JP2002358976A - 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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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体電解質層と電極層間の熱膨脹差による問
題を解消する。 【解決手段】 固体電解質層２の両面に燃料極層３と空
気極層４を配置し、燃料極層３と空気極層４の外側にそ
れぞれ多孔質クッション材よりなる燃料極集電体６と空
気極集電体７を配置し、燃料極集電体６と空気極集電体
７の外側にセパレータ８を配置し、これらを圧力をかけ
て密着積層した固体電解質型燃料電池において、燃料極
層３を燃料極集電体６に一体形成すると共に、空気極層
４を空気極集電体７に一体形成し、燃料極層３及び空気
極層４を固体電解質層２の表面に単純接触させた。
題を解消する。 【解決手段】 固体電解質層２の両面に燃料極層３と空
気極層４を配置し、燃料極層３と空気極層４の外側にそ
れぞれ多孔質クッション材よりなる燃料極集電体６と空
気極集電体７を配置し、燃料極集電体６と空気極集電体
７の外側にセパレータ８を配置し、これらを圧力をかけ
て密着積層した固体電解質型燃料電池において、燃料極
層３を燃料極集電体６に一体形成すると共に、空気極層
４を空気極集電体７に一体形成し、燃料極層３及び空気
極層４を固体電解質層２の表面に単純接触させた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池に関する。
電池に関する。
【０００２】酸化物イオン伝導体からなる固体電解質層
を空気極層と燃料極層との間に挟んだ積層構造を持つ固
体電解質型燃料電池は、第三世代の発電用燃料電池とし
て開発が進んでいる。固体電解質型燃料電池では、空気
極側に酸素（空気）が、燃料極側には燃料ガス（Ｈ２、
ＣＯ等）が供給される。空気極と燃料極は、ガスが固体
電解質との界面に到達することができるように、いずれ
も多孔質とされている。
を空気極層と燃料極層との間に挟んだ積層構造を持つ固
体電解質型燃料電池は、第三世代の発電用燃料電池とし
て開発が進んでいる。固体電解質型燃料電池では、空気
極側に酸素（空気）が、燃料極側には燃料ガス（Ｈ２、
ＣＯ等）が供給される。空気極と燃料極は、ガスが固体
電解質との界面に到達することができるように、いずれ
も多孔質とされている。
【０００３】空気極側に供給された酸素は、空気極層内
の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、こ
の部分で、空気極から電子を受け取って酸化物イオン
（Ｏ２ −）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃
料極の方向に向かって固体電解質層内を拡散移動する。
燃料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部
分で、燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２
等）を生じ、燃料極に電子を放出する。
の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、こ
の部分で、空気極から電子を受け取って酸化物イオン
（Ｏ２ −）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃
料極の方向に向かって固体電解質層内を拡散移動する。
燃料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部
分で、燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２
等）を生じ、燃料極に電子を放出する。
【０００４】燃料に水素を用いた場合の電極反応は次の
ようになる。 空気極： １／２ Ｏ２＋ ２ｅ− → Ｏ２− 燃料極： Ｈ２ ＋ Ｏ２− → Ｈ２Ｏ＋２ｅ− 全体 ： Ｈ２ ＋ １／２ Ｏ２ → Ｈ２Ｏ
ようになる。 空気極： １／２ Ｏ２＋ ２ｅ− → Ｏ２− 燃料極： Ｈ２ ＋ Ｏ２− → Ｈ２Ｏ＋２ｅ− 全体 ： Ｈ２ ＋ １／２ Ｏ２ → Ｈ２Ｏ
【０００５】固体電解質層は、酸化物イオンの移動媒体
であると同時に、燃料ガスと空気を直接接触させないた
めの隔壁としても機能するので、ガス不透過性の緻密な
構造となっている。この固体電解質層は、酸化物イオン
伝導性が高く、空気極側の酸化性雰囲気から燃料極側の
還元性雰囲気までの条件下で化学的に安定で、熱衝撃に
強い材料から構成する必要があり、かかる要件を満たす
材料として、イットリアを添加した安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）が一般的に使用されている。
であると同時に、燃料ガスと空気を直接接触させないた
めの隔壁としても機能するので、ガス不透過性の緻密な
構造となっている。この固体電解質層は、酸化物イオン
伝導性が高く、空気極側の酸化性雰囲気から燃料極側の
還元性雰囲気までの条件下で化学的に安定で、熱衝撃に
強い材料から構成する必要があり、かかる要件を満たす
材料として、イットリアを添加した安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）が一般的に使用されている。
【０００６】一方、電極である空気極（カソード）層と
燃料極（アノード）層はいずれも電子伝導性の高い材料
から構成する必要がある。空気極材料は、７００℃前後
の高温の酸化性雰囲気中で化学的に安定でなければなら
ないため、金属は不適当であり、電子伝導性を持つペロ
ブスカイト型酸化物材料、具体的にはＬａＭｎＯ３もし
くはＬａＣｏＯ３、または、これらのＬａの一部をＳ
ｒ、Ｃａ等に置換した固溶体が一般に使用されている。
また、燃料極材料は、Ｎｉ、Ｃｏなどの金属、或いはＮ
ｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺなどのサーメットが一般的で
ある。
燃料極（アノード）層はいずれも電子伝導性の高い材料
から構成する必要がある。空気極材料は、７００℃前後
の高温の酸化性雰囲気中で化学的に安定でなければなら
ないため、金属は不適当であり、電子伝導性を持つペロ
ブスカイト型酸化物材料、具体的にはＬａＭｎＯ３もし
くはＬａＣｏＯ３、または、これらのＬａの一部をＳ
ｒ、Ｃａ等に置換した固溶体が一般に使用されている。
また、燃料極材料は、Ｎｉ、Ｃｏなどの金属、或いはＮ
ｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺなどのサーメットが一般的で
ある。
【０００７】固体酸化物型燃料電池には、１０００℃前
後の高温で作動させる高温作動型のものと、７００℃前
後の低温で作動させる低温作動型のものとがある。低温
作動型の固体酸化物型燃料電池は、例えば電解質である
イットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の厚
さを１０μｍ程度まで薄膜化して、電解質の抵抗を低く
して、低温でも燃料電池として発電するように改良され
た発電セルを使用する。
後の高温で作動させる高温作動型のものと、７００℃前
後の低温で作動させる低温作動型のものとがある。低温
作動型の固体酸化物型燃料電池は、例えば電解質である
イットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の厚
さを１０μｍ程度まで薄膜化して、電解質の抵抗を低く
して、低温でも燃料電池として発電するように改良され
た発電セルを使用する。
【０００８】高温の固体酸化物型燃料電池では、セパレ
ータには、例えばランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）
等の電子伝導性を有するセラミックスが用いられるが、
低温作動型の固体酸化物燃料電池では、ステンレス等の
金属材料を使用することができる。
ータには、例えばランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）
等の電子伝導性を有するセラミックスが用いられるが、
低温作動型の固体酸化物燃料電池では、ステンレス等の
金属材料を使用することができる。
【０００９】また、固体酸化物型燃料電池の構造には、
円筒型、モノリス型、及び平板積層型の３種類が提案さ
れている。それらの構造のうち、低温作動型の固体酸化
物型燃料電池には、金属のセパレータを使用できること
から、金属のセパレータに形状付与しやすい平板積層型
の構造が適している。
円筒型、モノリス型、及び平板積層型の３種類が提案さ
れている。それらの構造のうち、低温作動型の固体酸化
物型燃料電池には、金属のセパレータを使用できること
から、金属のセパレータに形状付与しやすい平板積層型
の構造が適している。
【００１０】平板積層型の固体電解質型燃料電池のスタ
ックは、発電セル、集電体、セパレータを交互に積層し
た構造を持つ。一対のセパレータが発電セルを両面から
挟んで、一方は空気極集電体を介して空気極と、他方は
燃料極集電体を介して燃料極と接している。燃料集電体
には、Ｎｉ基合金等のスポンジ状の多孔質体を使用する
ことができ、空気極集電体には、Ａｇ基合金等の同じく
スポンジ状の多孔質体を使用することができる。スポン
ジ状多孔質体は、集電機能、ガス透過機能、均一ガス拡
散機能、クッション機能、熱膨脹差吸収機能等を兼ね備
えるので、多機能の集電体材料として適している。
ックは、発電セル、集電体、セパレータを交互に積層し
た構造を持つ。一対のセパレータが発電セルを両面から
挟んで、一方は空気極集電体を介して空気極と、他方は
燃料極集電体を介して燃料極と接している。燃料集電体
には、Ｎｉ基合金等のスポンジ状の多孔質体を使用する
ことができ、空気極集電体には、Ａｇ基合金等の同じく
スポンジ状の多孔質体を使用することができる。スポン
ジ状多孔質体は、集電機能、ガス透過機能、均一ガス拡
散機能、クッション機能、熱膨脹差吸収機能等を兼ね備
えるので、多機能の集電体材料として適している。
【００１１】セパレータは、発電セル間を電気接続する
と共に、発電セルに対してガスを供給する機能を有する
もので、燃料ガスをセパレータ外周面から導入してセパ
レータの燃料極層に対向する面から吐出させる燃料通路
と、酸化剤ガスをセパレータ外周面から導入してセパレ
ータの酸化剤極層に対向する面から吐出させる酸化剤通
路とをそれぞれ有している。
と共に、発電セルに対してガスを供給する機能を有する
もので、燃料ガスをセパレータ外周面から導入してセパ
レータの燃料極層に対向する面から吐出させる燃料通路
と、酸化剤ガスをセパレータ外周面から導入してセパレ
ータの酸化剤極層に対向する面から吐出させる酸化剤通
路とをそれぞれ有している。
【００１２】図２は従来の燃料電池のスタックの構造の
一例を示している。この燃料電池スタック１は、固体電
解質層２の両面に燃料極層３及び空気極層４を配置し、
燃料極層３及び空気極層４の外側に多孔質クッション材
よりなる燃料極集電体６及び空気極集電体７を配置し、
燃料極集電体６と空気極集電体７の外側にセパレータ８
を配置し、これらを圧力をかけて密着積層した構造を持
っている。ここで、従来の燃料電池では、固体電解質層
２の両面の燃料極層３と空気極層４を、固体電解質層２
の両面に一体的に形成して、３層構造の発電セル５を構
成していた。
一例を示している。この燃料電池スタック１は、固体電
解質層２の両面に燃料極層３及び空気極層４を配置し、
燃料極層３及び空気極層４の外側に多孔質クッション材
よりなる燃料極集電体６及び空気極集電体７を配置し、
燃料極集電体６と空気極集電体７の外側にセパレータ８
を配置し、これらを圧力をかけて密着積層した構造を持
っている。ここで、従来の燃料電池では、固体電解質層
２の両面の燃料極層３と空気極層４を、固体電解質層２
の両面に一体的に形成して、３層構造の発電セル５を構
成していた。
【００１３】例えば、３層構造の発電セル５を作製する
方法としては、まず、固体電解質層２を、ドクターブレ
ード法や押出法などで成形したグリーンシートの焼結に
より形成し、その片面に空気極層４の材料、反対面に燃
料極層３の材料スラリーを塗布し、順次または同時に焼
結させることにより、発電セル５を形成していた。ある
いは、固体電解質層２と各電極層３、４のグリーンシー
トをまず作製して重ね合わせ、一括焼成により焼結させ
る例もある。また、溶射法や電気化学的蒸着法を採用し
て、３層構造の発電セル５を形成する例もある。
方法としては、まず、固体電解質層２を、ドクターブレ
ード法や押出法などで成形したグリーンシートの焼結に
より形成し、その片面に空気極層４の材料、反対面に燃
料極層３の材料スラリーを塗布し、順次または同時に焼
結させることにより、発電セル５を形成していた。ある
いは、固体電解質層２と各電極層３、４のグリーンシー
トをまず作製して重ね合わせ、一括焼成により焼結させ
る例もある。また、溶射法や電気化学的蒸着法を採用し
て、３層構造の発電セル５を形成する例もある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】いずれにしろ、従来の
燃料電池では、固体電解質層２の両面に燃料極層３と空
気極層４を一体に積層していた。しかし、固体電解質型
燃料電池では、電解質層と各電極層の構成元素及び結晶
構造が異なっているため、各材料の熱膨張係数の違いか
ら、発電セル製作の焼成時や燃料電池の運転時に受ける
熱応力により、発電セルの歪み、割れ、層間剥離などが
起こる問題があった。
燃料電池では、固体電解質層２の両面に燃料極層３と空
気極層４を一体に積層していた。しかし、固体電解質型
燃料電池では、電解質層と各電極層の構成元素及び結晶
構造が異なっているため、各材料の熱膨張係数の違いか
ら、発電セル製作の焼成時や燃料電池の運転時に受ける
熱応力により、発電セルの歪み、割れ、層間剥離などが
起こる問題があった。
【００１５】本発明は、上記事情を考慮し、固体電解質
層と電極層間の熱膨脹差により発生する各種問題を解決
し得るようにした固体電解質型燃料電池を提供すること
を目的とする。
層と電極層間の熱膨脹差により発生する各種問題を解決
し得るようにした固体電解質型燃料電池を提供すること
を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、固体
電解質層の両面に燃料極層と空気極層を配置し、燃料極
層と空気極層の外側にそれぞれ多孔質クッション材より
なる燃料極集電体と空気極集電体を配置し、燃料極集電
体と空気極集電体の外側にセパレータを配置して、これ
らを圧力をかけて密着積層した固体電解質型燃料電池に
おいて、前記燃料極層を燃料極集電体に一体形成すると
共に、前記空気極層を空気極集電体に一体形成し、前記
燃料極層及び空気極層を固体電解質層の表面に単純接触
させたことを特徴としている。
電解質層の両面に燃料極層と空気極層を配置し、燃料極
層と空気極層の外側にそれぞれ多孔質クッション材より
なる燃料極集電体と空気極集電体を配置し、燃料極集電
体と空気極集電体の外側にセパレータを配置して、これ
らを圧力をかけて密着積層した固体電解質型燃料電池に
おいて、前記燃料極層を燃料極集電体に一体形成すると
共に、前記空気極層を空気極集電体に一体形成し、前記
燃料極層及び空気極層を固体電解質層の表面に単純接触
させたことを特徴としている。
【００１７】この発明では、燃料極層及び空気極層と固
体電解質層とが単に物理的に接触すだけであるから、こ
れらの層間に発生する熱膨脹差を、接触面間の滑りによ
って吸収することができる。ここで、燃料極層を燃料極
集電体に一体化したことにより、新たにこれらの層間の
熱膨脹差による問題の発生が懸念されるが、燃料極層と
燃料極集電体は共に多孔質体より構成されているので、
多孔質体の本来持っている柔軟性により熱膨脹差が吸収
されることになり、熱膨脹差による問題は起こらない。
空気極層と空気極集電体との間でも同じことが言える。
体電解質層とが単に物理的に接触すだけであるから、こ
れらの層間に発生する熱膨脹差を、接触面間の滑りによ
って吸収することができる。ここで、燃料極層を燃料極
集電体に一体化したことにより、新たにこれらの層間の
熱膨脹差による問題の発生が懸念されるが、燃料極層と
燃料極集電体は共に多孔質体より構成されているので、
多孔質体の本来持っている柔軟性により熱膨脹差が吸収
されることになり、熱膨脹差による問題は起こらない。
空気極層と空気極集電体との間でも同じことが言える。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は実施形態の固体電解質型燃料
電池のスタックの断面図である。
基づいて説明する。図１は実施形態の固体電解質型燃料
電池のスタックの断面図である。
【００１９】この燃料電池スタック１１では、従来のよ
うに固体電解質層２の両面に燃料極層３及び空気極層４
を一体に積層するのではなく、燃料極層３を燃料極集電
体６側に一体に積層すると共に、空気極層４を空気極集
電体７側に一体に積層し、燃料極層３及び空気極層４を
固体電解質層２の表面に単純接触させていることを特徴
としいる。
うに固体電解質層２の両面に燃料極層３及び空気極層４
を一体に積層するのではなく、燃料極層３を燃料極集電
体６側に一体に積層すると共に、空気極層４を空気極集
電体７側に一体に積層し、燃料極層３及び空気極層４を
固体電解質層２の表面に単純接触させていることを特徴
としいる。
【００２０】ここで、固体電解質層２はイットリアを添
加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料
極層３はＮｉ、Ｃｏ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ、Ｃ
ｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層４はＬ
ａＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３等で構成されている。また、
燃料極集電体６はＮｉ基合金等のスポンジ状の多孔質焼
結金属板で構成され、空気極集電体７はＡｇ基合金等の
スポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ
８はステンレス等で構成されている。
加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料
極層３はＮｉ、Ｃｏ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ、Ｃ
ｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層４はＬ
ａＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３等で構成されている。また、
燃料極集電体６はＮｉ基合金等のスポンジ状の多孔質焼
結金属板で構成され、空気極集電体７はＡｇ基合金等の
スポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ
８はステンレス等で構成されている。
【００２１】セパレータ８は、固体電解質層２を中心に
してその両側に燃料極層３、燃料極集電体６、空気極層
４、空気極集電体７を積層してなる単電池間を電気接続
すると共に、単電池に対してガスを供給する機能を有す
るもので、燃料ガスをセパレータ８の外周面から導入し
てセパレータ８の燃料極層３に対向する面から吐出させ
る燃料通路１１と、酸化剤ガスをセパレータ８の外周面
から導入してセパレータ８の酸化剤極層４に対向する面
から吐出させる酸化剤通路１２とをそれぞれ有してい
る。ただし、両端部のセパレータ８（８Ａ、８Ｂ）は、
いずれかの通路１１、１２のみを有する。
してその両側に燃料極層３、燃料極集電体６、空気極層
４、空気極集電体７を積層してなる単電池間を電気接続
すると共に、単電池に対してガスを供給する機能を有す
るもので、燃料ガスをセパレータ８の外周面から導入し
てセパレータ８の燃料極層３に対向する面から吐出させ
る燃料通路１１と、酸化剤ガスをセパレータ８の外周面
から導入してセパレータ８の酸化剤極層４に対向する面
から吐出させる酸化剤通路１２とをそれぞれ有してい
る。ただし、両端部のセパレータ８（８Ａ、８Ｂ）は、
いずれかの通路１１、１２のみを有する。
【００２２】前述した燃料極集電体６や空気極集電体７
を構成する多孔質金属板は、Ｎｉ基合金やＡｇ基合金等
よりなる三次元網状骨格を有するスポンジ状の多孔質金
属焼結板からなり、次の工程を経ることで作製したもの
である。工程の順番は、スラリー調製工程→成形工程→
発泡工程→乾燥工程→脱脂工程→焼結工程である。
を構成する多孔質金属板は、Ｎｉ基合金やＡｇ基合金等
よりなる三次元網状骨格を有するスポンジ状の多孔質金
属焼結板からなり、次の工程を経ることで作製したもの
である。工程の順番は、スラリー調製工程→成形工程→
発泡工程→乾燥工程→脱脂工程→焼結工程である。
【００２３】まず、スラリー調製工程において、金属粉
末、有機溶剤（ｎ−ヘキサン等）、界面活性剤（ドデシ
ルベンゼンスルホン酸ナトリウム等）、水溶性樹脂結合
剤（ヒドロキシプロピルメチルセルロース等）、可塑剤
（グリセリン等）、水、を混ぜて発泡スラリーを調製す
る。これを成形工程において、ドクターブレード法によ
りキャリヤシート上に薄板状に成形してグリーンシート
を得る。次に発泡工程において、このグリーンシートを
高温高湿環境下で、揮発性有機溶剤の蒸気圧及び界面活
性剤の起泡性を利用してスポンジ状に発泡させた後、乾
燥工程、脱脂工程、焼成工程を経て多孔質金属板を得
る。
末、有機溶剤（ｎ−ヘキサン等）、界面活性剤（ドデシ
ルベンゼンスルホン酸ナトリウム等）、水溶性樹脂結合
剤（ヒドロキシプロピルメチルセルロース等）、可塑剤
（グリセリン等）、水、を混ぜて発泡スラリーを調製す
る。これを成形工程において、ドクターブレード法によ
りキャリヤシート上に薄板状に成形してグリーンシート
を得る。次に発泡工程において、このグリーンシートを
高温高湿環境下で、揮発性有機溶剤の蒸気圧及び界面活
性剤の起泡性を利用してスポンジ状に発泡させた後、乾
燥工程、脱脂工程、焼成工程を経て多孔質金属板を得
る。
【００２４】この場合、発泡工程において、グリーンシ
ートの内部に発生した気泡は、全方向からほぼ等価な圧
力を受けて略球状の形状で成長する。気泡が内部から拡
散して大気との界面に近づくと、気泡は、気泡と大気の
間のスラリーの薄い部分へと成長していき、やがて気泡
は破れて、気泡内部の気体は、できた小孔から大気中へ
拡散していく。よって、表面に開口した連続気孔を有す
る多孔質金属板が得られる。
ートの内部に発生した気泡は、全方向からほぼ等価な圧
力を受けて略球状の形状で成長する。気泡が内部から拡
散して大気との界面に近づくと、気泡は、気泡と大気の
間のスラリーの薄い部分へと成長していき、やがて気泡
は破れて、気泡内部の気体は、できた小孔から大気中へ
拡散していく。よって、表面に開口した連続気孔を有す
る多孔質金属板が得られる。
【００２５】このように作製した多孔質金属板は、厚さ
方向に連続的に密から粗に組成の変化する傾斜組成を有
している。即ち、この多孔質金属板の一方の面側は、気
孔の小さな緻密な層となっているが、他方の面側に行く
に従い連続的に、気孔が大きくなり組成が粗になってい
る。
方向に連続的に密から粗に組成の変化する傾斜組成を有
している。即ち、この多孔質金属板の一方の面側は、気
孔の小さな緻密な層となっているが、他方の面側に行く
に従い連続的に、気孔が大きくなり組成が粗になってい
る。
【００２６】燃料極層３や空気極層４を、これらの多孔
質金属板よりなる集電体６、７に一体的に積層する方法
としては、従来の固体電解質層に一体的に積層する方法
をそのまま採用することができる。例えば、先に作製し
た集電体に対し、電極層材料のスラリーを塗布または印
刷して焼結する方法を採ることができるし、集電体と電
極層のグリーンシートをまず作製して重ね合わせた後、
一括焼成により焼結する方法を採ることもできる。
質金属板よりなる集電体６、７に一体的に積層する方法
としては、従来の固体電解質層に一体的に積層する方法
をそのまま採用することができる。例えば、先に作製し
た集電体に対し、電極層材料のスラリーを塗布または印
刷して焼結する方法を採ることができるし、集電体と電
極層のグリーンシートをまず作製して重ね合わせた後、
一括焼成により焼結する方法を採ることもできる。
【００２７】このように、燃料極層３を燃料極集電体６
に一体形成し、空気極層４を空気極集電体７に一体形成
し、これらを固体電解質層２の両面に積層させた場合、
燃料極層３及び空気極層４と固体電解質層２とが単に物
理的に接触するだけとなるから、これらの層間に発生す
る熱膨脹差を、接触面間の滑りによって吸収することが
できる。その結果、従来のように、熱応力によって電極
層（燃料極層３及び空気極層４）が固体電解質層２から
剥離したり、歪みや割れが起こったりする問題が解消さ
れる。なお、新たに燃料極層３を燃料極集電体６に一体
化したことにより、これらの層間の熱膨脹差による問題
の発生が懸念されるが、燃料極層３と燃料極集電体６は
共に多孔質体よりなるので、多孔質体の本来持っている
柔軟性により熱膨脹差が吸収されることになり、熱膨脹
差による問題は起こらない。空気極層４と空気極集電体
７との間でも同じことが言える。
に一体形成し、空気極層４を空気極集電体７に一体形成
し、これらを固体電解質層２の両面に積層させた場合、
燃料極層３及び空気極層４と固体電解質層２とが単に物
理的に接触するだけとなるから、これらの層間に発生す
る熱膨脹差を、接触面間の滑りによって吸収することが
できる。その結果、従来のように、熱応力によって電極
層（燃料極層３及び空気極層４）が固体電解質層２から
剥離したり、歪みや割れが起こったりする問題が解消さ
れる。なお、新たに燃料極層３を燃料極集電体６に一体
化したことにより、これらの層間の熱膨脹差による問題
の発生が懸念されるが、燃料極層３と燃料極集電体６は
共に多孔質体よりなるので、多孔質体の本来持っている
柔軟性により熱膨脹差が吸収されることになり、熱膨脹
差による問題は起こらない。空気極層４と空気極集電体
７との間でも同じことが言える。
【００２８】なお、上述した実施形態では、発電セルの
電解質にイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）を用いる固体酸化物型燃料電池を示したが、本発明
は、その他の固体酸化物型燃料電池、例えばセリア系電
解質、ガレート型電解質を用いる固体酸化物型燃料電池
にも適用することができる。
電解質にイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）を用いる固体酸化物型燃料電池を示したが、本発明
は、その他の固体酸化物型燃料電池、例えばセリア系電
解質、ガレート型電解質を用いる固体酸化物型燃料電池
にも適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多孔質体よりなる電極層（燃料極層及び空気極層）を、
固体電解質層側にではなく、同じ多孔質体よりなる集電
体（燃料極集電体及び空気極集電体）側に一体形成し、
電極層を固体電解質層の表面に単純接触させるようにし
たので、電極層と固体電解質層の層間に発生する熱膨脹
差を、接触面間の滑りによって吸収することができる。
従って、従来固体電解質層と電極層間に発生する熱応力
によって生じていた剥離の問題、歪みや割れの問題を解
消することができる。
多孔質体よりなる電極層（燃料極層及び空気極層）を、
固体電解質層側にではなく、同じ多孔質体よりなる集電
体（燃料極集電体及び空気極集電体）側に一体形成し、
電極層を固体電解質層の表面に単純接触させるようにし
たので、電極層と固体電解質層の層間に発生する熱膨脹
差を、接触面間の滑りによって吸収することができる。
従って、従来固体電解質層と電極層間に発生する熱応力
によって生じていた剥離の問題、歪みや割れの問題を解
消することができる。
【図１】本発明の実施形態の燃料電池のスタックの断面
図である。
図である。
【図２】従来の燃料電池のスタックの断面図である。
２ 固体電解質層 ３ 燃料極層 ４ 空気極層 ６ 燃料極集電体 ７ 空気極集電体 ８ セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS01 BB01 BB03 BB12 CC06 DD01 EE10 5H026 AA06 BB01 BB02 BB08 CC01 CC03 CC08 CX01
Claims (1)
- 【請求項１】 固体電解質層の両面に燃料極層と空気極
層を配置し、燃料極層と空気極層の外側にそれぞれ多孔
質クッション材よりなる燃料極集電体と空気極集電体を
配置し、燃料極集電体と空気極集電体の外側にセパレー
タを配置し、これらを圧力をかけて密着積層した固体電
解質型燃料電池において、 前記燃料極層を燃料極集電体に一体形成すると共に、前
記空気極層を空気極集電体に一体形成し、前記燃料極層
及び空気極層を固体電解質層の表面に単純接触させたこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP2001163289A JP2002358976A (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001163289A JP2002358976A (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002358976A true JP2002358976A (ja) | 2002-12-13 |
Family
ID=19006291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001163289A Withdrawn JP2002358976A (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002358976A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005228740A (ja) * | 2004-01-16 | 2005-08-25 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
| JP2005310692A (ja) * | 2004-04-26 | 2005-11-04 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2011192460A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットとその製造方法 |
| JP2012146459A (ja) * | 2011-01-11 | 2012-08-02 | Toshiba Corp | 固体酸化物形電気化学セルおよびその製造方法 |
-
2001
- 2001-05-30 JP JP2001163289A patent/JP2002358976A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005228740A (ja) * | 2004-01-16 | 2005-08-25 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
| JP2005310692A (ja) * | 2004-04-26 | 2005-11-04 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP4513396B2 (ja) * | 2004-04-26 | 2010-07-28 | 三菱マテリアル株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2011192460A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットとその製造方法 |
| JP2012146459A (ja) * | 2011-01-11 | 2012-08-02 | Toshiba Corp | 固体酸化物形電気化学セルおよびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080805 |