JP2002231271A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体電解質型燃料電池において、十分な発電
効率を確保する一方で強度を向上させる。 【解決手段】 固体電解質膜１４の上下面に燃料電極１
５、酸素電極１６をそれぞれ形成すると共に、円柱形状
をなすピン１７，１８を上下に対向して同位置に複数格
子状に固定して発電膜１１を形成し、この発電膜１１の
上面側及び下面側にインタコネクタ１２，１３を配設す
る。
効率を確保する一方で強度を向上させる。 【解決手段】 固体電解質膜１４の上下面に燃料電極１
５、酸素電極１６をそれぞれ形成すると共に、円柱形状
をなすピン１７，１８を上下に対向して同位置に複数格
子状に固定して発電膜１１を形成し、この発電膜１１の
上面側及び下面側にインタコネクタ１２，１３を配設す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池に関し、特に、発電に利用する他、水電解やＣＯ2
電解等の電解セルにも使用可能なＳＯＦＣ（Solid Oxid
e Fuel Cell ）に関する。
電池に関し、特に、発電に利用する他、水電解やＣＯ2
電解等の電解セルにも使用可能なＳＯＦＣ（Solid Oxid
e Fuel Cell ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この固体電解質型燃料電池は、
固体電解質の両側に酸素電極と燃料電極を接合し、これ
ら３層からなる発電膜の両面側にインタコネクタを配設
して構成されている。
固体電解質の両側に酸素電極と燃料電極を接合し、これ
ら３層からなる発電膜の両面側にインタコネクタを配設
して構成されている。
【０００３】このような固体電解質型燃料電池として
は、例えば、特開平７−７３８８７号公報に開示された
ものがある。この公報に開示された固体電解質型燃料電
池は、固体電解質膜の両面に全域にディンプルを形成
し、この固体電解質膜の片面に酸素電極を形成して他面
に燃料電極を形成し、発電膜の両面側にインタコネクタ
を配置したものである。
は、例えば、特開平７−７３８８７号公報に開示された
ものがある。この公報に開示された固体電解質型燃料電
池は、固体電解質膜の両面に全域にディンプルを形成
し、この固体電解質膜の片面に酸素電極を形成して他面
に燃料電極を形成し、発電膜の両面側にインタコネクタ
を配置したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の固体電
解質型燃料電池にあっては、発電効率を向上させるため
に固体電解質膜をディンプル形状として、酸素電極側及
び燃料電極側での反応面積（表面積）を増大させるよう
にしている。
解質型燃料電池にあっては、発電効率を向上させるため
に固体電解質膜をディンプル形状として、酸素電極側及
び燃料電極側での反応面積（表面積）を増大させるよう
にしている。
【０００５】ところが、固体電解質膜をディンプル形状
とする場合、一般的には、平板形状の固体電解質膜をプ
レス加工によりディンプルを形成している。そのため、
ディンプル形状の固体電解質膜はその厚さが不均一とな
りやすく、動作時に作用する熱応力や曲げ応力に対して
強度が十分であるとは言えない。
とする場合、一般的には、平板形状の固体電解質膜をプ
レス加工によりディンプルを形成している。そのため、
ディンプル形状の固体電解質膜はその厚さが不均一とな
りやすく、動作時に作用する熱応力や曲げ応力に対して
強度が十分であるとは言えない。
【０００６】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、十分な発電効率を確保する一方で強度を向上さ
せることができる固体電解質型燃料電池を提供すること
を目的とする。
あって、十分な発電効率を確保する一方で強度を向上さ
せることができる固体電解質型燃料電池を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明の固体電解質型燃料電池は、燃料電
極と固体電解質と酸素電極の３層からなる発電膜の両面
側にインタコネクタが配設された固体電解質型燃料電池
において、前記発電膜の各平面部に同一の材料からなる
複数の突起部をそれぞれ対向して設けたことを特徴とす
るものである。
めの請求項１の発明の固体電解質型燃料電池は、燃料電
極と固体電解質と酸素電極の３層からなる発電膜の両面
側にインタコネクタが配設された固体電解質型燃料電池
において、前記発電膜の各平面部に同一の材料からなる
複数の突起部をそれぞれ対向して設けたことを特徴とす
るものである。
【０００８】請求項２の発明の固体電解質型燃料電池で
は、前記突起部は、円柱形状をなすピンを前記発電膜の
平面部に固着して設けられたことを特徴としている。
は、前記突起部は、円柱形状をなすピンを前記発電膜の
平面部に固着して設けられたことを特徴としている。
【０００９】請求項３の発明の固体電解質型燃料電池で
は、前記突起部は、前記発電膜の平面部に千鳥格子状に
設けられたことを特徴としている。
は、前記突起部は、前記発電膜の平面部に千鳥格子状に
設けられたことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
【００１１】図１に本発明の第１実施形態に係る固体電
解質型燃料電池の分解斜視概略、図２に図１のII−II断
面を示す。
解質型燃料電池の分解斜視概略、図２に図１のII−II断
面を示す。
【００１２】本実施形態の固体電解質型燃料電池は、図
１及び図２に示すように、発電膜１１の上面側及び下面
側にインタコネクタ１２，１３が配設され、この発電膜
１１及びインタコネクタ１２，１３の組み合わせが１０
段程度積層されて構成されている。
１及び図２に示すように、発電膜１１の上面側及び下面
側にインタコネクタ１２，１３が配設され、この発電膜
１１及びインタコネクタ１２，１３の組み合わせが１０
段程度積層されて構成されている。
【００１３】この発電膜１１は、固体電解質膜１４の上
面に燃料電極１５が形成される一方、下面に酸素電極１
６が形成された３層構造の平板形状であり、その上面及
び下面に突起部としての円柱形状をなすピン１７，１８
が上下に対向して同位置に複数格子状に固定されてい
る。そして、この発電膜１１は外周部にシール部材１９
が固着されており、このシール部材１９の上面がインタ
コネクタ１２とのシール面となり、対向する位置に燃料
入口２０及び燃料出口２１が切り欠かれて形成される一
方、下面がインタコネクタ１３とのシール面となり、対
向する位置に空気入口２２及び空気出口２３が切り欠か
れて形成されており、燃料用流路と空気用通路が互いに
交差するように設けられている。
面に燃料電極１５が形成される一方、下面に酸素電極１
６が形成された３層構造の平板形状であり、その上面及
び下面に突起部としての円柱形状をなすピン１７，１８
が上下に対向して同位置に複数格子状に固定されてい
る。そして、この発電膜１１は外周部にシール部材１９
が固着されており、このシール部材１９の上面がインタ
コネクタ１２とのシール面となり、対向する位置に燃料
入口２０及び燃料出口２１が切り欠かれて形成される一
方、下面がインタコネクタ１３とのシール面となり、対
向する位置に空気入口２２及び空気出口２３が切り欠か
れて形成されており、燃料用流路と空気用通路が互いに
交差するように設けられている。
【００１４】一般的に、発電膜１１を形成する固体電解
質１４の材料にはＹＳＺが、燃料電極１５の材料にはＮ
ｉ／ＹＳＺやＮｉＣｅＯ2 ／ＹＳＺ等が、酸素電極１６
の材料にはＬａＳｒＭｎＯ3 もしくは、ＬａＣｏＯ3 等
が用いられ、発電膜１１の燃料電極１５側に接合される
ピン１７の材料はこの燃料電極１５と同材料を用い、発
電膜１１の酸素電極１６側に接合されるピン１８の材料
はこの酸素電極１６と同材料を用いることが好ましい。
また、インタコネク１２，１３の材料としてはＬａＭｇ
ＣｒＯ3 かＮｉ基耐熱合金といったものが用いられる。
質１４の材料にはＹＳＺが、燃料電極１５の材料にはＮ
ｉ／ＹＳＺやＮｉＣｅＯ2 ／ＹＳＺ等が、酸素電極１６
の材料にはＬａＳｒＭｎＯ3 もしくは、ＬａＣｏＯ3 等
が用いられ、発電膜１１の燃料電極１５側に接合される
ピン１７の材料はこの燃料電極１５と同材料を用い、発
電膜１１の酸素電極１６側に接合されるピン１８の材料
はこの酸素電極１６と同材料を用いることが好ましい。
また、インタコネク１２，１３の材料としてはＬａＭｇ
ＣｒＯ3 かＮｉ基耐熱合金といったものが用いられる。
【００１５】そして、発電膜１１の燃料電極１５に接合
された各ピン１７の先端部は、上部のインタコネクタ１
２と導電性接着材により電気的接続がなされると共に、
酸素電極１６に接合された各ピン１８の先端部は、下部
のインタコネクタ１３と導電性接着材により電気的接続
がなされている。この導電性接着材はシール部材１９の
上下のシール面を除いたインタコネクタ１２，１３の全
面にわたって塗布するか、あるいは各ピン１７，１８に
対応した一部に塗布するかは、燃料電池の持つ性能によ
って設計的に選択されるものであり、全面に塗布すれ
ば、電気的な横流れがほぼ全て吸収されて電気抵抗は減
るが、材料コストが増す。また、この導電性接着材は、
それぞれ燃料電極１５あるいは酸素電極１６と共材を用
いることが望ましい。
された各ピン１７の先端部は、上部のインタコネクタ１
２と導電性接着材により電気的接続がなされると共に、
酸素電極１６に接合された各ピン１８の先端部は、下部
のインタコネクタ１３と導電性接着材により電気的接続
がなされている。この導電性接着材はシール部材１９の
上下のシール面を除いたインタコネクタ１２，１３の全
面にわたって塗布するか、あるいは各ピン１７，１８に
対応した一部に塗布するかは、燃料電池の持つ性能によ
って設計的に選択されるものであり、全面に塗布すれ
ば、電気的な横流れがほぼ全て吸収されて電気抵抗は減
るが、材料コストが増す。また、この導電性接着材は、
それぞれ燃料電極１５あるいは酸素電極１６と共材を用
いることが望ましい。
【００１６】このように本実施形態の固体電解質型燃料
電池にあっては、固体電解質膜１４の上下面に燃料電極
１５、酸素電極１６をそれぞれ形成すると共に、円柱形
状をなすピン１７，１８を上下に対向して同位置に複数
格子状に固定して発電膜１１を形成し、この発電膜１１
の上面側及び下面側にインタコネクタ１２，１３を配設
して構成している。
電池にあっては、固体電解質膜１４の上下面に燃料電極
１５、酸素電極１６をそれぞれ形成すると共に、円柱形
状をなすピン１７，１８を上下に対向して同位置に複数
格子状に固定して発電膜１１を形成し、この発電膜１１
の上面側及び下面側にインタコネクタ１２，１３を配設
して構成している。
【００１７】従って、燃料電極１５側及び酸素電極１６
側での反応面積（表面積）が増大し、十分な発電効率を
確保することができる一方、従来のように発電膜をディ
ンプル形状とした場合に比べて、発電膜１１の製作が容
易で低コストなものとなる。また、発電膜１１自体は平
板形状となり、且つ、上下同一位置にてピン１７，１８
を設けて発電膜１１とインタコネクタ１２，１３とを支
持しており、動作時に作用する熱応力や曲げ応力に対し
て十分な強度を有し、固体電解質型燃料電池として剛性
を向上できる。
側での反応面積（表面積）が増大し、十分な発電効率を
確保することができる一方、従来のように発電膜をディ
ンプル形状とした場合に比べて、発電膜１１の製作が容
易で低コストなものとなる。また、発電膜１１自体は平
板形状となり、且つ、上下同一位置にてピン１７，１８
を設けて発電膜１１とインタコネクタ１２，１３とを支
持しており、動作時に作用する熱応力や曲げ応力に対し
て十分な強度を有し、固体電解質型燃料電池として剛性
を向上できる。
【００１８】なお、上述した固体電解質型燃料電池にお
いて、突起部としてのピン１７，１８の配列や形状等は
この実施形態に限定されるものではない。図３及び図４
に本発明の第２、第３実施形態に係る固体電解質型燃料
電池の発電膜を表す斜視概略を示す。ここで、前述した
実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には
同一の符号を付して重複する説明は省略する。
いて、突起部としてのピン１７，１８の配列や形状等は
この実施形態に限定されるものではない。図３及び図４
に本発明の第２、第３実施形態に係る固体電解質型燃料
電池の発電膜を表す斜視概略を示す。ここで、前述した
実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には
同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００１９】第２実施形態の固体電解質型燃料電池にお
いて、図３に示すように、発電膜３１は、固体電解質膜
１４の上下面に燃料電極１５、酸素電極１６が形成され
た３層構造の平板形状であり、その上面及び下面に突起
部としての円柱形状をなすピン１７，１８が上下に対向
して同位置に複数千鳥格子状に固定されている。従っ
て、燃料入口２０から入った水素等の燃料は千鳥格子状
の複数のピン１７により十分に拡散され、燃料電極１５
の全面に行きわたり、同様に、空気入口２２から入った
空気（酸素）は千鳥格子状の複数のピン１８により十分
に拡散され、酸素電極１６の全面に行きわたることとな
り、反応を促進させて発電効率を向上できる。
いて、図３に示すように、発電膜３１は、固体電解質膜
１４の上下面に燃料電極１５、酸素電極１６が形成され
た３層構造の平板形状であり、その上面及び下面に突起
部としての円柱形状をなすピン１７，１８が上下に対向
して同位置に複数千鳥格子状に固定されている。従っ
て、燃料入口２０から入った水素等の燃料は千鳥格子状
の複数のピン１７により十分に拡散され、燃料電極１５
の全面に行きわたり、同様に、空気入口２２から入った
空気（酸素）は千鳥格子状の複数のピン１８により十分
に拡散され、酸素電極１６の全面に行きわたることとな
り、反応を促進させて発電効率を向上できる。
【００２０】また、第３実施形態の固体電解質型燃料電
池において、図４に示すように、発電膜４１は、固体電
解質膜１４の上下面に燃料電極１５、酸素電極１６が形
成された３層構造の平板形状であり、その上面及び下面
に突起部としての角柱形状をなすピン４２，４３が上下
に対向して同位置に複数千鳥格子状に固定されている。
従って、燃料入口２０から入った水素等の燃料は角柱形
状をなす複数のピン４２によりその流れ方向が変わって
十分に拡散され、燃料電極１５の全面に行きわたり、同
様に、空気入口２２から入った空気（酸素）は角柱形状
をなす複数のピン４３によりその流れ方向が変わって十
分に拡散され、酸素電極１６の全面に行きわたることと
なり、反応を促進させて発電効率を向上できる。
池において、図４に示すように、発電膜４１は、固体電
解質膜１４の上下面に燃料電極１５、酸素電極１６が形
成された３層構造の平板形状であり、その上面及び下面
に突起部としての角柱形状をなすピン４２，４３が上下
に対向して同位置に複数千鳥格子状に固定されている。
従って、燃料入口２０から入った水素等の燃料は角柱形
状をなす複数のピン４２によりその流れ方向が変わって
十分に拡散され、燃料電極１５の全面に行きわたり、同
様に、空気入口２２から入った空気（酸素）は角柱形状
をなす複数のピン４３によりその流れ方向が変わって十
分に拡散され、酸素電極１６の全面に行きわたることと
なり、反応を促進させて発電効率を向上できる。
【００２１】なお、上述したように、燃料入口２０から
入った水素等の燃料は各ピン１７，４２で拡散されて燃
料出口２１側へ至り、同様に、空気入口２２から入った
空気（酸素）は各ピン１８，４３で拡散されて空気出口
２３側に至る。このような構成において、一定の容積で
発電膜１１の表面積、つまり、燃料電極１５及び酸素電
極１６の反応面積をいかに拡げることが重要であり、且
つ、ガスを拡散し易くするかが重要である。
入った水素等の燃料は各ピン１７，４２で拡散されて燃
料出口２１側へ至り、同様に、空気入口２２から入った
空気（酸素）は各ピン１８，４３で拡散されて空気出口
２３側に至る。このような構成において、一定の容積で
発電膜１１の表面積、つまり、燃料電極１５及び酸素電
極１６の反応面積をいかに拡げることが重要であり、且
つ、ガスを拡散し易くするかが重要である。
【００２２】この要件として、各ピン１７，１８，４
２，４３の間隔（隙間）、直径、高さ、配列などのの相
互関係が最重要なものとなる。そのため、各ピン１７，
１８，４２，４３の直径を小さくしてその間隔（隙間）
を小さくすることで、発電膜１１の表面積が大きくな
る。また、各ピン１７，１８，４２，４３の配列にあっ
ては、入口２０，２２でピン同志の隙間を狭く、中間部
でやや広くすることで、ガスの拡散性が向上する。
２，４３の間隔（隙間）、直径、高さ、配列などのの相
互関係が最重要なものとなる。そのため、各ピン１７，
１８，４２，４３の直径を小さくしてその間隔（隙間）
を小さくすることで、発電膜１１の表面積が大きくな
る。また、各ピン１７，１８，４２，４３の配列にあっ
ては、入口２０，２２でピン同志の隙間を狭く、中間部
でやや広くすることで、ガスの拡散性が向上する。
【００２３】このように各ピン１７，１８，４２，４３
の間隔（隙間）、直径、高さ、配列などのは各実施形態
に限るものではなく、形状にあっても、楕円、三角、星
型など多種多様に考えられるものである。また、この突
起部としてのピン１７，１８，４２，４３を円柱あるい
は角柱形状としたが、中空の円筒形状として角筒形状と
してもよい。
の間隔（隙間）、直径、高さ、配列などのは各実施形態
に限るものではなく、形状にあっても、楕円、三角、星
型など多種多様に考えられるものである。また、この突
起部としてのピン１７，１８，４２，４３を円柱あるい
は角柱形状としたが、中空の円筒形状として角筒形状と
してもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明の固体電解質型燃料電池によれ
ば、燃料電極と固体電解質と酸素電極の３層からなる発
電膜の両面側にインタコネクタが配設して構成し、発電
膜の各平面部に同一の材料からなる複数の突起部をそれ
ぞれ対向して設けたので、発電膜の上下面での反応面積
が増大し、十分な発電効率を確保することができる一
方、製作を容易として低コスト化を図ることができ、ま
た、発電膜自体を平板形状として上下同一位置にて突起
部により発電膜及びインタコネクタを支持しており、強
度を向上することができる。
ように請求項１の発明の固体電解質型燃料電池によれ
ば、燃料電極と固体電解質と酸素電極の３層からなる発
電膜の両面側にインタコネクタが配設して構成し、発電
膜の各平面部に同一の材料からなる複数の突起部をそれ
ぞれ対向して設けたので、発電膜の上下面での反応面積
が増大し、十分な発電効率を確保することができる一
方、製作を容易として低コスト化を図ることができ、ま
た、発電膜自体を平板形状として上下同一位置にて突起
部により発電膜及びインタコネクタを支持しており、強
度を向上することができる。
【００２５】請求項２の発明の固体電解質型燃料電池に
よれば、突起部として円柱形状をなすピンを発電膜の平
面部に固着して設けたので、構造を簡素化して容易に製
造することができ、製造コストを低減することができ
る。
よれば、突起部として円柱形状をなすピンを発電膜の平
面部に固着して設けたので、構造を簡素化して容易に製
造することができ、製造コストを低減することができ
る。
【００２６】請求項３の発明の固体電解質型燃料電池に
よれば、突起部を発電膜の平面部に千鳥格子状に設けた
ので、各入口から入った燃料あるいは空気が千鳥格子状
の複数の突起部により十分に拡散されて表面全域に行き
わたることとなり、反応を促進させて発電効率を向上す
ることができる。
よれば、突起部を発電膜の平面部に千鳥格子状に設けた
ので、各入口から入った燃料あるいは空気が千鳥格子状
の複数の突起部により十分に拡散されて表面全域に行き
わたることとなり、反応を促進させて発電効率を向上す
ることができる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る固体電解質型燃料
電池の分解斜視図である。
電池の分解斜視図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る固体電解質型燃料
電池の発電膜を表す斜視図である。
電池の発電膜を表す斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る固体電解質型燃料
電池の発電膜を表す斜視図である。
電池の発電膜を表す斜視図である。
１１，３１，４１ 発電膜 １２，１３ インタコネクタ １４ 固体電解質膜 １５ 燃料電極 １６ 酸素電極 １７，１８，４２，４３ ピン（突起部） １９ シール部材
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料電極と固体電解質と酸素電極の３層
からなる発電膜の両面側にインタコネクタが配設された
固体電解質型燃料電池において、前記発電膜の各平面部
に同一の材料からなる複数の突起部をそれぞれ対向して
設けたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 請求項１記載の固体電解質型燃料電池に
おいて、前記突起部は、円柱形状をなすピンを前記発電
膜の平面部に固着して設けられたことを特徴とする固体
電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 請求項１記載の固体電解質型燃料電池に
おいて、前記突起部は、前記発電膜の平面部に千鳥格子
状に設けられたことを特徴とする固体電解質型燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001025144A JP2002231271A (ja) | 2001-02-01 | 2001-02-01 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001025144A JP2002231271A (ja) | 2001-02-01 | 2001-02-01 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002231271A true JP2002231271A (ja) | 2002-08-16 |
Family
ID=18890184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001025144A Withdrawn JP2002231271A (ja) | 2001-02-01 | 2001-02-01 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002231271A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005339904A (ja) * | 2004-05-25 | 2005-12-08 | Kyocera Corp | 燃料電池セルスタック及び燃料電池 |
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2001
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