JP2003346826A

JP2003346826A - 固体電解質型燃料電池

Info

Publication number: JP2003346826A
Application number: JP2002152092A
Authority: JP
Inventors: Keiko Kushibiki; 圭子櫛引; Azuma So; 東宋; Yoshiko Hishitani; 佳子菱谷; Noritoshi Sato; 文紀佐藤; Makoto Uchiyama; 誠内山; Mitsugi Yamanaka; 貢山中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】７００℃以下の低温動作型の固体電解質型燃
料電池において、積層体の単位体積当りの熱容量が小さ
く、起動に必要な熱エネルギを小さくすることができる
固体電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】電解質９を空気極８と燃料極１０で挟ん
で成るセル板２とセパレータ３を積層した固体電解質型
燃料電池１Ａにおいて、セパレータ３が、窒化珪素、炭
化珪素、酸化珪素、石英、窒化アルミニウム、酸化アル
ミニウム、サファイア、マグネシアおよび窒化ボロンか
ら選択された少なくとも一種類の材料から成るものとし
たことにより、積層体の単位体積当りの熱容量が小さく
なり、起動に必要な熱エネルギを小さくすることができ
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質を用い
て電気化学反応により電気エネルギを得る固体電解質型
燃料電池に関し、とくに、電解質を空気極と燃料極で挟
んで成るセル板とセパレータを備えた平板型の固体電解
質型燃料電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】平板型の固体電解質型燃料電池として
は、電解質支持型セルあるいは一方の電極が基板を兼ね
た電極支持型セルと、例えばＬａＣｒＯ_３の焼結板で構
成したセパレータを交互に積層したものが公知である。
また、セルの高出力化によって運転温度の低温化が可能
になり、これに伴って加工性が良好で且つ安価である金
属製セパレータの使用が可能になったことから、多孔質
金属基板上に空気極と電解質と燃料極から成る発電三層
を溶射法によって成膜したセル板と、金属製セパレータ
を交互に積層したものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うな従来の平板型の固体電解質型燃料電池において、前
者のものにあっては、長時間にわたる１０００℃程度の
高温動作に対して良好な熱耐久性を有するのであるが、
焼結体から成るセパレータを用いていたため、セル板と
セパレータから成る積層体をかしめる際の耐圧強度を確
保し得るように、セパレータの厚さを大きくする必要が
あった。しかし、セパレータの厚さを大きくすると、積
層体の単位体積当りのセル板の面積が小さくなるので、
発電出力密度を高めることが難しい。また、後者のもの
にあっては、セル板とセパレータから成る積層体の熱容
量が、積層体の重量の大部分を占める金属基板の比熱に
大きく依存するため、これを小さくするには限界があ
る。セルの高出力化を図るために電解質層を溶射法など
により成膜したセル板では、電解質層の厚さが薄くなる
ほど、セル板とセパレータを積層して加圧する際にセパ
レータが片当りしてセル板の電解質の一部にクラックが
入らないようにするため、反りや歪みの無い平面性なら
びに平滑性に優れたセパレータが必要であるという課題
があった。

【０００４】そして、従来の固体電解質型燃料電池にあ
っては、いずれも起動時において発電可能な温度まで積
層体を昇温させるのに必要な熱エネルギが大きく、起動
に時間がかかるという問題点があり、このような問題点
を解決することが課題であった。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、上記従来の課題に着目して成
されたもので、とくに、７００℃以下の低温動作型の固
体電解質型燃料電池において、積層体の単位体積当りの
熱容量が小さく、起動に必要な熱エネルギを小さくする
ことができると共に、発電出力密度の向上を実現するこ
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
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる固体電解
質型燃料電池は、請求項１に記載しているように、電解
質を空気極と燃料極で挟んで成るセル板とセパレータを
積層した固体電解質型燃料電池において、セパレータ
が、窒化珪素、炭化珪素、酸化珪素、石英、窒化アルミ
ニウム、酸化アルミニウム、サファイア、マグネシアお
よび窒化ボロンから選択された少なくとも一種類の材料
から成る構成とし、請求項２に記載しているように、電
解質を空気極と燃料極で挟んで成るセル板とセパレータ
を積層した固体電解質型燃料電池において、セパレータ
の材料として珪素を用いた構成とし、請求項３に記載し
ているように、セル板が、厚さ方向に貫通した開口部を
有する基板を備えると共に、基板に、開口部を閉塞する
状態で空気極、電解質および燃料極が形成してある構成
とし、請求項４に記載しているように、基板が、珪素か
ら成る構成としている。

【０００７】上記構成において、セパレータは、高温強
度の向上、熱膨張係数の調整、セル板との接合性改善、
表面平滑性の向上、および高温作動し得るセラミックス
性板ばね機能の付加などを図るために、２種類以上のセ
パレータ材料を貼り合せたものとすることができる。

【０００８】また、セパレータは、ガス隔壁やガス流路
を構成する本来の機能のほか、集電機能を付加するため
の導電層、セル板との接合性を向上させるための金属接
合層、および熱伝導率を向上させるための熱伝導層など
を例えばコーティングにより設けることができる。

【０００９】さらに、セパレータは、当該燃料電池の起
動時または停止時において、セル板とで構成する積層体
を加熱または冷却して温度調整する必要がある場合、熱
伝導体として機能させることができる。セパレータとセ
ル板は、双方の間を完全に接合せずに、互いに積層して
かしめるだけで積層体を形成することができ、当然のこ
とながら、双方の間の一部または全部を適宜の手段で接
合しても良い。セパレータに形成する溝や貫通孔は、超
硬砥石による加工、レーザ加工、電子ビーム加工、およ
び超音波加工などにより形成することができる。

【００１０】セパレータの材料に珪素を用いる場合、珪
素としてはウエハや多結晶板を用いることができる。こ
の場合にあっても、高温強度の向上、熱膨張係数の調
整、セル板との接合性改善、表面平滑性の向上、および
高温作動し得るセラミックス製板ばね機能の付加などを
図るために、表面にコーティングを設けることができ、
さらに、集電機能を付加するために導電層を設けること
もできる。

【００１１】また、セパレータは、複数の珪素板を貼り
合わせたものや、窒化珪素、炭化珪素、酸化珪素、石
英、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、サファイ
ア、マグネシアおよび窒化ボロンから選択された少なく
とも一種類の材料から成る板と珪素板を貼り合せたもの
とすることができる。

【００１２】このとき、セパレータにおいて、珪素板同
士の貼り合わせには、直接接合法、ガラス接合法および
陽極接合法などを採用することができる。また、珪素板
とそれ以外の材料の板との貼り合わせには、ろう付法、
拡散接合法およびガラス接合法などを採用することがで
きる。

【００１３】珪素を用いたセパレータに流路用の溝や貫
通孔を形成する場合には、超硬砥石による加工、レーザ
加工、電子ビーム加工および超音波加工や、ケミカルド
ライエッチング、イオンビームエッチング、反応性イオ
ンエッチング、および誘導結合プラズマエッチングなど
のプラズマエッチングを採用することができる。

【００１４】また、セパレータは、単結晶の異方性エッ
チングにより、面方位によるエッチング速度の違いを利
用して微細加工を行うことができる。この際、エッチン
グ面は、通常の機械加工面に比較すると、表面平滑性や
平面性が極めて高いものとなる。なお、エッチング液と
しては、ヒドラジンや水酸化カリウムなどの強アルカリ
液を使用することができる。

【００１５】セル板を構成する基板には、例えば、Ｎ
ｉ、Ｎｉ合金、ＳＵＳ系合金およびＦｅ−Ｎｉ系合金な
どの金属箔、窒化珪素、炭化珪素、酸化珪素、石英、窒
化アルミニウム、酸化アルミニウム、サファイア、マグ
ネシアおよび窒化ボロンなどのセラミックス、ならびに
ジルコニア、ランタンガレート固溶体酸化物、酸化ビス
マスおよびセリア等や、これらに添加して電解質材料と
して使用できる材料を用いることができる。

【００１６】セル板の製造において、基板に電解質、空
気極および燃料極を形成するには、本発明の出願人が先
に出願した特願２０００−３６０３５３号に記載した固
体電解質型円量電池の製造方法を利用することができ
る。

【００１７】

【発明の効果】本発明の請求項１に係わる固体電解質型
燃料電池によれば、セパレータの材料設定により、セル
板とセパレータから成る積層体の単位体積当りの熱容量
を小さくして、起動のための加熱に必要なエネルギを小
さくすることができ、これにより起動性を良好なものに
することができる。しかも、加熱に必要なエネルギが小
さいことから、起動および停止を頻繁に行う場合におい
ても、総合的な発電効率を著しく低下させることがない
という利点がある。

【００１８】また、平面性や平滑性に優れたセパレータ
を形成することができるので、セル板とセパレータとの
積層時において、かしめる際の圧力を低減することがで
き、かしめ力を保持するためのばね等を小型化または廃
止することが可能となり、電池自体を小型化することが
できる。さらに、平面性や平滑性に優れたセパレータに
より、セル板との積層時のかしめを均一に行うことがで
き、不均一なかしめによるセル板の破損を防止すること
ができ、耐久性に優れた燃料電池とすることができる。
そしてさらに、セパレータの材料として、とくに、窒化
珪素や窒化アルミニウムを選択した場合には、耐熱衝撃
性、高熱伝導性および低熱容量の面でより好ましいもの
とすることができる。

【００１９】本発明の請求項２に係わる固体電解質型燃
料電池によれば、セパレータに珪素を用いることによ
り、熱容量を小さくして起動性を良好なものにすること
ができると共に、平面性の高いセパレータを形成するこ
とができるので、セル板とセパレータの積層時におい
て、かしめる際の圧力を低減することができ、かしめ力
を保持するためのばね等を小型化または廃止することが
可能となって、電池自体を小型化することができる。し
かも、セパレータにおいて、流路やシール部のための溝
加工や貫通孔加工などの微細で且つ精密な加工を行うこ
とが容易であるという利点がある。また、珪素製のセパ
レータは、加工に伴うバリや歪が発生し難いことから
も、セル板との積層を精密に行うことができる。

【００２０】さらに、表面平滑性および平面性に極めて
優れた清浄面を保持してセパレータ板を形成することが
できるので、積層時にセル板と接合する場合においても
直接接合を行うことができる。これにより、ガスシール
性に優れ、熱膨張による破壊のない耐久性に優れた燃料
電池を形成することができる。セル板とセパレータとの
接合材としてガラス材や金属ろう材を用いて接合する場
合においても、熱膨張係数の異なる接合材層を薄くして
接合することができるので、燃料電池の起動や停止に伴
う昇温や降温に対しても破壊の無い耐久性に優れた燃料
電池を形成することができる。

【００２１】そしてさらに、セパレータに平滑面を形成
することができるので、かしめ力を小さくした場合でも
良好なガスシール性を保持することができ、また、積層
数を増加することも可能になる。珪素製のセパレータ
は、とくに、プラズマエッチング法により微細且つ精密
な加工が容易である。また、珪素製のセパレータは、ウ
エットエッチング法により複雑で且つ微細な形状を簡便
に形成することができる。これにより、局所的に発電効
率が上昇して過熱に至るようなことがなく、耐久性に優
れた燃料電池を形成することができる。

【００２２】本発明の請求項３に係わる固体電解質型燃
料電池によれば、請求項１および２と同様の効果を得る
ことができるうえに、基板において、空気極、電解質お
よび燃料極が形成されていない領域はガス不透過であ
り、且つ高い平滑面を形成することができる。このた
め、セル板とセパレータを積層してかしめる場合におい
ても、小さいかしめ力によって良好なガスシール性を確
保することができる。

【００２３】本発明の請求項４に係わる固体電解質型燃
料電池によれば、セル板において、珪素製の基板を用い
ることにより、請求項３により得られる効果をより高め
ることができると共に、セル板に微細なパターンを形成
することが容易であり、これにより小型化を図ることも
できる。また、セル板の基板およびセパレータを共に珪
素製とすることにより、積層体全体の熱容量低減効果が
より大きくなる。さらに、セル板およびセパレータにお
いて、超平滑面で反りや歪の少ない平面性が得られるの
で、積層枚数が多い場合でもガスシール性が良好であ
り、これにより、単位体積当りの発電出力が大きいうえ
に小型である積層体を形成することができる。

【００２４】

【実施例】図１〜図７は、本発明に係わる固体電解質型
燃料電池の一実施例を説明する図である。

【００２５】図１〜図３に示す固体電解質型燃料電池１
Ａは、円形のセル板２と同じく円形のセパレータ３を交
互に積層し、この積層体の上下に円形のハウジング４，
５を設けて、全体として円柱状を成すものとなってい
る。なお、図面には、セル板２とセパレータ３から成る
組を３組積層した場合を示しているが、その数がとくに
限定されることはない。

【００２６】セル板２は、図４に示すように、シリコン
ウエハを基板６とし、この基板６の中央の領域に複数の
開口部７を規則的に有すると共に、開口部７を閉塞する
状態で空気極８、電解質９および燃料極１０が形成して
ある。セル板２は、開口部７、空気極８、電解質９およ
び燃料極１０を形成した中央の領域が発電部である。ま
た、基板６は、発電部の領域よりも外側に、燃料の流路
として、円周方向に９０度間隔で４個の貫通孔１１が形
成してある。

【００２７】上記のセル板２は、本発明の出願人が先に
出願した特願２０００−３６０３５３号に記載した固体
電解質型円量電池の製造方法に基づいて製造することが
できる。すなわち、基板の上下の面にＳｉＮから成る絶
縁層を夫々形成した後、下側絶縁層に開口部形成用のパ
ターニングを施し、基板に異方性エッチングを施すこと
により、上側絶縁層の下面が露出する開口部を形成す
る。次に、上側絶縁層の上面において、開口部に対応す
る位置に電解質を形成した後、下側絶縁層を除去すると
共に、開口部における上側絶縁層を除去して電解質の下
面を露出させる。そして、上側絶縁層の上面に燃料極を
形成すると共に、基板の下面、開口部の内面および電解
質の下面に空気極を形成することにより、開口部７を閉
塞する状態で上側の燃料極１０、電解質８および下側の
空気極８を積層したセル板２が得られる。

【００２８】セパレータ３は、この実施例では、上側セ
パレータ３Ａと下側セパレータ３Ｂを備えている。上側
セパレータ３Ａは、図５に示すように、上側のセル板２
の各貫通孔１１と各々連通する貫通孔１２を有すると共
に、上面には、上側のセル板２の発電部との間に隙間を
形成する平面矩形状の凹部１３と、凹部１３から四方に
延出して当該上側セパレータ３Ａの外周面で夫々開放さ
れる溝部１４が形成してある。凹部１３は、下側セパレ
ータ３Ｂとの間に隙間を形成し得るように薄肉状に形成
してある。

【００２９】他方、下側セパレータ３Ｂは、図６に示す
ように、中央に平面矩形状の開口部１５を有すると共
に、下面中央には、下側のセル板２との間に隙間を形成
する凹部１６が形成してある。この凹部１６は、下側の
セル板２の貫通孔１１を含む範囲に形成してある。

【００３０】上記の上側および下側のセパレータ３Ａ、
３Ｂは、例えば窒化珪素層をマスクとして用いたケミカ
ルドライエッチング法により、貫通孔１２、凹部１３、
溝部１４、開口部１５および凹部１６を形成することが
できる。また、上側および下側のセパレータ３Ａ、３Ｂ
は、直接接合法、ガラス接号材を用いたガラス接着法、
または陽極接合法などにより貼り合わせることができ
る。

【００３１】さらに、この実施例では、セル板２および
セパレータ３の表面平滑性および平面性が非常に高いた
め、セル板２とセパレータ３は接着剤を用いずに積層
し、これらの積層体を上下のハウジング４，５で挟持す
る構成とした。なお、図示は省略したが、上下のハウジ
ング４，５を連結する手段を設けることができる。

【００３２】各ハウジング４，５は、例えばコバール製
であって、電池内側に凹部４ａ，５ａを各々有すると共
に、中央に開口部４ｂ，５ｂを各々有している。また、
上部ハウジング４の開口部４ｂには、燃料導入管１７が
接続してあり、下部ハウジング５の開口部５ｂには、燃
料排出管１８が接続してある。

【００３３】当該固体電解質型燃料電池１Ａは、側部に
空気導入管１９が配置してあり、各セパレータ３の溝部
１４における４つの開放部のうちの１つに、空気導入管
１９に設けた分岐管１９ａ〜１９ｃを夫々挿設してい
る。また、上下で隣接するセパレータ２の間には、電気
的接続を行うために、図２に示すインターコネクタ部２
０が設けてある。

【００３４】このインターコネクタ部２０は、図７
（ａ）に示すように、セパレータ３の上面から外周面を
経由して下面に至る導電層であって、導電性ペーストの
塗布や成膜処理などにより形成することができ、上側の
セル板２の空気極８と下側のセル板２の燃料極１０を接
続している。

【００３５】また、インターコネクタ部２０の他の例と
しては、図７（ｂ）に示すように、セル板２とセパレー
タ３の間に挟むコ字形のクリップがある。この場合、空
気層８や燃料層１０とクリップとの接触を良好にするた
めに、クリップの表面に電気接点バンプを形成しておく
こともできる。

【００３６】さらに他の例としては、図７（ｃ）に示す
ように、セパレータ３に貫通孔２１を形成し、この貫通
孔２１に導電性材料を装着してインターコネクタ部２０
を形成することができる。なお、溶射法やガスデポジッ
ション法などによって貫通孔２１内に配線部材を形成し
たり、金属製ワイヤを埋め込むことも可能である。

【００３７】上記の構成を備えた固体電解質型燃料電池
１Ａは、空気導入管１９から空気を導入すると、その空
気が、各上側セパレータ３Ａの凹部１３において各セル
板２の空気極８に供給される。その後、空気は、各上側
セパレータ３において主に３方の溝部１４から電池外部
に排出される。

【００３８】燃料（水素ガス）は、燃料導入管１７から
導入され、上部ハウジング４の内部で最上段のセル板２
の燃料極１０に供給される。また、燃料は、セル板２の
貫通孔１１および上側セパレータ３Ａの貫通孔１２に流
れ、上側セパレータ３Ｂの凹部１３の下面と下側セパレ
ータ３Ｂの間を経て、下側セパレータ３Ｂの開口部１５
に流れ、下側セパレータ３Ｂの凹部１６において、下段
のセル板２の燃料極１０に供給される。そして、燃料
は、上記の経路を経て各段のセル板２の燃料極１０に順
次供給された後、下部ハウジング５の燃料排出管１８か
ら電池外部に排出される。

【００３９】このように、当該固体電解質型燃料電池１
Ａは、空気の流通経路と燃料の流通経路とを完全に遮断
した状態にして、電解質９における電気化学反応によ
り、電気エネルギを発生させる。

【００４０】なお、上記の固体電解質型燃料電池１を電
気炉内に設置して発電テストを行った。その結果、１時
間で５００℃に昇温させることができ、５００℃に昇温
させたのち、積層体に締め付け荷重（かしめ荷重）０．
１ｋｇ／ｃｍ^２を加えて空気および燃料を導入したとこ
ろ、０．１Ｗ／ｃｍ^２の発電出力が得られた。

【００４１】図８〜図１２は、本発明に係わる固体電解
質型燃料電池の他の実施例を説明する図である。なお、
先の実施例と同一部位は、同一符号を付して詳細な説明
を省略する。

【００４２】図８、図９および図１１に示す固体電解質
型燃料電池１Ｂは、セル板２とセパレータ３を交互に積
層し、上下にハウジング４，５を備えている。セパレー
タ３は、図１０にも示すように、貫通孔１２と凹部１３
と溝部１４を有する１枚板であって、外周部においてセ
ル板２との間にリング状のガラス製シール材２２が介装
してある。このシール材２２は、陽極接合によりセパレ
ータ２に接合され、積層状態において下側のセル板２と
の間に隙間を形成する。

【００４３】また、この実施例では、図１２に示すよう
に、上下で隣接するセル板２同士において、貫通孔１１
が互いにずれるように配置してあり、貫通孔１１の数を
少なくしても燃料が全体に充分に行き渡るようにしてあ
る。なお、図１２には各セル板２に２個の貫通孔１１を
示したが、先の実施例のように４個の貫通孔１１を有す
る場合でも上記配置は当然可能である。

【００４４】そして、この実施例では、セル板２、セパ
レータ３および上下のハウジング４，５から成る積層体
を電気炉内に設置し、６５０℃に昇温しながら圧力をか
けてシール材２２とセル板２を接着した。その後、圧力
を開放し、積層体温度を５００℃に低下させて空気およ
び燃料を導入したところ、０．１Ｗ／ｃｍ^２の発電出力
が得られた。

【００４５】図１３〜図１６は、本発明に係わる固体電
解質型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図であ
る。

【００４６】図１３および図１４に示す固体電解質型燃
料電池１Ｃは、角型であって、矩形のセル板２をガラ
ス製のシールシート３６で保持すると共に、窒化珪素製
の３種類のセパレータ３１〜３３を備えている。具体的
には、図４において、下部ハウジング３５の上に、第１
セパレータ３１、セル板２とシールシート３６、第２セ
パレータ３２、および第３セパレータ３３を順に積層
し、その積層を適数繰り返した後、最終的に、第２セパ
レータ３２の上に上部ハウジング３４を設けた構成にな
っている。なお、各セパレータ３１〜３３は、公知の押
出し成形−焼結法に基づいて形成し、表面研磨を施した
ものである。

【００４７】シールシート３６は、図１５（ｃ）に示す
ように、矩形の開口部３６ａを有する枠状を成すと共
に、開口部３６ａの両側には、各々２個の貫通孔３６ｂ
〜３６ｅが対称位置に形成してある。このシールシート
３６は、図１５（ｂ）に示すセル３２と同じ厚さを有し
ており、開口部３６ａとセル板２を嵌合する。

【００４８】第１セパレータ３１は、図１５（ａ）に示
すように、矩形状のシールシート３６において一方の対
角位置に設けた２つの貫通孔３６ｂ，３６ｅに対応する
２つの貫通孔３１ｂ，３１ｃを有すると共に、他方の対
角位置に設けた２つの貫通孔３６ｃ，３６ｄに対応する
位置を含む開口部３１ａを有している。そして、第１セ
パレータ３１の開口部３１ａには、図１５（ｅ）に示す
集電体３７が収容される。この集電体３７としては、メ
ッシュ状の金属製板や、例えばＳＵＳ製の金属繊維をフ
ェルト状に形成したものを用いることができる。

【００４９】第２セパレータ３２は、図１５（ｄ）に示
すように、第１セパレータ３２を左右判定させた形状を
成しており、開口部３２ａと２つの貫通孔３２ｂ，３２
ｃを有している。この第２セパレータ３２の開口部３２
ａにも、図１５（ｆ）に示すような集電体３８が収容さ
れる。

【００５０】第３セパレータ３３は、図示を省略した
が、シールシート３６の貫通孔３６ｂ〜３６ｅに対応す
る４つの貫通孔のみを有し、第１セパレータ３１の開口
部３１ａと第２セパレータ３２の開口部３２ａの間を遮
断する。また、第３セパレータ３３は、図１４（ｂ）に
示すように、コ字形のクリップが設けてあり、このクリ
ップがセル板２の上側（空気極側）の集電体３８とセル
板２の下側（燃料極側）の集電体３７を電気的に接続す
るインターコネクタ部２０となる。

【００５１】また、上部ハウジング３４には、シールシ
ート３６を基準にして説明すると、開口部３６ａを挟む
２つの貫通孔３６ａ，３６ｄに対応する位置に、空気導
入孔３４ａと、燃料導入孔３４ｂが形成してある。他
方、下部ハウジング３５には、残る２つの貫通孔３６
ｃ，３５ｅに対応する位置に、図示しない空気排出孔と
燃料排出孔が形成してある。

【００５２】図１６は、セル板２とセパレータ３１〜３
３の積層工程を示す図であって、図１６（ａ）（ｂ）に
示すように、第１セパレータ３１の上にセル板２を配置
し、図１６（ｃ）（ｄ）に示すように、セル板２の外側
にシールシート３６を設けた後、図１６（ｃ）（ｄ）に
示すように、セル板２およびシールシート３６の上に第
２セパレータ３２を設ける。そして、第１および第２の
セパレータ３１，３２の開口部３１ａ，３２ａに集電体
３７，３８を設けた後、第２セパレータ３２の上に第３
セパレータ３３を設け、同様の積層を繰り返す。

【００５３】上記の固体電解質型燃料電池１Ｃは、互い
に左右を反転させた形状の第１および第２のセパレータ
３１，３２および第３セパレータ３３により、空気流通
経路と燃料流通経路を完全に遮断しており、且つ各セル
板２の上側の空間同士を空気流通経路として互いに連通
させると共に、各セル板２の下側の空間同士を燃料流通
経路として互いに連通させている。

【００５４】すなわち、上部ハウジング３４の空気導入
孔３４ａから導入した空気は、最上段の第２セパレータ
３２の開口部３２ａに流入し、最上段のセル板２の上面
に設けた空気極に供給される。この空気は、下段のシー
ルシート３６の貫通孔３６ｅ、第１セパレータ３１の貫
通孔３１ｃ、および第３セパレータ３３の貫通孔を順に
経て、２段目の第２セパレータ３２の開口部３２ａに流
入し、２段目のセル板２の空気極に供給される。そし
て、空気は、順次下側に供給され、下部ハウジング３５
の空気排出孔から電池外部に排出される。

【００５５】他方、燃料（水素ガス）は、上部ハウジン
グ３４の燃料導入孔３４ｂから導入されると、最上段の
第２セパレータ３２の貫通孔３２ｃおよびシールシート
３６の貫通孔３６ｄを経て第１セパレータ３１の開口部
３１ａに流入し、最上段のセル板２の下面に設けた燃料
極に供給される。この燃料は、第３セパレータ３３の貫
通孔、第２セパレータ３２の貫通孔３２ｂ、およびシー
ルシート３６の貫通孔３６ｃを順に経て２段目の第１セ
パレータ３１の開口部３１ａに流入し、２段目のセル板
２の燃料極に供給される。そして、燃料は、順次下側に
供給され、下部ハウジング３５の燃料排出孔から電池外
部に排出される。

【００５６】このようにして、当該固体電解質型燃料電
池１Ｃは、空気と燃料を導入し、セル板２の電解質にお
ける電気化学反応により、電気エネルギを発生させる。

【００５７】上記の固体電解質型燃料電池１Ｃを電気炉
内に設置し、４５分で６００℃に昇温させ、積層体に
０．１ｋｇ／ｃｍ^２の締め付け荷重をかけると共に、
空気および燃料を導入したところ、０．１Ｗ／ｃｍ^２の
発電出力が得られた。

【００５８】なお、本発明に係わる固体電解質型燃料電
池は、その詳細な構成が上記各実施例のみに限定される
ことはなく、各構成部位の材料や形態あるいは製造方法
などを適宜選択することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる固体電解質型燃料電池の一実施
例を説明する斜視図である。

【図２】図１中のＡ−Ａ線に基づく断面図である。

【図３】図１中のＢ−Ｂ線に基づく断面図である。

【図４】セル板の平面図（ａ）、底面図（ｂ）およびＡ
−Ａ線に基づく断面図（ｃ）である。

【図５】上側セパレータの平面図（ａ）、底面図
（ｂ）、Ａ−Ａ線に基づく断面図（ｃ）およびＢ−Ｂ線
に基づく断面図（ｄ）である。

【図６】下側セパレータの平面図（ａ）およびＢ−Ｂ線
に基づく断面図（ｂ）である。

【図７】インターコネクタ部の３例を説明する各々断面
図（ａ）〜（ｃ）である。

【図８】本発明に係わる固体電解質型燃料電池の他の実
施例を説明する斜視図である。

【図９】図８中のＡ−Ａ線に基づく断面図である。

【図１０】セパレータの斜視図である。

【図１１】図８中のＢ−Ｂ線に基づく断面図である。

【図１２】セル板間での燃料ガスの流れを示す斜視説明
図である。

【図１３】本発明に係わる固体電解質型燃料電池のさら
に他の実施例を説明する斜視図である。

【図１４】図１３に示す固体電解質型燃料電池の断面図
（ａ）およびインターコネクタ部を説明する要部の拡大
断面図（ｂ）である。

【図１５】図１３に示す固体電解質型燃料電池の構成部
品を説明する各々平面図（ａ）〜（ｆ）である。

【図１６】図１３に示す固体電解質型燃料電池の積層容
量を説明する平面図（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｇ）および断
面図（ｂ）（ｄ）（ｆ）（ｈ）である。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｃ固体電解質型燃料電池２セル板３セパレータ３Ａ上側セパレータ３Ｂ下側セパレータ３１第１セパレータ３２第２セパレータ３３第３セパレータ６基板７開口部８空気極９電解質１０燃料極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菱谷佳子神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者佐藤文紀神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者内山誠神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者山中貢神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC08 CV01 CV06 EE01 EE11 EE12 EE14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質を空気極と燃料極で挟んで成るセ
ル板とセパレータを積層した固体電解質型燃料電池にお
いて、セパレータが、窒化珪素、炭化珪素、酸化珪素、
石英、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、サファイ
ア、マグネシアおよび窒化ボロンから選択された少なく
とも一種類の材料から成ることを特徴とする固体電解質
型燃料電池。
【請求項２】電解質を空気極と燃料極で挟んで成るセ
ル板とセパレータを積層した固体電解質型燃料電池にお
いて、セパレータの材料として珪素を用いたことを特徴
とする固体電解質型燃料電池。
【請求項３】セル板が、厚さ方向に貫通した開口部を
有する基板を備えると共に、基板に、開口部を閉塞する
状態で空気極、電解質および燃料極が形成してあること
を特徴とする請求項１または２に記載の固体電解質型燃
料電池。
【請求項４】基板が、珪素から成ることを特徴とする
請求項３に記載の固体電解質型燃料電池。