JP2004178817A - 燃料電池セル及び燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電量の増加と、エネルギー効率の向上を同時に達成できる燃料電池セル及び燃料電池を提供することを目的とする。
【解決手段】３以上のガス流路１５を有し、固体電解質１３ｃが燃料極１３ｂおよび空気極１３ｄで挟持された発電部が長径方向および短径方向の側面に設けられ、断面が扁平状の燃料電池セル１３であって、中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２が大きいことを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】３以上のガス流路１５を有し、固体電解質１３ｃが燃料極１３ｂおよび空気極１３ｄで挟持された発電部が長径方向および短径方向の側面に設けられ、断面が扁平状の燃料電池セル１３であって、中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２が大きいことを特徴とする。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３以上のガス流路が軸長方向に形成され、断面が扁平状の燃料電池セル及び燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
次世代エネルギーとして、近年、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。
【０００３】
図６は、従来の扁平状燃料電池セルの断面斜視図で、燃料電池セル１は断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状であり、その内部には複数の燃料ガス流路３が形成されている。
【０００４】
この燃料電池セル１は、全体的に見て楕円柱状の多孔質な支持体１ａの外面に、多孔質な燃料極１ｂ、緻密質な固体電解質１ｃ、多孔質な導電性セラミックスからなる空気極１ｄを順次積層し、空気極１ｄと反対側の支持体１ａの外面にインターコネクタ１ｅを形成して構成されている。
【０００５】
即ち、燃料電池セル１は、断面形状が、幅方向両端に設けられた弧状部ｍと、これらの弧状部ｍを連結する一対の平坦部ｎとから構成されており、一対の平坦部ｎは平坦であり、ほぼ平行に形成されている。これらの一対の平坦部ｎは、支持体１ａの平坦部ｎにインターコネクタ１ｅ、又は燃料極１ｂ、固体電解質１ｃ、空気極１ｄを形成して構成されている。
【０００６】
このような形態の燃料電池セル１では円筒型セルに比べ、セル当たりの発電部の面積を増加させることができ、そのため、セル当たりの発電量を増加させることができる（特許文献１参照。）。
【０００７】
燃料電池は、上記燃料電池セルを収納容器内に収容して構成され、支持体１ａ内部に燃料（水素）を流し、空気極１ｄに空気（酸素）を流して６００〜１０００℃で発電される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１−１６９８７８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
セル当たりの発電面積を増加させるために、断面を扁平状とした燃料電池セルでは、長径方向の端（弧状部ｍ付近）ではガス流路当たりの発電部が中心側より多くなる。そのため、長径方向の端のガス流路では中心側のガス流路よりも多くの酸素ガスあるいは水素ガスを消費することになる。しかしながら、上記した特許文献１では、燃料ガス流路３の断面積は、燃料ガス流路３の位置にかかわらず、同一であり、このとき、長径方向の端のガス流路に十分なガスを供給できなければ燃料電池セルの発電量は小さくなるという問題が発生する。一方で、長径方向の端のガス流路に十分なガスを供給した場合には中心側のガス流路には過剰なガスが供給されることになり、エネルギー効率が低下するという問題が発生する。
【００１０】
本発明は、発電量の増加と、エネルギー効率の向上を同時に達成できる燃料電池セル及び燃料電池を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池セルは、３以上のガス流路が軸長方向に形成され、断面が扁平状で柱状の燃料電池セルであって、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けるとともに、中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２が大きいことを特徴とする。
【００１２】
本発明の燃料電池セルは、扁平状であるために、セル当たりの発電量が円筒型の燃料電池セルよりも大きくなる。また、燃料電池セルの長径方向の端の側面にも、燃料極と固体電解質と空気極とを積層した発電部を設けており、さらに発電量は増加している。このような燃料電池セルでは、燃料電池セルの長径方向の端の側面にも発電部を設けたために、中心側よりも長径方向の端が発電量が多くなり、酸素ガス、水素ガスを多く消費する。そのため、長径方向の端のガス流路と中心側のガス流路とでは消費するガスの量が異なり、長径方向の端のガス流路と中心側のガス流路のガス流量を同じにすると、発電量が減少する、あるいはエネルギー効率が低下するといった問題が発生する。
【００１３】
この問題は、長径方向の中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２を大きくすることで解決される。すなわち、長径方向の中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２を大きくすることにより、長径方向の端に供給されるガス量が中心側より多くなり、端部、中心側ともに供給されるガス量を最適化することが可能となり、エネルギー効率が高く、かつ、発電量の大きい燃料電池セルを提供できる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池セルは、４以上のガス流路が軸長方向に形成され、断面が扁平状で柱状の燃料電池セルであって、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けるとともに、中心側のガス流路間距離Ｌ１よりも、長径方向の端にあるガス流路間距離Ｌ２が小さいことを特徴とする。
【００１５】
上述したように、本発明の燃料電池セルでは、長径方向の端のガス流路と中心側のガス流路とでは消費するガスの量が異なる。したがって、燃料電池セルの長径方向の端の部分に、燃料電池セルの中心側よりも多くのガスを供給する必要がある。本発明の燃料電池セルでは長径方向の端のガス流路間距離Ｌ２を中心側のガス流路間距離Ｌ１より小さくすることで、長径方向の端の断面積当たりのガス流量を増加させることができ、エネルギー効率が高く、かつ、発電量の大きい燃料電池セルを提供できる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池セルは、４以上のガス流路が軸長方向に形成され、断面が扁平状で柱状の燃料電池セルであって、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けるとともに、中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２が大きく、かつ、中心側のガス流路間距離Ｌ１よりも、長径方向の端にあるガス流路間距離Ｌ２が小さいことを特徴とする。
【００１７】
長径方向の中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２を大きくすることと、長径方向の中心側のガス流路間距離Ｌ１よりも、長径方向の端にあるガス流路間距離Ｌ２を小さくすることを、同時に行うことで、長径方向の端のガス消費量が中心側よりも大きい場合でも、容易に、長径方向の端部および中心側に供給するガス量を最適化することができ、エネルギー効率が高く、かつ、発電量の大きい燃料電池セルを提供できる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池は上述した本発明のいずれかの燃料電池セルを収納容器内に複数収納してなることを特徴とする。このような燃料電池では、エネルギー効率が高く、かつ、発電量の大きい燃料電池を提供できる。
【００１９】
また、本発明の燃料電池は、３以上のガス流路が軸長方向に形成されるとともに、断面が扁平状からなり、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けた燃料電池セルを、収納容器内に複数収納してなる燃料電池であって、前記燃料電池セルの中心側のガス流路のガス流量Ｖ１よりも、長径方向の端にあるガス流路のガス流量Ｖ２が大きいことを特徴とする。
【００２０】
本発明の燃料電池セルは、扁平状であるためにセル当たりの発電量が円筒型の燃料電池セルよりも大きくなる。また、燃料電池セルの長径方向の端の側面にも燃料極と固体電解質と空気極とが積層された発電部を設けており、さらに発電量は増加している。このような燃料電池セルでは、燃料電池セルの長径方向の端の側面にも発電部を設けたために、燃料電池セル中心側よりも燃料電池セルの長径方向の端が発電量が多くなり、酸素ガス、水素ガスを多く消費する傾向にある。そのため、長径方向の端のガス流路と中心側のガス流路とでは消費するガスの量が異なり、長径方向の端のガス流路と中心側のガス流路とを同じにすると、発電量が減少する、あるいはエネルギー効率が低下するといった問題が発生する。
【００２１】
この問題を解決するには、それぞれのガス流路に流すガス量を最適化すればよく、燃料電池セルの長径方向の中心側にあるガス流路のガス流量Ｖ１とし、長径方向の端のガス流路のガス流量をＶ２としたとき、Ｖ２をＶ１よりも大きくすることで、ガスの供給量を最適化でき、エネルギー効率が高く、かつ、発電量の大きい燃料電池を提供できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の燃料電池セルの一形態の断面斜視図を示す。燃料電池セル１３は断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状であり、その内部には複数の燃料ガス流路１５が軸長方向に形成されている。また、燃料電池セル１３の端面には、長径方向に所定間隔を置いて燃料ガス流路１５が開口している。
【００２３】
この燃料電池セル１３は、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状の多孔質な支持体１３ａの外面に、多孔質な燃料極１３ｂ、緻密質な固体電解質１３ｃ、多孔質な導電性セラミックスからなる空気極１３ｄを順次積層し、空気極１３ｄと反対側の支持体１３ａの外面にインターコネクタ１３ｅを形成して構成されている。
【００２４】
即ち、燃料電池セル１３は、断面形状が、幅方向両端に設けられた弧状部ｍと、これらの弧状部ｍを連結する一対の平坦部ｎとから構成されており、一対の平坦部ｎは平坦であり、ほぼ平行に形成されている。これらの一対の平坦部ｎは、支持体１３ａの平坦部ｎにインターコネクタ１３ｅ、又は燃料極１３ｂ、固体電解質１３ｃ、空気極１３ｄを形成して構成されている。
【００２５】
なお、長径方向の端の側面とは弧状部ｍを意味しており、ここでは、曲面となっているが、側面は平面であってもかまわない。
【００２６】
このような形態の燃料電池セル１３では発電部が弧状部ｍ、すなわち、短径側側面（長径方向の端の側面）にも設けられているため、燃料電池セル１３の短径側側面付近では発電量が燃料電池セル１３の中心側よりも多くなり、消費する水素含有ガス、酸素含有ガスの量も中心側よりも多くなる。
【００２７】
そこで、燃料電池セル１３の長径方向の中心側にあるガス流路１５の断面積Ｓ１よりも、燃料電池セル１３の端にあるガス流路１５の断面積Ｓ２の方を大きくすることで、より多く燃料ガスおよび酸素含有ガスを消費する燃料電池セル１３の端にあるガス流路１５に流れるガス量を、燃料電池セル１３の長径方向の中心側にあるガス流路１５に流れるガス量よりも多くすることができ、燃料電池セル１３内の全てのガス流路１５に最適量のガスを供給することができるようになり、エネルギー効率の向上と、燃料電池セル１３の発電量を増加させることを同時に達成できる。
【００２８】
なお、Ｓ１とＳ２の比率は燃料電池セル１３の幅や厚さによっても影響されるが、１．１倍以上が望ましい。また、１．３倍以上がさらに望ましい。
【００２９】
図２に本発明の燃料電池セル１３の他の形態の断面図を示す。燃料電池セル１３の長径方向の中心側にあるガス流路間距離Ｌ１よりも、燃料電池セル１３の端部にあるガス流路間距離Ｌ２の方を小さくすることで、燃料電池セル１３の中心側よりも燃料電池セル１３の端部へ多くガスを供給することができるようになり、エネルギー効率の向上と、燃料電池セル１３の発電量を増加させることを同時に達成できる。
【００３０】
なお、Ｌ１とＬ２の比率は０．９倍以下が望ましく、さらに、０．７倍以下が望ましい。
【００３１】
図３は、本発明の燃料電池セル１３の、さらに他の形態の断面図を示すもので、この燃料電池セル１３はＳ２＞Ｓ１とＬ２＜Ｌ１の条件を同時に満足している。両者を同時に行うことで、端部に供給されるガス量と中心側に供給されるガス量の差を大きくすることができるため、端部と中心側で消費されるガス量の差が大きい場合にも十分対応でき、エネルギー効率の向上と、燃料電池セル１３の発電量を増加させることを同時に達成することが容易になる。
【００３２】
このような燃料電池セル１３は例えば、以下のように構成される。
【００３３】
支持体１３ａは、少なくとも一種の鉄属金属及び／又は鉄属金属酸化物、もしくはこれらの合金又は合金酸化物を主成分とするものである。
【００３４】
鉄族金属及び／又は鉄族金属酸化物は、コスト低減、還元雰囲気中で安定という点から、Ｎｉ及び／又はＮｉＯが望ましい。Ｎｉ及び／又はＮｉＯは、支持体１３ａ全量中３５〜６５体積％であることが望ましい。
【００３５】
また、Ｎｉ、ＮｉＯ以外の構成材料として、無機粉末が用いられ、特にＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＹＳＺ、希土類酸化物のうちから選ばれる１種以上を用いることが望ましい。
【００３６】
無機粉末として希土類酸化物を用いる場合には、ＹＳＺの熱膨張係数（約１０．８×１０−６／℃）よりも熱膨張係数が小さいという理由から、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒから選ばれた元素を含む希土類酸化物が望ましい。これらの希土類酸化物のうち、安価であり、供給が安定しているという点からＹ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３を用いることが望ましい。
【００３７】
支持体１３ａの長径寸法（弧状部ｍ間の距離）は１５〜３５ｍｍ、短径寸法（平坦部ｎ間の距離）が２〜４ｍｍであることが望ましい。
【００３８】
この支持体１３ａの外面に設けられた固体電解質１３ｃは、３〜１５モル％の希土類元素を含有した部分安定化、あるいは安定化ＺｒＯ２からなる緻密質なセラミックスが用いられている。固体電解質１３ｃの厚みは、ガス透過を防止するという点から１０〜１００μｍであることが望ましい。
【００３９】
支持体１３ａと固体電解質１３ｃの間には、Ｎｉ及び／又はＮｉＯと、希土類元素が固溶したＺｒＯ２とを含有する燃料極１３ｂが形成されている。この燃料極１３ｂの厚みは１〜３０μｍであることが望ましい。
【００４０】
また、空気極１３ｄは、ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料の少なくとも一種の多孔質の導電性セラミックスから構成されている。空気極１３ｃは、６００〜１０００℃程度の比較的低温での電気伝導性が高いという点からＬａＦｅＯ３系材料が望ましい。空気極１３ｄの厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが望ましい。
【００４１】
支持体１３ａ外面の一部には、その軸長方向に固体電解質１３ｃ及び空気極１３ｄが形成されていない部分を有しており、この固体電解質１３ｃ及び空気極１３ｄから露出した支持体１３ａの外面には、導電性セラミックスからなるインターコネクタ１３ｅが形成されている。このインターコネクタ１３ｅの厚みは、緻密性と電気抵抗の低減という点から３０〜２００μｍであることが望ましい。
【００４２】
インターコネクタ１３ｅは、ＬａＣｒＯ３系材料の導電性セラミックスから構成されている。インターコネクタ１３ｅは、支持体１３ａの内外の燃料ガス、酸素含有ガスの漏出を防止するため緻密質とされており、また、インターコネクタ１３ｅの内外面は、燃料ガス、酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有している。このインターコネクタ１３ｅの端面と固体電解質１３ｃの端面との間には、シール性を向上すべく接合層を介在させていることが望ましい。
【００４３】
さらに、インターコネクタ１３ｅの外面には、Ｐ型半導体１７が設けられている。このＰ型半導体１７としては、使用環境下で作動させるために、一般の不純物半導体ではなく、インターコネクタ１３ｅを構成するＬａＣｒＯ３系材料よりも電子伝導性が大きいセラミック製のＰ型半導体である空気極１３ｄと同一成分、即ち、ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料の少なくとも一種からなることが望ましい。
【００４４】
このＰ型半導体１７により、他方の燃料電池セル１３の空気極１３ｄからの電流を、他の燃料電池セル１３の支持体１３ａに効率良く伝達できる。
【００４５】
以上のような燃料電池セルの製法について説明する。先ず、例えば、平均粒径０．１〜５．０μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．８〜２．０μｍＹ２Ｏ３粉末（３５〜６５体積％）と、さらに、ポアー剤を材料に対して１０〜３０重量％外部添加し、セルロース系有機バインダーと水とからなる溶媒とを混合して形成した支持体基部材料を押し出し成形して、支持体１３ａとなる扁平状の成形体を作製し、これを乾燥する。なお、ガス流路１５の断面積や、ガス流路間距離の変更は押し出し成形に用いる金型のピン形状や配置を適宜変更することで達成される。
【００４６】
この後、支持体１３ａとなる扁平状の成形体上に、平均粒径０．２〜１．０μｍの金属Ｎｉと平均粒径０．８〜２．０μｍの８ＹＳＺ（ＹとＺｒの有機金属塩０〜３０％分を含む）との比が体積比で４０：６０〜６０：４０となるように調整したスラリーをスクリーン印刷にて塗布し、燃料極１３ｂとなる成形体層を形成し、これを乾燥する。
【００４７】
次に、例えば、平均粒径０．５〜２．０μｍの８ＹＳＺ粉末と、アクリル系バインダーとトルエンを加えて得たスラリーを用いてシート状成形体を作製し、燃料極１３ｂとなる成形体層上に、その両端間が支持体成形体の平坦部ｎで所定間隔をおいて離間するように、巻き付け、１００〜１５０℃の温度域で乾燥し、この積層体を９００〜１１００℃の温度範囲で仮焼する。
【００４８】
なお、ここでは支持体１３ａとなる成形体上に燃料極１３ｂとなる成形体層を印刷して形成したが、固体電解質シート状成形体上に燃料極成形体層を印刷して形成し、この積層体を支持体成形体に巻きつけてもよい。この場合は曲面を有する支持体成形体に燃料極成形体を形成するよりも成形が容易であり、歩留まりが向上するため望ましい。また、あるいはそれぞれをシート状成形体とし、積層してもよい。この場合には、工程に要する時間が短縮でき、コスト低減が達成できるため望ましい。
【００４９】
この後、例えば、ＬａＣｒＯ３系材料と、有機バインダーと、溶媒とを混合したインターコネクタ材料を用いてシート状成形体を作製し、このシート状成形体を、露出した支持体１３ａとなる成形体の外面に積層し、支持体１３ａとなる成形体に燃料極１３ｂとなる成形体、固体電解質１３ｃとなる成形体、インターコネクタ１３ｅとなるシート状成形体が積層された積層成形体を作製する。
【００５０】
次に、積層成形体を脱バインダ処理し、酸素含有雰囲気中で１３００〜１６００℃で焼成する。次に、例えば、ＬａＦｅＯ３系材料からなる平均粒径０．５〜４μｍの導電性セラミック微粒子と、ＩＰＡ、水等の溶媒とからなるスラリーを作製し、このスラリーを噴霧装置（スプレードライ）により噴霧し、落下中に乾燥させて、平均粒径１０〜１００μｍの粗粒子を作製しながら、上記積層成形体の固体電解質表面に１０〜２００μｍの厚みで堆積させる。
【００５１】
固体電解質表面に堆積した粗粒子は、１０００〜１４００℃の温度で大気中で加熱処理することにより、固体電解質表面に空気極を作製する。
【００５２】
なお、燃料電池セル１３は、酸素含有雰囲気での焼成により、支持体１３ａが、例えばＮｉＯとなっているため、その後、還元処理したり、発電中に還元雰囲気に曝されるため、この時に還元されることになる。
【００５３】
セルスタックは、図４に示すように、燃料電池セル１３が複数集合してなり、一方の燃料電池セル１３と他方の燃料電池セル１３との間に、金属フェルト及び／又は金属板からなる集電部材１９を介在させ、一方の燃料電池セル１３の支持体１３ａ上に形成された燃料極１３ｂを、インターコネクタ１３ｅ、Ｐ型半導体１７、集電部材１９を介して他方の燃料電池セル１３の空気極１３ｄに電気的に接続して構成されている。
【００５４】
集電部材１９は、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性という点から、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ基合金、Ｆｅ−Ｃｒ鋼合金の少なくとも一種からなることが望ましい。なお、図４ではＰ型半導体１７は省略した。また、符号２１は、燃料電池セルを直列に接続するための導電部材である。
【００５５】
本発明の燃料電池は、本発明の燃料電池セル１３を複数、収納容器内に収容して構成されている。この収納容器には、外部から水素等の燃料ガス及び空気等の酸素含有ガスを燃料電池セルに導入する導入管が設けられており、燃料電池セル１３が所定温度に加熱されることにより発電し、使用された燃料ガス、酸素含有ガスは、収納容器外に排出される。このような燃料電池は、燃料電池セル１３のガス流路１５に過不足無くガスが供給されるため、エネルギー効率に優れ、発電量の大きい燃料電池となる。
【００５６】
また、本発明の燃料電池は、図５に示すように、燃料電池セルの長径方向の中心側にあるガス流路１５のガス流量Ｖ１よりも、燃料電池セル１３の端にあるガス流路１５のガス流量Ｖ２の方を多くするものである。
【００５７】
このように、燃料電池セル１３の長径方向の中心側にあるガス流路１５のガス流量Ｖ１よりも、燃料電池セル１３の端にあるガス流路１５のガス流量Ｖ２の方を多くすることで、燃料電池セル１３内の全てのガス流路１５に最適量のガスを供給することができるようになり、エネルギー効率の向上と、燃料電池セル１３の発電量を増加させることを同時に達成できる。
【００５８】
ガス流量Ｖ１、Ｖ２の制御は燃料電池セル１３のガス流路１５にガスを供給する配管と、燃料電池セル１３を接続する接続部材２３の形状を適宜選択することで、容易に達成できる。すなわち、燃料電池セル１３中心側のガス流路１５に通じる接続孔の断面積Ｓ１１を、燃料電池セル１３の端部のガス流路１５に通じる接続孔の断面積Ｓ１２よりも小さくしたり、あるいは、燃料電池セル１３中心側のガス流路１５に通じる接続孔にガスの通過抵抗が大きくなるような部材を配置することで、燃料電池セル１３の長径方向の中心側にあるガス流路のガス流量Ｖ１よりも、燃料電池セル１３の端にあるガス流路のガス流量Ｖ２の方を多くすることが可能となる。
【００５９】
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、内側電極を空気側電極とし、外側電極を燃料極としてもよい。また、横縞型燃料電池セルとしてもよいし、燃料電池セルの全周に発電部を設けるインターコネクタレス型であってもよい。なお、本発明においては支持体と記載しているが、内側電極を燃料極とした場合は、本発明における支持体は鉄族金属粉末を含む組成物からなるため、燃料極そのものとしての機能も有するものである。従って、本発明の支持体は燃料極と置き換えてもよく、絶縁体等からなる純然たる支持体としてのみ規定されるものではない。
【００６０】
また、ガス流路の断面形状は円のみで無く、四角や多角形状のものであってもかまわない。また、本発明で長径方向の端にあるガス流路と記述しているが、最も端にあるガス流路のみを表すものではなく、外側にある複数のガス流路に本発明を適用することも可能である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明では、扁平状で短径側側面に発電部を備え、内部に３以上のガス流路を有する燃料電池セルにおいて、燃料電池セルの端部へのガス供給量を、燃料電池セル中心側へのガス供給量よりも多くすることで、エネルギー効率の向上と燃料電池セルあたりの発電量を増加させることを同時に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池セルを示す断面斜視図である。
【図２】本発明の燃料電池セルを示す横断面図である。
【図３】本発明の燃料電池セルの他の形態を示す横断面図である。
【図４】本発明の燃料電池セルスタックを示す横断面図である。
【図５】本発明の燃料電池に用いられる燃料電池セルへのガス供給を示す断面斜視図である。
【図６】従来の燃料電池セルを示す断面斜視図である。
【符号の説明】
１３・・・燃料電池セル
１３ａ・・・支持体
１３ｂ・・・燃料極
１３ｃ・・・固体電解質
１３ｄ・・・空気極
１３ｅ・・・インターコネクタ
１５・・・ガス流路
Ｓ１・・・長径方向の中心側のガス流路の断面積
Ｓ２・・・長径方向の端にあるガス流路の断面積
【発明の属する技術分野】
本発明は、３以上のガス流路が軸長方向に形成され、断面が扁平状の燃料電池セル及び燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
次世代エネルギーとして、近年、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。
【０００３】
図６は、従来の扁平状燃料電池セルの断面斜視図で、燃料電池セル１は断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状であり、その内部には複数の燃料ガス流路３が形成されている。
【０００４】
この燃料電池セル１は、全体的に見て楕円柱状の多孔質な支持体１ａの外面に、多孔質な燃料極１ｂ、緻密質な固体電解質１ｃ、多孔質な導電性セラミックスからなる空気極１ｄを順次積層し、空気極１ｄと反対側の支持体１ａの外面にインターコネクタ１ｅを形成して構成されている。
【０００５】
即ち、燃料電池セル１は、断面形状が、幅方向両端に設けられた弧状部ｍと、これらの弧状部ｍを連結する一対の平坦部ｎとから構成されており、一対の平坦部ｎは平坦であり、ほぼ平行に形成されている。これらの一対の平坦部ｎは、支持体１ａの平坦部ｎにインターコネクタ１ｅ、又は燃料極１ｂ、固体電解質１ｃ、空気極１ｄを形成して構成されている。
【０００６】
このような形態の燃料電池セル１では円筒型セルに比べ、セル当たりの発電部の面積を増加させることができ、そのため、セル当たりの発電量を増加させることができる（特許文献１参照。）。
【０００７】
燃料電池は、上記燃料電池セルを収納容器内に収容して構成され、支持体１ａ内部に燃料（水素）を流し、空気極１ｄに空気（酸素）を流して６００〜１０００℃で発電される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１−１６９８７８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
セル当たりの発電面積を増加させるために、断面を扁平状とした燃料電池セルでは、長径方向の端（弧状部ｍ付近）ではガス流路当たりの発電部が中心側より多くなる。そのため、長径方向の端のガス流路では中心側のガス流路よりも多くの酸素ガスあるいは水素ガスを消費することになる。しかしながら、上記した特許文献１では、燃料ガス流路３の断面積は、燃料ガス流路３の位置にかかわらず、同一であり、このとき、長径方向の端のガス流路に十分なガスを供給できなければ燃料電池セルの発電量は小さくなるという問題が発生する。一方で、長径方向の端のガス流路に十分なガスを供給した場合には中心側のガス流路には過剰なガスが供給されることになり、エネルギー効率が低下するという問題が発生する。
【００１０】
本発明は、発電量の増加と、エネルギー効率の向上を同時に達成できる燃料電池セル及び燃料電池を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池セルは、３以上のガス流路が軸長方向に形成され、断面が扁平状で柱状の燃料電池セルであって、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けるとともに、中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２が大きいことを特徴とする。
【００１２】
本発明の燃料電池セルは、扁平状であるために、セル当たりの発電量が円筒型の燃料電池セルよりも大きくなる。また、燃料電池セルの長径方向の端の側面にも、燃料極と固体電解質と空気極とを積層した発電部を設けており、さらに発電量は増加している。このような燃料電池セルでは、燃料電池セルの長径方向の端の側面にも発電部を設けたために、中心側よりも長径方向の端が発電量が多くなり、酸素ガス、水素ガスを多く消費する。そのため、長径方向の端のガス流路と中心側のガス流路とでは消費するガスの量が異なり、長径方向の端のガス流路と中心側のガス流路のガス流量を同じにすると、発電量が減少する、あるいはエネルギー効率が低下するといった問題が発生する。
【００１３】
この問題は、長径方向の中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２を大きくすることで解決される。すなわち、長径方向の中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２を大きくすることにより、長径方向の端に供給されるガス量が中心側より多くなり、端部、中心側ともに供給されるガス量を最適化することが可能となり、エネルギー効率が高く、かつ、発電量の大きい燃料電池セルを提供できる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池セルは、４以上のガス流路が軸長方向に形成され、断面が扁平状で柱状の燃料電池セルであって、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けるとともに、中心側のガス流路間距離Ｌ１よりも、長径方向の端にあるガス流路間距離Ｌ２が小さいことを特徴とする。
【００１５】
上述したように、本発明の燃料電池セルでは、長径方向の端のガス流路と中心側のガス流路とでは消費するガスの量が異なる。したがって、燃料電池セルの長径方向の端の部分に、燃料電池セルの中心側よりも多くのガスを供給する必要がある。本発明の燃料電池セルでは長径方向の端のガス流路間距離Ｌ２を中心側のガス流路間距離Ｌ１より小さくすることで、長径方向の端の断面積当たりのガス流量を増加させることができ、エネルギー効率が高く、かつ、発電量の大きい燃料電池セルを提供できる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池セルは、４以上のガス流路が軸長方向に形成され、断面が扁平状で柱状の燃料電池セルであって、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けるとともに、中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２が大きく、かつ、中心側のガス流路間距離Ｌ１よりも、長径方向の端にあるガス流路間距離Ｌ２が小さいことを特徴とする。
【００１７】
長径方向の中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２を大きくすることと、長径方向の中心側のガス流路間距離Ｌ１よりも、長径方向の端にあるガス流路間距離Ｌ２を小さくすることを、同時に行うことで、長径方向の端のガス消費量が中心側よりも大きい場合でも、容易に、長径方向の端部および中心側に供給するガス量を最適化することができ、エネルギー効率が高く、かつ、発電量の大きい燃料電池セルを提供できる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池は上述した本発明のいずれかの燃料電池セルを収納容器内に複数収納してなることを特徴とする。このような燃料電池では、エネルギー効率が高く、かつ、発電量の大きい燃料電池を提供できる。
【００１９】
また、本発明の燃料電池は、３以上のガス流路が軸長方向に形成されるとともに、断面が扁平状からなり、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けた燃料電池セルを、収納容器内に複数収納してなる燃料電池であって、前記燃料電池セルの中心側のガス流路のガス流量Ｖ１よりも、長径方向の端にあるガス流路のガス流量Ｖ２が大きいことを特徴とする。
【００２０】
本発明の燃料電池セルは、扁平状であるためにセル当たりの発電量が円筒型の燃料電池セルよりも大きくなる。また、燃料電池セルの長径方向の端の側面にも燃料極と固体電解質と空気極とが積層された発電部を設けており、さらに発電量は増加している。このような燃料電池セルでは、燃料電池セルの長径方向の端の側面にも発電部を設けたために、燃料電池セル中心側よりも燃料電池セルの長径方向の端が発電量が多くなり、酸素ガス、水素ガスを多く消費する傾向にある。そのため、長径方向の端のガス流路と中心側のガス流路とでは消費するガスの量が異なり、長径方向の端のガス流路と中心側のガス流路とを同じにすると、発電量が減少する、あるいはエネルギー効率が低下するといった問題が発生する。
【００２１】
この問題を解決するには、それぞれのガス流路に流すガス量を最適化すればよく、燃料電池セルの長径方向の中心側にあるガス流路のガス流量Ｖ１とし、長径方向の端のガス流路のガス流量をＶ２としたとき、Ｖ２をＶ１よりも大きくすることで、ガスの供給量を最適化でき、エネルギー効率が高く、かつ、発電量の大きい燃料電池を提供できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の燃料電池セルの一形態の断面斜視図を示す。燃料電池セル１３は断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状であり、その内部には複数の燃料ガス流路１５が軸長方向に形成されている。また、燃料電池セル１３の端面には、長径方向に所定間隔を置いて燃料ガス流路１５が開口している。
【００２３】
この燃料電池セル１３は、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状の多孔質な支持体１３ａの外面に、多孔質な燃料極１３ｂ、緻密質な固体電解質１３ｃ、多孔質な導電性セラミックスからなる空気極１３ｄを順次積層し、空気極１３ｄと反対側の支持体１３ａの外面にインターコネクタ１３ｅを形成して構成されている。
【００２４】
即ち、燃料電池セル１３は、断面形状が、幅方向両端に設けられた弧状部ｍと、これらの弧状部ｍを連結する一対の平坦部ｎとから構成されており、一対の平坦部ｎは平坦であり、ほぼ平行に形成されている。これらの一対の平坦部ｎは、支持体１３ａの平坦部ｎにインターコネクタ１３ｅ、又は燃料極１３ｂ、固体電解質１３ｃ、空気極１３ｄを形成して構成されている。
【００２５】
なお、長径方向の端の側面とは弧状部ｍを意味しており、ここでは、曲面となっているが、側面は平面であってもかまわない。
【００２６】
このような形態の燃料電池セル１３では発電部が弧状部ｍ、すなわち、短径側側面（長径方向の端の側面）にも設けられているため、燃料電池セル１３の短径側側面付近では発電量が燃料電池セル１３の中心側よりも多くなり、消費する水素含有ガス、酸素含有ガスの量も中心側よりも多くなる。
【００２７】
そこで、燃料電池セル１３の長径方向の中心側にあるガス流路１５の断面積Ｓ１よりも、燃料電池セル１３の端にあるガス流路１５の断面積Ｓ２の方を大きくすることで、より多く燃料ガスおよび酸素含有ガスを消費する燃料電池セル１３の端にあるガス流路１５に流れるガス量を、燃料電池セル１３の長径方向の中心側にあるガス流路１５に流れるガス量よりも多くすることができ、燃料電池セル１３内の全てのガス流路１５に最適量のガスを供給することができるようになり、エネルギー効率の向上と、燃料電池セル１３の発電量を増加させることを同時に達成できる。
【００２８】
なお、Ｓ１とＳ２の比率は燃料電池セル１３の幅や厚さによっても影響されるが、１．１倍以上が望ましい。また、１．３倍以上がさらに望ましい。
【００２９】
図２に本発明の燃料電池セル１３の他の形態の断面図を示す。燃料電池セル１３の長径方向の中心側にあるガス流路間距離Ｌ１よりも、燃料電池セル１３の端部にあるガス流路間距離Ｌ２の方を小さくすることで、燃料電池セル１３の中心側よりも燃料電池セル１３の端部へ多くガスを供給することができるようになり、エネルギー効率の向上と、燃料電池セル１３の発電量を増加させることを同時に達成できる。
【００３０】
なお、Ｌ１とＬ２の比率は０．９倍以下が望ましく、さらに、０．７倍以下が望ましい。
【００３１】
図３は、本発明の燃料電池セル１３の、さらに他の形態の断面図を示すもので、この燃料電池セル１３はＳ２＞Ｓ１とＬ２＜Ｌ１の条件を同時に満足している。両者を同時に行うことで、端部に供給されるガス量と中心側に供給されるガス量の差を大きくすることができるため、端部と中心側で消費されるガス量の差が大きい場合にも十分対応でき、エネルギー効率の向上と、燃料電池セル１３の発電量を増加させることを同時に達成することが容易になる。
【００３２】
このような燃料電池セル１３は例えば、以下のように構成される。
【００３３】
支持体１３ａは、少なくとも一種の鉄属金属及び／又は鉄属金属酸化物、もしくはこれらの合金又は合金酸化物を主成分とするものである。
【００３４】
鉄族金属及び／又は鉄族金属酸化物は、コスト低減、還元雰囲気中で安定という点から、Ｎｉ及び／又はＮｉＯが望ましい。Ｎｉ及び／又はＮｉＯは、支持体１３ａ全量中３５〜６５体積％であることが望ましい。
【００３５】
また、Ｎｉ、ＮｉＯ以外の構成材料として、無機粉末が用いられ、特にＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＹＳＺ、希土類酸化物のうちから選ばれる１種以上を用いることが望ましい。
【００３６】
無機粉末として希土類酸化物を用いる場合には、ＹＳＺの熱膨張係数（約１０．８×１０−６／℃）よりも熱膨張係数が小さいという理由から、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒから選ばれた元素を含む希土類酸化物が望ましい。これらの希土類酸化物のうち、安価であり、供給が安定しているという点からＹ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３を用いることが望ましい。
【００３７】
支持体１３ａの長径寸法（弧状部ｍ間の距離）は１５〜３５ｍｍ、短径寸法（平坦部ｎ間の距離）が２〜４ｍｍであることが望ましい。
【００３８】
この支持体１３ａの外面に設けられた固体電解質１３ｃは、３〜１５モル％の希土類元素を含有した部分安定化、あるいは安定化ＺｒＯ２からなる緻密質なセラミックスが用いられている。固体電解質１３ｃの厚みは、ガス透過を防止するという点から１０〜１００μｍであることが望ましい。
【００３９】
支持体１３ａと固体電解質１３ｃの間には、Ｎｉ及び／又はＮｉＯと、希土類元素が固溶したＺｒＯ２とを含有する燃料極１３ｂが形成されている。この燃料極１３ｂの厚みは１〜３０μｍであることが望ましい。
【００４０】
また、空気極１３ｄは、ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料の少なくとも一種の多孔質の導電性セラミックスから構成されている。空気極１３ｃは、６００〜１０００℃程度の比較的低温での電気伝導性が高いという点からＬａＦｅＯ３系材料が望ましい。空気極１３ｄの厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが望ましい。
【００４１】
支持体１３ａ外面の一部には、その軸長方向に固体電解質１３ｃ及び空気極１３ｄが形成されていない部分を有しており、この固体電解質１３ｃ及び空気極１３ｄから露出した支持体１３ａの外面には、導電性セラミックスからなるインターコネクタ１３ｅが形成されている。このインターコネクタ１３ｅの厚みは、緻密性と電気抵抗の低減という点から３０〜２００μｍであることが望ましい。
【００４２】
インターコネクタ１３ｅは、ＬａＣｒＯ３系材料の導電性セラミックスから構成されている。インターコネクタ１３ｅは、支持体１３ａの内外の燃料ガス、酸素含有ガスの漏出を防止するため緻密質とされており、また、インターコネクタ１３ｅの内外面は、燃料ガス、酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有している。このインターコネクタ１３ｅの端面と固体電解質１３ｃの端面との間には、シール性を向上すべく接合層を介在させていることが望ましい。
【００４３】
さらに、インターコネクタ１３ｅの外面には、Ｐ型半導体１７が設けられている。このＰ型半導体１７としては、使用環境下で作動させるために、一般の不純物半導体ではなく、インターコネクタ１３ｅを構成するＬａＣｒＯ３系材料よりも電子伝導性が大きいセラミック製のＰ型半導体である空気極１３ｄと同一成分、即ち、ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料の少なくとも一種からなることが望ましい。
【００４４】
このＰ型半導体１７により、他方の燃料電池セル１３の空気極１３ｄからの電流を、他の燃料電池セル１３の支持体１３ａに効率良く伝達できる。
【００４５】
以上のような燃料電池セルの製法について説明する。先ず、例えば、平均粒径０．１〜５．０μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．８〜２．０μｍＹ２Ｏ３粉末（３５〜６５体積％）と、さらに、ポアー剤を材料に対して１０〜３０重量％外部添加し、セルロース系有機バインダーと水とからなる溶媒とを混合して形成した支持体基部材料を押し出し成形して、支持体１３ａとなる扁平状の成形体を作製し、これを乾燥する。なお、ガス流路１５の断面積や、ガス流路間距離の変更は押し出し成形に用いる金型のピン形状や配置を適宜変更することで達成される。
【００４６】
この後、支持体１３ａとなる扁平状の成形体上に、平均粒径０．２〜１．０μｍの金属Ｎｉと平均粒径０．８〜２．０μｍの８ＹＳＺ（ＹとＺｒの有機金属塩０〜３０％分を含む）との比が体積比で４０：６０〜６０：４０となるように調整したスラリーをスクリーン印刷にて塗布し、燃料極１３ｂとなる成形体層を形成し、これを乾燥する。
【００４７】
次に、例えば、平均粒径０．５〜２．０μｍの８ＹＳＺ粉末と、アクリル系バインダーとトルエンを加えて得たスラリーを用いてシート状成形体を作製し、燃料極１３ｂとなる成形体層上に、その両端間が支持体成形体の平坦部ｎで所定間隔をおいて離間するように、巻き付け、１００〜１５０℃の温度域で乾燥し、この積層体を９００〜１１００℃の温度範囲で仮焼する。
【００４８】
なお、ここでは支持体１３ａとなる成形体上に燃料極１３ｂとなる成形体層を印刷して形成したが、固体電解質シート状成形体上に燃料極成形体層を印刷して形成し、この積層体を支持体成形体に巻きつけてもよい。この場合は曲面を有する支持体成形体に燃料極成形体を形成するよりも成形が容易であり、歩留まりが向上するため望ましい。また、あるいはそれぞれをシート状成形体とし、積層してもよい。この場合には、工程に要する時間が短縮でき、コスト低減が達成できるため望ましい。
【００４９】
この後、例えば、ＬａＣｒＯ３系材料と、有機バインダーと、溶媒とを混合したインターコネクタ材料を用いてシート状成形体を作製し、このシート状成形体を、露出した支持体１３ａとなる成形体の外面に積層し、支持体１３ａとなる成形体に燃料極１３ｂとなる成形体、固体電解質１３ｃとなる成形体、インターコネクタ１３ｅとなるシート状成形体が積層された積層成形体を作製する。
【００５０】
次に、積層成形体を脱バインダ処理し、酸素含有雰囲気中で１３００〜１６００℃で焼成する。次に、例えば、ＬａＦｅＯ３系材料からなる平均粒径０．５〜４μｍの導電性セラミック微粒子と、ＩＰＡ、水等の溶媒とからなるスラリーを作製し、このスラリーを噴霧装置（スプレードライ）により噴霧し、落下中に乾燥させて、平均粒径１０〜１００μｍの粗粒子を作製しながら、上記積層成形体の固体電解質表面に１０〜２００μｍの厚みで堆積させる。
【００５１】
固体電解質表面に堆積した粗粒子は、１０００〜１４００℃の温度で大気中で加熱処理することにより、固体電解質表面に空気極を作製する。
【００５２】
なお、燃料電池セル１３は、酸素含有雰囲気での焼成により、支持体１３ａが、例えばＮｉＯとなっているため、その後、還元処理したり、発電中に還元雰囲気に曝されるため、この時に還元されることになる。
【００５３】
セルスタックは、図４に示すように、燃料電池セル１３が複数集合してなり、一方の燃料電池セル１３と他方の燃料電池セル１３との間に、金属フェルト及び／又は金属板からなる集電部材１９を介在させ、一方の燃料電池セル１３の支持体１３ａ上に形成された燃料極１３ｂを、インターコネクタ１３ｅ、Ｐ型半導体１７、集電部材１９を介して他方の燃料電池セル１３の空気極１３ｄに電気的に接続して構成されている。
【００５４】
集電部材１９は、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性という点から、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ基合金、Ｆｅ−Ｃｒ鋼合金の少なくとも一種からなることが望ましい。なお、図４ではＰ型半導体１７は省略した。また、符号２１は、燃料電池セルを直列に接続するための導電部材である。
【００５５】
本発明の燃料電池は、本発明の燃料電池セル１３を複数、収納容器内に収容して構成されている。この収納容器には、外部から水素等の燃料ガス及び空気等の酸素含有ガスを燃料電池セルに導入する導入管が設けられており、燃料電池セル１３が所定温度に加熱されることにより発電し、使用された燃料ガス、酸素含有ガスは、収納容器外に排出される。このような燃料電池は、燃料電池セル１３のガス流路１５に過不足無くガスが供給されるため、エネルギー効率に優れ、発電量の大きい燃料電池となる。
【００５６】
また、本発明の燃料電池は、図５に示すように、燃料電池セルの長径方向の中心側にあるガス流路１５のガス流量Ｖ１よりも、燃料電池セル１３の端にあるガス流路１５のガス流量Ｖ２の方を多くするものである。
【００５７】
このように、燃料電池セル１３の長径方向の中心側にあるガス流路１５のガス流量Ｖ１よりも、燃料電池セル１３の端にあるガス流路１５のガス流量Ｖ２の方を多くすることで、燃料電池セル１３内の全てのガス流路１５に最適量のガスを供給することができるようになり、エネルギー効率の向上と、燃料電池セル１３の発電量を増加させることを同時に達成できる。
【００５８】
ガス流量Ｖ１、Ｖ２の制御は燃料電池セル１３のガス流路１５にガスを供給する配管と、燃料電池セル１３を接続する接続部材２３の形状を適宜選択することで、容易に達成できる。すなわち、燃料電池セル１３中心側のガス流路１５に通じる接続孔の断面積Ｓ１１を、燃料電池セル１３の端部のガス流路１５に通じる接続孔の断面積Ｓ１２よりも小さくしたり、あるいは、燃料電池セル１３中心側のガス流路１５に通じる接続孔にガスの通過抵抗が大きくなるような部材を配置することで、燃料電池セル１３の長径方向の中心側にあるガス流路のガス流量Ｖ１よりも、燃料電池セル１３の端にあるガス流路のガス流量Ｖ２の方を多くすることが可能となる。
【００５９】
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、内側電極を空気側電極とし、外側電極を燃料極としてもよい。また、横縞型燃料電池セルとしてもよいし、燃料電池セルの全周に発電部を設けるインターコネクタレス型であってもよい。なお、本発明においては支持体と記載しているが、内側電極を燃料極とした場合は、本発明における支持体は鉄族金属粉末を含む組成物からなるため、燃料極そのものとしての機能も有するものである。従って、本発明の支持体は燃料極と置き換えてもよく、絶縁体等からなる純然たる支持体としてのみ規定されるものではない。
【００６０】
また、ガス流路の断面形状は円のみで無く、四角や多角形状のものであってもかまわない。また、本発明で長径方向の端にあるガス流路と記述しているが、最も端にあるガス流路のみを表すものではなく、外側にある複数のガス流路に本発明を適用することも可能である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明では、扁平状で短径側側面に発電部を備え、内部に３以上のガス流路を有する燃料電池セルにおいて、燃料電池セルの端部へのガス供給量を、燃料電池セル中心側へのガス供給量よりも多くすることで、エネルギー効率の向上と燃料電池セルあたりの発電量を増加させることを同時に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池セルを示す断面斜視図である。
【図２】本発明の燃料電池セルを示す横断面図である。
【図３】本発明の燃料電池セルの他の形態を示す横断面図である。
【図４】本発明の燃料電池セルスタックを示す横断面図である。
【図５】本発明の燃料電池に用いられる燃料電池セルへのガス供給を示す断面斜視図である。
【図６】従来の燃料電池セルを示す断面斜視図である。
【符号の説明】
１３・・・燃料電池セル
１３ａ・・・支持体
１３ｂ・・・燃料極
１３ｃ・・・固体電解質
１３ｄ・・・空気極
１３ｅ・・・インターコネクタ
１５・・・ガス流路
Ｓ１・・・長径方向の中心側のガス流路の断面積
Ｓ２・・・長径方向の端にあるガス流路の断面積
Claims (5)
- ３以上のガス流路が軸長方向に形成され、断面が扁平状で柱状の燃料電池セルであって、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けるとともに、中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２が大きいことを特徴とする燃料電池セル。
- ４以上のガス流路が軸長方向に形成され、断面が扁平状で柱状の燃料電池セルであって、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けるとともに、中心側のガス流路間距離Ｌ１よりも、長径方向の端にあるガス流路間距離Ｌ２が小さいことを特徴とする燃料電池セル。
- ４以上のガス流路が軸長方向に形成され、断面が扁平状で柱状のの燃料電池セルであって、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けるとともに、中心側のガス流路の断面積Ｓ１よりも、長径方向の端にあるガス流路の断面積Ｓ２が大きく、かつ、中心側のガス流路間距離Ｌ１よりも、長径方向の端にあるガス流路間距離Ｌ２が小さいことを特徴とする燃料電池セル。
- 請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池セルを収納容器内に複数収納してなることを特徴とする燃料電池。
- ３以上のガス流路が軸長方向に形成されるとともに、断面が扁平状からなり、固体電解質が燃料極および空気極で挟持された発電部を長径方向および短径方向の側面に設けた燃料電池セルを、収納容器内に複数収納してなる燃料電池であって、前記燃料電池セルの中心側のガス流路のガス流量Ｖ１よりも、長径方向の端にあるガス流路のガス流量Ｖ２が大きいことを特徴とする燃料電池。
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