JP2000331692A - 保持薄板枠付き平板型単電池及びそれを用いた燃料電池 - Google Patents
保持薄板枠付き平板型単電池及びそれを用いた燃料電池Info
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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
Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスシール性能が高く、かつ熱膨張による問
題を生じさせない平板型単電池、固体電解質燃料電池を
提供すること。 【解決手段】 平板型単電池４の周囲に合金製の保持薄
板枠３を取りつけることとした。また、かかる保持薄板
枠つき平板型単電池を用いて固体電解質燃料電池を構成
することとした。これにより、平板型単電池のガスのシ
ール性が向上し、また、保持薄板枠の緩衝性により、熱
膨張差に起因する応力を解消し、固体電解質燃料電池の
温度変化による不具合の発生を防止することができる。
題を生じさせない平板型単電池、固体電解質燃料電池を
提供すること。 【解決手段】 平板型単電池４の周囲に合金製の保持薄
板枠３を取りつけることとした。また、かかる保持薄板
枠つき平板型単電池を用いて固体電解質燃料電池を構成
することとした。これにより、平板型単電池のガスのシ
ール性が向上し、また、保持薄板枠の緩衝性により、熱
膨張差に起因する応力を解消し、固体電解質燃料電池の
温度変化による不具合の発生を防止することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、平板型単電池とセ
パレータとを積層した固体電解質燃料電池に関し、特に
固体電解質燃料電池に供給したガスの積層間での漏洩を
防止した固体電解質燃料電池の平板型単電池に関する。
パレータとを積層した固体電解質燃料電池に関し、特に
固体電解質燃料電池に供給したガスの積層間での漏洩を
防止した固体電解質燃料電池の平板型単電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、例えば空気と水素をそれぞれ、酸
化剤ガスおよび燃料ガスとして、燃料が本来持っている
化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電
池が、省資源、環境保護の観点から注目されており、特
に固体電解質燃料電池は発電効率が高く、廃熱を有効に
利用できるなど多くの利点を有するため研究、開発が進
んでいる。
化剤ガスおよび燃料ガスとして、燃料が本来持っている
化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電
池が、省資源、環境保護の観点から注目されており、特
に固体電解質燃料電池は発電効率が高く、廃熱を有効に
利用できるなど多くの利点を有するため研究、開発が進
んでいる。
【０００３】図２１に、従来の内部マニホールド方式の
平板型固体電解質燃料電池を示す。
平板型固体電解質燃料電池を示す。
【０００４】固体電解質燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガ
スとを供給するため、固体電解質燃料電池のセパレータ
等にそれぞれのガスの給排気孔を設け、これらの孔から
各平板型単電池の各電極面に各ガスを給排気するように
したものを内部マニホールド形式と称している。
スとを供給するため、固体電解質燃料電池のセパレータ
等にそれぞれのガスの給排気孔を設け、これらの孔から
各平板型単電池の各電極面に各ガスを給排気するように
したものを内部マニホールド形式と称している。
【０００５】図２１に示すように平板型固体電解質燃料
電池１００は、イットリアなどをドープしたジルコニア
焼結体（ＹＳＺ）からなる平板型固体電解質層６の両面
に、それぞれ（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ３ の空気極８と、
Ｎｉ／ＹＳＺサーメットの燃料極１０とを配置してなる
平板型単電池４と、隣接する平板型単電池４同士を電気
的に直列に接続し、かつ平板型単電池４に燃料ガスと酸
化剤ガスとを分配するセパレータ１２からなり、セパレ
ータ１２に形成された収容部１６に平板型単電池４を収
容し、順次セパレータ１２と平板型単電池４とを交互に
積層し、通路１４からそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスと
導入し、各平板型単電池４の各電極８、１０面にこれら
燃料ガスと酸化剤ガスを接触させることにより起電力を
発生させている。
電池１００は、イットリアなどをドープしたジルコニア
焼結体（ＹＳＺ）からなる平板型固体電解質層６の両面
に、それぞれ（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ３ の空気極８と、
Ｎｉ／ＹＳＺサーメットの燃料極１０とを配置してなる
平板型単電池４と、隣接する平板型単電池４同士を電気
的に直列に接続し、かつ平板型単電池４に燃料ガスと酸
化剤ガスとを分配するセパレータ１２からなり、セパレ
ータ１２に形成された収容部１６に平板型単電池４を収
容し、順次セパレータ１２と平板型単電池４とを交互に
積層し、通路１４からそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスと
導入し、各平板型単電池４の各電極８、１０面にこれら
燃料ガスと酸化剤ガスを接触させることにより起電力を
発生させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱応力
に対応するためセパレータ１２の収容部１６と平板型単
電池４との間には若干の隙間が設けてあり、その隙間を
通して燃料ガスや酸化剤ガスが他方のガスの側に流入し
たり、あるいはセパレータ１２の積層間でガスのリーク
が発生することがある。このように、スタックの内部で
供給ガスのリークが生じると燃料ガスと酸化剤ガスが混
合して燃焼してしまい、燃料利用率が低下して燃料電池
の効率が低下し、更に燃料ガスの燃焼により局部的な温
度上昇を生じさせ、熱応力分布が不均一となり、クラッ
クや歪みの発生によりスタックの寿命を短縮させてしま
うことが発生することがあった。
に対応するためセパレータ１２の収容部１６と平板型単
電池４との間には若干の隙間が設けてあり、その隙間を
通して燃料ガスや酸化剤ガスが他方のガスの側に流入し
たり、あるいはセパレータ１２の積層間でガスのリーク
が発生することがある。このように、スタックの内部で
供給ガスのリークが生じると燃料ガスと酸化剤ガスが混
合して燃焼してしまい、燃料利用率が低下して燃料電池
の効率が低下し、更に燃料ガスの燃焼により局部的な温
度上昇を生じさせ、熱応力分布が不均一となり、クラッ
クや歪みの発生によりスタックの寿命を短縮させてしま
うことが発生することがあった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するため、燃料電池を次のように構成した。すなわ
ち、固体電解質燃料電池における平板型単電池に、この
平板型単電池の周囲に突出する保持薄板枠を設けること
とした。このように保持薄板枠を平板型単電池に設ける
ことにより、平板型単電池をセパレータの収容部に収容
したとき平板型単電池の保持薄板枠とセパレータとの間
とを密着させることにより、ガスが流通しないようにで
き、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合を防止する。また、
平板型単電池とセパレータとを複数積層し、加熱した場
合の熱膨張差を緩和させることができる。
解決するため、燃料電池を次のように構成した。すなわ
ち、固体電解質燃料電池における平板型単電池に、この
平板型単電池の周囲に突出する保持薄板枠を設けること
とした。このように保持薄板枠を平板型単電池に設ける
ことにより、平板型単電池をセパレータの収容部に収容
したとき平板型単電池の保持薄板枠とセパレータとの間
とを密着させることにより、ガスが流通しないようにで
き、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合を防止する。また、
平板型単電池とセパレータとを複数積層し、加熱した場
合の熱膨張差を緩和させることができる。
【０００８】したがって、平板型単電池に設けられた保
持薄板枠によりスタック内での燃料ガスと酸化剤ガスの
燃焼を防止し、局所的な温度上昇によるスタック等の破
損や燃料電池の効率低下を防止できる。
持薄板枠によりスタック内での燃料ガスと酸化剤ガスの
燃焼を防止し、局所的な温度上昇によるスタック等の破
損や燃料電池の効率低下を防止できる。
【０００９】取りつけられる保持薄板枠としては、Ａｌ
を０．１％以上含む合金製で厚さが0.5ｍｍ以下の薄板
で形成し、例えば平板型単電池の電解質層にガラス材、
ろう材あるいは溶接等により接合し、各ガスの流通、各
電極との接触を妨げないものとする。また、保持薄板枠
にうねりを形成し密着させるようにしてもよい。平板型
単電池としては、燃料極支持、あるいは空気極支持のい
ずれでもよい。
を０．１％以上含む合金製で厚さが0.5ｍｍ以下の薄板
で形成し、例えば平板型単電池の電解質層にガラス材、
ろう材あるいは溶接等により接合し、各ガスの流通、各
電極との接触を妨げないものとする。また、保持薄板枠
にうねりを形成し密着させるようにしてもよい。平板型
単電池としては、燃料極支持、あるいは空気極支持のい
ずれでもよい。
【００１０】また、上記保持薄板枠と平板型単電池とを
用いて固体電解質燃料電池を構成し、ガスの漏洩を防止
するとともに構成部材間の熱膨張差に起因する応力を吸
収することとした。
用いて固体電解質燃料電池を構成し、ガスの漏洩を防止
するとともに構成部材間の熱膨張差に起因する応力を吸
収することとした。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明にかかる平板型単電池の実
施形態について説明する。
施形態について説明する。
【００１２】図５に、内部マニホールド方式の平板型固
体電解質燃料電池を示す。
体電解質燃料電池を示す。
【００１３】図５に示すように、燃料電池２は、セパレ
ータ１２と平板型単電池４からなり、平板型単電池４を
セパレータ１２に形成された収容部１６に収容して交互
に積層される。燃料電池２は、セパレータ１２等の電池
材料が空気および燃料の各ガスの給排気、分配および電
気的接続の機能を兼ね備える一体型の内部マニホールド
方式の構造である。
ータ１２と平板型単電池４からなり、平板型単電池４を
セパレータ１２に形成された収容部１６に収容して交互
に積層される。燃料電池２は、セパレータ１２等の電池
材料が空気および燃料の各ガスの給排気、分配および電
気的接続の機能を兼ね備える一体型の内部マニホールド
方式の構造である。
【００１４】セパレータ１２は、セラミックからなり、
中央部分に収容部１６を、また周囲に各ガスが流通する
通路１４を備え、通路１４から収容部１６へ各ガスが分
配されるようになっている。収容部１６は、平板型単電
池４とほぼ同形に形成してあり、底部には複数の溝２２
が形成してある。
中央部分に収容部１６を、また周囲に各ガスが流通する
通路１４を備え、通路１４から収容部１６へ各ガスが分
配されるようになっている。収容部１６は、平板型単電
池４とほぼ同形に形成してあり、底部には複数の溝２２
が形成してある。
【００１５】平板型単電池４は、図１、図３に示すよう
にイットリアなどをドープしたジルコニア焼結体（ＹＳ
Ｚ）からなる平板型固体電解質層６の両面に、それぞれ
（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ３ の空気極８と、Ｎｉ／ＹＳＺ
サーメットの燃料極１０とを配置してあり、更に電解質
層６の上面には、保持薄板枠３が取り付けられている。
にイットリアなどをドープしたジルコニア焼結体（ＹＳ
Ｚ）からなる平板型固体電解質層６の両面に、それぞれ
（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ３ の空気極８と、Ｎｉ／ＹＳＺ
サーメットの燃料極１０とを配置してあり、更に電解質
層６の上面には、保持薄板枠３が取り付けられている。
【００１６】保持薄板枠３は、ステンレス材、あるいは
ステンレスにアルミニウムを０．１％以上１０％以下含
有した合金等の薄板からなり、図４に示すように中央部
分が平板型単電池４の空気極８を避けるように空間にな
っている。保持薄板枠３の厚みは０．５ｍｍかそれ以下
であり、外辺は燃料ガスの通路１４等に達しない長さで
ある。保持薄板枠３の厚みを０．５ｍｍ以上とすると、
セパレータ１２の熱応力を緩和させる効果が減少してし
まうため好ましくない。これにより、保持薄板枠３は適
度な柔らかさと密閉性を備えている。またアルミニウム
の含有量が、０．１％以下では鋼表面に表われるＣｒ２
Ｏ３の皮膜が電池を劣化させ、一方１０％以上では、材
質がもろくなり、好ましくない。更に、保持薄板枠３の
熱膨張係数は、１４ｐｐｍ（２５℃〜８００℃）以下で
ある。熱膨張係数を１４ｐｐｍ以下としたのは、この数
値を超えると、熱膨張等に起因する応力がセパレータ１
２を破損させることが生じるためである。
ステンレスにアルミニウムを０．１％以上１０％以下含
有した合金等の薄板からなり、図４に示すように中央部
分が平板型単電池４の空気極８を避けるように空間にな
っている。保持薄板枠３の厚みは０．５ｍｍかそれ以下
であり、外辺は燃料ガスの通路１４等に達しない長さで
ある。保持薄板枠３の厚みを０．５ｍｍ以上とすると、
セパレータ１２の熱応力を緩和させる効果が減少してし
まうため好ましくない。これにより、保持薄板枠３は適
度な柔らかさと密閉性を備えている。またアルミニウム
の含有量が、０．１％以下では鋼表面に表われるＣｒ２
Ｏ３の皮膜が電池を劣化させ、一方１０％以上では、材
質がもろくなり、好ましくない。更に、保持薄板枠３の
熱膨張係数は、１４ｐｐｍ（２５℃〜８００℃）以下で
ある。熱膨張係数を１４ｐｐｍ以下としたのは、この数
値を超えると、熱膨張等に起因する応力がセパレータ１
２を破損させることが生じるためである。
【００１７】平板型単電池４と保持薄板枠３は、ガラス
等の接合材１１により平板型単電池４表面の周囲に一体
に固着してある。図２に保持薄板枠３を取り付けた平板
型単電池４を示す。
等の接合材１１により平板型単電池４表面の周囲に一体
に固着してある。図２に保持薄板枠３を取り付けた平板
型単電池４を示す。
【００１８】次に、燃料電池２の作用について説明す
る。
る。
【００１９】平板型単電池４をセパレータ１２の収容部
１６に取りつけ、順次積層して燃料電池２を組み立てる
と、保持薄板枠３がセパレータ１２間に挟まれ、平板型
単電池４と収容部１６との周囲の隙間を上方から閉塞す
る。
１６に取りつけ、順次積層して燃料電池２を組み立てる
と、保持薄板枠３がセパレータ１２間に挟まれ、平板型
単電池４と収容部１６との周囲の隙間を上方から閉塞す
る。
【００２０】すると、平板型単電池４の空気極８側部分
と収容部１６内に収容された燃料極６側の部分が保持薄
板枠３により遮断され、燃料電池２に空気および燃料ガ
スを供給して発電を開始したとき、燃料ガスが空気等の
酸化剤ガスと接して燃焼することがなく、燃料ガスと酸
化剤ガスの燃焼による効率の低下や局所的な温度上昇に
よるセパレータ１２やスタックの割れ、破損等を防止す
ることができる。
と収容部１６内に収容された燃料極６側の部分が保持薄
板枠３により遮断され、燃料電池２に空気および燃料ガ
スを供給して発電を開始したとき、燃料ガスが空気等の
酸化剤ガスと接して燃焼することがなく、燃料ガスと酸
化剤ガスの燃焼による効率の低下や局所的な温度上昇に
よるセパレータ１２やスタックの割れ、破損等を防止す
ることができる。
【００２１】次に、保持薄板枠３の他の例を説明する。
図６は、保持薄板枠３にプレス加工等を行ない、周囲に
湾曲部を形成したものである。形成する湾曲部は、保持
薄板枠３の全周に形成しても、あるいは、一部箇所でも
よい。このようにすると、積層した際湾曲部が応力を吸
収し、安全性を高めることができる。
図６は、保持薄板枠３にプレス加工等を行ない、周囲に
湾曲部を形成したものである。形成する湾曲部は、保持
薄板枠３の全周に形成しても、あるいは、一部箇所でも
よい。このようにすると、積層した際湾曲部が応力を吸
収し、安全性を高めることができる。
【００２２】図７は、接合材１１を平板型単電池４の周
縁に配置し、保持薄板枠３を固着させたものである。こ
のようにすると、燃料極１０に直接接合材１１を接合さ
せることができ、電解質６の剥離の影響を受けることが
ない。また、燃料極１０は、溶接することができること
から、保持薄板枠３を溶接によって固着させてもよい。
縁に配置し、保持薄板枠３を固着させたものである。こ
のようにすると、燃料極１０に直接接合材１１を接合さ
せることができ、電解質６の剥離の影響を受けることが
ない。また、燃料極１０は、溶接することができること
から、保持薄板枠３を溶接によって固着させてもよい。
【００２３】図８は、保持薄板枠３を所定の形状に形成
したもので、保持薄板枠３は平板でなく、セパレータ１
２、あるいは支持手段の形状に応じて適宜加工してもよ
い。
したもので、保持薄板枠３は平板でなく、セパレータ１
２、あるいは支持手段の形状に応じて適宜加工してもよ
い。
【００２４】図９は、保持薄板枠３を電解質６上に直接
載せ、保持薄板枠３の内側に接合材１１を塗布したもの
で、このようにして保持薄板枠３を固定してもよい。
載せ、保持薄板枠３の内側に接合材１１を塗布したもの
で、このようにして保持薄板枠３を固定してもよい。
【００２５】図１０は、保持薄板枠３を燃料極１０側に
固定した例である。保持薄板枠３は接合材１１で燃料極
１０に接着してあり、更に、燃料極１０の側面全周に接
合材１１が塗布してある。これは、燃料極１０は多孔質
であることから、接合材１１によって燃料極１０の内部
を通過して漏洩するガスを遮断するためである。また、
このように燃料極１０側に固定した保持薄板枠３を屈曲
させて空気極８側に延設してもよい。
固定した例である。保持薄板枠３は接合材１１で燃料極
１０に接着してあり、更に、燃料極１０の側面全周に接
合材１１が塗布してある。これは、燃料極１０は多孔質
であることから、接合材１１によって燃料極１０の内部
を通過して漏洩するガスを遮断するためである。また、
このように燃料極１０側に固定した保持薄板枠３を屈曲
させて空気極８側に延設してもよい。
【００２６】更に保持薄板枠３は、平板型単電池４の周
囲のみでなく、図１１に示すように保持薄板枠３の外周
部分をセパレータ１２の形状と同様に形成してもよい。
このように形成すれば、積層した際保持薄板枠３の段差
が生じることがなく、密着度を高めることができる。
囲のみでなく、図１１に示すように保持薄板枠３の外周
部分をセパレータ１２の形状と同様に形成してもよい。
このように形成すれば、積層した際保持薄板枠３の段差
が生じることがなく、密着度を高めることができる。
【００２７】更に、保持薄板枠付き平板型単電池を他の
構造の固体電解質燃料電池に用いた例を説明する。
構造の固体電解質燃料電池に用いた例を説明する。
【００２８】図１４に、固体電解質燃料電池を示す。
【００２９】燃料電池４２は、セラミックセパレータ４
４と、合金セパレータ４６と、平板型単電池４８を組み
合わせて構成された単電池５０を複数積層して形成して
あり、セラミックセパレータ４４や合金セパレータ４６
が、空気および燃料の各ガスの給排気、分配および電気
的接続の機能を兼ね備える一体型の内部マニホールド方
式の平板型固体電解質燃料電池である。
４と、合金セパレータ４６と、平板型単電池４８を組み
合わせて構成された単電池５０を複数積層して形成して
あり、セラミックセパレータ４４や合金セパレータ４６
が、空気および燃料の各ガスの給排気、分配および電気
的接続の機能を兼ね備える一体型の内部マニホールド方
式の平板型固体電解質燃料電池である。
【００３０】セラミックセパレータ４４は、ほぼ正方形
で、アルミナ、マグネシア等のセラミック材から形成さ
れている。セラミックセパレータ４４の中央には、図１
４に示すように平板型単電池８を収容する収容部５２が
形成してあり、収容部５２の周囲に燃料ガス用供給通路
５４と、燃料ガス用排気通路５６と、酸化剤ガス用供給
通路５８と、酸化剤ガス用排気通路６０が形成されてい
る。
で、アルミナ、マグネシア等のセラミック材から形成さ
れている。セラミックセパレータ４４の中央には、図１
４に示すように平板型単電池８を収容する収容部５２が
形成してあり、収容部５２の周囲に燃料ガス用供給通路
５４と、燃料ガス用排気通路５６と、酸化剤ガス用供給
通路５８と、酸化剤ガス用排気通路６０が形成されてい
る。
【００３１】収容部５２は、平板型単電池４８にほぼ等
しい正方形状に形成してあり、収容部５２の底部には、
燃料ガス用供給通路５４から燃料ガス用排気通路５６に
向かう方向に沿って底部全面に溝５３と、中心に導電材
を詰める導電孔５１が形成してある。
しい正方形状に形成してあり、収容部５２の底部には、
燃料ガス用供給通路５４から燃料ガス用排気通路５６に
向かう方向に沿って底部全面に溝５３と、中心に導電材
を詰める導電孔５１が形成してある。
【００３２】図１２、図１３に、保持薄板枠３の外周部
分をセラミックセパレータ４４の形状と同様に加工した
内部マニホールド方式の平板型固体電解質燃料電池４２
の断面図を示す。図１２は、図１５におけるＡ矢視の断
面図であり、図１３は、図１５におけるＢ矢視の断面図
である。
分をセラミックセパレータ４４の形状と同様に加工した
内部マニホールド方式の平板型固体電解質燃料電池４２
の断面図を示す。図１２は、図１５におけるＡ矢視の断
面図であり、図１３は、図１５におけるＢ矢視の断面図
である。
【００３３】燃料ガス用供給通路５４と、燃料ガス用排
気通路５６は、収容部５２を挟んで対向して形成してあ
り、かつ収容部５２の向き合う辺と平行にほぼ同じ長さ
に形成してある。また燃料ガス用供給通路５４と燃料ガ
ス用排気通路５６の内側には、通路７４、７６が形成し
てある。通路７４、７６は、溝５３に開口し、かつ図１
２に示すように段部７０、７１が形成してあり、段部７
０、７１により通路７４、７６が燃料ガス用供給通路５
４と燃料ガス用排気通路５６にそれぞれ連通している。
気通路５６は、収容部５２を挟んで対向して形成してあ
り、かつ収容部５２の向き合う辺と平行にほぼ同じ長さ
に形成してある。また燃料ガス用供給通路５４と燃料ガ
ス用排気通路５６の内側には、通路７４、７６が形成し
てある。通路７４、７６は、溝５３に開口し、かつ図１
２に示すように段部７０、７１が形成してあり、段部７
０、７１により通路７４、７６が燃料ガス用供給通路５
４と燃料ガス用排気通路５６にそれぞれ連通している。
【００３４】また、合金セパレータ４６は、耐熱性合金
からなり、裏面側に酸化剤ガス用供給通路５８から酸化
剤ガス用排気通路６０に向かう方向に沿った溝（図示せ
ず）が複数形成してある。溝は、平板型単電池４８を積
層したとき、その空気極に対面するように平板型単電池
４８とほぼ同一形状の部分に形成してある。酸化剤ガス
用供給通路５８と酸化剤ガス用排気通路６０は、溝が形
成されている箇所の向き合う辺と平行に、かつその辺と
ほぼ同じ長さに形成してある。
からなり、裏面側に酸化剤ガス用供給通路５８から酸化
剤ガス用排気通路６０に向かう方向に沿った溝（図示せ
ず）が複数形成してある。溝は、平板型単電池４８を積
層したとき、その空気極に対面するように平板型単電池
４８とほぼ同一形状の部分に形成してある。酸化剤ガス
用供給通路５８と酸化剤ガス用排気通路６０は、溝が形
成されている箇所の向き合う辺と平行に、かつその辺と
ほぼ同じ長さに形成してある。
【００３５】また、酸化剤ガス用供給通路５８と酸化剤
ガス用排気通路６０の内側には、溝に開口する通路７
８、８０が形成してある。更に酸化剤ガス用供給通路５
８と通路７８の間、及び酸化剤ガス用排気通路６０と通
路７０の間に、図１３に示すように段部７２、７３が形
成してあり、段部７２、７３により通路７８、８０が酸
化剤ガス用供給通路５８と酸化剤ガス用排気通路６０と
それぞれ連通している。
ガス用排気通路６０の内側には、溝に開口する通路７
８、８０が形成してある。更に酸化剤ガス用供給通路５
８と通路７８の間、及び酸化剤ガス用排気通路６０と通
路７０の間に、図１３に示すように段部７２、７３が形
成してあり、段部７２、７３により通路７８、８０が酸
化剤ガス用供給通路５８と酸化剤ガス用排気通路６０と
それぞれ連通している。
【００３６】平板型単電池４８は、ほぼ正方形で、ＹＳ
Ｚからなる平板型固体電解質層の両面にそれぞれ（Ｌ
ａ、Ｓｒ）ＭｎＯ３ の空気極とＮｉ／ＹＳＺサーメッ
トの燃料極（いずれも図示せず）とを配置して形成して
ある。更に平板型単電池８の表面には保持薄板枠３が取
り付けられている。
Ｚからなる平板型固体電解質層の両面にそれぞれ（Ｌ
ａ、Ｓｒ）ＭｎＯ３ の空気極とＮｉ／ＹＳＺサーメッ
トの燃料極（いずれも図示せず）とを配置して形成して
ある。更に平板型単電池８の表面には保持薄板枠３が取
り付けられている。
【００３７】次に、燃料電池４２の作用について説明す
る。
る。
【００３８】燃料電池４２は、図１２または図１３に示
すように、セラミックセパレータ４４と平板型単電池４
８と合金セパレータ４６を交互に積層し、上下方向に所
定の荷重等をかけ、互いの隙間を密閉する。すると、各
セラミックセパレータ４４と合金セパレータ４６の燃料
ガス用供給通路５４、燃料ガス用排気通路５６、酸化剤
ガス用供給通路５８、酸化剤ガス用排気通路６０が縦方
向にそれぞれ連通し、燃料電池４０の内部に各ガスの通
路が上下方向に４本形成される。更に、保持薄板枠３に
より収容部と平板型単電池４８との間が閉鎖される。
すように、セラミックセパレータ４４と平板型単電池４
８と合金セパレータ４６を交互に積層し、上下方向に所
定の荷重等をかけ、互いの隙間を密閉する。すると、各
セラミックセパレータ４４と合金セパレータ４６の燃料
ガス用供給通路５４、燃料ガス用排気通路５６、酸化剤
ガス用供給通路５８、酸化剤ガス用排気通路６０が縦方
向にそれぞれ連通し、燃料電池４０の内部に各ガスの通
路が上下方向に４本形成される。更に、保持薄板枠３に
より収容部と平板型単電池４８との間が閉鎖される。
【００３９】そして、燃料ガス用供給通路５４に燃料ガ
スを供給すると、図１２の矢印に示すように燃料ガス
は、段部７０を通って通路７４を通り、溝５３を流れ、
平板型単電池４８の燃料極に接触する。平板型単電池４
８の燃料極に接触した燃料ガスは、溝５３を通過して通
路７６を通り、段部７１から燃料ガス用排気通路５６に
流入し、排気される。
スを供給すると、図１２の矢印に示すように燃料ガス
は、段部７０を通って通路７４を通り、溝５３を流れ、
平板型単電池４８の燃料極に接触する。平板型単電池４
８の燃料極に接触した燃料ガスは、溝５３を通過して通
路７６を通り、段部７１から燃料ガス用排気通路５６に
流入し、排気される。
【００４０】また、図１３に示すように空気を酸化剤ガ
ス用供給通路５８に供給すると、空気は段部７２を通
り、通路７８から溝に流入して平板型単電池４８の空気
極に接触する。平板型単電池４８の空気極に接触した空
気は、溝を通過して通路８０を通り、段部７３から酸化
剤ガス用排気通路６０に流入し、排気される。
ス用供給通路５８に供給すると、空気は段部７２を通
り、通路７８から溝に流入して平板型単電池４８の空気
極に接触する。平板型単電池４８の空気極に接触した空
気は、溝を通過して通路８０を通り、段部７３から酸化
剤ガス用排気通路６０に流入し、排気される。
【００４１】燃料電池４２を所定の温度に上昇させた上
で、このように平板型単電池４８の燃料極と空気極にそ
れぞれ燃料ガスと空気とを接触させると、平板型単電池
４８で発電がおこなわれ、各単電池５０を直列に接続し
て、電流を取り出すことができる。
で、このように平板型単電池４８の燃料極と空気極にそ
れぞれ燃料ガスと空気とを接触させると、平板型単電池
４８で発電がおこなわれ、各単電池５０を直列に接続し
て、電流を取り出すことができる。
【００４２】このように燃料電池４２によれば、各ガス
の通路が平板型単電池４８の各辺に対して平行で、しか
も各辺とほぼ同じ長さに形成してあることから、燃料ガ
ス及び空気等の酸化剤ガスが均等に平板型単電池４８に
接触することから、効率のよい発電作用を実現すること
ができる。更に、保持薄板枠３により燃料ガスと空気と
の遮断が完全に行なわれ、ガスのリークによる発電効率
の低下を防止し、また局所的な温度上昇を防止してセパ
レータ４４の破損、われ等を防止することができる。
の通路が平板型単電池４８の各辺に対して平行で、しか
も各辺とほぼ同じ長さに形成してあることから、燃料ガ
ス及び空気等の酸化剤ガスが均等に平板型単電池４８に
接触することから、効率のよい発電作用を実現すること
ができる。更に、保持薄板枠３により燃料ガスと空気と
の遮断が完全に行なわれ、ガスのリークによる発電効率
の低下を防止し、また局所的な温度上昇を防止してセパ
レータ４４の破損、われ等を防止することができる。
【００４３】また、保持薄板枠３は、平板型単電池４の
周囲のみでなく、図１５に示すように保持薄板枠３の外
周部分をセパレータ４４と同様の形状に形成してもよ
い。
周囲のみでなく、図１５に示すように保持薄板枠３の外
周部分をセパレータ４４と同様の形状に形成してもよ
い。
【００４４】更に他の実施形態を図１６に示す。
【００４５】この燃料電池８２は、セパレータ９２に４
箇所の収容部９６を備え、また各収容部９６に適合した
平板型単電池８４を収容部９６と同数備えて構成されて
いる。平板型単電池８４の構成は、形状が異なるのみで
上記平板型単電池４と同様の構成である。更に保持薄板
枠８３は、平板型単電池８４の空気極８８に合わせて切
り欠きが形成してある。
箇所の収容部９６を備え、また各収容部９６に適合した
平板型単電池８４を収容部９６と同数備えて構成されて
いる。平板型単電池８４の構成は、形状が異なるのみで
上記平板型単電池４と同様の構成である。更に保持薄板
枠８３は、平板型単電池８４の空気極８８に合わせて切
り欠きが形成してある。
【００４６】このように平板型単電池８４を複数有する
燃料電池８２においても、保持薄板枠８３を用いること
により、ガスのシール性を向上させ、しかも熱応力差を
解消させることができる。
燃料電池８２においても、保持薄板枠８３を用いること
により、ガスのシール性を向上させ、しかも熱応力差を
解消させることができる。
【００４７】また、保持薄板枠３は、平板型単電池８４
の周囲のみでなく、図１７に示すように保持薄板枠３の
外周部分をセパレータ９２と同様の形状に形成してもよ
い。
の周囲のみでなく、図１７に示すように保持薄板枠３の
外周部分をセパレータ９２と同様の形状に形成してもよ
い。
【００４８】尚上記例では、接合材１１をガラス製とし
たが、本発明は接合材１１をニッケルをベースとしたろ
う材、あるいは活性化金属ろう（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ等）
としてもよく、これを用いて保持薄板枠３を固着させて
もよい。接合材１１にガラスを用いた場合は、接合作業
が容易であり、また、ろう材等を用いて接合した場合
は、強固な接合力を得ることができる。
たが、本発明は接合材１１をニッケルをベースとしたろ
う材、あるいは活性化金属ろう（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ等）
としてもよく、これを用いて保持薄板枠３を固着させて
もよい。接合材１１にガラスを用いた場合は、接合作業
が容易であり、また、ろう材等を用いて接合した場合
は、強固な接合力を得ることができる。
【００４９】また、平板型単電池４の形状は、四角形に
限らず、他の角形、楕円形、あるいは図１８から図２０
に示すような円形等他の形状であってもよい。図１８
は、他の例にかかる保持薄板枠３付きの平板型単電池４
の平面図であり、図１９は図１８に示す平板型単電池４
の平面図であり、図２０は、図１８に示す保持薄板枠３
を示す図である。さらに、平板型単電池４は平板状に限
らず、曲面状、凹凸を有する等適宜湾曲していてもよ
い。
限らず、他の角形、楕円形、あるいは図１８から図２０
に示すような円形等他の形状であってもよい。図１８
は、他の例にかかる保持薄板枠３付きの平板型単電池４
の平面図であり、図１９は図１８に示す平板型単電池４
の平面図であり、図２０は、図１８に示す保持薄板枠３
を示す図である。さらに、平板型単電池４は平板状に限
らず、曲面状、凹凸を有する等適宜湾曲していてもよ
い。
【００５０】
【発明の効果】本発明の保持薄板枠付き平板型単電池に
よれば、平板型単電池に取りつけられた保持薄板枠によ
り、平板型単電池とセパレータとを積層した場合、セパ
レータと平板型単電池との隙間を閉鎖し、燃料ガスと酸
化剤ガスの混合を防止し、局所的な燃料ガスの燃焼によ
る温度分布の不均一を防止し、かつ熱膨張の差によるス
タック等の破損を防ぎ、また、燃料電池の発電効率の低
下を防止することができる。
よれば、平板型単電池に取りつけられた保持薄板枠によ
り、平板型単電池とセパレータとを積層した場合、セパ
レータと平板型単電池との隙間を閉鎖し、燃料ガスと酸
化剤ガスの混合を防止し、局所的な燃料ガスの燃焼によ
る温度分布の不均一を防止し、かつ熱膨張の差によるス
タック等の破損を防ぎ、また、燃料電池の発電効率の低
下を防止することができる。
【図１】本発明にかかる保持薄板枠付き平板型単電池を
示す図である。
示す図である。
【図２】図１に示す保持薄板枠付き平板型単電池の平面
図である。
図である。
【図３】平板型単電池の平面図である。
【図４】保持薄板枠を示す図である。
【図５】本発明にかかる固体電解質燃料電池を示す図で
ある。
ある。
【図６】本発明にかかる保持薄板枠付き平板型単電池の
他の例を示す図である。
他の例を示す図である。
【図７】本発明にかかる保持薄板枠付き平板型単電池の
他の例を示す図である。
他の例を示す図である。
【図８】本発明にかかる保持薄板枠付き平板型単電池の
他の例を示す図である。
他の例を示す図である。
【図９】本発明にかかる保持薄板枠付き平板型単電池の
他の例を示す図である。
他の例を示す図である。
【図１０】本発明にかかる保持薄板枠付き平板型単電池
の他の例を示す図である。
の他の例を示す図である。
【図１１】本発明にかかる固体電解質燃料電池の他の例
を示す図である。
を示す図である。
【図１２】本発明にかかる固体電解質燃料電池の他の例
を示す図である。
を示す図である。
【図１３】本発明にかかる固体電解質燃料電池の他の例
を示す図である。
を示す図である。
【図１４】本発明にかかる固体電解質燃料電池を示す分
解斜視図である。
解斜視図である。
【図１５】本発明にかかる固体電解質燃料電池の他の例
を示す分解斜視図である。
を示す分解斜視図である。
【図１６】本発明にかかる固体電解質燃料電池の他の例
を示す図である。
を示す図である。
【図１７】本発明にかかる固体電解質燃料電池の他の例
を示す図である。
を示す図である。
【図１８】他の例にかかる保持薄板枠付き平板型単電池
の平面図である。
の平面図である。
【図１９】図１８の平板型単電池の平面図である。
【図２０】図１８の保持薄板枠を示す図である。
【図２１】従来の固体電解質燃料電池を示す分解斜視図
である。
である。
２、４２、８２ 燃料電池 ３ 保持薄板枠 ４、４８、８４ 平板型単電池 ６ 電解質 ８、８８ 空気極 １０ 燃料極 １２、９２ セパレータ １６、５２、９６ 収容部 １４、５４ 燃料ガス用供給通路 １６、５６ 燃料ガス用排気通路 １８、５８ 酸化剤ガス用供給通路 ２０、６０ 酸化剤ガス用排気通路 ２２ 溝 ３０、３１、３２、３３ 段部 ３４、３６、３８、４０ 通路 ４４ セラミックセパレータ ４６ 合金セパレータ ５０ 単電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦谷 美由紀 千葉県習志野市津田沼６−７−20−204 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08 EE08 EE12 HH03 HH05 HH08
Claims (24)
- 【請求項１】 固体電解質と、該固体電解質を挟む燃料
極及び空気極とから構成される固体電解質燃料電池の平
板型単電池において、 前記平板型単電池に、該平板型単電池の周囲に突出する
保持薄板枠を取り付けたことを特徴とする薄板枠付き平
板型単電池。 - 【請求項２】 前記保持薄板枠は、合金からなり、０．
５ｍｍ以下の厚さであることを特徴とする請求項１に記
載の薄板枠付き平板型単電池。 - 【請求項３】 前記保持薄板枠は、Ａｌを０．１％以上
１０％以下含有する合金であることを特徴とする請求項
１または２に記載の薄板枠付き平板型単電池。 - 【請求項４】 前記保持薄板枠は、熱膨張係数が常温か
ら８００℃で平均１４ｐｐｍ以下の合金であることを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄板枠付
き平板型単電池。 - 【請求項５】 前記保持薄板枠は、周囲に応力を吸収す
るためのうねりを有することを特徴とする請求項１〜４
のいずれか１項に記載の薄板枠付き平板型単電池。 - 【請求項６】 前記保持薄板枠は、前記平板型単電池
と、酸化ケイ素を含むガラス系シール剤を用いて接合さ
れていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項
に記載の薄板枠付き平板型単電池。 - 【請求項７】 前記保持薄板枠は、前記平板型単電池
と、ろう材によりろう付けされていることを特徴とする
請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄板枠付き平板型
単電池。 - 【請求項８】 前記保持薄板枠は、前記燃料極と溶接法
により溶接されていることを特徴とする請求項１〜５の
いずれか１項に記載の薄板枠付き平板型単電池。 - 【請求項９】 前記溶接箇所は前記燃料極の端面である
ことを特徴とする請求項８に記載の薄板枠付き平板型単
電池。 - 【請求項１０】 前記平板型単電池は、燃料極支持の支
持膜型単電池であることを特徴とする請求項１〜９のい
ずれか１項に記載の薄板枠付き平板型単電池。 - 【請求項１１】 前記平板型単電池は、空気極支持の支
持膜型単電池であることを特徴とする請求項１〜７のい
ずれか１項に記載の薄板枠付き平板型単電池。 - 【請求項１２】 前記平板型単電池は、同一面内に複数
配置され、前記保持薄板枠は、前記複数の平板型単電池
の周囲に突出するように形成したことを特徴とする請求
項１〜１１のいずれか１項に記載の薄板枠付き平板型単
電池。 - 【請求項１３】 平板型固体電解質と、該平板型固体電
解質を挟む燃料極及び空気極とから構成される平板型単
電池と、セパレータとからなる固体電解質燃料電池にお
いて、 前記平板型単電池に、該平板型単電池の周囲に突出する
保持薄板枠を取り付け、前記セパレータと前記平板型単
電池とを順次積層し、ガスシールを、前記保持薄板枠を
利用して行なわせることを特徴とした固体電解質燃料電
池。 - 【請求項１４】 前記保持薄板枠は、合金からなり、
０．５ｍｍ以下の厚さであることを特徴とする請求項１
３に記載の固体電解質燃料電池。 - 【請求項１５】 前記保持薄板枠は、Ａｌを０．１％以
上１０％以下含有する合金であることを特徴とする請求
項１３または１４に記載の固体電解質燃料電池。 - 【請求項１６】 前記保持薄板枠は、熱膨張係数が常
温から８００℃で平均１４ｐｐｍ以下の合金であること
を特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の
薄板枠付き固体電解質燃料電池。 - 【請求項１７】 前記保持薄板枠は、応力を吸収するた
めのうねりを周囲に有することを特徴とする請求項１３
〜１６のいずれか１項に記載の固体電解質燃料電池。 - 【請求項１８】 前記保持薄板枠は、前記平板型単電池
と、酸化ケイ素を含むガラス系シール剤を用いて接合さ
れていることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか
１項に記載の固体電解質燃料電池。 - 【請求項１９】 前記保持薄板枠は、前記平板型単電池
と、ろう材によりろう付けされていることを特徴とする
請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の固体電解質燃
料電池。 - 【請求項２０】 前記保持薄板枠は、前記燃料極と溶接
法により溶接されていることを特徴とする請求項１３〜
１７のいずれか１項に記載の固体電解質燃料電池。 - 【請求項２１】 前記溶接箇所は前記燃料極の端面であ
ることを特徴とする請求項２０に記載の固体電解質燃料
電池。 - 【請求項２２】 前記平板型単電池は、燃料極支持の支
持膜型単電池であることを特徴とする請求項１３〜２１
のいずれか１項に記載の固体電解質燃料電池。 - 【請求項２３】 前記平板型単電池は、空気極支持の支
持膜型単電池であることを特徴とする請求項１３〜１９
のいずれか１項に記載の固体電解質燃料電池。 - 【請求項２４】 前記平板型単電池は、同一面内に複数
配置され、前記保持薄板枠は、前記複数の平板型単電池
の周囲に突出するように形成したことを特徴とする請求
項１３〜２３のいずれか１項に記載の固体電解質燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13979999A JP3466960B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 保持薄板枠付き平板型単電池及びそれを用いた燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13979999A JP3466960B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 保持薄板枠付き平板型単電池及びそれを用いた燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000331692A true JP2000331692A (ja) | 2000-11-30 |
| JP3466960B2 JP3466960B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=15253712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13979999A Expired - Fee Related JP3466960B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 保持薄板枠付き平板型単電池及びそれを用いた燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3466960B2 (ja) |
Cited By (45)
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|---|---|---|---|---|
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