JP2006236625A - 燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 - Google Patents
燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006236625A JP2006236625A JP2005045984A JP2005045984A JP2006236625A JP 2006236625 A JP2006236625 A JP 2006236625A JP 2005045984 A JP2005045984 A JP 2005045984A JP 2005045984 A JP2005045984 A JP 2005045984A JP 2006236625 A JP2006236625 A JP 2006236625A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- fuel
- support plate
- electrode
- reinforcing material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
【解決手段】燃料電池セルは、内部に複数のガス流路211を有し、対向する両主面を有する支持板21を具備するとともに、該支持板21の一方側主面に内側から順次形成された内側電極(燃料極22)、固体電解質層23、外側電極(空気極24)の積層構造からなる発電部を具備し、前記支持板21の他方側主面に前記発電部で発電された電力を取り出すためのインターコネクタ25を具備してなる細長平板状の燃料電池セル本体と、該燃料電池セル本体における発電部以外の少なくとも一部に且つ長手方向に沿って固着された補強材11とからなる。
【選択図】図4
Description
本発明の燃料電池セルは、図1に示すように、内部に複数のガス流路211を有し、対向する両主面を有する支持板21を具備するとともに、該支持板21の一方側主面に内側から順次形成された内側電極(燃料極22)、固体電解質層23、外側電極(空気極24)の積層構造からなる発電部を具備し、前記支持板21の他方側主面に前記発電部で発電された電力を取り出すためのインターコネクタ25を具備してなる細長平板状の燃料電池セル本体20と、該燃料電池セル本体20における発電部以外の少なくとも一部に且つ長手方向に沿って固着された補強材11とからなることを特徴とするものである。
支持板21は、図1及び図4に示すように、細長平板状であって、その横断面形状からわかるように平坦部Aと、平坦部A両端の円弧状部Bとからなり、平坦部Aは互いにほぼ平行に形成された対向する両主面(一方側主面、他方側主面)より構成されている。そして、支持板21の内部には、複数のガス流路211が適当な間隔で長手方向に沿って設けられており、本実施形態においてはガス流路211には燃料ガスが通過するようになっている。
内側電極としての燃料極22は、図4に示すように、支持板21の一部を残して被覆するように支持板21の外側に積層されている。具体的には、支持板21の平坦部Aの一方側主面とその両端の円弧状部Bを被覆するように燃料極22が積層され、支持板21の平坦部Aの他方側主面は被覆されずに露出している(ただし、露出する部分は、後述のインターコネクタ25で被覆され、図面上は燃料極22がインターコネクタ25の両サイドまで延びるように形成されている)。燃料極22は、後述の式(2)の電極反応を生じせしめるものであり、多孔質の導電性セラミックス、例えば、希土類元素が固溶しているZrO2と、Ni及び/またはNiOとから形成される。この希土類元素が固溶しているZrO2(安定化ジルコニア)としては、後述の固体電解質層23の形成に使用されているものと同様のものを用いるのがよい。燃料極22中の安定化ジルコニア含量は、35〜65体積%の範囲にあるのが好ましく、またNi或いはNiO含量は、65〜35体積%であるのが好ましい。さらに、この燃料極22の開気孔率は、15%以上、特に20〜40%の範囲にあるのが好ましい。尚、燃料極22の厚みは、固体電解質層23と燃料極22との間の熱膨張差による剥離のおそれや燃料極22の性能を考慮して、1〜30μmであることが望ましい。
固体電解質層23は、燃料極22の外側にこれを被覆するように積層されている。具体的には、支持板21の平坦部Aの一方側主面とその両端の円弧状部Bを被覆するように積層された燃料極22の外側に、燃料極22と同様に固体電解質層23が積層され、支持板21の平坦部Aの他方側主面は被覆されずに露出している(ただし、露出する部分は、後述のインターコネクタ25で被覆され、図面上は固体電解質層23がインターコネクタ25の両サイドまで延びるように形成されている)。
外側電極としての空気極24は、平坦部Aの一方側主面に設けられている。これにより、この一方側主面、すなわち、空気極24と、燃料極22の固体電解質層23を介して空気極24に対向する部分との間で発電がなされる。
インターコネクタ25は、支持板21の燃料極22及び固体電解質層23で被覆されていない露出部分(平坦部Aの他方側主面)を被覆するように設けられている。このインターコネクタ25は導電性セラミックスからなるが、燃料ガス(水素)及び酸素含有ガスと接触するため(図面上はインターコネクタの外側をP型半導体で被覆しているがこのものは多孔質であるため、インターコネクタが酸素含有ガスと接触する)、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)が使用される。また、支持板21の内部を通る燃料ガス及び支持板21の外部を通る酸素含有ガスのリークを防止するため、かかるインターコネクタ25は緻密質でなければならず、例えば93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好適である。また、ガスのリーク防止と電気抵抗という観点から、厚みが10〜200μmであることが望ましい。一方、反り抑制という観点からは、100μm以下が望ましい。
インターコネクタ25の外面(上面)には、P型半導体層26が設けられている。図5に示す集電部材27を、P型半導体層26を介してインターコネクタ25に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となり、例えば、一方の燃料電池セルの空気極24からの電流を、他方の燃料電池セルの支持板21に効率良く伝達できる。このようなP型半導体としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物を例示することができる。
図1に示す補強材11は、燃料電池セル本体20に円弧状部Bに沿って固着されている。その形状は横断面が所定厚みの半円筒状若しくは長手方向に延びた瓦のような形状になっている。より具体的な形状は、図4に示してある。
本発明は、燃料電池セル本体20の長さが120mm以上、平坦部Aの長さが20〜35mm、弧状部Bの長さ(弧の長さ)が3〜8mm程度であり、燃料電池セル本体20の厚みが2.5〜8mmである場合に好適に用いることができる。このように細長く薄い(対向する主面間の距離が短い)場合には、インターコネクタ25側を背にして弓なりに反り易いからである。
上記のような構造の燃料電池セルでは、燃料極22における空気極24と対向する部位が発電に寄与する。即ち、空気極24の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持板21内のガス流路211に燃料ガス(水素)を流し、所定の作動温度まで加熱することにより、空気極24で下記式(1)の電極反応を生じ、また燃料極22の発電に寄与する部分では例えば下記式(2)の電極反応を生じることによって発電する。
燃料極: O2− (固体電解質)+ H2 → H2O+2e− …(2)
かかる発電によって生成した電流は、支持板21に取り付けられているインターコネクタ25を介して集電される。
以上のような構造を有する燃料電池セル1は、以下のようにして製造される。
先ず、Ni等の鉄族金属或いはその酸化物粉末と、希土類酸化物(例えばY2O3粉末)と、有機バインダーと、溶媒とを混合して坏土を調製し、この坏土を用いての押出成形及び乾燥することにより、支持板成形体を作製する。
(燃料電池セルスタック)
燃料電池セルスタックは、図5に示すように、上述した燃料電池セル20を複数集合させて、隣接する一方の燃料電池セル20と他方の燃料電池セル20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27を介在させ、両者を互いに直列に接続することにより構成されている。即ち、一方の燃料電池セル20の支持板21は、インターコネクタ25、P型半導体層26、集電部材27を介して、他方の燃料電池セル20の空気極24に電気的に接続されている。また、このような燃料電池セルスタックは、図5に示すように、サイドバイサイドに配置されており、隣接するセルスタック同士は、導電部材28によって直列に接続されている。
本発明の燃料電池は、図5に示す燃料電池セルスタックを、収納容器内に収容して構成される。この収納容器には、外部から水素等の燃料ガスを燃料電池セル1に導入する導入管、及び空気等の酸素含有ガスを燃料電池セル1の外部空間に導入するための導入管が設けられており、燃料電池セル1が所定温度(例えば、650〜1000℃)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。
11,121,122,123,13・・・補強材
20・・・燃料電池セル本体
21・・・支持板
211・・・ガス流路
A・・・平坦部
B・・・円弧状部
22・・・燃料極
23・・・固体電解質層
24・・・空気極
25・・・インターコネクタ
26・・・P型半導体
27・・・集電部材
28・・・導電部材
Claims (6)
- 内部に複数のガス流路を有し、対向する両主面を有する支持板を具備するとともに、該支持板の一方側主面に発電部を具備し、前記支持板の他方側主面に前記発電部で発電された電力を取り出すためのインターコネクタを具備してなる細長平板状の燃料電池セル本体と、
該燃料電池セル本体における発電部以外の少なくとも一部に且つ長手方向に沿って固着された補強材とからなることを特徴とする燃料電池セル。 - 前記燃料電池セル本体が平坦部と円弧状部とからなる横断面形状を有し、前記補強材が前記円弧状部に沿って固着されたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池セル。
- 前記補強材の少なくとも表面が絶縁性セラミックスからなることを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池セル。
- 前記補強材の熱膨張係数と前記支持板との熱膨張係数差が3×10−6/℃以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の燃料電池セル。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池セルを、集電部材を介して交互に直列に複数個接続してなることを特徴とする燃料電池セルスタック。
- 請求項5に記載の燃料電池セルスタックを収納容器内に収納したことを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005045984A JP4545014B2 (ja) | 2005-02-22 | 2005-02-22 | 燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005045984A JP4545014B2 (ja) | 2005-02-22 | 2005-02-22 | 燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006236625A true JP2006236625A (ja) | 2006-09-07 |
JP4545014B2 JP4545014B2 (ja) | 2010-09-15 |
Family
ID=37044050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005045984A Expired - Fee Related JP4545014B2 (ja) | 2005-02-22 | 2005-02-22 | 燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4545014B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008251379A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学装置 |
JP2009146858A (ja) * | 2007-12-18 | 2009-07-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 平板型固体酸化物形燃料電池スタック |
JP2011154935A (ja) * | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Kyocera Corp | 横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックおよび燃料電池 |
WO2012015051A1 (ja) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | 京セラ株式会社 | 燃料電池バンドルおよびこれを備えた燃料電池モジュール |
JP2015046365A (ja) * | 2013-08-29 | 2015-03-12 | 京セラ株式会社 | セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置 |
JP6261690B1 (ja) * | 2016-09-12 | 2018-01-17 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池セル |
JP2018107115A (ja) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池スタック |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0461752A (ja) * | 1990-06-28 | 1992-02-27 | Fujikura Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
JPH1116585A (ja) * | 1997-06-26 | 1999-01-22 | Tokyo Gas Co Ltd | 平板型固体電解質燃料電池及びその積層方法 |
JP2004265734A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Kyocera Corp | 燃料電池セル |
-
2005
- 2005-02-22 JP JP2005045984A patent/JP4545014B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0461752A (ja) * | 1990-06-28 | 1992-02-27 | Fujikura Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
JPH1116585A (ja) * | 1997-06-26 | 1999-01-22 | Tokyo Gas Co Ltd | 平板型固体電解質燃料電池及びその積層方法 |
JP2004265734A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Kyocera Corp | 燃料電池セル |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008251379A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学装置 |
JP2009146858A (ja) * | 2007-12-18 | 2009-07-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 平板型固体酸化物形燃料電池スタック |
JP2011154935A (ja) * | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Kyocera Corp | 横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックおよび燃料電池 |
WO2012015051A1 (ja) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | 京セラ株式会社 | 燃料電池バンドルおよびこれを備えた燃料電池モジュール |
JP5653435B2 (ja) * | 2010-07-29 | 2015-01-14 | 京セラ株式会社 | 燃料電池バンドルおよびこれを備えた燃料電池モジュール |
US9160027B2 (en) | 2010-07-29 | 2015-10-13 | Kyocera Corporation | Fuel cell bundle and fuel cell module comprising same |
JP2015046365A (ja) * | 2013-08-29 | 2015-03-12 | 京セラ株式会社 | セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置 |
JP6261690B1 (ja) * | 2016-09-12 | 2018-01-17 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池セル |
JP2018045782A (ja) * | 2016-09-12 | 2018-03-22 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池セル |
JP2018107115A (ja) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池スタック |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4545014B2 (ja) | 2010-09-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3996861B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
JP5175527B2 (ja) | セルスタック及び燃料電池 | |
JP5188069B2 (ja) | 燃料電池セルおよびセルスタックならびに燃料電池 | |
JP4545014B2 (ja) | 燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 | |
JP5072304B2 (ja) | 燃料電池セルおよび燃料電池セルスタック、ならびに燃料電池 | |
JP4931365B2 (ja) | 燃料電池セル用支持基板及び燃料電池セル並びに燃料電池 | |
JP4688522B2 (ja) | 燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 | |
JP2004265734A (ja) | 燃料電池セル | |
JP5110801B2 (ja) | 固体電解質形燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池 | |
JP5094005B2 (ja) | 燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池 | |
JP2005346991A (ja) | 固体電解質形燃料電池セルスタック、バンドル及び燃料電池並びに燃料電池セルスタックの製造方法 | |
JP2006092837A (ja) | 燃料電池用集電部材及びその製造方法、並びにこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 | |
JP4350403B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
JP4883992B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
JP2007200761A (ja) | 燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池 | |
JP4748971B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
JP4593997B2 (ja) | 燃料電池セル用支持体及び燃料電池セル並びに燃料電池 | |
JP4925574B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
JP4805642B2 (ja) | 燃料電池セル、燃料電池セルスタック及び燃料電池 | |
JP5036163B2 (ja) | 燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池 | |
JP4480377B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
JP4794233B2 (ja) | 中空平板型燃料電池セル及び燃料電池 | |
JP4889288B2 (ja) | セルスタック及び燃料電池 | |
JP2005190980A (ja) | 燃料電池 | |
JP2004265741A (ja) | 集電部材 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100209 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100407 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100601 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100629 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130709 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4545014 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |