电池单元、电池堆装置、模块以及模块收纳装置的制作方法

1.本发明涉及电池单元、电池堆装置、模块以及模块收纳装置。


背景技术：

2.近年，作为下一代能源，提出有各种具有多个燃料电池单元的燃料电池堆装置。燃料电池单元是能够使用含氢气体等燃料气体和空气等含氧气体而得到电力的电池单元的1种。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2015-35416号公报


技术实现要素：

6.实施方式的一个方式的电池单元，具备空气极层、燃料极层、和固体电解质层。燃料极层，含有第1稀土元素以及与所述第1稀土元素不同的第2稀土元素。固体电解质层，位于所述空气极层以及所述燃料极层之间，含有所述第2稀土元素。所述燃料极层，具有第1部位和第2部位。第2部位，位于所述第1部位以及所述固体电解质层之间，至少含有所述第2稀土元素。
7.另外，本发明的电池堆装置具有具备1个以上的上述记载的电池单元的电池堆。
8.另外，本发明的模块具备：上述记载的电池堆装置、和收纳电池堆装置的收纳容器。
9.另外，本发明的模块收纳装置具备：上述记载的模块、用于进行模块的运转的辅机、收纳模块以及辅机的外装壳体。
附图说明
10.图1a是显示第1实施方式的电池单元的一个示例的横截面图。
11.图1b是显示从空气极层侧观察的第1实施方式的电池单元的一个示例的侧视图。
12.图1c是从内嵌连接器侧观察第1实施方式的电池单元的一个示例的侧视图。
13.图2a是显示第1实施方式的电池堆装置的一个示例的立体图。
14.图2b是如图2a所示的x-x线的截面图。
15.图2c是显示第1实施方式的电池堆装置的一个示例的俯视图。
16.图3a是显示燃料极层的概略的一个示例的图。
17.图3b是放大如图1a所示的区域r1的截面图。
18.图4是显示第1实施方式的模块的一个示例的外观立体图。
19.图5是概略地显示第1实施方式的模块收纳装置的一个示例的分解立体图。
20.图6是概略地显示第2实施方式的电池单元的截面图。
21.图7是显示第2实施方式的电池单元的一个示例的立体图。
22.图8是如图7所示的电池单元的部分截面图。
23.图9是放大如图8所示区域r2的截面图。
24.图10a是显示第3实施方式的电池单元的一个示例的立体图。
25.图10b是如图10a所示的电池单元的部分截面图。
26.图10c是放大如图10b所示的区域r3的截面图。
具体实施方式
27.以下，参照附图，对本技术公开的电池单元、电池堆装置、模块以及模块收纳装置的实施方式详细地说明。还有，该发明并非限定于如以下所示的实施方式。
28.另外，附图是示意性的，需要注意各要素的尺寸的关系、各要素的比率等有与现实不同的情况。还有，在附图的彼此间，存在包含彼此的尺寸的关系、比率等不同的部分的情况。
29.[第1实施方式]
[0030]
＜电池单元的结构＞
[0031]
首先，参照图1a～图1c，作为第1实施方式的电池单元，使用固体氧化物型的燃料电池单元的示例进行说明。
[0032]
图1a是显示第1实施方式的电池单元1的一个示例的横截面图，图1b是从空气极层侧观察的第1实施方式的电池单元1的一个示例的侧视图，图1c是从内嵌连接器侧观察的第1实施方式的电池单元1的一个示例的侧视图。还有，图1a～图1c放大显示电池单元1的各结构的一部分。
[0033]
在图1a～图1c所示的示例中，电池单元1为中空平板型，是细长的板状。如图1b所示，从侧面观察的电池单元1全体的形状例如为，长度方向l的边的长度为5cm～50cm、与该长度方向l正交的宽度方向w的长度为1cm～10cm的长方形。该电池单元1全体的厚度方向t的厚度，例如为1mm～5mm。
[0034]
如图1a所示，电池单元1具备：导电性的支承基板2、元件部3、和内嵌连接器4。支承基板2为柱状，具有一对对向的平坦面n1、n2，以及连接所述平坦面n1、n2的一对圆弧状的侧面m。
[0035]
元件部3，位于支承基板2的平坦面n1上。所述元件部3具有：燃料极层5、固体电解质层6、和空气极层8。另外，在如图1a所示的示例中，内嵌连接器4位于电池单元1的平坦面n2上。还有，电池单元1可以在固体电解质层6和空气极层8之间具备中间层7。
[0036]
另外，如图1b所示，空气极层8未延伸至电池单元1的下端。在电池单元1的下端部，仅固体电解质层6在平坦面n1的表面露出。另外，如图1c所示，内嵌连接器4可以延伸至电池单元1的下端。在电池单元1的下端部，内嵌连接器4以及固体电解质层6在表面露出。还有，如图1a所示，在电池单元1的一对圆弧状的侧面m中的表面中，固体电解质层6露出。内嵌连接器4，可以不延伸至电池单元1的下端。
[0037]
以下，关于构成电池单元1的各结构部件进行说明。
[0038]
支承基板2，在内部具有气体流动的气体流路2a。如图1a所示的支承基板2的示例，具有6个气体流路2a。支承基板2，具有气体透过性，使气体流路2a中流动的燃料气体透过到燃料极层5。支承基板2可以具有导电性。具有导电性的支承基板2，将在元件部3发生的电在
内嵌连接器4中集电。
[0039]
支承基板2的材料，例如，包含铁族金属成分以及无机氧化物。铁族金属成分，例如为ni(镍)和/或nio。无机氧化物，例如可以是规定的稀土元素氧化物。稀土元素氧化物，例如可以包含从sc、y、la、nd、sm、gd、dy以及yb中选择1种以上的稀土元素。
[0040]
燃料极层5的材料中，能够使用一般公知的材料。燃料极层5，可以使用多孔质的导电性陶瓷，例如包含固溶有稀土元素氧化物的zro2等离子传导性材料、和ni和/或nio的陶瓷等。该稀土元素氧化物，例如包含从sc、y、la、nd、sm、gd、dy以及yb中选择的多个稀土元素。也有将固溶有稀土元素氧化物的zro2称为稳定氧化锆的情况。稳定氧化锆，也包含部分稳定氧化锆。还有，关于燃料极层5的详细说明，在后述。
[0041]
固体电解质层6为电解质，作为燃料极层5和空气极层8之间的离子的桥梁。同时，固体电解质层6，具有气体阻隔性，难以发生燃料气体和含氧气体的泄漏。
[0042]
固体电解质层6的材料，例如可以是固溶了3摩尔％～15摩尔％的稀土元素氧化物的zro2等的离子传导性材料。稀土元素氧化物，例如可以包含从sc、la、nd、gd以及yb中选择1以上的稀土元素。以下，有将固溶了稀土元素氧化物的材料简称为固溶了稀土元素的材料的情况。固体电解质层6，例如可包含固溶了yb、sc或者gd的zro2，也可包含固溶了la、nd或者yb的ceo2，也可包含固溶了sc或者yb的bazro3，也可包含固溶了sc或者yb的baceo3。固体电解质层6，包含固溶了第2稀土元素的材料。换言之，固体电解质层6中所包含的离子传导性材料中固溶的稀土元素为第2稀土元素。
[0043]
空气极层8，具有气体透过性。空气极层8的开气孔率(空隙率)，例如可以是20％～50％，特别是30％～50％的范围。
[0044]
空气极层8的材料，只要是通常用于空气极的则没有特别限制。空气极层8的材料，例如可以是所谓的abo3型的钙钛矿型氧化物等导电性陶瓷。
[0045]
空气极层8的材料，例如可以是在a位点中sr(锶)和la(镧)共存的复合氧化物。作为像这样的复合氧化物的示例，可列举la
x
sr
1-x
coyfe
1-y
o3、la
x
sr
1-x
mno3、la
x
sr
1-x
feo3、la
x
sr
1-x
coo3等。还有，x为0＜x＜1，y为0＜y＜1。
[0046]
另外，元件部3具有中间层7时，中间层7具有作为扩散抑制层的功能。中间层7，通过使空气极层8中包含的sr(锶)例如难以在含有zr的固体电解质层6中扩散，从而在所述固体电解质层6中使srzro3的电阻层难以形成。
[0047]
中间层7的材料，一般而言只要用于sr的扩散抑制层则没有特别限制。中间层7的材料，例如，可以包含固溶了除了ce(铈)的稀土元素的氧化铈(ceo2)。作为所述稀土元素，例如，可以使用gd(钆)、sm(钐)等。
[0048]
另外，内嵌连接器4，是致密质的，难以发生在位于支承基板2内部的气体流路2a流通的燃料气体、以及在支承基板2的外侧流通的含氧气体的泄漏。内嵌连接器4，可以具有93％以上，特别是95％以上的相对密度。
[0049]
内嵌连接器4的材料，可以使用铬酸镧系的钙钛矿型氧化物(lacro3系氧化物)、钛酸镧锶系的钙钛矿型氧化物(lasrtio3系氧化物)。这些材料，具有导电性，并且，即使与含氢气体等燃料气体以及空气等含氧气体接触也难以被还原、氧化。
[0050]
＜电池堆装置的结构＞
[0051]
接着，关于使用上述的电池单元1的本实施方式的电池堆装置10，参照图2a～图2c
进行说明。图2a是显示第1实施方式的电池堆装置的一个示例的立体图，图2b是如图2a所示的x-x线的截面图，图2c是显示第1实施方式的电池堆装置的一个示例的俯视图。
[0052]
如图2a所示，电池堆装置10具备：具有在电池单元1的厚度方向t(参照图1a)上排列(层叠)的多个电池单元1的电池堆11、和固定部件12。
[0053]
固定部件12具有固定材13和支承部件14。支承部件14支承电池单元1。固定材13，将电池单元1固定于支承部件14。另外，支承部件14具有支承体15和气罐16。作为支承部件14的支承体15以及气罐16，为金属制具有导电性。
[0054]
如图2b所示，支承体15具有多个电池单元1的下端部插入的插入孔15a。多个电池单元1的下端部和插入孔15a的内壁，由固定材13接合。
[0055]
气罐16具有：通过插入孔15a向多个电池单元1供给反应气体的开口部、和位于所述开口部的周围的凹槽16a。支承体15外周的端部，通过填充于气罐16的凹槽16a的接合材21，和气罐16接合。
[0056]
在如图2a所示的示例中，在由作为支承部件14的支承体15和气罐16形成的内部空间22中储存燃料气体。在气罐16连接有气体流通管20。燃料气体，通过该气体流通管20被供给到气罐16，从气罐16供给到电池单元1的内部的气体流路2a(参照图1a)。供给到气罐16的燃料气体，在后述的重整器102(参照图4)生成。
[0057]
富氢的燃料气体，能够通过将原燃料水蒸气重整等而生成。通过水蒸气重整生成燃料气体时，燃料气体包含水蒸气。
[0058]
在如图2a所示的示例中，具备2列电池堆11、2个支承体15、以及气罐16。2列电池堆11各自具有多个电池单元1。各电池堆11被固定于各支承体15。气罐16在上表面具有2个贯通孔。各贯通孔中配置有各支承体15。内部空间22由1气罐16和2个支承体15形成。
[0059]
插入孔15a的形状，例如，以俯视为长圆形状。插入孔15a，例如，电池单元1的排列方向即厚度方向t的长度，比位于电池堆11两端的2个端部集电部件17之间的距离大。插入孔15a的宽度，例如，比电池单元1的宽度方向w(参照图1a)的长度大。
[0060]
如图2b所示，插入孔15a的内壁和电池单元1的下端部的接合部，填充固定材13而固化。基于此，插入孔15a的内壁和多个电池单元1的下端部被分别接合、固定，另外，电池单元1的下端部彼此被接合、固定。各电池单元1的气体流路2a，在下端部与支承部件14的内部空间22连通。
[0061]
固定材13以及接合材21，能够使用玻璃等导电性低的材料。作为固定材13以及接合材21具体的材料，可以使用非晶玻璃等，特别可以使用结晶化玻璃等。
[0062]
作为结晶化玻璃，例如，可以使用sio
2-cao系、mgo-b2o3系、la2o
3-b2o
3-mgo系、la2o
3-b2o
3-zno系、sio
2-cao-zno系等材料中的任一种，特别可以使用sio
2-mgo系材料。
[0063]
另外，如图2b所示，多个电池单元1之中介于相邻的电池单元1之间设有导电部件18。导电部件18，将相邻的一个电池单元1和另一个电池单元1电串联连接。更具体地，导电部件18，将一个电池单元1的燃料极层5和另一个电池单元1的空气极层8连接。
[0064]
另外，如图2b所示，在位于多个电池单元1的排列方向中的最外侧的电池单元1上，电连接有端部集电部件17。端部集电部件17，连接于突出到电池堆11的外侧的导电部19。导电部19，将由电池单元1发电发生的电集电而引出到外部。还有，在图2a中，省略端部集电部件17的图示。
[0065]
另外，如图2c所示，电池堆装置10可以是2个电池堆11a、11b串联连接而成的一个电池。所述情况中，电池堆装置10的导电部19可以具有正极端子19a、负极端子19b、连接端子19c。
[0066]
正极端子19a，为将电池堆11发电的电力输出到外部时的正极，电连接于在电池堆11a中的正极侧的端部集电部件17。负极端子19b，为将电池堆11发电的电力输出到外部时的负极，电连接于在电池堆11b中的负极侧的端部集电部件17。
[0067]
连接端子19c，将电池堆11a中的负极侧的端部集电部件17、和电池堆11b中的正极侧的端部集电部件17电连接。
[0068]
＜燃料极层的详细＞
[0069]
接着，关于第1实施方式的燃料极层5的详细情况，参照图3a、图3b进行说明。图3a是显示燃料极层的概略的一个示例的图。
[0070]
如图3a所示，燃料极层5包含第1粒子体p1和第2粒子体p2。第1粒子体p1，具有电子传导性以及催化作用。第1粒子体p1，例如，为pt、ni等。还有，第1粒子体p1，只要在0℃中的电导率为1.0
×
105s/m以上，则不限定于上述。第1粒子体p1，例如，具有截面观察的当量圆直径的平均值为0.1μm～10μm左右的粒子状。第1粒子体p1，只要在发电状态中其表面具有电子传导性以及催化作用，则可以在内部包含氧化物。另外，未发电的状态的燃料极层5，可以包含表面氧化的第1粒子体p1。
[0071]
第2粒子体p2，具有离子传导性，为含有稀土元素的氧化物。第2粒子体p2，例如，具有截面观察的当量圆直径的平均值为0.1μm～2μm左右的粒子状(1次粒子)。另外，第2粒子体p2包含：含有第1稀土元素的第1粒子51、和含有与第1稀土元素不同的第2稀土元素的第2粒子52。
[0072]
第1粒子体p1以及第2粒子体p2(第1粒子51、第2粒子52)，通过使用epma(electron probe micro analyzer)观察燃料极层5的截面，能够分别确认其存在位置。另外，第1粒子体p1以及第2粒子体p2(第1粒子51、第2粒子52)的当量圆直径，能够基于由sem(scanning electron microscope)观察燃料极层5的截面的结果分别算出。
[0073]
第1粒子51，例如，将从sc、y、la、nd、sm、gd、dy以及yb中选择的稀土元素，作为第1稀土元素含有。第1粒子51，可以含有多个第1稀土元素。
[0074]
第2粒子52，含有固体电解质层6中所含有的第2稀土元素。第2粒子，例如，可以将从nd、sc、la、gd以及yb中选择稀土元素，作为第2稀土元素含有。第1粒子53，可以含有nd、sc、la、gd以及yb之中，第2粒子52中不含有的稀土元素。
[0075]
另外，第2粒子52，与第1粒子51相比离子传导性高。在此，第1粒子51以及第2粒子52的离子传导性，例如，通过制作具有第1粒子51的组成的矩形状的烧结体、以及具有第2粒子52的组成的矩形状的烧结体，在600℃～900℃下由四端子法测定各烧结体的离子传导率，由此能够分别进行评价。
[0076]
第1粒子体p1，在燃料极层5的全体范围内均匀地分布。相对于此，第2粒子体p2，第1粒子51以及第2粒子52在燃料极层5的内部不均匀分布。关于该点，使用图3a、图3b进一步说明。
[0077]
图3b是放大如图1a所示的区域r1的截面图。如图3b所示，燃料极层5具有第1部位5a以及第2部位5b。
[0078]
第1部位5a，以与支承基板2相接的方式设置。第2部位5b，位于第1部位5a和固体电解质层6之间，至少含有第2稀土元素。在第2部位5b中，第2稀土元素的含有率可以比第1稀土元素的含有率大。在此，在第2部位5b中的第1稀土元素以及第2稀土元素的含有率，例如，能够通过使用epma的元素分析确认。具体而言，例如镜面研磨元件部3的层叠方向的截面，将燃料极层5在厚度方向上二等分，将支承基板2侧作为第1部位5a，将固体电解质层6侧作为第2部位5b。在作为第2部位5b的截面中以规定面积，通过对第1稀土元素以及第2稀土元素分别进行半定量分析，从而能够算出各自的含有率。进行元素分析的面积，例如可以为四边形的面积，该四边形将第2部位5b的厚度以下的长度作为一边的长度。另外，关于后述的在第1部位5a中的各稀土元素的含有率，也能够同样地算出。还有，所谓第1稀土元素或者第2稀土元素的含有率，是将第2粒子体p2即离子传导性材料中含有的元素中除去o(氧)的元素的合计作为分母、第1稀土元素或者第2稀土元素作为分子的摩尔比率(原子比率)。只要在燃料极层5中的第1粒子体p1和第2粒子体p2的分布状态大致均一，则将燃料极层5中含有的元素中除去o(氧)的元素的合计作为分母、第1稀土元素或者第2稀土元素作为分子的摩尔比率(原子比率)，可以视作第1稀土元素或者第2稀土元素的含有率。
[0079]
像这样，通过具有与第1稀土元素相比第2稀土元素的含有率大的第2部位5b，能够提高与第1部位5a相比接近固体电解质层6的第2部位5b的离子传导率。因此，因为能够降低第2部位5b中的实际电阻，所以在燃料极层5中的分极电阻降低。基于此，能够提高电池单元1的电池性能。
[0080]
另外，第1部位5a，可以含有与支承基板2中包含的稀土元素相同的稀土元素。通过第1部位5a以及支承基板2含有相同的稀土元素，能够使燃料极层5难以从支承基板2剥离。因此，能够提高电池单元1的耐久性。另外，通过使所述第1部位5a位于支承基板2和第2部位5b之间，由此例如因为能够抑制从支承基板2向第2部位5b的元素扩散，所以能够使第2部位5b的离子传导率难以下降。
[0081]
另外，第2部位5b可以含有与固体电解质层6中包含的稀土元素相同的稀土元素。通过第2部位5b以及固体电解质层6含有相同的稀土元素，能够使燃料极层5难以从固体电解质层6剥离。因此，能够提高电池单元1的耐久性。
[0082]
还有，燃料极层5的第1部位5a以及第2部位5b，例如，通过使用epma的元素分析，将被判断为与第1稀土元素相比第2稀土元素的含有率大的部分作为第2部位5b，其余的部分作为第1部位5a，由此能够进行区分。具体而言，例如镜面研磨元件部3的层叠方向的截面，通过epma分别对各元素进行面分析、或者在层叠方向上进行线分析，得到各元素的浓度映射、或者浓度分布。从所得到的各元素的浓度映射结果或者浓度分布结果，将燃料极层5中第1稀土元素比第2稀土元素少的区域作为第2部位5b，其以外作为第1部位5a。
[0083]
另外，可以以第1稀土元素的含有率，例如，第1部位5a比第2部位5b大的方式设置燃料极层5。基于此，因为有能够使第1部位5a的热膨胀率比第2部位5b的热膨胀率小的情况，所以能够抑制燃料极层5的变形。因此，能够提高电池单元1的耐久性。例如，固溶了8摩尔％yb2o3的zro2(8ybsz)的离子传导率，比固溶了8摩尔％y2o3的zro2(8ysz)的离子传导率高。另外，8ysz和ni分别为50体积％的多孔烧结体的线热膨胀系数，在1000℃下为13.2ppm，8ybsz和ni分别为50体积％的多孔质烧结体的线热膨胀系数，在1000℃下为13.4ppm。换言之，包含ysz的烧结体的线热膨胀系数，比包含ybsz的烧结体的线热膨胀系数小。通过将第1
粒子51作为包含y作为第1稀土元素的ysz，将第2粒子52作为包含yb作为第2稀土元素的ybsz，分别构成第1部位5a、第2部位5b，由此能够成为第2部位5b的离子传导性高、第1部位5a的线热膨胀系数小的燃料极层5，能够成为电池性能高、耐久性的高的电池单元1。
[0084]
另外，可以以第1稀土元素的含有率相对于第1稀土元素以及第2稀土元素的含有率的总和的比例((第1稀土元素的含有率)/((第1稀土元素的含有率)+(第2稀土元素的含有率)))，第1部位5a比第2部位5b大的方式设置燃料极层5。基于此，因为有能够使第1部位5a的热膨胀率比第2部位5b的热膨胀率小的情况，所以能够抑制燃料极层5的变形。因此，能够提高电池单元1的耐久性。
[0085]
另外，可以以第1部位5a的线热膨胀率比第2部位5b的线热膨胀率小的方式设置燃料极层5。基于此，因为能够抑制燃料极层5的变形，所以能够提高电池单元1的耐久性。在此，在第2部位5b中的第1稀土元素以及第2稀土元素的含有率，例如，能够通过使用epma的元素分析进行确认。具体而言，镜面研磨元件部3的层叠方向的截面，在第1部位5a的截面中以规定的面积，分别对第1稀土元素以及第2稀土元素进行半定量分析，由此能够分别测定。进行元素分析的面积，例如可以为四边形的面积，该四边形将第1部位5a的厚度以下的长度作为一边的长度。
[0086]
还有，燃料极层5，并非一定需要具有第1部位5a以及第2部位5b，例如，在燃料极层5的内部中第2稀土元素的含有率可以阶段地变化。例如，在将燃料极层5的与固体电解质层6相接的面作为第1面、位于固体电解质层6的相反侧的面作为第2面时，燃料极层5，第2稀土元素的含有率，可以从第1面开始向第2面渐渐减少。像这样，通过第2稀土元素的含有率从第1面开始向第2面渐渐减少，能够提高与从固体电解质层6离开的燃料极层5相比接近固体电解质层6的燃料极层5的离子传导率。因此，能够降低接近离固体电解质层6的燃料极层5中的实际电阻，所以燃料极层5中的分极电阻降低。基于此，能够提高电池单元1的电池性能。
[0087]
＜模块＞
[0088]
接着，关于使用上述的电池堆装置10的本发明的实施方式的模块100，使用图4进行说明。图4是显示第1实施方式的模块的外观立体图。图4显示取下作为收纳容器101的一部分的前面以及后面，从后方取出收纳于内部的燃料电池的电池堆装置10的状态。
[0089]
如图4所示，模块100具备：收纳容器101、以及收纳于收纳容器101内的电池堆装置10。另外，在电池堆装置10的上方配置有重整器102。
[0090]
所述重整器102，对天然气、煤油等原燃料进行重整而生成燃料气体，供给到电池单元1。原燃料通过原燃料供给管103被供给到重整器102。还有，重整器102可以具备使水气化的气化部102a和重整部102b。重整部102b具备未图示的重整催化剂，将原燃料重整成燃料气体。像这样的重整器102，能够进行作为效率高的重整反应的水蒸气重整。
[0091]
然后，在重整器102生成的燃料气体，通过气体流通管20、气罐16、以及支承部件14，被供给到电池单元1的气体流路2a(参照图1a)。
[0092]
另外，在上述结构的模块100中，伴随气体的燃烧以及电池单元1的发电，通常发电时的模块100内的温度为500℃～1000℃左右。
[0093]
像这样的模块100中，如上述，通过收纳电池性能得到提高的电池堆装置10而构成，从而能够得到电池性能得到提高的模块100。
[0094]
＜模块收纳装置＞
[0095]
图5是显示第1实施方式的模块收纳装置的一个示例的分解立体图。本实施方式的模块收纳装置110具备：外装壳体111、由图4显示的模块100、和未图示的辅机。辅机，进行模块100的运转。模块100以及辅机，收纳于外装壳体111内。还有，图5中省略一部分的结构而显示。
[0096]
如图5所示的模块收纳装置110的外装壳体111，具有支柱112和外装板113。分隔板114，将外装壳体111内上下地划分。外装壳体111内的分隔板114上侧的空间，是收纳模块100的模块收纳室115，外装壳体111内的分隔板114下侧的空间，是收纳运转模块100的辅机的辅机收纳室116。还有，在图5中，省略收纳于辅机收纳室116的辅机而显示。
[0097]
另外，分隔板114，具有用于将辅机收纳室116的空气流向模块收纳室115侧的空气流通口117。构成模块收纳室115的外装板113，具有用于将模块收纳室115内的空气排气的排气口118。
[0098]
像这样的模块收纳装置110中，如上述，通过在模块收纳室115具备电池性能得到提高的模块100，从而能够得到电池性能得到提高的高模块收纳装置110。
[0099]
还有，在上述的实施方式中，示例了使用中空平板型的支承基板的情况，但也能够适用于使用圆筒型的支承基板电池堆装置。
[0100]
[第2实施方式]
[0101]
接着，关于第2实施方式的电池单元以及电池堆装置，参照图6～图9进行说明。
[0102]
在上述的实施方式中，示例了支承基板的表面上仅设有1个包含燃料极层、固体电解质层以及空气极层的元件部的、所谓的“竖条型”，但能够适用于在支承基板的表面相互分离的多个位置分别设置元件部，相邻的元件部间被电连接的、所谓的“横条型”的电池单元排列而成的横条型电池堆装置。
[0103]
图6是概略地显示第2实施方式的电池单元的截面图。如图6所示，电池堆装置10a，从使燃料气体流通的配管73多个电池单元1a在长度方向l上延伸。电池单元1a，在支承基板2上具有多个元件部3。支承基板2的内部中设有从配管73的气体流动的气体流路2a。支承基板2上的各元件部3，通过后述的连接层8a被电连接。多个电池单元1a，经由导电部件18被相互电连接。导电部件18，位于各电池单元1a各自具有的元件部3之间，连接相邻的电池单元1a。
[0104]
图7是显示第2实施方式的电池的一个示例的立体图。图8是显示第2实施方式的电池的一个示例的截面图。电池单元1a，沿x轴方向交替地设置元件部3和连接部3a。
[0105]
电池单元1a为通过厚度方向(z轴方向)的中心并且相对于与支承基板2的主面平行的面上下对称的形状。
[0106]
元件部3，按顺序层叠有燃料极层5、固体电解质层6、中间层7以及空气极层8。在空气极层8的表面，设置有用于将x轴方向相邻的元件部3彼此电连接的连接层8a。另外，在燃料极层5的表面，设置有具有电子传导性的燃料极集电部5a。
[0107]
图9是放大如图8所示的区域r2的截面图。如图9所示，燃料极层5，从固体电解质层6侧按顺序分别设置有第2部位5b以及第1部位5a。第2部位5b，至少含有第2稀土元素。
[0108]
固体电解质层6含有第2稀土元素。另外，第2部位5b，第2稀土元素的含有率可以比第1稀土元素的含有率大。基于此，能够提高与第1部位5a相比接近固体电解质层6的第2部
位5b的离子传导率。因此，由于能够降低在第2部位5b中的实际电阻，所以能够降低在燃料极层5中的分极电阻。基于此，能够提高电池单元1a的电池性能。
[0109]
[第3的实施方式]
[0110]
图10a是显示第3实施方式的电池的一个示例的立体图。图10b是如图10a所示的电池的部分截面图。
[0111]
如图10a所示，电池单元1b具有：燃料极层5、固体电解质层6以及空气极层8层叠而成的元件部3b。元件部3b，是固体电解质层6被燃料极层5以及空气极层8夹着的部位。层叠多个平板型电池单元而成的电池堆装置，例如多个电池单元1b，通过作为相互相邻的金属层的导电部件91、92被电连接。导电部件91、92，电连接相邻的电池单元1b彼此，并且具有向燃料极层5或者空气极层8供给气体的气体流路。
[0112]
如图10b所示，具有气密密封平板型电池堆的燃料气体的流路98和含氧气体的流路97的密封材。密封材为电池单元1b的固定部件96，具有接合材93以及作为框的支承部件94、95。接合材93，可以是玻璃，也可以是银蜡等金属材料。
[0113]
支承部件94，可以是区分燃料气体的流路98和含氧气体的流路97的所谓的间隔件。支承部件94、95的材料，例如可以是导电性的金属，也可以是绝缘性的陶瓷。在接合材93例如为绝缘性的玻璃时，支承部件94、95可以两个都是金属，也可以任意一个是绝缘性的材料。接合材93为导电性的金属时，支承部件94、95可以两个或者任意一个是绝缘性的材料。支承部件94、95为金属时，支承部件94、95可以与导电部件92一体化。
[0114]
接合材93、支承部件94、95之中任意1个是绝缘性的，使夹着平板型电池单元的2个导电部件91、92相互电绝缘。
[0115]
图10c是放大如图10b所示的区域r3的截面图。如图10c所示，燃料极层5，从固体电解质层6侧开始按顺序设置有第2部位5b以及第1部位5a。第2部位5b，至少含有第2稀土元素。
[0116]
固体电解质层6含有第2稀土元素。另外，第2部位5b，第2稀土元素的含有率可以比第1稀土元素的含有率大。基于此，能够提高与第1部位5a相比接近固体电解质层6的第2部位5b的离子传导率。因此，由于能够降低在第2部位5b中的实际电阻，所以能够降低燃料极层5中的分极电阻。基于此，能够提高电池单元1b的电池性能。
[0117]
＜其它的变形例＞
[0118]
接着，关于实施方式的其它的变形例的电池堆装置进行说明。
[0119]
在上述实施方式中，作为“电池单元”、“电池堆装置”、“模块”以及“模块收纳装置”的一个示例，示出了燃料电池单元、燃料电池单元堆装置、燃料电池模块以及燃料电池装置，但作为其它示例，分别可以是电解电池单元、电解电池堆装置、电解模块以及电解装置。
[0120]
以上，关于本发明详细地说明，但本发明不是限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨范围内，可以进行各种的变更、改良等。
[0121]
如以上那样，实施方式的电池单元1具备：空气极层8、燃料极层5、和固体电解质层6。燃料极层5，含有第1稀土元素以及与第1稀土元素不同的第2稀土元素。固体电解质层6，位于空气极层8以及燃料极层5之间，含有第2稀土元素。燃料极层5，具有第1部位5a和第2部位5b。第2部位5b，位于第1部位5a以及固体电解质层6之间，至少含有第2稀土元素。基于此，能够提高电池单元1的电池性能。
[0122]
另外，实施方式的电池堆装置10具有，具备1个以上上述记载的电池单元1的电池堆11。基于此，能够得到电池性能得到提高的电池堆装置10。
[0123]
另外，实施方式的模块100具备：上述记载的电池堆装置10、收纳电池堆装置10的收纳容器101。基于此，能够得到电池性能得到提高的模块100。
[0124]
另外，实施方式的模块收纳装置110具备：上述记载的模块100、用于进行运转模块100的辅机、和收纳模块100以及辅机的外装壳体。基于此。能够得到电池性能得到提高的模块收纳装置110。
[0125]
应该认为本发明的实施方式所有方面都是例示，不是限定性的。实际上，上述实施方式在多样的方式下能够具体实现。另外，上述实施方式，不脱离附加的要求范围及其主旨，可以在各种各样的方式下省略、置換、变更。
[0126]
附图标记说明
[0127]
1 电池单元
[0128]
5 燃料极层
[0129]
5a第1部位
[0130]
5b第2部位
[0131]
6 固体电解质层
[0132]
7 中间层
[0133]
8 空气极层
[0134]
10 电池堆装置
[0135]
11 电池堆
[0136]
12 固定部件
[0137]
13 固定材
[0138]
14 支承部件
[0139]
15 支承体
[0140]
16 气罐
[0141]
17 端部集电部件
[0142]
18 导电部件
[0143]
100 模块
[0144]
110 模块收纳装置

技术特征：
1.一种电池单元，其具备：空气极层；燃料极层，所述燃料极层含有第1稀土元素以及与所述第1稀土元素不同的第2稀土元素；和固体电解质层，所述固体电解质层位于所述空气极层以及所述燃料极层之间，含有所述第2稀土元素，所述燃料极层具有：第1部位；和位于所述第1部位以及所述固体电解质层之间，至少含有所述第2稀土元素的第2部位。2.如权利要求1所述的电池单元，其中，所述第2部位中，所述第2稀土元素的含有率比所述第1稀土元素的含有率大。3.如权利要求1所述的电池单元，其中，所述第2部位中，所述第2稀土元素的含有率比所述第1部位大。4.如权利要求1-3中任一项所述的电池单元，其中，所述燃料极层包含具有电子传导性的第1粒子体和具有离子传导性的第2粒子体，所述第2粒子体具有所述第1稀土元素以及所述第2稀土元素。5.如权利要求4所述的电池单元，其中，具有所述第2稀土元素的所述第2粒子体，与具有所述第1稀土元素的所述第2粒子体相比离子传导性高。6.如权利要求1-4中任一项所述的电池单元，其中，所述第1稀土元素的含有率为，所述第1部位比所述第2部位大。7.如权利要求1-6中任一项所述的电池单元，其中，所述第1稀土元素的含有率相对于所述第1稀土元素以及所述第2稀土元素的含有率的总和的比例为，所述第1部位比所述第2部位大。8.一种电池单元，其具备：空气极层；燃料极层，所述燃料极层含有第1稀土元素以及与所述第1稀土元素不同的第2稀土元素；和固体电解质层，所述固体电解质层位于所述空气极层以及所述燃料极层之间，含有所述第2稀土元素，所述燃料极层具有：与所述固体电解质层相接的第1面、和位于所述固体电解质层的相反侧的第2面，所述第2稀土元素的含有率，从所述第1面开始向所述第2面渐渐减小。9.一种电池堆装置，其具有具备1个以上的权利要求1-8中任一项所述的电池单元的电池堆。10.一种模块，其具备：权利要求9所述的电池堆装置、和收纳所述电池堆装置的收纳容器。11.一种模块收纳装置，其具备：权利要求10所述的模块、用于进行所述模块的运转的辅机、和收纳所述模块以及所述辅机的外装壳体。

技术总结
电池单元具备：空气极层、燃料极层、和固体电解质层。燃料极层含有第1稀土元素、以及与第1稀土元素不同的第2稀土元素。固体电解质层，位于空气极层以及燃料极层之间，含有第2稀土元素。燃料极层具有第1部位和第2部位。第2部位，位于第1部位以及固体电解质层之间，至少含有第2稀土元素。有第2稀土元素。有第2稀土元素。


技术研发人员：村松大树 原章洋
受保护的技术使用者：京瓷株式会社
技术研发日：2021.10.28
技术公布日：2023/7/22