JP2000058089A - 円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池 - Google Patents
円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池Info
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- JP2000058089A JP2000058089A JP10234892A JP23489298A JP2000058089A JP 2000058089 A JP2000058089 A JP 2000058089A JP 10234892 A JP10234892 A JP 10234892A JP 23489298 A JP23489298 A JP 23489298A JP 2000058089 A JP2000058089 A JP 2000058089A
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- cells
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 集電板と円筒セルの熱応力を緩和でき、耐久
性及び信頼性に優れた円筒型セルタイプの固体電解質型
燃料電池(T−SOFC)を提供する。 【解決手段】 本発明の燃料電池は、円筒型セル1のイ
ンターコネクタ19あるいは外面電極17に接触する集
電板35、36、37を設けてある。隣り合うセルのイ
ンターコネクタと外面電極との間に接する中間集電板3
6はセル軸方向に分割されている。さらに、上記セル軸
方向に分割された各々の集電板が、セルの線膨張係数に
近い材料で作られた柱41で相互に連結されている。集
電板を分割することにより集電板の伸び縮みの絶対量は
小さくなり、Niフェルト3を介して集電板がセルを伸
ばしたり、縮めたりする方向に働く力も小さく、セルへ
の熱応力を緩和でき、セル破損等の可能性を低くでき
る。
性及び信頼性に優れた円筒型セルタイプの固体電解質型
燃料電池(T−SOFC)を提供する。 【解決手段】 本発明の燃料電池は、円筒型セル1のイ
ンターコネクタ19あるいは外面電極17に接触する集
電板35、36、37を設けてある。隣り合うセルのイ
ンターコネクタと外面電極との間に接する中間集電板3
6はセル軸方向に分割されている。さらに、上記セル軸
方向に分割された各々の集電板が、セルの線膨張係数に
近い材料で作られた柱41で相互に連結されている。集
電板を分割することにより集電板の伸び縮みの絶対量は
小さくなり、Niフェルト3を介して集電板がセルを伸
ばしたり、縮めたりする方向に働く力も小さく、セルへ
の熱応力を緩和でき、セル破損等の可能性を低くでき
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、円筒型セルタイプ
の固体電解質型燃料電池(以下T−SOFCともいう)
に関する。特に集電板と円筒セルの熱応力を緩和でき、
耐久性及び信頼性に優れたT−SOFCに関する。
の固体電解質型燃料電池(以下T−SOFCともいう)
に関する。特に集電板と円筒セルの熱応力を緩和でき、
耐久性及び信頼性に優れたT−SOFCに関する。
【0002】
【従来の技術】T−SOFCは、特公平1−59705
号等に開示されている固体電解質型燃料電池の一タイプ
である。T−SOFCは、多孔質支持管−空気極−固体
電解質層−燃料極−インターコネクタで構成される円筒
型セルを有する。空気極側に酸素(空気)を流し、燃料
極側にガス燃料(H2 、CO等)を流してやると、この
セル内でO2-イオンが移動して化学的燃焼が起こり、空
気極と燃料極の間に電位が生じ発電が行われる。なお、
空気極が支持管を兼用する形式のものもある。T−SO
FCの実証試験は、1993年段階で25kw級のもの
(セル有効長50cm、セル数1152本) までが進行中
である。
号等に開示されている固体電解質型燃料電池の一タイプ
である。T−SOFCは、多孔質支持管−空気極−固体
電解質層−燃料極−インターコネクタで構成される円筒
型セルを有する。空気極側に酸素(空気)を流し、燃料
極側にガス燃料(H2 、CO等)を流してやると、この
セル内でO2-イオンが移動して化学的燃焼が起こり、空
気極と燃料極の間に電位が生じ発電が行われる。なお、
空気極が支持管を兼用する形式のものもある。T−SO
FCの実証試験は、1993年段階で25kw級のもの
(セル有効長50cm、セル数1152本) までが進行中
である。
【0003】現状の代表的なT−SOFCの構成材料、
厚さ及び製造方法は以下のとおりである(Proc. of the
3rd Int. Symp. on SOFC, 1993 )。 支持管:ZrO2 (CaO)、厚さ1.2mm、押し出し 空気極:La(Sr)MnO3 、厚さ1.4mm、スラリ
ーコート 固体電解質:ZrO2 (Y2 O3 )、厚さ40μm 、E
VD インターコネクタ:LaCr(Mg)O3 、厚さ40μ
m 、EVD 燃料極:Ni−ZrO2 (Y2 O3 )、厚さ100μm
、スラリーコート−EVD
厚さ及び製造方法は以下のとおりである(Proc. of the
3rd Int. Symp. on SOFC, 1993 )。 支持管:ZrO2 (CaO)、厚さ1.2mm、押し出し 空気極:La(Sr)MnO3 、厚さ1.4mm、スラリ
ーコート 固体電解質:ZrO2 (Y2 O3 )、厚さ40μm 、E
VD インターコネクタ:LaCr(Mg)O3 、厚さ40μ
m 、EVD 燃料極:Ni−ZrO2 (Y2 O3 )、厚さ100μm
、スラリーコート−EVD
【0004】図2は、従来のT−SOFCの断面構造例
を模式的に示す図である。図2のT−SOFCは4本の
発電セル1からなるセル集合体2と、このセル集合体2
を挟んで対向する第1集電板5と第2集電板7を有す
る。セル1は、円筒型のチューブ状をしており、図1の
紙面に垂直な方向に長く延びている。発電セル1の断面
は多層構造をしており、内側から外側に向かって、支持
管11、空気極13、固体電解質層15、燃料極17の
4層構造となっている。このうち、支持管11は空気極
13が兼ねることもある。各層を酸化物セラミックスや
耐熱・耐酸化性の金属で構成している。
を模式的に示す図である。図2のT−SOFCは4本の
発電セル1からなるセル集合体2と、このセル集合体2
を挟んで対向する第1集電板5と第2集電板7を有す
る。セル1は、円筒型のチューブ状をしており、図1の
紙面に垂直な方向に長く延びている。発電セル1の断面
は多層構造をしており、内側から外側に向かって、支持
管11、空気極13、固体電解質層15、燃料極17の
4層構造となっている。このうち、支持管11は空気極
13が兼ねることもある。各層を酸化物セラミックスや
耐熱・耐酸化性の金属で構成している。
【0005】発電セル1の図の上部には、インターコネ
クタ19が設けられている。インターコネクタ19の内
面(下面)は、空気極(内面電極)13に接しており、
インターコネクタ19の外面(上面)はセル1の外表面
上に突出している。インターコネクタ19の側方には、
燃料極(外面電極)17が設けられておらず、固体電解
質層15が露出している。
クタ19が設けられている。インターコネクタ19の内
面(下面)は、空気極(内面電極)13に接しており、
インターコネクタ19の外面(上面)はセル1の外表面
上に突出している。インターコネクタ19の側方には、
燃料極(外面電極)17が設けられておらず、固体電解
質層15が露出している。
【0006】セル集合体を運転温度(約1000℃)に
加熱した状態で、セル1の内孔(空気流路10)に空気
(又は酸素)を流し、外面(燃料流路18)にH2 、C
O等の燃料を流すと、上述のとおり、空気極13にプラ
ス、燃料極17にマイナスの電圧が生じる。インターコ
ネクタ19は空気極13と電気的に接続されているの
で、インターコネクタ19もプラスとなる。
加熱した状態で、セル1の内孔(空気流路10)に空気
(又は酸素)を流し、外面(燃料流路18)にH2 、C
O等の燃料を流すと、上述のとおり、空気極13にプラ
ス、燃料極17にマイナスの電圧が生じる。インターコ
ネクタ19は空気極13と電気的に接続されているの
で、インターコネクタ19もプラスとなる。
【0007】セル集合体2における各セル1の電気的接
続関係について説明する。上下のセルは、上セルの外面
電極17(マイナス)と下セルのインターコネクタ19
とがNiフェルト3を介して接続されている。したがっ
て、上下セルは直列に接続されている。左右のセルは両
セルの外面電極17同士が、Niフェルト3′を介して
接続されている。したがって、左右のセルは並列に接続
されている。各セルの発電電圧は約1ボルト程度である
ので、100ボルトを得るためには、セルを100個直
列に接続する。
続関係について説明する。上下のセルは、上セルの外面
電極17(マイナス)と下セルのインターコネクタ19
とがNiフェルト3を介して接続されている。したがっ
て、上下セルは直列に接続されている。左右のセルは両
セルの外面電極17同士が、Niフェルト3′を介して
接続されている。したがって、左右のセルは並列に接続
されている。各セルの発電電圧は約1ボルト程度である
ので、100ボルトを得るためには、セルを100個直
列に接続する。
【0008】セル集合体2の最外列(図の上面、下面)
には集電板5、7が接している。第1集電板5は、Ni
フェルト3を介して、セルのインターコネクタ19に電
気的に接続されている。第2集電板7は、Niフェルト
3を介して、セルの外面電極17に電気的に接続されて
いる。したがって、第1集電板5にはセル全体のプラス
出力電圧が、第2集電板7にはセル全体のマイナス出力
電圧が出力される。
には集電板5、7が接している。第1集電板5は、Ni
フェルト3を介して、セルのインターコネクタ19に電
気的に接続されている。第2集電板7は、Niフェルト
3を介して、セルの外面電極17に電気的に接続されて
いる。したがって、第1集電板5にはセル全体のプラス
出力電圧が、第2集電板7にはセル全体のマイナス出力
電圧が出力される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のT−SOFCに
おいて、第1集電板5及び第2集電板7はニッケル等に
より構成している。これらの集電板5、7は、円筒状を
した発電セル1の軸方向の大部分において、Niフェル
ト3を介してセルに接触している。運転温度(約100
0℃)への昇温や運転温度から常温への冷却の際に、発
電セルとニッケル製の集電板は線膨張係数が異なるた
め、発電セルと集電板の延びあるいは縮み量が異なる。
なお、典型的なセルの線膨張率は であり、ニ
ッケルのよりもかなり低い。そのため、集電板はNiフ
ェルトを介してセルに引張力や圧縮力を加え、セルに熱
応力が生じることになる。この結果、発電セルにクラッ
クが生じ、燃料電池の耐久性及び信頼性を低下させてい
る。
おいて、第1集電板5及び第2集電板7はニッケル等に
より構成している。これらの集電板5、7は、円筒状を
した発電セル1の軸方向の大部分において、Niフェル
ト3を介してセルに接触している。運転温度(約100
0℃)への昇温や運転温度から常温への冷却の際に、発
電セルとニッケル製の集電板は線膨張係数が異なるた
め、発電セルと集電板の延びあるいは縮み量が異なる。
なお、典型的なセルの線膨張率は であり、ニ
ッケルのよりもかなり低い。そのため、集電板はNiフ
ェルトを介してセルに引張力や圧縮力を加え、セルに熱
応力が生じることになる。この結果、発電セルにクラッ
クが生じ、燃料電池の耐久性及び信頼性を低下させてい
る。
【0010】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、集電板と円筒セルの熱応力を緩和でき、耐
久性及び信頼性に優れたT−SOFCを提供することを
目的とする。
れたもので、集電板と円筒セルの熱応力を緩和でき、耐
久性及び信頼性に優れたT−SOFCを提供することを
目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の燃料電池は、 多層円筒状に積層された空
気極、固体電解質層及び燃料極と、 空気極又は燃料極
のうち内面側の電極と電気的に接続され、円筒外面に表
出するインターコネクタと、 を有する複数の円筒型セ
ルの集合体を備え、 該セル集合体は、隣り合うセルの
外面の電極(外面電極)とインターコネクタとが接して
配列されている固体電解質型燃料電池であって、 さら
に上記セルのインターコネクタあるいは外面電極に接触
する集電板を備え、 該集電板に、上記セルの軸方向へ
の熱膨張を抑制する処置が施されていることを特徴とす
る。
め、本発明の燃料電池は、 多層円筒状に積層された空
気極、固体電解質層及び燃料極と、 空気極又は燃料極
のうち内面側の電極と電気的に接続され、円筒外面に表
出するインターコネクタと、 を有する複数の円筒型セ
ルの集合体を備え、 該セル集合体は、隣り合うセルの
外面の電極(外面電極)とインターコネクタとが接して
配列されている固体電解質型燃料電池であって、 さら
に上記セルのインターコネクタあるいは外面電極に接触
する集電板を備え、 該集電板に、上記セルの軸方向へ
の熱膨張を抑制する処置が施されていることを特徴とす
る。
【0012】集電板の熱膨張を抑制する処置の一例とし
て、集電板をセル軸方向に分割することができる。ま
た、隣り合う円筒型セルのインターコネクタと外面電極
との間に中間集電板を配し、この中間集電板をセル軸方
向に分割することとしてもよい。さらに、分割された各
々の集電板を、セルの線膨張係数に近い材料で相互に連
結してもよい。
て、集電板をセル軸方向に分割することができる。ま
た、隣り合う円筒型セルのインターコネクタと外面電極
との間に中間集電板を配し、この中間集電板をセル軸方
向に分割することとしてもよい。さらに、分割された各
々の集電板を、セルの線膨張係数に近い材料で相互に連
結してもよい。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の1実施例に係る
T−SOFCの構造を示す図である。(A)はセル集合
体の模式的断面図であり、(B)は集電板の正面図であ
る。図2の従来例のSOFCと同様の部分は同一の符号
で示されている。この燃料電池の特徴は、集電板35、
36、37が、図1(B)に示すように、スリット39
によって長手方向で分割されていることである。分割さ
れた集電板は集電に寄与しない端部で、柱41によって
連結されている。
T−SOFCの構造を示す図である。(A)はセル集合
体の模式的断面図であり、(B)は集電板の正面図であ
る。図2の従来例のSOFCと同様の部分は同一の符号
で示されている。この燃料電池の特徴は、集電板35、
36、37が、図1(B)に示すように、スリット39
によって長手方向で分割されていることである。分割さ
れた集電板は集電に寄与しない端部で、柱41によって
連結されている。
【0014】本実施例の中間集電板36は、Ni合金等
製であり、薄い板状の平板部は、その一面(図の上面)
がNiフェルト3を介して、上段列の発電セル1の外面
電極(燃料極)17と接している。平板部の他の一面
(図の下面)は、下段列の発電セル1のインターコネク
タ19とNiフェルト3を介し接触している。そのた
め、該外面電極17と該インターコネクタ19とは電気
的に接続されており、上下の列の発電セル1は直列に接
続されていることになる。
製であり、薄い板状の平板部は、その一面(図の上面)
がNiフェルト3を介して、上段列の発電セル1の外面
電極(燃料極)17と接している。平板部の他の一面
(図の下面)は、下段列の発電セル1のインターコネク
タ19とNiフェルト3を介し接触している。そのた
め、該外面電極17と該インターコネクタ19とは電気
的に接続されており、上下の列の発電セル1は直列に接
続されていることになる。
【0015】中間集電板36はNi合金等の導電性材質
であり、上下列の各発電セル1間に延びるように設けら
れている。したがって、横の列の各発電セル1は、中間
集電板36によって、並列に接続されていることとな
る。このように構成することの利点としては、図2に示
されている、横列の発電セルを並列に接続するためのN
iフェルト3´が不要となるため、Niフェルト3´と
接触することにより発電反応が不良となるような電池部
分がなくなって、SOFCの発電性能(発電量)が向上
することである。
であり、上下列の各発電セル1間に延びるように設けら
れている。したがって、横の列の各発電セル1は、中間
集電板36によって、並列に接続されていることとな
る。このように構成することの利点としては、図2に示
されている、横列の発電セルを並列に接続するためのN
iフェルト3´が不要となるため、Niフェルト3´と
接触することにより発電反応が不良となるような電池部
分がなくなって、SOFCの発電性能(発電量)が向上
することである。
【0016】各集電板35、36、37は、図1(B)
に示すように、セルの軸方向(縦)にいくつかに分割さ
れている。そして、横方向端部において、柱41に連結
されている。分割された個々の集電板の間は、スリット
39(空間)が存在する。柱41は、セルとほぼ同じ線
膨張率を有するコバール(CO 合金)等の棒で
ある。柱と集電板は溶接等により連結される。なお、柱
41の厚さは集電板35、36、37の厚さと同じ程度
でもよい。
に示すように、セルの軸方向(縦)にいくつかに分割さ
れている。そして、横方向端部において、柱41に連結
されている。分割された個々の集電板の間は、スリット
39(空間)が存在する。柱41は、セルとほぼ同じ線
膨張率を有するコバール(CO 合金)等の棒で
ある。柱と集電板は溶接等により連結される。なお、柱
41の厚さは集電板35、36、37の厚さと同じ程度
でもよい。
【0017】集電板を、たとえば10分割にすると、集
電板と発電セルとの昇降温の際の伸び縮み量の差は1/
10に緩和される。このためセルに与える熱応力は大幅
に少なくなり、セルにクラック等の破損を生じさせる可
能性が低くなる。さらに、分割された集電板を端部で連
結することにより、集電板取り付け時のハンドリング
も、従来の一体型の集電板と同程度に容易になる。
電板と発電セルとの昇降温の際の伸び縮み量の差は1/
10に緩和される。このためセルに与える熱応力は大幅
に少なくなり、セルにクラック等の破損を生じさせる可
能性が低くなる。さらに、分割された集電板を端部で連
結することにより、集電板取り付け時のハンドリング
も、従来の一体型の集電板と同程度に容易になる。
【0018】なお、柱の材質例として挙げたコバールは
酸化して表面に被膜を生じる。そのため、表面の電気抵
抗が大きくなる。しかしながら、この柱は、集電には寄
与しない集電板の端部に取り付けるので集電の障害には
ならない。
酸化して表面に被膜を生じる。そのため、表面の電気抵
抗が大きくなる。しかしながら、この柱は、集電には寄
与しない集電板の端部に取り付けるので集電の障害には
ならない。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、集電板を分割することにより集電板の伸び縮
みの絶対量が小さくなる。したがって、Niフェルトを
介して集電板がセルを伸ばしたり縮めたりする方向に働
く力も小さくなり、セルへの熱応力を緩和でき、セル破
損等の可能性を低くできる。そのため、燃料電池の耐久
性、信頼性を向上できる。さらに、分割することによる
ハンドリングの低下は、端部をセルの線膨張係数に近い
材料で連結することとすれば、分割の効果を失うことな
く改善できる。
によれば、集電板を分割することにより集電板の伸び縮
みの絶対量が小さくなる。したがって、Niフェルトを
介して集電板がセルを伸ばしたり縮めたりする方向に働
く力も小さくなり、セルへの熱応力を緩和でき、セル破
損等の可能性を低くできる。そのため、燃料電池の耐久
性、信頼性を向上できる。さらに、分割することによる
ハンドリングの低下は、端部をセルの線膨張係数に近い
材料で連結することとすれば、分割の効果を失うことな
く改善できる。
【図1】本発明の1実施例に係るT−SOFCの構造を
示す図である。(A)はセル集合体の模式的断面図であ
り、(B)は集電板の正面図である。
示す図である。(A)はセル集合体の模式的断面図であ
り、(B)は集電板の正面図である。
【図2】従来のT−SOFCの断面構造例を模式的に示
す図である。
す図である。
1 円筒型発電セル 2 セル集合体 3 Niフェルト 5、7 集電板 10 空気流路 11 支持管 13 空気極 15 固体電解質
層 17 燃料極 19 インターコ
ネクタ 35、36、37 集電板 39 スリット
41 柱
層 17 燃料極 19 インターコ
ネクタ 35、36、37 集電板 39 スリット
41 柱
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田尻 浩昭 福岡市南区塩原2丁目1番47号 九州電力 株式会社総合研究所内 (72)発明者 黒石 正宏 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 竹内 弘明 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 相沢 正信 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC06 CV06 CX09
Claims (4)
- 【請求項1】 多層円筒状に積層された空気極、固体電
解質層及び燃料極と、 空気極又は燃料極のうち内面側
の電極と電気的に接続され、円筒外面に表出するインタ
ーコネクタと、 を有する複数の円筒型セルの集合体を
備え、 該セル集合体は、隣り合うセルの外面の電極(外面電
極)とインターコネクタとが接して配列されている固体
電解質型燃料電池であって、 さらに、上記セルのインターコネクタあるいは外面電極
に接触する集電板を備え、 該集電板に、上記セルの軸方向への熱膨張を抑制する処
置が施されていることを特徴とする円筒型セルタイプ固
体電解質型燃料電池。 - 【請求項2】 上記集電板がセル軸方向に分割されてい
ることを特徴とする請求項1記載の円筒型セルタイプ固
体電解質型燃料電池。 - 【請求項3】 上記セル集合体が隣り合う円筒型セルの
インターコネクタと外面電極との間に接する中間集電板
を有し、 該中間集電板がセル軸方向に分割されていることを特徴
とする請求項1又は2記載の円筒型セルタイプ固体電解
質型燃料電池。 - 【請求項4】 上記セル軸方向に分割された各々の集電
板が、セルの線膨張係数に近い材料で相互に連結されて
いることを特徴とする請求項1、2又は3記載の円筒型
セルタイプ固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10234892A JP2000058089A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | 円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10234892A JP2000058089A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | 円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000058089A true JP2000058089A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=16977956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10234892A Pending JP2000058089A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | 円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000058089A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002260706A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-13 | Kyocera Corp | 燃料電池 |
AT503314B1 (de) * | 2006-02-27 | 2008-10-15 | Univ Muenchen Tech | Rohr- oder stabförmige brennstoffzelle, brennstoffzellensäule und brennstoffzellenstapelanordnung |
JP2018060718A (ja) * | 2016-10-06 | 2018-04-12 | 株式会社村田製作所 | 燃料電池スタック |
WO2020218334A1 (ja) * | 2019-04-24 | 2020-10-29 | 京セラ株式会社 | セル、セルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置 |
-
1998
- 1998-08-07 JP JP10234892A patent/JP2000058089A/ja active Pending
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