JP2000294267A - Solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Solid electrolyte fuel cell

Info

Publication number
JP2000294267A
JP2000294267A JP11100714A JP10071499A JP2000294267A JP 2000294267 A JP2000294267 A JP 2000294267A JP 11100714 A JP11100714 A JP 11100714A JP 10071499 A JP10071499 A JP 10071499A JP 2000294267 A JP2000294267 A JP 2000294267A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
solid electrolyte
fuel cell
electrode layer
power generation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11100714A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Iijima
繁 飯島
Toru Shimamori
融 島森
Takafumi Oshima
崇文 大島
Takaharu Inoue
隆治 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP11100714A priority Critical patent/JP2000294267A/en
Publication of JP2000294267A publication Critical patent/JP2000294267A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte fuel cell having a remarkably low cell stack in comparison with a solid electrolyte fuel cell having a conventional separator structure, laminated layers with high density and a thin solid electrolyte layer and capable of excellently reducing an ohm loss. SOLUTION: This solid electrolyte fuel cell is formed by a power generating layer with a three layer structure comprising a fuel cell layer 11 provided on one surface of a solid electrolyte layer 10 having ion conductivity and an oxygen electrode layer provided on other surface, a conduction layer 14b with gas conductivity provided so as to sandwich the power generating layer and an isolation layer having electric conductivity although practically having no gas permeability.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質を用いて、
化学物質が有する化学エネルギーを電気化学的な反応に
よって電気エネルギーに変換する固体電解質型燃料電
池、特にはセルスタックの低背化に優れる固体電解質型
燃料電池に関する。
The present invention relates to a solid electrolyte,
The present invention relates to a solid oxide fuel cell that converts chemical energy of a chemical substance into electrical energy by an electrochemical reaction, and more particularly to a solid oxide fuel cell excellent in reducing the height of a cell stack.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体電解質型燃料電池の構造は、円筒型
と平板型の2種類が代表的である。このうち平板型は、
円筒型と比較してイオン伝導距離を短くとれるため、高
効率の発電が期待されている。
2. Description of the Related Art The structure of a solid oxide fuel cell is typically of two types, a cylindrical type and a flat type. Of these, the flat type is
Since the ion conduction distance can be shortened as compared with the cylindrical type, high efficiency power generation is expected.

【0003】平板型の固体電解質型燃料電池の代表的構
造を図1に示す。平板型の固体電解質型燃料電池は、平
板状の固体電解質1の一方の面に燃料電極(燃料極)2
が、他方の面に酸素電極(酸素極)3が配置されてお
り、この三層構造の発電層を電気導電性を有するガス不
透過性セパレータ4、5が区画する構造となっている。
FIG. 1 shows a typical structure of a plate-type solid oxide fuel cell. A flat solid electrolyte fuel cell has a flat solid electrolyte 1 on one surface of a fuel electrode (fuel electrode) 2.
However, an oxygen electrode (oxygen electrode) 3 is disposed on the other surface, and the gas-impermeable separators 4 and 5 having electrical conductivity partition the power generation layer having the three-layer structure.

【0004】上記構造を単セル(単電池)として扱う
が、材料強度等の問題から単セルの面積をあまり大きく
とることができない。そこで出力を得るために、単セル
を直列方向に積層するのが一般的である。この積層され
た電池はスタックと称される。平板型の固体電解質型燃
料電池の発電能力を高めるには、この単セルの多層化技
術の開発が重要である。
The above structure is treated as a single cell (single cell), but the area of the single cell cannot be made too large due to problems such as material strength. Therefore, in order to obtain an output, it is common to stack single cells in a series direction. This stacked battery is called a stack. In order to increase the power generation capacity of a flat solid electrolyte fuel cell, it is important to develop a single cell multilayer technology.

【0005】図1を見てわかるように、セパレータ4、
5には燃料ガスや空気を通過させるための通流路が必要
である。一方、セパレータ及び固体電解質には単セルの
スタック時にかかる荷重に耐え得るだけの機械的強度も
要求される。上記の通流路を設けた上にスタックに耐え
得る機械的強度を確保するために、セパレータ及び固体
電解質には積層方向に厚みが必要となる。また、機械的
強度を確保するために固体電解質やセパレータを厚くし
た結果、セルのオーム損が増加する問題がある。セルス
タックの低背化と電池性能の向上を図る上で、このセパ
レータと固体電解質の厚みを減らすことが重要課題であ
る。
[0005] As can be seen from FIG.
5 requires a passage for passing fuel gas and air. On the other hand, the separator and the solid electrolyte are also required to have mechanical strength enough to withstand the load applied during stacking of the single cells. The separator and the solid electrolyte need to have a thickness in the laminating direction in order to secure the mechanical strength that can withstand the stack in addition to the provision of the flow passage. In addition, as a result of increasing the thickness of the solid electrolyte or the separator in order to secure mechanical strength, there is a problem that the ohmic loss of the cell increases. In order to reduce the height of the cell stack and improve the battery performance, it is important to reduce the thickness of the separator and the solid electrolyte.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、セル
スタックの低背化とセルのオーム損の低減化に優れる固
体電解質型燃料電池を提供することにある。より具体的
には、従来のセパレータ構造を有する固体電解質型燃料
電池と比較して飛躍的な低背化と高密度積層化を実現し
た固体電解質型燃料電池を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell which is excellent in reducing the height of the cell stack and reducing the ohmic loss of the cell. More specifically, it is an object of the present invention to provide a solid electrolyte fuel cell that has achieved a remarkable reduction in height and a high-density lamination as compared with a solid electrolyte fuel cell having a conventional separator structure.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、固体
電解質型燃料電池の最上層に形成される気体透過性を実
質的に有しないが電子導電性を有する上部隔離層(15
a)をEUと、固体電解質型燃料電池の最下層に形成さ
れる気体透過性を実質的に有しないが電子導電性を有す
る下部隔離層(15a)をELと、イオン導電性を有す
る固体電解質層(10)と、該固体電解質層の一面に設
けられた燃料電極層(11)と、他方の面に設けられた
空気電極層(12)とから形成される三層構造の発電層
(13a)をWaと、イオン導電性を有する固体電解質
層(10)の上記一面側に設けられた空気電極層(1
2)と、上記他方の面側に設けられた燃料電極層(1
1)とから形成される三層構造の発電層(13b)をW
bと、上記発電層(13)を挟むように形成された気体
透過性を有する通流層(14)をPとを所定の配列に従
って積層したスタックから構成される固体電解質型燃料
電池を要旨とする。本発明を図3乃至図17に示すー構
造例を用いて以下に説明する。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an upper isolation layer (15) having substantially no gas permeability but having electronic conductivity formed on the uppermost layer of a solid oxide fuel cell.
having a) a E U and a E L lower isolating layer (15a) that substantially no has an electron conductivity gas permeability are formed in the lowermost layer of the solid electrolyte type fuel cell, the ionic conductivity A power generation layer having a three-layer structure formed of a solid electrolyte layer (10), a fuel electrode layer (11) provided on one surface of the solid electrolyte layer, and an air electrode layer (12) provided on the other surface. (13a) is defined as W a and the air electrode layer (1) provided on the one surface side of the solid electrolyte layer (10) having ionic conductivity.
2) and the fuel electrode layer (1) provided on the other surface side.
The power generation layer (13b) having a three-layer structure formed from
The gist of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell comprising a stack in which b and a gas-permeable flow-through layer (14) formed so as to sandwich the power generation layer (13) are stacked in accordance with a predetermined arrangement. I do. The present invention will be described below with reference to structural examples shown in FIGS.

【0008】図3乃至図6は、本発明の三層構造の発電
層13の一例を示す説明図である。固体電解質層10の
一面に燃料電極層11が設けられ、もう一方の面には空
気電極層12が設けられ、三層構造の発電層13が形成
される。ここでは、説明の便宜のため、図3及び図4の
構成の発電層をWa(13a)、図5及び図6の構成の
発電層をW(13b)、燃料電極層に対向する通流層
Pを14a、空気電極層に対向する通流層Pを14bと
したが、実際には逆の構成(例えば、Waが13b、W
が13a)であってもよい。ようするに、WaとW
とは固体電解質層10に対する燃料電極層11と空気電
極層12との形成面が逆であればよい。したがって、E
u側に通流層Pを介して空気電極層側が対向する構成で
あっても、所定の配列に従って積層されていれば足り
る。これは以下の説明においても同じである。
FIGS. 3 to 6 are explanatory views showing an example of the power generation layer 13 having a three-layer structure according to the present invention. The fuel electrode layer 11 is provided on one surface of the solid electrolyte layer 10, the air electrode layer 12 is provided on the other surface, and the power generation layer 13 having a three-layer structure is formed. Passing Here, for convenience of explanation, facing the power generation layer of the structure of Figures 3 and 4 W a (13a), the power generation layer of the structure of FIGS. 5 and 6 W b (13b), the fuel electrode layer Nagareso P and 14a, but a flowing layer P and 14b facing the air electrode layer, actually the opposite configuration (e.g., W a is 13b, W
b may be 13a). In short, W a and W b
What is necessary is that the formation surfaces of the fuel electrode layer 11 and the air electrode layer 12 with respect to the solid electrolyte layer 10 are opposite. Therefore, E
Even in a configuration in which the air electrode layer side is opposed to the u side via the flow layer P, it is sufficient if the air electrode layer side is laminated according to a predetermined arrangement. This is the same in the following description.

【0009】図7は本発明の燃料電池の単セル(16
a)の一例を示す説明図である。上記三層構造の発電層
(ここでは便宜上13aを用いる)の両面に気体透過性
を有する通流層14a及び14bが設けられ、更に、流
通層14a及び14bの両面に気体透過性を実質的に有
しないが電子導電性を有する隔離層15a及び15bが
設けられ、単セル16aが形成される。図8は、発電層
を上記13bとした場合の燃料電池の単セル(16b)
であり、各電極の形成面が16aと逆であること意外は
16aとまったく同じである。
FIG. 7 shows a single cell (16) of the fuel cell of the present invention.
It is explanatory drawing which shows an example of a). Gas-permeable flow layers 14a and 14b are provided on both surfaces of the three-layered power generation layer (here, 13a is used for convenience), and gas flow is substantially provided on both surfaces of the flow layers 14a and 14b. Isolation layers 15a and 15b, which do not have but have electronic conductivity, are provided to form a single cell 16a. FIG. 8 shows a single cell (16b) of a fuel cell when the power generation layer is 13b.
It is exactly the same as 16a except that the surface on which each electrode is formed is opposite to 16a.

【0010】このように本発明では、固体電解質型燃料
電池に必須の燃料ガスや空気を通過させるための通流路
を単なる空間として設けるのではなく、気体透過性を有
する通流層として積層形成する。通常の燃料電池におけ
る気体通流路は、セパレータや電極層に溝等を設けた
り、セパレータと電極層間に支持層を設けた空間が確保
されている。
As described above, according to the present invention, a flow passage for passing a fuel gas or air which is essential for a solid oxide fuel cell is not provided as a simple space, but is formed as a flow layer having gas permeability. I do. In a gas passage in a normal fuel cell, a space is provided in which a groove or the like is provided in a separator or an electrode layer, or a support layer is provided between a separator and an electrode layer.

【0011】「通流路」を単なる空間ではなく「通流
層」として積層形成することで、積層型セルの機械的強
度を高める効果を発揮する。通流層を補強材として併用
することで、固体電解質層の更なる薄型化を図ることが
できる。係る構成により、従来の固体電解質型燃料電池
と比較して飛躍的な低背化と高密度積層化及び固体電解
質層の薄型化による低オーム損を実現することができ
る。
By forming the “flow channel” as a “flow layer” instead of a mere space, the effect of increasing the mechanical strength of the stacked cell is exhibited. By using the flow layer as a reinforcing material, the thickness of the solid electrolyte layer can be further reduced. With such a configuration, it is possible to realize a drastic reduction in height, a high-density lamination, and a low ohmic loss due to a reduction in the thickness of the solid electrolyte layer, as compared with a conventional solid oxide fuel cell.

【0012】図9乃至図11は、本発明の一般式A(n
=1)の単セルのスタック(17)の一例を示す説明図
である。スタックとしては、上部隔離層EU(15a)
と、下部隔離層EL(15b)と、通流層P(14a及
び14b)と、発電層Wa(13a)及びWb(13b)
とを一般式Aの配列に従って積層した形となる。単セル
を多層に積層することでスタック全体の強度が上がるの
で、固体電解質層の厚みを薄型化できる。その結果、電
池のオーム損を低減することができる。
FIGS. 9 to 11 show the general formula A (n) of the present invention.
= 1) is an explanatory view showing an example of a single cell stack (17). The stack top isolation layer E U (15a)
, Lower isolation layer E L (15b), flow layer P (14a and 14b), power generation layers Wa (13a) and Wb (13b).
Are laminated according to the arrangement of the general formula A. By stacking single cells in multiple layers, the strength of the entire stack is increased, so that the thickness of the solid electrolyte layer can be reduced. As a result, ohmic loss of the battery can be reduced.

【0013】図12乃至図14は、本発明の一般式B
(n=1)の単セルのスタック(19)の一例を示す説
明図である。スタックとしては、上部隔離層EU(15
a)と、下部隔離層EL(15b)と、通流層P(14
a及び14b)と、発電層Wa(13a)及びWb(13
b)とを一般式Bの配列に従って積層した形となる。単
セルを多層に積層することでスタック全体の強度が上が
るので、固体電解質層の厚みを薄型化できる。その結
果、電池のオーム損を低減することができる。
FIGS. 12 to 14 show the general formula B of the present invention.
It is explanatory drawing which shows an example of the stack (19) of the single cell of (n = 1). The stack top isolation layer E U (15
a), the lower isolation layer E L (15b), and the flow layer P (14
a and 14b), the power generation layers Wa (13a) and Wb (13
b) are laminated according to the arrangement of general formula B. By stacking single cells in multiple layers, the strength of the entire stack is increased, so that the thickness of the solid electrolyte layer can be reduced. As a result, ohmic loss of the battery can be reduced.

【0014】本発明の一般式A(n=1)のセルスタッ
ク(17)の断面図を図10に、一般式B(n=1)の
セルスタック(19)の断面図を図13にそれぞれ示
す。各発電層(Wa及びWb)上に形成された燃料電極層
(11)側の通流層(14a)には燃料ガスが、空気電
極層(12)側の通流層P(14b)には空気が流され
る。
FIG. 10 is a sectional view of a cell stack (17) of the general formula A (n = 1) of the present invention, and FIG. 13 is a sectional view of a cell stack (19) of a general formula B (n = 1). Show. The fuel gas flows into the flow layer (14a) on the fuel electrode layer (11) side formed on each power generation layer (Wa and Wb), and the flow layer P (14b) on the air electrode layer (12) side. Air is swept away.

【0015】これらのセルスタック(17及び19)を
燃料電池として作動させるには、図11及び図14に示
すように、燃料ガス流入出口と空気流入出口とを分離す
る必要がある。すなわち、燃料ガス流入出面側では空気
流入出口を、また、空気流入出面側では燃料ガス流入出
口をそれぞれ閉鎖する必要がある。燃料ガス流入出口と
空気流入出口とを分離しなくては、電極間にガス濃淡差
が生じず、起電力が発生しないからである。分離・閉鎖
方法としては、例えば発電層の露出面を封止部材でシー
ルする方法が利用できる。封止部材としては、高温で作
動する電池の場合はガラスシールを、低温で作動する電
池の場合は樹脂封止を使用できる。
In order to operate these cell stacks (17 and 19) as fuel cells, it is necessary to separate the fuel gas inlet and outlet from the air inlet and outlet as shown in FIGS. That is, it is necessary to close the air inflow / outflow port on the fuel gas inflow / outflow side, and to close the fuel gas inflow / outflow port on the air inflow / outflow side. This is because, unless the fuel gas inflow port and the air inflow port are separated, there is no gas concentration difference between the electrodes, and no electromotive force is generated. As a method of separating and closing, for example, a method of sealing the exposed surface of the power generation layer with a sealing member can be used. As a sealing member, a glass seal can be used for a battery that operates at a high temperature, and a resin seal can be used for a battery that operates at a low temperature.

【0016】本発明の固体電解質燃料電池は、全ての燃
料電極層が電気的に短絡された状態でEUまたはELのい
ずれか一方に電気的に接続され、且つ、全ての空気電極
層が電気的に短絡された状態で上記燃料電極層が接続さ
れた方と異なるELまたはEUのいずれか一方に電気的に
接続される、いわゆる単セルの並列接続を形成する。係
る並列接続を構成することで、電池の容量を稼ぐことが
可能である。並列接続した固体電解質燃料電池を更に直
列接続して出力を上げることもできる。並列接続は、基
本的には外部端子を設けて行うが、セラミックパッケー
ジの分野で利用されているセラミック多層化技術を応用
して、セルスタックの内部或いは表面上で接続を取るこ
ともできる。
The solid electrolyte fuel cell of the present invention, all of the fuel electrode layer is electrically connected to one of E U or E L in a state of being electrically short-circuited, and, all of the air electrode layer It is electrically electrically connected to one of the shorted state different from the person who the fuel electrode layer is connected E L or E U, to form a parallel connection of a so-called single cell. By configuring such a parallel connection, it is possible to increase the capacity of the battery. The output can be increased by further connecting the solid electrolyte fuel cells connected in parallel in series. Although the parallel connection is basically performed by providing external terminals, the connection can be made inside or on the surface of the cell stack by applying a ceramic multilayering technique used in the field of ceramic packages.

【0017】本発明の固体電解質層には、公知のセラミ
ック系固体電解質及び高分子系固体電解質を用いること
ができる。請求項4の発明のように、酸化物イオン導電
性固体電解質、プロトン導電性固体電解質のいずれを用
いることができる。本発明のセルは多層化により全体的
強度を確保できるので、固体電解質層の厚みを従来より
も薄く設定できる。また、固体電解質の厚みを薄くする
ことでオーム損を低減できるので、電池の高性能化を図
る効果も得られる。
For the solid electrolyte layer of the present invention, known ceramic solid electrolytes and polymer solid electrolytes can be used. As in the invention of claim 4, any of an oxide ion conductive solid electrolyte and a proton conductive solid electrolyte can be used. Since the overall strength of the cell of the present invention can be ensured by multi-layering, the thickness of the solid electrolyte layer can be set smaller than before. In addition, since the ohmic loss can be reduced by reducing the thickness of the solid electrolyte, an effect of improving the performance of the battery can be obtained.

【0018】セラミック系固体電解質を用いる場合は、
請求項2の発明のように、上記EU、EL、Wa、Wb、P
が同時焼成により一体形成されたセラミックス主体の焼
結体で作製するのが望ましい。各部材の材料をドクター
ブレード法等の公知の技術を用いてグリーンシート化
し、熱圧着等で一体積層化する。有機バインダ分を加熱
炉で脱いた後、同時焼成することによりセルスタックが
完全に一体化される。同時焼成技術を用いることで、セ
ルスタックの薄型化と強度向上を両立させることが可能
である。電極材料については、グリーンシート化して積
層しても良いが、ペースト状にして公知のスクリーン印
刷技術を用いて固体電解質のグリーンシート上に印刷し
た後積層して同時焼成にて形成しても良い。
When using a ceramic solid electrolyte,
As in the invention of claim 2, said E U, E L, W a , W b, P
Is desirably made of a ceramic-based sintered body integrally formed by simultaneous firing. The material of each member is formed into a green sheet using a known technique such as a doctor blade method, and is integrally laminated by thermocompression bonding or the like. After removing the organic binder in a heating furnace, the cell stack is completely integrated by simultaneous firing. By using the co-firing technique, it is possible to achieve both reduction in the thickness of the cell stack and improvement in the strength. The electrode material may be formed into a green sheet and laminated. Alternatively, the paste may be formed into a paste, printed on a solid electrolyte green sheet using a known screen printing technique, and then laminated and fired simultaneously. .

【0019】焼成に際しては、通流層の通流性を阻害し
ない範囲でセルスタックに圧力をかけながら焼成するこ
とができる。セルスタックと反応性を有しない素材から
なる板状体で圧力をかけて挟みながら焼成する方法が挙
げられる。係る加圧焼成により、セルスタックの平坦性
を高めることができる。セルスタックの反りの発生を抑
えることで、スタック時や電池作動時にセルの反り部に
かかる応力集中等を緩和することができる。
During firing, firing can be performed while applying pressure to the cell stack within a range that does not impair the flowability of the flow layer. A method of baking while applying pressure to a plate made of a material having no reactivity with the cell stack is used. By such pressure baking, the flatness of the cell stack can be improved. By suppressing the occurrence of warpage of the cell stack, stress concentration or the like applied to the warped portion of the cell during stacking or operation of the battery can be reduced.

【0020】セラミック系の酸化物イオン導電性固体電
解質としては、Y23−ZrO2等のいわゆるYSZ系
(具体例;(ZrO20.92(Y230.08)、(L
a,Sr)(Ga,Mg)O3等のいわゆるLaGaO3
系(具体例;La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.23)、S
23−CeO2系(具体例;(SmO1.5)(Ce
2 0.9)、Gd23−CeO2系、Y23−CeO
2系、Sc23−ZrO2系等を用いることができる。
Ceramic oxide ion conductive solid electrolyte
The resolution is YTwoOThree-ZrOTwoSo-called YSZ system
(Specific example; (ZrOTwo)0.92(YTwoOThree)0.08), (L
a, Sr) (Ga, Mg) OThreeSo-called LaGaOThree
System (specific examples; La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2OThree), S
mTwoOThree-CeOTwo(Specific examples; (SmO1.5) (Ce
OTwo) 0.9), GdTwoOThree-CeOTwoSystem, YTwoOThree-CeO
TwoSystem, ScTwoOThree-ZrOTwoA system or the like can be used.

【0021】セラミック系のプロトン導電性固体電解質
としては、例えばSrCe0.95Yb 0.053−σ等を用
いることができる。また、セラミック系の混合イオン導
電性固体電解質としては、例えばBaCe0.80.2
3−σや、遷移金属添加型のLaGaO3系材料である
(La,Sr)(Ga,Ni)O3等の混合イオン導電
体等を用いることができる。
Ceramic-based proton conductive solid electrolyte
As, for example, SrCe0.95Yb 0.05O3−σUse
Can be. In addition, mixed ion conductive ceramics
As the conductive solid electrolyte, for example, BaCe0.8Y0.2O
3−σOr a transition metal-added LaGaOThreeSystem material
(La, Sr) (Ga, Ni) OThreeMixed ionic conductivity such as
A body or the like can be used.

【0022】高分子系の固体電解質を用いる場合は、シ
ート状に加工した上記EU、EL、W a、Wb、Pを熱圧着
等の公知の技術を用いて一体積層化する方法が好まし
い。多層に積層することで、セルスタックの薄型化と強
度向上を両立させることが可能である。
When a polymer-based solid electrolyte is used,
The above E processed into a sheet shapeU, EL, W a, Wb, P thermocompression
It is preferable to use a known lamination method using a known technique such as
No. By stacking multiple layers, the cell stack can be made thinner and stronger.
It is possible to achieve both improvement in degree.

【0023】高分子系の固体電解質としては、イオン交
換性樹脂、特にはカチオン交換性樹脂を用いることがで
きる。例えばパーフルオロカーボンスルホン酸(PFS
A)イオン交換膜のようなフッ素樹脂型スルホン酸ポリ
マー等のプロトン導電性ポリマを用いることができる。
具体例としては、Nafion(登録商標、Du Po
nt社製)やDOW膜(通称、Dow Chemica
l社製)が挙げられる。
As the polymer-based solid electrolyte, an ion exchange resin, particularly a cation exchange resin can be used. For example, perfluorocarbon sulfonic acid (PFS)
A) A proton conductive polymer such as a fluororesin type sulfonic acid polymer such as an ion exchange membrane can be used.
As a specific example, Nafion (registered trademark, Du Po)
nt) and a DOW film (commonly known as Dow Chemical)
l company).

【0024】本発明の燃料電極としては、公知の材料を
用いることができる。セラミック系では、Ni−YS
Z、Ru−YSZ等を用いることができる。高分子系で
は、カーボン微粒子に白金触媒を担持させた電極を用い
ることができる。
Known materials can be used as the fuel electrode of the present invention. In ceramics, Ni-YS
Z, Ru-YSZ, or the like can be used. In the polymer system, an electrode in which a platinum catalyst is supported on carbon fine particles can be used.

【0025】本発明の空気電極としては、公知の材料を
用いることができる。セラミック系では、(La,S
r)MnO3、(La,Sr)(Mn,Co)O3等のラ
ンタンストロンチウムマンガネート系(いわゆるLSM
系)や(La,Sr)(Fe,Co)O3等を用いるこ
とができる。高分子系では、カーボン微粒子に白金触媒
を担持させた電極を用いることができる。
As the air electrode of the present invention, known materials can be used. In the ceramic system, (La, S
r) Lanthanum strontium manganate such as MnO 3 and (La, Sr) (Mn, Co) O 3 (so-called LSM
(La), (La, Sr) (Fe, Co) O 3, and the like. In the polymer system, an electrode in which a platinum catalyst is supported on carbon fine particles can be used.

【0026】請求項6の発明のように、電極層は固体電
解質層との界面において気相、電極、電解質の三相界面
を形成することが望ましい。ここにいう「三相界面(T
hree Phaze Boundary)」とは、図
2に示すように、電極(6)と電解質(7)と気相
(8)で構成される相(9)をいう。多孔質電極におけ
る単位面積当たりの三相界面長が減少すると過電圧が増
大ので、電極材料は経時変化による三相界面長の変化が
少ない安定したものを選択するのが望ましい。
It is desirable that the electrode layer forms a three-phase interface between the gas phase, the electrode, and the electrolyte at the interface with the solid electrolyte layer. The "three-phase interface (T
As shown in FIG. 2, “phase phase boundary” means a phase (9) composed of an electrode (6), an electrolyte (7), and a gas phase (8). When the three-phase interface length per unit area in the porous electrode decreases, the overvoltage increases. Therefore, it is desirable to select a stable electrode material having a small change in the three-phase interface length with time.

【0027】本発明の通流層は、請求項4の発明のよう
に、連通した気孔を有する多孔質体によって形成される
のが好ましい。通流層は、燃料ガスや空気を通す気体通
流性が必要だからである。本発明のセルは、多層化によ
りセルに全体的な強度を持たせることができるので、多
孔質体からなる通流層を挟んでも強度面で問題はない。
The flow layer according to the present invention is preferably formed by a porous body having communicating pores, as in the invention of claim 4. This is because the gas flow layer needs to have gas flowability for passing fuel gas and air. In the cell of the present invention, since the cell can be given overall strength by multi-layering, there is no problem in terms of strength even if a flow layer made of a porous body is interposed.

【0028】本発明の通流層としては、公知の材料を用
いることができる。セラミック系の場合は、固体電解質
と同時焼成しやすいことが条件となる。Y23−ZrO
2等のいわゆるYSZ系を固体電解質に用いた場合は、
多孔体YSZを用いることが望ましい。基本的には同材
質の多孔体が理想であるが、焼結挙動の差が極端でなけ
れば、上記の加圧焼成法を用いればセルスタックの反り
は防止できる。
Known materials can be used as the flow layer of the present invention. In the case of a ceramic material, the condition is that it is easy to co-fire with the solid electrolyte. Y 2 O 3 -ZrO
When a so-called YSZ system such as 2 is used for the solid electrolyte,
It is desirable to use a porous body YSZ. Basically, a porous body of the same material is ideal, but if the difference in sintering behavior is not extreme, the warpage of the cell stack can be prevented by using the above-described pressure firing method.

【0029】連通した気孔を有する多孔体を製造するに
は、通流層のグリーンシートを作製する際にスラリ中に
樹脂製ビーズ等を添加すればよい。係る樹脂製ビーズは
有機バインダとともに樹脂抜き時に除去されるので、焼
結体中に連通した気孔を形成することができる。
In order to produce a porous body having interconnected pores, resin beads or the like may be added to the slurry when producing a green sheet for the flow layer. Since such resin beads are removed together with the organic binder when the resin is removed, pores communicating with the sintered body can be formed.

【0030】高分子系の場合は、経済性、軽量化、成形
性、耐熱性を加味して決定する。具体的には、PTFE
(ポリ四フッ化エチレン)、PVDF(ポリフッ化ビニ
リデン)等のフッ素系樹脂の多孔体、HDPE(高密度
ポリエチレン)、LDPE(低密度ポリエチレン)等の
PE(ポリエチレン)系樹脂の多孔体等を用いることが
できる。電池の作動条件によっては、ポリエチレンテレ
フタレート(PET)樹脂の多孔体、ポリイミド(P
I)樹脂の多孔体、ポリエーテルサルフォン(PES)
樹脂の多孔体、ポリフェニレンサルファイド(PPS)
樹脂の多孔体、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂の多
孔体、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂の
多孔体、芳香族性ポリエステル(LCP)樹脂の多孔
体、ジンジオタクチックポリスチレン(SPS)樹脂の
多孔体、フッ素−ポリエーテルサルフォン(PTFE−
PPS)アーロイ樹脂の多孔体等も用いることができ
る。
In the case of a polymer, it is determined in consideration of economy, weight reduction, moldability and heat resistance. Specifically, PTFE
(Polytetrafluoroethylene), a porous body of fluororesin such as PVDF (polyvinylidene fluoride), a porous body of PE (polyethylene) resin such as HDPE (high-density polyethylene), LDPE (low-density polyethylene), etc. be able to. Depending on the operating conditions of the battery, a porous body of polyethylene terephthalate (PET) resin, polyimide (P)
I) Porous resin, polyether sulfone (PES)
Porous resin, polyphenylene sulfide (PPS)
Resin porous body, polyetherimide (PEI) resin porous body, polyetheretherketone (PEEK) resin porous body, aromatic polyester (LCP) resin porous body, zindiotactic polystyrene (SPS) resin porous body Body, fluorine-polyethersulfone (PTFE-
A porous body of (PPS) alloy resin or the like can also be used.

【0031】請求項3の発明は、上記EU、EL、EM
a、P’が上記一般式Cに示される配列に従って積層
され同時焼成により一体形成されたセラミックス主体の
焼結体からなる固体電解質型燃料電池を要旨とする。上
記の請求項1の発明は、積層体の各単セルを並列接続す
るが、本発明は、気体透過性を実質的に有しないが電子
導電性を有する中間隔離層(15a)EMと電子導電性
と気体透過性とを兼備する通流層(14)をP’とを用
いて積層体の各単セルを直列接続するものである。
The invention of claim 3, the E U, E L, E M ,
The gist of the present invention is a solid oxide fuel cell comprising a ceramic-based sintered body in which W a and P ′ are laminated according to the arrangement shown in the general formula C and integrally formed by simultaneous firing. According to the first aspect of the present invention, each single cell of the laminate is connected in parallel. However, the present invention relates to an intermediate isolation layer (15a) E M having substantially no gas permeability but having electronic conductivity. Each single cell of the stacked body is connected in series using P 'as a flow layer (14) having both conductivity and gas permeability.

【0032】図15乃至図17は、本発明の一般式C
(n=1)の単セルのスタック(21)の一例を示す説
明図である。スタックとしては、上部隔離層EU(15
a)と、下部隔離層EL(15b)と、隔離層E(2
3)と、通流層P’(14a及び14b)と、発電層W
a(13a)及びWb(13b)とを一般式Cの配列に従
って積層した形となる。単セルを多層に積層することで
スタック全体の強度が上がるので、固体電解質層の厚み
を薄型化できる。その結果、電池のオーム損を低減する
ことができる。
FIGS. 15 to 17 show the general formula C of the present invention.
It is explanatory drawing which shows an example of the stack (21) of the single cell of (n = 1). The stack top isolation layer E U (15
and a), the lower isolation layer E L (15b), isolation layer E M (2
3), the flow layer P ′ (14a and 14b), and the power generation layer W
a (13a) and Wb (13b) are laminated according to the arrangement of the general formula C. By stacking single cells in multiple layers, the strength of the entire stack is increased, so that the thickness of the solid electrolyte layer can be reduced. As a result, ohmic loss of the battery can be reduced.

【0033】本発明の一般式C(n=1)のセルスタッ
ク(21)の断面図を図16に示す。各発電層(Wa及
びWb)上に形成された燃料電極層(11)側の通流層
(14a)には燃料ガスが、空気電極層(12)側の通
流層P(14b)には空気が流される。
FIG. 16 is a sectional view of the cell stack (21) of the general formula C (n = 1) of the present invention. The fuel gas flows into the flow layer (14a) on the fuel electrode layer (11) side formed on each power generation layer (Wa and Wb), and the flow layer P (14b) on the air electrode layer (12) side. Air is swept away.

【0034】このセルスタック(21)を燃料電池とし
て作動させるには、図17に示すように、燃料ガス流入
出口と空気流入出口とを分離する必要がある。すなわ
ち、燃料ガス流入出面側では空気流入出口を、また、空
気流入出面側では燃料ガス流入出口をそれぞれ閉鎖する
必要がある。燃料ガス流入出口と空気流入出口とを分離
しなくては、電極間にガス濃淡差が生じず、起電力が発
生しないからである。分離・閉鎖方法としては、例えば
発電層の露出面を封止部材でシールする方法が利用でき
る。封止部材としては、ガラスシール等を使用できる。
In order to operate this cell stack (21) as a fuel cell, it is necessary to separate the fuel gas inlet and outlet from the air inlet and outlet as shown in FIG. That is, it is necessary to close the air inflow / outflow port on the fuel gas inflow / outflow side, and to close the fuel gas inflow / outflow port on the air inflow / outflow side. This is because, unless the fuel gas inflow port and the air inflow port are separated, there is no gas concentration difference between the electrodes, and no electromotive force is generated. As a method of separating and closing, for example, a method of sealing the exposed surface of the power generation layer with a sealing member can be used. As a sealing member, a glass seal or the like can be used.

【0035】本発明の固体電解質燃料電池は、図15及
び図16に示すように、発電層(13a)を通流層P’
(14a及び14b)で挟んだ構造を中間隔離層E
L(23)を介してスタックする構成となっている。通
流層P’及び中間隔離層ELが共に電子導電性を有する
ため、請求項1の発明のように外部端子を設けなくと
も、セルスタックが直列接続できる。
As shown in FIGS. 15 and 16, the solid electrolyte fuel cell according to the present invention has a power generation layer (13a) and a flow through layer P '.
(14a and 14b) and the intermediate isolation layer E
It is configured to be stacked via L (23). Since the flowing layer P 'and the intermediate isolating layer E L has both electron conductivity, without providing the external terminal as in the invention of claim 1, the cell stack can be connected in series.

【0036】中間隔離層ELには、気体を実質的に透過
しない緻密性と電子導電性とを兼備することが要求され
る。固体電解質との同時焼成のマッチングを考慮して、
上記の燃料電極又は空気電極と同一の材質の緻密体を用
いることが望ましい。中間隔離層ELの片面は常に空気
に晒されるため、空気電極と同じ材質を用いる方が電池
の安定性の上から好ましい。
[0036] The intermediate isolation layer E L, it is required to combine the denseness and electronic conductivity that is substantially permeable to gases. Considering the co-firing with the solid electrolyte,
It is desirable to use a dense body of the same material as the above-mentioned fuel electrode or air electrode. Because one side of the intermediate isolating layer E L are constantly exposed to the air, better to use the same material as the air electrode is preferred over the stability of the battery.

【0037】通流層P’には、気体を通流可能な連通し
た気孔と電子導電性とを兼備することが要求される。固
体電解質との同時焼成のマッチングを考慮して、上記の
燃料電極又は空気電極と同一の材質の緻密体を用いるこ
とが望ましい。燃料が通流する側(14a)は燃料電極
と同じ材質の多孔体を用いることが焼成のマッチングの
点から好ましい。空気が通流する側(14b)は常に空
気に晒されるため、空気電極と同じ材質を用いる方が電
池の安定性の上から好ましい。中間隔離層EM及び通流
層P’以外の部分の材質については、請求項1の発明と
同様のものが使用できる。
The flow layer P 'is required to have both the communicating pores through which gas can flow and the electron conductivity. It is desirable to use a dense body of the same material as the above-mentioned fuel electrode or air electrode in consideration of matching of simultaneous firing with a solid electrolyte. It is preferable to use a porous body made of the same material as the fuel electrode on the side (14a) through which the fuel flows, from the viewpoint of firing matching. Since the side (14b) through which air flows is always exposed to air, it is preferable to use the same material as the air electrode from the viewpoint of battery stability. The material of the intermediate isolating layer E M and flowing layer P 'other portions, the same as the invention of claim 1 can be used.

【0038】請求項6の発明のように、電極層は固体電
解質層との界面において気相、電極、電解質の三相界面
を形成することが望ましい。ここにいう「三相界面(T
hree Phaze Boundary)」とは、図
2に示すように、電極(6)と電解質(7)と気相
(8)で構成される相(9)をいう。多孔質電極におけ
る単位面積当たりの三相界面長が減少すると過電圧が増
大ので、電極材料は経時変化による三相界面長の変化が
少ない安定したものを選択するのが望ましい。
It is desirable that the electrode layer forms a three-phase interface between the gas phase, the electrode and the electrolyte at the interface with the solid electrolyte layer. The "three-phase interface (T
As shown in FIG. 2, “phase phase boundary” means a phase (9) composed of an electrode (6), an electrolyte (7), and a gas phase (8). When the three-phase interface length per unit area in the porous electrode decreases, the overvoltage increases. Therefore, it is desirable to select a stable electrode material having a small change in the three-phase interface length with time.

【0039】[0039]

【実施例】(ZrO20.92(Y230.08なる組成比
のYSZ粉末65重量部にポリビニルブチラール10重
量部とトルエン−イソプロピルアルコール溶液を25重
量部添加してボールミルにて混合してドクターブレード
用のスラリを調整する。ドクダーブレード法により厚み
50μmのYSZ固体電解質グリーンシートの調整を完
了する。
EXAMPLE 10 parts by weight of polyvinyl butyral and 25 parts by weight of a toluene-isopropyl alcohol solution were added to 65 parts by weight of YSZ powder having a composition ratio of (ZrO 2 ) 0.92 (Y 2 O 3 ) 0.08 and mixed by a ball mill. Adjust the slurry for the doctor blade. The preparation of the YSZ solid electrolyte green sheet having a thickness of 50 μm is completed by the dokuda blade method.

【0040】次いで、固体電解質と同じ組成のYSZ4
0重量部にNiを60重量部添加して混合する。この混
合粉末65重量部にポリビニルブチラール10重量部と
トルエン−イソプロピルアルコール溶液を25重量部添
加してボールミルにて混合してドクターブレード用のス
ラリを調整する。ドクダーブレード法により厚み250
μmのYSZ隔離層グリーンシートの調整を完了する。
Next, YSZ4 having the same composition as the solid electrolyte
60 parts by weight of Ni is added to 0 parts by weight and mixed. To 65 parts by weight of the mixed powder, 10 parts by weight of polyvinyl butyral and 25 parts by weight of a toluene-isopropyl alcohol solution are added and mixed by a ball mill to prepare a slurry for a doctor blade. 250 thickness by dokuda blade method
Preparation of the μm YSZ isolation layer green sheet is completed.

【0041】次いで、固体電解質と同じ組成のYSZ4
0重量部にNiを60重量部添加して混合する。この混
合粉末70重量部にエチルセルロース10重量部とブチ
ルカルビトールアセテート20重量部を添加して3本ロ
ールミルにて混練して燃料電極用ペーストの調整を完了
する。
Next, YSZ4 having the same composition as the solid electrolyte
60 parts by weight of Ni is added to 0 parts by weight and mixed. To 70 parts by weight of the mixed powder, 10 parts by weight of ethyl cellulose and 20 parts by weight of butyl carbitol acetate are added and kneaded by a three-roll mill to complete the preparation of the fuel electrode paste.

【0042】次いで、La0.87Sr0.10MnO3の組成
比を有するランタンストロンチウムマンガネート(以
下、LSMと称する)粉末70重量部にエチルセルロー
ス10重量部とブチルカルビトールアセテート20重量
部を添加して3本ロールミルにて混練して空気電極用ペ
ーストの調整を完了する。
Then, 10 parts by weight of ethyl cellulose and 20 parts by weight of butyl carbitol acetate were added to 70 parts by weight of a lanthanum strontium manganate (hereinafter referred to as LSM) powder having a composition ratio of La 0.87 Sr 0.10 MnO 3 , and 3 The mixture is kneaded with a roll mill to complete the preparation of the air electrode paste.

【0043】固体電解質と同じ組成のYSZ粉末60重
量部にポリビニルブチラール10重量部とトルエン−イ
ソプロピルアルコール溶液25重量部とアクリル樹脂ビ
ーズ5重量部を添加してボールミルにて混合してドクタ
ーブレード用のスラリを調整する。ドクダーブレード法
により厚み400μmのYSZ通流層グリーンシートの
調整を完了する。
To 60 parts by weight of YSZ powder having the same composition as the solid electrolyte, 10 parts by weight of polyvinyl butyral, 25 parts by weight of a toluene-isopropyl alcohol solution, and 5 parts by weight of acrylic resin beads were added and mixed by a ball mill. Adjust the slurry. The preparation of a 400 μm thick YSZ flow-through layer green sheet is completed by the dokuda blade method.

【0044】YSZ固体電解質グリーンシートの一面に
燃料電極用ペーストをスクリーン印刷法にて塗布、乾燥
する。YSZ固体電解質グリーンシートの他方の面に空
気電極用ペーストをスクリーン印刷法にて塗布、乾燥し
て、発電層グリーンシートの調整を完了する。。
A paste for a fuel electrode is applied to one surface of the YSZ solid electrolyte green sheet by a screen printing method and dried. The air electrode paste is applied to the other surface of the YSZ solid electrolyte green sheet by a screen printing method and dried to complete the adjustment of the power generation layer green sheet. .

【0045】図9に示す層構成及び配列にしたがって、
発電層グリーンシートとYSZ通流層グリーンシートと
隔離層グリーンシートを順次圧着積層する。白金ペース
トで外部端子を印刷形成する。脱脂炉にて有機バインダ
を除去した後、1500℃で焼成する。得られた焼結体
に燃料電極と空気電極を分離するパターンでガラスペー
ストを印刷して900℃で焼き付ける。外部端子に白金
ワイヤー接合して、全ての燃料電極層を短絡させてEU
に接続し、次いで、全ての空気電極層を短絡させてEL
に接続して固体電解質型燃料電池を完成する。
According to the layer structure and arrangement shown in FIG.
The power generation layer green sheet, the YSZ conduction layer green sheet, and the isolation layer green sheet are sequentially pressed and laminated. External terminals are formed by printing with platinum paste. After removing the organic binder in a degreasing furnace, baking is performed at 1500 ° C. A glass paste is printed on the obtained sintered body in a pattern for separating the fuel electrode and the air electrode, and baked at 900 ° C. And platinum wire bonded to the external terminal, E U by shorting all of the fuel electrode layer
Connected to, then, by shorting all of the air electrode layer E L
To complete the solid oxide fuel cell.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、セルスタックの低背化
とセルのオーム損の低減化に優れる固体電解質型燃料電
池を提供できる。より具体的には、従来のセパレータ構
造を有する固体電解質型燃料電池と比較して飛躍的な低
背化と高密度積層化を実現した固体電解質型燃料電池を
提供できる。セラミック部材を用いた場合は、同時焼成
により一体形成できるため、容易に多層化、薄型化を実
現できる。
According to the present invention, it is possible to provide a solid oxide fuel cell excellent in reducing the height of the cell stack and reducing the ohmic loss of the cell. More specifically, it is possible to provide a solid oxide fuel cell that has achieved a remarkable reduction in height and high-density stacking as compared with a solid oxide fuel cell having a conventional separator structure. When a ceramic member is used, it can be integrally formed by simultaneous firing, so that multilayering and thinning can be easily realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の平板型燃料電池の説明図。FIG. 1 is an explanatory view of a conventional flat panel fuel cell.

【図2】固体電解質と電極の界面に形成される三相界面
の説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a three-phase interface formed at an interface between a solid electrolyte and an electrode.

【図3】燃料電極層が上部隔離層側に形成された発電層
の説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a power generation layer in which a fuel electrode layer is formed on an upper isolation layer side.

【図4】燃料電極層が上部隔離層側に形成された発電層
の断面を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory view showing a cross section of a power generation layer in which a fuel electrode layer is formed on the upper isolation layer side.

【図5】燃料電極層が下部隔離層側に形成された発電層
の説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a power generation layer in which a fuel electrode layer is formed on a lower isolation layer side.

【図6】燃料電極層が下部隔離層側に形成された発電層
の断面を示す説明図。
FIG. 6 is an explanatory view showing a cross section of a power generation layer in which a fuel electrode layer is formed on a lower isolation layer side.

【図7】燃料電極層が上部隔離層側に形成された発電層
を用いた単セルの説明図。
FIG. 7 is an explanatory view of a single cell using a power generation layer in which a fuel electrode layer is formed on an upper isolation layer side.

【図8】燃料電極層が下部隔離層側に形成された発電層
を用いた単セルの説明図。
FIG. 8 is an explanatory view of a single cell using a power generation layer in which a fuel electrode layer is formed on a lower isolation layer side.

【図9】一般式A(n=1)のセルスタックの説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of a cell stack of the general formula A (n = 1).

【図10】一般式A(n=1)のセルスタックの断面の
説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a cross section of a cell stack of the general formula A (n = 1).

【図11】一般式A(n=1)の固体電解質型燃料電池
の説明図。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a solid oxide fuel cell of the general formula A (n = 1).

【図12】一般式B(n=1)のセルスタックの説明
図。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a cell stack of general formula B (n = 1).

【図13】一般式B(n=1)のセルスタックの断面の
説明図。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a cross section of a cell stack of the general formula B (n = 1).

【図14】一般式B(n=1)の固体電解質型燃料電池
の説明図。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a solid oxide fuel cell of the general formula B (n = 1).

【図15】一般式C(n=1)のセルスタックの説明
図。
FIG. 15 is an explanatory diagram of a cell stack of the general formula C (n = 1).

【図16】一般式C(n=1)のセルスタックの断面の
説明図。
FIG. 16 is an explanatory diagram of a cross section of a cell stack of the general formula C (n = 1).

【図17】一般式C(n=1)の固体電解質型燃料電池
の説明図。
FIG. 17 is an explanatory diagram of a solid oxide fuel cell represented by the general formula C (n = 1).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 固体電解質層。 11 燃料電極層。 12 空気電極層。 13a 燃料電極層が上部隔離層側に形成された発電
層。 13b 燃料電極層が下部隔離層側に形成された発電
層。 14a 燃料通流層。 14b 空気通流層。 17 一般式A(n=1)のセルスタック。 19 一般式B(n=1)のセルスタック。 21 一般式C(n=1)のセルスタック。
10 Solid electrolyte layer. 11 Fuel electrode layer. 12 Air electrode layer. 13a Power generation layer in which the fuel electrode layer is formed on the upper isolation layer side. 13b A power generation layer in which the fuel electrode layer is formed on the lower isolation layer side. 14a Fuel flow layer. 14b Air flow layer. 17 Cell stack of general formula A (n = 1). 19 Cell stack of general formula B (n = 1). 21 Cell stack of general formula C (n = 1).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 隆治 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 BB01 CV08 EE11 EE13 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Ryuji Inoue 14-18, Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi F-term (in reference) 5H026 AA06 BB01 CV08 EE11 EE13

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体電解質型燃料電池の最上層に形成さ
れる気体透過性を実質的に有しないが電子導電性を有す
る上部隔離層(15a)をEU、 固体電解質型燃料電池の最下層に形成される気体透過性
を実質的に有しないが電子導電性を有する下部隔離層
(15b)をEL、 イオン導電性を有する固体電解質層(10)と、該固体
電解質層の一面に設けられた燃料電極層(11)と、他
方の面に設けられた空気電極層(12)とから形成され
る三層構造の発電層(13a)をWa、 イオン導電性を有する固体電解質層(10)の上記一面
側に設けられた空気電極層(12)と、上記他方の面側
に設けられた燃料電極層(11)とから形成される三層
構造の発電層(13b)をWb、 上記発電層(13)を挟むように形成された気体透過性
を有する通流層(14)をPとした場合において、 上記EU、EL、Wa、Wb、Pが以下の一般式Aまたは一
般式Bに示される配列に従って積層されたスタックから
構成されるとともに、 全ての燃料電極層が電気的に短絡された状態でEUまた
はELのいずれか一方に電気的に接続され、且つ、全て
の空気電極層が電気的に短絡された状態で上記燃料電極
層が接続された方と異なるELまたはEUのいずれか一方
に電気的に接続されることを特徴とする固体電解質型燃
料電池。 一般式A;EU−(P−Wa−P−Wbn−P−Wa−P−EL (nは0以上の自然数) 一般式B;EU−(P−Wa−P−Wbn−P−EL (nは1以上の自然数)
1. A top isolation layer substantially free has an electron conductivity gas permeability are formed in the uppermost layer of the solid electrolyte type fuel cell (15a) E U, the bottom layer of the solid oxide fuel cell a lower isolation layer substantially free has an electron conductivity (15b) to E L, a solid electrolyte layer having ionic conductivity (10) the gas permeability is formed, provided on one surface of the solid electrolyte layer A power generation layer (13a) having a three-layer structure formed from the fuel electrode layer (11) provided and the air electrode layer (12) provided on the other surface is formed by a solid electrolyte layer (W a ) having ion conductivity. air electrode layer provided on the one side of 10) and (12), the power generation layer of the three-layer structure formed from the above other fuel electrode layer provided on the surface side of (11) to (13b) W b The gas permeability formed so as to sandwich the power generation layer (13) When flowing layer (14) and is P, the E U, E L, W a , W b, P is composed of a stack are stacked in accordance with the sequence shown in the following formula A or formula B Rutotomoni is electrically connected to one of every E fuel electrode layer is in a state of being electrically short-circuited U or E L, and the above in a state where all of the air electrode layer is electrically shorted solid oxide fuel cell, wherein a fuel electrode layer is electrically connected to one of the direction different from E L or E U connected. Formula A; E U - (P- W a -P-W b) n -P-W a -P-E L (n is 0 or a natural number) In formula B; E U - (P- W a - P−W b ) n −P−E L (n is a natural number of 1 or more)
【請求項2】 上記EU、EL、Wa、Wb、Pが同時焼成
により一体形成されたセラミックス主体の焼結体からな
ることを特徴とする請求項1に記載の固体電解質型燃料
電池。
Wherein said E U, E L, W a , W b, the solid oxide fuel as claimed in claim 1 in which P is characterized by comprising a sintered body of ceramic mainly formed integrally by co-firing battery.
【請求項3】 固体電解質型燃料電池の最上層に形成さ
れる気体透過性を実質的に有しないが電子導電性を有す
る上部隔離層(15a)をEU、 固体電解質型燃料電池の最下層に形成される気体透過性
を実質的に有しないが電子導電性を有する下部隔離層
(15a)をEL、 固体電解質型燃料電池の内層に積層される気体透過性を
実質的に有しないが電子導電性を有する中間隔離層(1
5a)をEM、 イオン導電性を有する固体電解質層(10)と、該固体
電解質層の一面に設けられた燃料電極層(11)と、他
方の面に設けられた空気電極層(12)とから形成され
る三層構造の発電層(13a)をWa、 上記発電層(13a)を挟むように形成された電子導電
性と気体透過性とを兼備する通流層(14)をP’とし
た場合において、 上記EU、EL、EM、Wa、P’が以下の一般式Cに示さ
れる配列に従って積層され同時焼成により一体形成され
たセラミックス主体の焼結体からなることを特徴とする
固体電解質型燃料電池。 一般式C;EU−(P’−Wa−P’−EMn−P’−Wa−P’−EL (nは0以上の自然数)
Wherein the upper isolating layer substantially free has an electron conductivity gas permeability are formed in the uppermost layer of the solid electrolyte type fuel cell (15a) E U, the bottom layer of the solid oxide fuel cell is substantially free of substantially free E is lower isolation layer having an electron conductivity (15a) L, the gas permeability is laminated on the inner layer of the solid oxide fuel cell gas permeable formed An intermediate isolation layer having electronic conductivity (1
5a) is a solid electrolyte layer (10) having E M and ion conductivity, a fuel electrode layer (11) provided on one surface of the solid electrolyte layer, and an air electrode layer (12) provided on the other surface. The power generation layer (13a) having the three-layer structure formed by the above is W a , and the flow layer (14) formed so as to sandwich the power generation layer (13a) and having both electron conductivity and gas permeability is P a. 'in case of the above E U, E L, E M , W a, P' be formed of a sintered body of ceramic mainly formed integrally by co-firing are stacked according to sequence is shown in the following formula C A solid oxide fuel cell comprising: Formula C; E U - (P'- W a -P'-E M) n -P'-W a -P'-E L (n is 0 or a natural number)
【請求項4】 上記固体電解質層が酸化物イオン導電
体、プロトン導電体のいずれかであることを特徴とする
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の固体電解質型
燃料電池。
4. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein said solid electrolyte layer is one of an oxide ion conductor and a proton conductor.
【請求項5】 上記通流層が連通した気孔を有する多孔
質体によって形成されることを特徴とする請求項1乃至
請求項4のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池。
5. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the flow layer is formed of a porous body having communicating pores.
【請求項6】 上記燃料電極層及び空気電極層が、上記
固体電解質層との界面において気相、電極、電解質の三
相界面を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項
5のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池。
6. The fuel electrode layer and the air electrode layer form a three-phase interface between a gas phase, an electrode, and an electrolyte at an interface with the solid electrolyte layer. 5. A solid oxide fuel cell according to
JP11100714A 1999-04-08 1999-04-08 Solid electrolyte fuel cell Pending JP2000294267A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11100714A JP2000294267A (en) 1999-04-08 1999-04-08 Solid electrolyte fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11100714A JP2000294267A (en) 1999-04-08 1999-04-08 Solid electrolyte fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000294267A true JP2000294267A (en) 2000-10-20

Family

ID=14281338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11100714A Pending JP2000294267A (en) 1999-04-08 1999-04-08 Solid electrolyte fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000294267A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7186475B2 (en) 2001-05-01 2007-03-06 Nissan Motor Co., Ltd. Unit cell for solid oxide electrolyte type fuel cell and related manufacturing method
JP2009146858A (en) * 2007-12-18 2009-07-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Planar solid oxide fuel cell stack
JP2016103471A (en) * 2010-08-17 2016-06-02 ブルーム エナジー コーポレーション Method for fabricating solid oxide fuel cell

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7186475B2 (en) 2001-05-01 2007-03-06 Nissan Motor Co., Ltd. Unit cell for solid oxide electrolyte type fuel cell and related manufacturing method
JP2009146858A (en) * 2007-12-18 2009-07-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Planar solid oxide fuel cell stack
JP2016103471A (en) * 2010-08-17 2016-06-02 ブルーム エナジー コーポレーション Method for fabricating solid oxide fuel cell
US9882219B2 (en) 2010-08-17 2018-01-30 Bloom Energy Corporation Method for solid oxide fuel cell fabrication

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4950334B2 (en) Stack structure for stacked solid oxide fuel cell, stacked solid oxide fuel cell, and manufacturing method thereof
US7736787B2 (en) Ceramic membranes with integral seals and support, and electrochemical cells and electrochemical cell stacks including the same
US20120107715A1 (en) Structure of solid oxide fuel cell
JP5116184B1 (en) Fuel cell structure
WO2012144119A1 (en) Fuel battery cell and fuel battery
JP5289190B2 (en) Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
US9005844B2 (en) Structure of solid oxide fuel cell
WO2014208730A1 (en) Cell, cell stacker, module, and module storage device
JP2010231918A (en) Fuel battery cell, fuel battery cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device
WO2008044429A1 (en) Solid electrolyte fuel battery support structure and solid electrolyte fuel battery module having same
JP5117610B1 (en) Fuel cell structure
US11024856B2 (en) Electrochemical reaction single cell having cathode including cerium oxide and strontium sulfate and electrochemical reaction cell stack including the same
JP4828104B2 (en) Fuel cell
JP5116182B1 (en) Fuel cell structure
JP5362605B2 (en) Solid oxide fuel cell
CN110121806B (en) Preparation method of fuel cell and fuel cell
JP2000294267A (en) Solid electrolyte fuel cell
WO2018174167A1 (en) Substrate with electrode layer for metal support type electrochemical element, electrochemical element, electrochemical module, solid oxide fuel cell, and manufacturing method
JP6748518B2 (en) Method for manufacturing electrochemical reaction cell
JP2009009738A (en) Solid electrolyte fuel cell and its manufacturing method
Tomoshige et al. Development of a New Concept SOFC at Murata
JP5417548B2 (en) Fuel cell structure
JP2005216619A (en) Fuel battery cell and fuel battery
JP7145844B2 (en) ELECTROCHEMICAL DEVICE, ELECTROCHEMICAL MODULE, SOLID OXIDE FUEL CELL, AND MANUFACTURING METHOD
JP5426488B2 (en) Method for producing single cell for solid oxide fuel cell