JP2002358980A - 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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- JP2002358980A JP2002358980A JP2001163290A JP2001163290A JP2002358980A JP 2002358980 A JP2002358980 A JP 2002358980A JP 2001163290 A JP2001163290 A JP 2001163290A JP 2001163290 A JP2001163290 A JP 2001163290A JP 2002358980 A JP2002358980 A JP 2002358980A
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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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 集電体の性能を高めることで、発電効率のア
ップを図る。 【解決手段】 固体電解質層２の両面に電極層（燃料極
層３、空気極層４）を配置し、電極層の外側に多孔質ク
ッション材よりなる集電体（燃料極集電体６、空気極集
電体７）を配置し、電極層の外側にセパレータ８を配置
した固体電解質型燃料電池において、集電体を、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す
る多孔質体で構成し、該多孔質体よりなる集電体を、電
極層との接触面側に気孔の小さな密の層、セパレータ８
との接触面側に気孔の大きな粗の層がくるような向きで
電極層とセパレータとの間に配置した。
ップを図る。 【解決手段】 固体電解質層２の両面に電極層（燃料極
層３、空気極層４）を配置し、電極層の外側に多孔質ク
ッション材よりなる集電体（燃料極集電体６、空気極集
電体７）を配置し、電極層の外側にセパレータ８を配置
した固体電解質型燃料電池において、集電体を、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す
る多孔質体で構成し、該多孔質体よりなる集電体を、電
極層との接触面側に気孔の小さな密の層、セパレータ８
との接触面側に気孔の大きな粗の層がくるような向きで
電極層とセパレータとの間に配置した。
Description
【０００１】
【０００２】
【従来の技術】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（Ｈ
２ 、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。
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（Ｈ
２ 、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（ＬａＣｒ
Ｏ３ ）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（ＬａＣｒ
Ｏ３ ）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】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の燃料
電池では、電極層とセパレータの間に多孔質クッション
材よりなる集電体を配置し、この集電体を介してセパレ
ータから電極層にガスを分配供給しているが、発電効率
をアップするために、この集電体の一層の性能向上が要
求されるようになってきた。
電池では、電極層とセパレータの間に多孔質クッション
材よりなる集電体を配置し、この集電体を介してセパレ
ータから電極層にガスを分配供給しているが、発電効率
をアップするために、この集電体の一層の性能向上が要
求されるようになってきた。
【００１３】本発明は、上記事情を考慮し、集電体の性
能を高めることで、発電効率のアップを図れるようにし
た固体電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
能を高めることで、発電効率のアップを図れるようにし
た固体電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
【００１４】
【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、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、前記燃料極集電体及び空気極集電体の少なくとも
一方を、厚さ方向に連続的に密から粗に組成の変化する
傾斜組成を有する多孔質体で構成し、該多孔質体よりな
る集電体を、電極層との接触面側に気孔の小さな密の
層、セパレータとの接触面側に気孔の大きな粗の層がく
るような向きで電極層とセパレータとの間に配置したこ
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、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、前記燃料極集電体及び空気極集電体の少なくとも
一方を、厚さ方向に連続的に密から粗に組成の変化する
傾斜組成を有する多孔質体で構成し、該多孔質体よりな
る集電体を、電極層との接触面側に気孔の小さな密の
層、セパレータとの接触面側に気孔の大きな粗の層がく
るような向きで電極層とセパレータとの間に配置したこ
とを特徴としている。
【００１５】この発明では、集電体が厚さ方向に、セパ
レータ側に行くほど気孔の大きな粗の層となり電極層側
にいくほど気孔の小さな密の層となる傾斜組成を有して
いるので、セパレータから電極層へのガスの分配供給
が、集電体に傾斜組成がない場合と比べて、あるいは、
傾斜組成があっても逆向きに集電体が配置された場合と
比べて、極めて円滑に行われるようになる。また、電極
層との接触面側が緻密な層で構成されているので、多孔
質体の骨格部分が電極層と接触する面積が増加すること
になって、電極層と集電体との接触抵抗が小さくなる。
また、多孔質体の骨格部分が電極層と接触する面積が増
加するので、電極層と集電体間の熱膨脹差を接触面の滑
りにより吸収することができる。
レータ側に行くほど気孔の大きな粗の層となり電極層側
にいくほど気孔の小さな密の層となる傾斜組成を有して
いるので、セパレータから電極層へのガスの分配供給
が、集電体に傾斜組成がない場合と比べて、あるいは、
傾斜組成があっても逆向きに集電体が配置された場合と
比べて、極めて円滑に行われるようになる。また、電極
層との接触面側が緻密な層で構成されているので、多孔
質体の骨格部分が電極層と接触する面積が増加すること
になって、電極層と集電体との接触抵抗が小さくなる。
また、多孔質体の骨格部分が電極層と接触する面積が増
加するので、電極層と集電体間の熱膨脹差を接触面の滑
りにより吸収することができる。
【００１６】
【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
電池における固体電解質層と電極層と集電体とセパレー
タの積層構造を模式的に示す断面図である。図２は燃料
電池の全体構成を示す概略斜視図、図３はその要部の分
解断面図、図４は同要部の分解斜視図である。
基づいて説明する。図１は実施形態の固体電解質型燃料
電池における固体電解質層と電極層と集電体とセパレー
タの積層構造を模式的に示す断面図である。図２は燃料
電池の全体構成を示す概略斜視図、図３はその要部の分
解断面図、図４は同要部の分解斜視図である。
【００１７】まず、実施形態の固体電解質型燃料電池の
全体構成を、図２、図３、図４を用いて説明する。図２
において、１は燃料電池スタックである。この燃料電池
スタック１は、図３及び図４に示すように、固体電解質
層２の両面に燃料極層３及び空気極層４を配した発電セ
ル（発電部）５と、燃料極集電体６と、空気極集電体７
と、セパレータ８とを所定の順番に積層した構造を持
つ。
全体構成を、図２、図３、図４を用いて説明する。図２
において、１は燃料電池スタックである。この燃料電池
スタック１は、図３及び図４に示すように、固体電解質
層２の両面に燃料極層３及び空気極層４を配した発電セ
ル（発電部）５と、燃料極集電体６と、空気極集電体７
と、セパレータ８とを所定の順番に積層した構造を持
つ。
【００１８】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、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、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。
【００１９】多孔質金属板よりなる集電体６、７は、図
１に模式的に拡大して示すように、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おり、電極
層（燃料極層３、空気極層４）との接触面側に気孔の小
さな密の層、セパレータ８との接触面側に気孔の大きな
粗の層がくるような向きで、電極層（燃料極層３、空気
極層４）とセパレータ８の間に積層されている。
１に模式的に拡大して示すように、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おり、電極
層（燃料極層３、空気極層４）との接触面側に気孔の小
さな密の層、セパレータ８との接触面側に気孔の大きな
粗の層がくるような向きで、電極層（燃料極層３、空気
極層４）とセパレータ８の間に積層されている。
【００２０】この場合の集電体６、７を構成する多孔質
金属板は、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。
金属板は、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。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】図３、図４に示すように、セパレータ８
は、発電セル５間を電気接続すると共に、発電セル５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
極集電体６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の空気極集電体７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
端のセパレータ８（８Ａ、８Ｂ）は、いずれかの通路１
１、１２のみを有する。
は、発電セル５間を電気接続すると共に、発電セル５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
極集電体６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の空気極集電体７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
端のセパレータ８（８Ａ、８Ｂ）は、いずれかの通路１
１、１２のみを有する。
【００２４】一方、図２に示すように、燃料電池スタッ
ク１の側方には、各セパレータ８の燃料通路１１に接続
管１３を通して燃料ガスを供給する燃料用マニホールド
１５と、各セパレータ８の酸化剤通路１２に接続管１４
を通して酸化剤ガスを供給する酸化剤用マニホールド１
６とが、発電セル５の積層方向に延在して設けられてい
る。
ク１の側方には、各セパレータ８の燃料通路１１に接続
管１３を通して燃料ガスを供給する燃料用マニホールド
１５と、各セパレータ８の酸化剤通路１２に接続管１４
を通して酸化剤ガスを供給する酸化剤用マニホールド１
６とが、発電セル５の積層方向に延在して設けられてい
る。
【００２５】以上の構成の燃料電池では、電極層（燃料
極層３及び空気極層４）の外側に設けた多孔質クッショ
ン材よりなる集電体６、７に、セパレータ８側に行くほ
ど気孔の大きな粗の層となり電極層（燃料極層３及び空
気極層４）側にいくほど気孔の小さな密の層となる傾斜
組成を持たせているので、セパレータ８から電極層への
ガスの分配供給を、集電体に傾斜組成がない場合と比べ
て、あるいは、傾斜組成があっても逆向きに集電体が配
置された場合と比べて、極めて円滑に行うことができる
ようになる。また、電極層との接触面側が緻密な層で構
成されているので、多孔質体の骨格部分が電極層と接触
する面積が増加することになって、電極層と集電体との
接触抵抗が小さくなる。また、多孔質体の骨格部分が電
極層と接触する面積が増加するので、電極層と集電体間
の熱膨脹差を接触面の滑りにより吸収することができる
ようになる。その結果、発電性能が向上する。
極層３及び空気極層４）の外側に設けた多孔質クッショ
ン材よりなる集電体６、７に、セパレータ８側に行くほ
ど気孔の大きな粗の層となり電極層（燃料極層３及び空
気極層４）側にいくほど気孔の小さな密の層となる傾斜
組成を持たせているので、セパレータ８から電極層への
ガスの分配供給を、集電体に傾斜組成がない場合と比べ
て、あるいは、傾斜組成があっても逆向きに集電体が配
置された場合と比べて、極めて円滑に行うことができる
ようになる。また、電極層との接触面側が緻密な層で構
成されているので、多孔質体の骨格部分が電極層と接触
する面積が増加することになって、電極層と集電体との
接触抵抗が小さくなる。また、多孔質体の骨格部分が電
極層と接触する面積が増加するので、電極層と集電体間
の熱膨脹差を接触面の滑りにより吸収することができる
ようになる。その結果、発電性能が向上する。
【００２６】なお、上記実施形態では、燃料極集電体と
空気極集電体の両方に傾斜組成を持たせた場合を示した
が、いずれかのみに傾斜組成を持たせるだけでも、ある
程度の性能向上は図れる。
空気極集電体の両方に傾斜組成を持たせた場合を示した
が、いずれかのみに傾斜組成を持たせるだけでも、ある
程度の性能向上は図れる。
【００２７】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。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、電極層の外側に配置した集電体に、厚さ方向に
気孔の大きさの変化する傾斜組成を持たせたので、ガス
の分配供給性能の向上と、電極層と集電体の接触抵抗の
減少と、電極層と集電体間の熱膨脹差の吸収性能の向上
とを図ることができ、その結果、発電効率の向上が図れ
る。
よれば、電極層の外側に配置した集電体に、厚さ方向に
気孔の大きさの変化する傾斜組成を持たせたので、ガス
の分配供給性能の向上と、電極層と集電体の接触抵抗の
減少と、電極層と集電体間の熱膨脹差の吸収性能の向上
とを図ることができ、その結果、発電効率の向上が図れ
る。
【図１】本発明の実施形態の燃料電池における固体電解
質層と電極層と集電体とセパレータの積層構造を模式的
に示す拡大断面図である。
質層と電極層と集電体とセパレータの積層構造を模式的
に示す拡大断面図である。
【図２】本発明の実施形態の燃料電池の全体構成図であ
る。
る。
【図３】同燃料電池の要部構成を示す分解断面図であ
る。
る。
【図４】同燃料電池の要部構成を示す分解斜視図であ
る。
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
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、 前記燃料極集電体及び空気極集電体の少なくとも一方
を、厚さ方向に連続的に密から粗に組成の変化する傾斜
組成を有する多孔質体で構成し、該多孔質体よりなる集
電体を、電極層との接触面側に気孔の小さな密の層、セ
パレータとの接触面側に気孔の大きな粗の層がくるよう
な向きで電極層とセパレータとの間に配置したことを特
徴とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001163290A JP2002358980A (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 |
|---|---|---|---|
| JP2001163290A JP2002358980A (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002358980A true JP2002358980A (ja) | 2002-12-13 |
Family
ID=19006292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001163290A Pending JP2002358980A (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002358980A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004273366A (ja) * | 2003-03-11 | 2004-09-30 | Seiko Epson Corp | 燃料電池、その製造方法並びに燃料電池を備える電子機器及び自動車 |
| WO2005008816A3 (en) * | 2003-07-18 | 2006-01-26 | Versa Power Systems Ltd | Electrically conductive fuel cell contact material |
| WO2006053422A1 (en) * | 2004-11-16 | 2006-05-26 | Versa Power Systems, Ltd. | Electrically conductive fuel cell contact materials |
| JP2008502113A (ja) * | 2004-06-10 | 2008-01-24 | テクニカル ユニバーシティ オブ デンマーク | 固体酸化物型燃料電池 |
| WO2011162035A1 (en) | 2010-06-23 | 2011-12-29 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell |
| DE102022106413A1 (de) | 2021-03-25 | 2022-09-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Katalysatorschicht und verfahren zur herstellung derselben |
-
2001
- 2001-05-30 JP JP2001163290A patent/JP2002358980A/ja active Pending
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| US8735020B2 (en) | 2010-06-23 | 2014-05-27 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell |
| DE102022106413A1 (de) | 2021-03-25 | 2022-09-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Katalysatorschicht und verfahren zur herstellung derselben |
| US12095099B2 (en) | 2021-03-25 | 2024-09-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalyst layer and method for producing the same |
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