JP2000058101A - 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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- JP2000058101A JP2000058101A JP10231188A JP23118898A JP2000058101A JP 2000058101 A JP2000058101 A JP 2000058101A JP 10231188 A JP10231188 A JP 10231188A JP 23118898 A JP23118898 A JP 23118898A JP 2000058101 A JP2000058101 A JP 2000058101A
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- cylindrical
- cell
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数の発電セルからなる1ユニットの作製
時に、集電板を変形させることなく、平行に接続するこ
とにより、発電性能を向上させた円筒セルタイプ固体電
解質型燃料電池を提供する。 【解決手段】 本発明の燃料電池は、その1ユニット
の作製時に、剛性の高い平板を介して集電板に荷重を加
えた。また上記平板にスペーサを設けた。これにより、
集電板に荷重の集中がなくなり、変形を低減でき、対向
する集電板の平行度を向上することが可能となり、ユニ
ット間の接触不良を低減でき、高性能な燃料電池を提供
することが可能となった。
時に、集電板を変形させることなく、平行に接続するこ
とにより、発電性能を向上させた円筒セルタイプ固体電
解質型燃料電池を提供する。 【解決手段】 本発明の燃料電池は、その1ユニット
の作製時に、剛性の高い平板を介して集電板に荷重を加
えた。また上記平板にスペーサを設けた。これにより、
集電板に荷重の集中がなくなり、変形を低減でき、対向
する集電板の平行度を向上することが可能となり、ユニ
ット間の接触不良を低減でき、高性能な燃料電池を提供
することが可能となった。
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。特にセル間あるいはセルと集電板間を固定化
する際の方法を改良し集電板を含む複数セル一体品(ユ
ニット)の寸法精度を向上し、ユニット間の接触状況を
改善することで、発電効率を向上した円筒型セルタイプ
の固体電解質型燃料電池に関する。
の固体電解質型燃料電池(以下T−SOFCともいう)
に関する。特にセル間あるいはセルと集電板間を固定化
する際の方法を改良し集電板を含む複数セル一体品(ユ
ニット)の寸法精度を向上し、ユニット間の接触状況を
改善することで、発電効率を向上した円筒型セルタイプ
の固体電解質型燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】T−SOFCは、特公平1−59705
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−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−SOFC
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。
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−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−SOFC
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T−SOFCの構成材料、厚
さおよび製造方法は以下の通りである(Proc. of the 3
rd 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(Y2O3)、厚さ40μm、EV
D インターコネクタ:La(Sr)MnO3、厚さ40μ
m、EVD 燃料極:Ni−ZrO2(Y2O3)、厚さ100μm、
スラリーコート−EVD
さおよび製造方法は以下の通りである(Proc. of the 3
rd 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(Y2O3)、厚さ40μm、EV
D インターコネクタ:La(Sr)MnO3、厚さ40μ
m、EVD 燃料極:Ni−ZrO2(Y2O3)、厚さ100μm、
スラリーコート−EVD
【0004】上記にも示したようにたとえば25kW級
のもので1000本以上のセルを用いている。さらに大
型化を進めると使用するセル本数は増加する。このよう
な多数のセルを一体に直列、並列に接続するとシステム
全体の信頼性を下げることになる。また、メンテナンス
性も低下する。そこで、従来、10から20本程度のセ
ルを直列、並列に接続してユニット化し、このユニット
を多数接続することでシステムを構成している。
のもので1000本以上のセルを用いている。さらに大
型化を進めると使用するセル本数は増加する。このよう
な多数のセルを一体に直列、並列に接続するとシステム
全体の信頼性を下げることになる。また、メンテナンス
性も低下する。そこで、従来、10から20本程度のセ
ルを直列、並列に接続してユニット化し、このユニット
を多数接続することでシステムを構成している。
【0005】図3は従来の上記ユニットの製作方法の1
例である。図3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1
3,固体電解質15,燃料極17の4層構造になってい
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。発電セル1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
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。
例である。図3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1
3,固体電解質15,燃料極17の4層構造になってい
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。発電セル1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
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2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(または酸素)を流し、外面(燃料流路18)に
H2、CO等の燃料を流すと、上述の通り、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もプラスになる。
に加熱した状態で、セル1の内孔(空気流路10)に空
気(または酸素)を流し、外面(燃料流路18)に
H2、CO等の燃料を流すと、上述の通り、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もプラスになる。
【0007】セル集合体2におけるセル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。このセル集合体2および集電板5,7を高
温に加熱し、押付手段9により集電板5,7に荷重を加
えることによりNiフェルト3とセル1および集電板
5,7を焼結させ、ユニットを作製する。
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。このセル集合体2および集電板5,7を高
温に加熱し、押付手段9により集電板5,7に荷重を加
えることによりNiフェルト3とセル1および集電板
5,7を焼結させ、ユニットを作製する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図3では対向する集電
板5,7に挟まれた複数のセル1が押付手段9によって
押しつけられ、高温下でセル1同士あるいはセル1と第
1集電板5または第2集電板7が接続される。セル1は
図の紙面に垂直な方向に延びており、押付手段9もセル
長軸方向に複数設置されている。このとき押付手段9の
荷重のばらつきや、集電板の材質がニッケル等であり容
易に変形する、等のため、対向する集電板5,7の間隔
がセル長軸方向で一定にならない。これはユニットを多
数接続する際に接触不良等を引き起こしシステム全体の
発電量を低下させる。
板5,7に挟まれた複数のセル1が押付手段9によって
押しつけられ、高温下でセル1同士あるいはセル1と第
1集電板5または第2集電板7が接続される。セル1は
図の紙面に垂直な方向に延びており、押付手段9もセル
長軸方向に複数設置されている。このとき押付手段9の
荷重のばらつきや、集電板の材質がニッケル等であり容
易に変形する、等のため、対向する集電板5,7の間隔
がセル長軸方向で一定にならない。これはユニットを多
数接続する際に接触不良等を引き起こしシステム全体の
発電量を低下させる。
【0009】本発明は、上記従来の技術の問題を解決す
るものであり、複数の発電セルからなる1ユニットの作
製時に、集電板を変形させることなく、平行に接続する
ことにより、発電性能を向上させた円筒セルタイプ固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
るものであり、複数の発電セルからなる1ユニットの作
製時に、集電板を変形させることなく、平行に接続する
ことにより、発電性能を向上させた円筒セルタイプ固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の円筒型固体電解質燃料電池は、円筒状に形成
された空気極と、この空気極上に軸方向にのびるように
形成されたインターコネクタと、同じく空気極上に形成
された軸方向垂直断面においてインターコネクタの存在
しない空気極表面領域を覆う固体電解質膜と、この固体
電解質膜上に形成された燃料極と、を有する複数の円筒
型セルと、発電された電力を取り出すための集電板、お
よびこの集電板とセルとの電気的接続のための集電材
と、を備える円筒型固体電解質燃料電池であり、あらか
じめ複数のセルを集電板に電気的に接続したユニットを
多数接続することで構成される燃料電池であって、上記
ユニットの作製の固定化の際の荷重による、集電板の変
形の防止あるいは、対向する集電板の平行度を向上する
処置が施したことを特徴とする。
に本発明の円筒型固体電解質燃料電池は、円筒状に形成
された空気極と、この空気極上に軸方向にのびるように
形成されたインターコネクタと、同じく空気極上に形成
された軸方向垂直断面においてインターコネクタの存在
しない空気極表面領域を覆う固体電解質膜と、この固体
電解質膜上に形成された燃料極と、を有する複数の円筒
型セルと、発電された電力を取り出すための集電板、お
よびこの集電板とセルとの電気的接続のための集電材
と、を備える円筒型固体電解質燃料電池であり、あらか
じめ複数のセルを集電板に電気的に接続したユニットを
多数接続することで構成される燃料電池であって、上記
ユニットの作製の固定化の際の荷重による、集電板の変
形の防止あるいは、対向する集電板の平行度を向上する
処置が施したことを特徴とする。
【0011】集電板変形を防止する処置の一例として、
ユニットの作製の際、剛性の高い平板を介して集電板に
荷重を加えることができる。また対向する集電板の平行
度を向上する処置の一例として上記平板にスペーサを設
けることができる。
ユニットの作製の際、剛性の高い平板を介して集電板に
荷重を加えることができる。また対向する集電板の平行
度を向上する処置の一例として上記平板にスペーサを設
けることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明の1実施例に係る固
体電解質型燃料電池(SOFC)の1ユニットの作製時
の構造を示す断面図である。図3の従来例と同様の部分
は同一の符号で示されている。図1の特徴は平板21が
集電板5,7と押付手段9との間に設置されており、押
付手段9からの荷重が平板21を介してを集電板に加え
られていることである。この平板21を剛性の高い材
質、たとえば、緻密質のアルミナや耐熱合金等、とする
ことにより押付手段9からの荷重を集電板全体に分散す
ることができ、比較的柔らかいNi等でできた集電板を
変形させることなくユニットを作製することができる。
また、平板21を箱形にすることにより平板の重量をそ
れほど増加することなく曲げモーメントを高くすること
ができ、剛性を高めることができる。
体電解質型燃料電池(SOFC)の1ユニットの作製時
の構造を示す断面図である。図3の従来例と同様の部分
は同一の符号で示されている。図1の特徴は平板21が
集電板5,7と押付手段9との間に設置されており、押
付手段9からの荷重が平板21を介してを集電板に加え
られていることである。この平板21を剛性の高い材
質、たとえば、緻密質のアルミナや耐熱合金等、とする
ことにより押付手段9からの荷重を集電板全体に分散す
ることができ、比較的柔らかいNi等でできた集電板を
変形させることなくユニットを作製することができる。
また、平板21を箱形にすることにより平板の重量をそ
れほど増加することなく曲げモーメントを高くすること
ができ、剛性を高めることができる。
【0013】さらに、この平板21に、図1に示すよう
にスペーサ22を取り付ける。ここでスペーサは対向す
る集電板5,7の間隔を一定にするために設けられてい
るもので、具体的には平板に平面に垂直に立てたられた
耐熱合金(インコネルなど)製ピン、あるいは該ピンに
外挿したアルミナ管等である。このスペーサにより、押
付手段9からの荷重により対向する平板21間隔が狭ま
ったときに、対向する集電板5,7を所定の間隔以下に
はならないようにでき、セル長軸方向に複数のスペーサ
を設け、すべてのスペーサが対向する平板に当たったと
き対向する集電板5,7は平行にすることができる。
にスペーサ22を取り付ける。ここでスペーサは対向す
る集電板5,7の間隔を一定にするために設けられてい
るもので、具体的には平板に平面に垂直に立てたられた
耐熱合金(インコネルなど)製ピン、あるいは該ピンに
外挿したアルミナ管等である。このスペーサにより、押
付手段9からの荷重により対向する平板21間隔が狭ま
ったときに、対向する集電板5,7を所定の間隔以下に
はならないようにでき、セル長軸方向に複数のスペーサ
を設け、すべてのスペーサが対向する平板に当たったと
き対向する集電板5,7は平行にすることができる。
【0014】図2に直接集電板に押付手段からの荷重を
加える従来法の場合と、スペーサ付き平板(インコネル
製、箱形)を介して荷重を加える本発明によるときの、
完成したユニットの対向する集電板の間隔を示す。この
ときのセルは3並列3直列に接続されていた。またこの
ときの集電板の反りは、従来法によるユニットでは8m
m/1100mm(全長)であり、本発明によるユニッ
トでは1.2mm/1100mm(全長)であった。
加える従来法の場合と、スペーサ付き平板(インコネル
製、箱形)を介して荷重を加える本発明によるときの、
完成したユニットの対向する集電板の間隔を示す。この
ときのセルは3並列3直列に接続されていた。またこの
ときの集電板の反りは、従来法によるユニットでは8m
m/1100mm(全長)であり、本発明によるユニッ
トでは1.2mm/1100mm(全長)であった。
【0015】図2から対向する集電板の間隔のばらつき
が±1%以内であり、それぞれに集電板の反りが全長に
対して0.5%以下(本実施例では0.11%)になっ
ている。この結果からも明らかなように、一体化された
ユニットの集電板は変形が大幅に改善され、対向する集
電板の平行度も高いものとなる。これにより複数のユニ
ットを接続する燃料電池において、該ユニット間の接触
不良が低減でき、高性能な燃料電池を提供できる。
が±1%以内であり、それぞれに集電板の反りが全長に
対して0.5%以下(本実施例では0.11%)になっ
ている。この結果からも明らかなように、一体化された
ユニットの集電板は変形が大幅に改善され、対向する集
電板の平行度も高いものとなる。これにより複数のユニ
ットを接続する燃料電池において、該ユニット間の接触
不良が低減でき、高性能な燃料電池を提供できる。
【0016】さらに、押付手段9にはインコネル棒と該
棒に荷重を加えるバネとを組み合わせたものを用いた。
該押付手段9を低温部まで露出させることにより、該イ
ンコネル棒の変位量を観測することにより、高温部にあ
る集電板の変位量を観測することもできる。また、押付
手段としては、セル配置を横置きとし(集電板を上下に
する)上部集電板に平らな面を持つ重りを乗せることで
も同様の効果が得られる。
棒に荷重を加えるバネとを組み合わせたものを用いた。
該押付手段9を低温部まで露出させることにより、該イ
ンコネル棒の変位量を観測することにより、高温部にあ
る集電板の変位量を観測することもできる。また、押付
手段としては、セル配置を横置きとし(集電板を上下に
する)上部集電板に平らな面を持つ重りを乗せることで
も同様の効果が得られる。
【0017】
【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、複数のセルからなるユニットを作製する際、
剛性の高い平板を介して荷重を加え、さらに平板にスペ
ーサを設置することにより、該ユニットの対向する集電
板を変形なく平行に接続することができ、多数のユニッ
トを接続する際の接触不良を低減でき、高性能な燃料電
池の作成が可能になった。
によれば、複数のセルからなるユニットを作製する際、
剛性の高い平板を介して荷重を加え、さらに平板にスペ
ーサを設置することにより、該ユニットの対向する集電
板を変形なく平行に接続することができ、多数のユニッ
トを接続する際の接触不良を低減でき、高性能な燃料電
池の作成が可能になった。
【図1】本発明の1実施例に係る燃料電池の1ユニット
の作製時の構造を示す断面図である。
の作製時の構造を示す断面図である。
【図2】従来法に係る燃料電池の1ユニットと本発明の
1実施例に係る燃料電池の1ユニットの対向する集電板
の間隔を示すグラフである。
1実施例に係る燃料電池の1ユニットの対向する集電板
の間隔を示すグラフである。
【図3】従来の燃料電池構造を1ユニットの作製時の構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
1 発電セル 2 発電セル集合体 3 Niフェルト 5 第1集電板 7 第2集電板 8 固定構造物 9 押付手段 10 空気流路 11 支持管 13 内面電極 15 固体電解質層 17 外面電極 18 燃料流路 19 インターコネクタ 21 平板 22 スペーサ
Claims (5)
- 【請求項1】 円筒状に形成された空気極と、この空気
極上に軸方向にのびるように形成されたインターコネク
タと、同じく空気極上に形成された軸方向垂直断面にお
いてインターコネクタの存在しない空気極表面領域を覆
う固体電解質膜と、この固体電解質膜上に形成された燃
料極と、を有する複数の円筒型セルと、発電された電力
を取り出すための集電板、およびこの集電板とセルとを
電気的に接続するための集電材と、を備える円筒型固体
電解質燃料電池であり、あらかじめ複数のセルを集電板
に電気的に接続したユニットを多数接続することで構成
される燃料電池であって、上記ユニットの作製の固定化
の際の荷重による、集電板の変形の防止あるいは、対向
する集電板の平行度を向上する処置が施したことを特徴
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】 上記ユニットの作製の際、剛性の高い平
板を介して集電板に荷重を加えること特徴とする請求項
1の円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池。 - 【請求項3】 上記の剛性の高い平板にスペーサを設け
たこと特徴とする請求項2の円筒型セルタイプ固体電解
質型燃料電池。 - 【請求項4】 上記の剛性の高い平板がセラミックス製
あるいは箱形の耐熱合金製であることを特徴とする請求
項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5】 上記の固定化の際の荷重を、重りにより
加えることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の円
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 |
---|---|---|---|
JP10231188A JP2000058101A (ja) | 1998-08-03 | 1998-08-03 | 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 |
---|---|---|---|
JP10231188A JP2000058101A (ja) | 1998-08-03 | 1998-08-03 | 円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000058101A true JP2000058101A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=16919719
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10231188A Pending JP2000058101A (ja) | 1998-08-03 | 1998-08-03 | 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) | JP2000058101A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003109645A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-11 | Toto Ltd | 燃料電池システム |
WO2007018249A2 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Tubular fuel cell with integrated electrically conducting spacer and fuel cell module |
WO2008123576A1 (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Toto Ltd. | 固体酸化物形燃料電池 |
KR101303502B1 (ko) * | 2011-08-17 | 2013-09-03 | 삼성에스디아이 주식회사 | 고체산화물 연료전지 스택 |
JP2021022460A (ja) * | 2019-07-26 | 2021-02-18 | 森村Sofcテクノロジー株式会社 | 電気化学反応セルスタック |
-
1998
- 1998-08-03 JP JP10231188A patent/JP2000058101A/ja active Pending
Cited By (12)
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