中央部處的氣體通路2的直徑的測定方法。首先，將氣體通路2在支承體1的長度方向上分為3份而分為3個區(qū)域。在各區(qū)域中在長度方向上等間隔地取3處位置，計算各位置處的氣體通路2的直徑并求出平均值。然后，將正中間的區(qū)域中的平均值設(shè)為長度方向的中央部處的氣體通路2的直徑，將一端部側(cè)或者另一端部側(cè)的區(qū)域中的平均值設(shè)為長度方向的一端部側(cè)或者另一端部側(cè)的氣體通路2的直徑。

對氣體通路2的直徑的計算進行詳細說明。在對長度方向上的氣體通路2的某一位置的直徑進行計算的情況下，首先，在該位置處切斷支承體1，露出圖1(a)那樣的橫截面。接下來，對截面進行機械研磨，利用游標(biāo)尺、圖像處理等規(guī)定的方法來計算氣體通路2的直徑。在各位置的測定中統(tǒng)一測定氣體通路2的直徑的方向。例如，若在某一位置處計算沿著短邊方向w的長度，則在其他位置的測定中也計算沿著短邊方向w的長度。

以下示出長度方向的兩端部中的至少一端部處的氣體通路2與燃料極層3的間隔、以及長度方向的中央部處的氣體通路2與燃料極層3的間隔的測定方法。首先，將支承體1在長度方向上分為3份而分為3個區(qū)域。此外，在各區(qū)域中在長度方向上等間隔地分為4份，計算各面的氣體通路2與燃料極層3之間的距離并求出平均值。然后，將正中間的區(qū)域中的平均值設(shè)為長度方向的中央部處的氣體通路2與燃料極層3的間隔，將一端部側(cè)或者另一端部側(cè)的區(qū)域中的平均值設(shè)為長度方向的一端部側(cè)或者另一端部側(cè)的氣體通路2與燃料極層3的間隔。

對氣體通路2與燃料極層3之間的距離的計算進行詳細說明。首先，與前述相同地，切斷支承體1并進行機械研磨。接下來，利用公知的圖像處理方法來測定從氣體通路2的內(nèi)壁至燃料極層3為止的支承體1的厚度方向上的距離即可。

以下示出至少一端部處的相鄰的氣體通路2的間隔、以及中央部處的相鄰的氣體通路2的間隔的測定方法。首先，將氣體通路2在支承體1的長度方向上分為3份而分為3個區(qū)域。在各區(qū)域中在長度方向上等間隔地分為4份，計算各面的相鄰的氣體通路2的間隔并求出平均值。而且，將正中間的區(qū)域中的平均值設(shè)為中央部處的相鄰的氣體通路2的間隔，將一端部側(cè)或者另一端部側(cè)的區(qū)域中的平均值設(shè)為至少一端部處的相鄰的氣體通路2的間隔。

對相鄰的氣體通路2的間隔的計算進行詳細說明。首先，與前述相同地，切斷支承體1并進行機械研磨。接下來，利用游標(biāo)尺或者圖像處理等的方法來測定相鄰的氣體通路2的內(nèi)壁間的短邊方向w上的距離。

以下示出確認(rèn)氣體通路2是彎曲的情況的方法。首先，沿著支承體1的長度方向而在氣體通路2上等間隔地分為6份。然后，測定各面的氣體通路2與弧狀面m的間隔。此時，將從一端部起第一個面中的氣體通路2與弧狀面m的間隔、第二個面中的氣體通路2與弧狀面m的間隔、第三個面中的氣體通路2與弧狀面m的間隔、第四個面中的氣體通路2與弧狀面m的間隔、第五個面中的氣體通路2與弧狀面m的間隔分別設(shè)為距離1、距離2、距離3、距離4、距離5。此時，若滿足距離1＜距離2＜距離3以及距離5＜距離4＜距離3，則認(rèn)為彎曲。

需要說明的是，對各面中的氣體通路2與弧狀面m的間隔的計算進行詳細說明。首先，與前述相同地切斷支承體1并進行機械研磨。利用公知的圖像處理方法來測定氣體通路2的內(nèi)壁與弧狀面m在短邊方向w上的間隔即可。

(制作方法)

對以上說明的電池單元10的制造方法的一例進行說明。首先，例如，將Ni及/或NiO粉末、Y₂O₃等無機氧化物的粉末、有機粘合劑以及溶劑混合而調(diào)制坯土。有機粘合劑調(diào)整為使坯土獲得流動性的程度的量而進行混合。作為有機粘合劑，從進行后述的注塑成型的觀點出發(fā)，優(yōu)選使用熱塑性樹脂。而且，使用該坯土通過注塑成型來制作支承體成形體并對其進行干燥。需要說明的是，作為支承體成形體，也可以使用將支承體成形體以900～1000℃煅燒2～6小時后的煅燒體。

另外，在注塑成型所使用的金屬模的內(nèi)部預(yù)先利用銷等夾具固定具有規(guī)定形狀的樹脂成形體。作為該樹脂成形體的材料，使用在支承體成形體的煅燒時或者燒制時的溫度下蒸發(fā)并燒毀那樣的樹脂。另外，樹脂成形體的形狀預(yù)先形成為所希望的氣體通路2的形狀。例如，在形成圖2所示那樣的一端部以及另一端部的直徑大于中央部的直徑的氣體通路2時，可以準(zhǔn)備具有與該氣體通路2同樣的形狀的樹脂成形體。

通過對在內(nèi)部設(shè)置這樣的樹脂成形體的金屬模注入上述的坯土而進行注塑成型，由此獲得在內(nèi)部具有樹脂成形體的支承體成形體。然后，進行支承體成形體的煅燒或者燒制，通過上升至規(guī)定的溫度，使樹脂成形體燒毀。因此，在支承體內(nèi)部，樹脂成形體所占的區(qū)域成為空間。因而，能夠獲得具有所希望的形狀的氣體通路2的支承體1。

接下來，按照例如規(guī)定的調(diào)制組成，對NiO和固溶有Y₂O₃的ZrO₂(YSZ)的原料進行稱量、混合。然后，向混合后的粉體混合有機粘合劑以及溶劑而調(diào)制燃料極層用料漿。

然后，利用刮片等方法，使向固溶有稀土類元素氧化物的ZrO₂粉末添加甲苯、粘合劑粉末、出售的分散劑等而料漿化了的物質(zhì)成形，從而制作片狀的固體電解質(zhì)層成形體。

在所得到的片狀的固體電解質(zhì)層成形體上涂敷燃料極層用料漿并使其干燥而形成燃料極層成形體，從而形成片狀的層疊成形體。將層疊有該燃料極層成形體以及固體電解質(zhì)層成形體的片狀的層疊成形體的燃料極層成形體側(cè)的面層疊于導(dǎo)電性支承體成形體，從而形成成形體。

接下來，對上述的層疊成形體以800～1200℃煅燒2～6小時。接著，將連接層材料(例如，LaCrMgO₃系氧化物粉末)、有機粘合劑以及溶劑混合而制作料漿。之后的工序針對具有緊貼層的燃料電池單元的制法進行說明。

接著，形成位于支承體1與連接層8之間的緊貼層成形體。例如，固溶有Y的ZrO₂和NiO以體積比成為40∶60～60∶40的范圍的方式混合并干燥后，添加有機粘合劑等并調(diào)整緊貼層用料漿，涂敷于固體電解質(zhì)層成形體的兩端部間的支承體成形體上而形成緊貼層成形體。

接著，形成配置于固體電解質(zhì)層4與氧極層6之間的中間層9。例如，以800～900℃對固溶有GdO_1.5的CeO₂粉末進行熱處理2～6小時，從而調(diào)整中間層成形體用的原料粉末。向該原料粉末添加作為溶劑的甲苯，制作中間層用料漿，將該料漿涂敷于固體電解質(zhì)層成形體上而制作中間層成形體。

然后，以在固體電解質(zhì)成形體(煅燒體)的兩端部層疊連接層用成形體的兩端部的方式，向緊貼層成形體上表面涂敷連接層用料漿而制作層疊成形體。需要說明的是，調(diào)制連接層用料漿而制作連接層用片材，并以在固體電解質(zhì)成形體的兩端部層疊連接層用片材的兩端部的方式，向緊貼層成形體上表面層疊連接層用片材，從而也能夠制作層疊成形體。

接下來，對上述的層疊成形體進行脫粘合劑處理，在含氧氣氛中，在1400～1500℃、特別是在1425～1475℃下同時燒結(jié)(同時燒制)2～6小時。

此外，通過浸漬等將含有氧極層用材料(例如，LaCoO₃系氧化物粉末)、溶劑以及增孔劑的料漿涂敷于中間層上，以1000～1300℃燒結(jié)2～6小時，能夠制造圖1所示的構(gòu)造的本實施方式的電池單元10。

(電池堆裝置)

圖6示出將圖1所示的多個電池單元10隔著集電構(gòu)件13以串聯(lián)的方式電連接而構(gòu)成的電池堆裝置的一例，(a)是簡要示出電池堆裝置11的側(cè)視圖，(b)是(a)的電池堆裝置11的局部放大剖視圖，且簡要示出由(a)所示的虛線包圍的部分。需要說明的是，在(b)中為了使與由(a)所示的虛線包圍的部分對應(yīng)的部分明確而利用箭頭進行表示，在(b)所示的電池單元10中，省略示出上述的中間層等一部分的構(gòu)件。

需要說明的是，在電池堆裝置11中，通過將各電池單元10隔著集電構(gòu)件13排列而構(gòu)成電池堆12，各電池單元10的下端部通過玻璃密封材料等粘結(jié)劑而固定于用于向電池單元10供給燃料氣體的氣罐16。另外，利用下端部固定于氣罐16的可彈性變形的導(dǎo)電構(gòu)件14，從電池單元10的排列方向的兩端夾持電池堆12。

另外，在導(dǎo)電構(gòu)件14設(shè)有電流引出部15，該電流引出部15呈沿著電池單元10的排列方向而朝向外側(cè)延伸的形狀，且用于引出由電池堆12(電池單元10)的發(fā)電產(chǎn)生的電流。

圖6(b)中，由集電構(gòu)件13電連接兩個電池單元10，集電構(gòu)件13構(gòu)成為，在例如長方形的耐熱性合金板上在長度方向上隔開規(guī)定間隔而形成沿短邊方向延伸的狹縫，且使狹縫間的帶狀部沿耐熱性合金板的厚度方向交替突出，通過將向?qū)χ玫姆较蛲怀龅膸畈糠謩e利用導(dǎo)電性的粘結(jié)劑接合于電池單元10，從而構(gòu)成電池堆12。

(模塊)

圖7是示出將電池堆裝置11收納于收納容器19內(nèi)而成的模塊18的一例的外觀立體圖，在長方體狀的收納容器19的內(nèi)部收納圖6所示的電池堆裝置11而構(gòu)成。

需要說明的是，為了得到在電池單元10中使用的燃料氣體，將用于對天然氣、煤油等原燃料進行改性而生成燃料氣體的改性器20配置于電池堆12的上方。而且，由改性器20生成的燃料氣體經(jīng)由氣體流通管21向氣罐16供給，并經(jīng)由氣罐16向設(shè)于電池單元10的內(nèi)部的氣體通路2供給。

需要說明的是，在圖7中，示出拆下收納容器19的一部分(前后面)并將收納于內(nèi)部的電池堆裝置11以及改性器20向后方取出的狀態(tài)。在圖7所示的模塊18中，能夠?qū)㈦姵囟蜒b置11滑動地收納于收納容器19內(nèi)。需要說明的是，電池堆裝置11也可以包括改性器20。

另外，設(shè)于收納容器19的內(nèi)部的含氧氣體導(dǎo)入構(gòu)件22在圖7中配置于與氣罐16并排設(shè)置的一對電池堆12之間，并且以使含氧氣體與燃料氣體的流動一致地在電池單元10的側(cè)方從下端部朝向上端部流動的方式向電池單元10的下端部供給含氧氣體。然后，使從電池單元10的氣體通路2排出的燃料氣體與含氧氣體發(fā)生反應(yīng)而在電池單元10的上端部側(cè)燃燒，由此能夠使電池單元10的溫度上升，能夠盡快地使電池堆裝置11起動。另外，通過在電池單元10的上端部側(cè)使從電池單元10的氣體通路2排出的燃料氣體和含氧氣體燃燒，能夠?qū)ε渲糜陔姵貑卧?0(電池堆12)的上方的改性器20進行加溫。由此，能夠利用改性器20高效地進行改性反應(yīng)。

此外，在本實施方式的模塊18中，由于將使用有上述的電池單元10的電池堆裝置11收納于收納容器19內(nèi)而成，因此能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電效率提高的模塊18。

(模塊收容裝置)

圖8是示出在外裝殼體內(nèi)收納圖7所示的模塊18、和用于使電池堆裝置11動作的輔機而成的模塊收容裝置的一例的立體圖。需要說明的是，在圖8中省略示出一部分結(jié)構(gòu)。

圖8所示的模塊收容裝置23構(gòu)成為，利用分隔板26將由支柱24和外裝板25構(gòu)成的外裝殼體內(nèi)上下劃分，將其上方側(cè)設(shè)為收納上述的模塊18的模塊收納室27，將下方側(cè)設(shè)為收納用于使模塊18工作的輔機類的輔機收納室28。需要說明的是，收納于輔機收納室28的輔機類省略圖示。

另外，在分隔板26設(shè)有用于使輔機收納室28的空氣向模塊收納室27側(cè)流動的空氣流通口29，在構(gòu)成模塊收納室27的外裝板25的一部分設(shè)有用于將模塊收納室27內(nèi)的空氣排出的排氣口30。

在這樣的模塊收容裝置23中，如上所述，通過將能夠使發(fā)電效率提高的模塊18收納于模塊收納室27而構(gòu)成，由此實現(xiàn)發(fā)電效率提高的模塊收容裝置23。

需要說明的是，例如，在上述實施方式中，對中空平板型的固體氧化物型燃料電池單元進行了說明，但當(dāng)然也可以是圓筒型、平板型的固體氧化物型燃料電池單元。另外，也可以是所謂的橫紋型燃料電池單元。此外，也可以在各構(gòu)件間與功能配合地形成各種中間層。另外，例如，也可以是在導(dǎo)電性的支承體上配置有氧極層、固體電解質(zhì)層、燃料極層的燃料電池單元。

此外，在上述說明中，作為電池單元而對固體氧化物型燃料電池單元(SOFC)進行了說明，但本發(fā)明并不局限于此，也能夠應(yīng)用于通過對電解電池單元賦予水蒸氣和電壓而將水蒸氣(水)電分解來生成氫和氧(O₂)的電解電池單元(SOEC)。另外，上述說明中的電池堆裝置、模塊以及模塊收容裝置也能夠用作具備該電解電池單元的電池堆裝置、電解模塊以及電解裝置。

實施例

(試料的制作)

制作出氣體通路的直徑不同的多個電池單元。具體地說，如表1所示，制作出9個試料(N＝9)。

成為各試料的電池單元的形狀呈與圖1相同的板形狀。電池單元的長度方向的長度為20cm，電池單元的短邊方向的長度為26mm，厚度為2mm。

制造方法與前述相同。需要說明的是，支承體成形體的制作所使用的NiO粉末的平均顆粒直徑為0.5μm，Y₂O₃粉末的平均顆粒直徑為0.9μm。關(guān)于支承體成形體的燒制-還原后的體積比率，NiO為48體積％，Y₂O₃為52體積％。關(guān)于固體電解質(zhì)層原料粉末，利用了固溶有8mol％的Y₂O₃且通過微裂紋法形成的顆粒直徑為0.8μm的ZrO₂粉末。燃料極層成形體的制作所使用的NiO粉末的平均顆粒直徑為0.5μm，固溶有Y₂O₃的ZrO₂粉末的平均顆粒直徑為0.8μm。支承體成形體、固體電解質(zhì)層用片材以及燃料極層成形體的層疊成形體以1000℃煅燒處理了3小時。作為連接層的材料，使用了La(Mg_0.3Cr_0.7)_0.96O₃。將連接層用料漿涂敷于前述的層疊體，在含氧氣氛中以1450℃同時燒制了2小時。作為氧極層的材料，使用了La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃。氧極層以1100℃燒結(jié)4小時而形成。還原處理中，向電池單元的內(nèi)部流通氫氣，以850℃實施了支承體以及燃料極層的還原處理10小時并冷卻。

在此，在試料No.1～9的支承體中，通過調(diào)整在用于注塑成型的金屬模內(nèi)部設(shè)置的樹脂成形體的形狀，如表1所示，控制了氣體通路直徑。

(氣體通路直徑的測定)

關(guān)于如上述那樣制作后的試料No.1～9的支承體，如上所述，將氣體通路2在支承體1的長度方向上分為3份而分為3個區(qū)域。在各區(qū)域中在長度方向上等間隔地取3處位置，計算各位置處的氣體通路的直徑并求出平均值。將正中間的區(qū)域的平均值設(shè)為中央部的氣體通路的直徑，將一方側(cè)的區(qū)域的平均值設(shè)為一端部的氣體通路的直徑。

(發(fā)電性能試驗)

首先，在750℃的溫度下，在各試料的電池單元中流通氫氣，并測定出電池單元的輸出密度。表1示出輸出密度的結(jié)果。

(支承體的耐老化性試驗)

在本試驗中，利用玻璃密封材料將成為各試料的電池單元固定于氣罐，以如下模式進行了10次重復(fù)循環(huán)試驗：“在氣罐內(nèi)使燃料氣體流通、并且使氣氛溫度保持為750℃，急速停止燃料氣體的供給，然后再次開始供給”。在試驗后，將電池單元從氣罐拆下，并對端面進行目視觀察，由此確認(rèn)出是否在支承體的一端部產(chǎn)生裂縫。將在氣體通路的內(nèi)壁與支承體的表面間產(chǎn)生的變化認(rèn)定為裂縫。表1示出其結(jié)果。

[表1]

(發(fā)電性能試驗結(jié)果)

由表1可知，試料No.1的輸出密度小。這是因為，一端部的直徑小于中央部的直徑。

另外，試料No.2，3與試料No.1相比，輸出密度高。這是因為，一端部的直徑大于中央部的直徑。

另外，試料No.4～9與試料No.2、3相比，輸出密度高。這是因為，一端部的直徑為中央部的直徑的1.003倍以上。

(耐老化性試驗結(jié)果)

試料No.2～8與試料No.9相比，能夠抑制支承體的一端部處的裂縫的產(chǎn)生。這是因為，一端部的直徑為中央部的直徑的1.03倍以下。

附圖標(biāo)記說明：

1：支承體；

1a：支承體中央部；

1b：支承體端部；

2：氣體通路；

3：燃料極層(第一電極層)；

4：固體電解質(zhì)層；

6：氧極層(第二電極層)；

8：連接層；

10：燃料電池單元；

10a：電池單元中央部；

10b：電池單元端部；

11：電池堆裝置；

18：模塊。