JP2007165240A - 燃料電池用のセパレータおよび固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 内部に反応用ガスの流通路を備える内金属板16と、当該内金属板16の外側の外金属板14、15で構成される燃料電池用のセパレータ8であって、前記内金属板16として、アルミニウムを含む鉄基合金を用いる。
【選択図】 図2
Description
この電子を別ルートの外部回路にて起電力として取り出すことができる。
すなわち、燃料電池の発電動作が開始され、金属セパレータが高温酸化性雰囲気下に曝されると、長時間の使用においてセパレータに含有されるクロムが析出し、母材の表面にクロム酸化物等の膜が形成されると共に、このクロム酸化物が酸化剤ガス流路内を流通する酸化剤ガスとともに空気極層側に運ばれ、空気極層側において酸化クロムを析出させる。この析出酸化クロムが空気極層側での発電反応を阻害し、発電セルの発電性能を著しく低下させる(クロム被毒という)という問題である。
また、内部に反応用ガスの流通路を備えるセパレータの内金属板を、表面にアルミニウム拡散被膜処理を施した鉄基合金を用いて構成したので、内金属板の表面の耐高温酸化性が著しく向上し、反応用ガスの流通路(酸化剤ガス流通路)において、クロムの析出は発生せず、よって、空気極層側においてクロム被毒による発電性能の低下が生じないようにできる。
図1は、本発明に係る固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)の構成を示し、図2はセパレータの構成を示している。
セパレータ8は、発電セル5間を電気的に接続すると共に、発電セル5に対して反応用のガスを供給する機能を有するもので、燃料ガスを燃料用マニホールド21から導入して燃料極層3に対向する面から吐出させる内部流通路10aと、酸化剤ガスとしての空気を酸化剤用マニホールド22から導入して空気極層4に対向する面から吐出させる内部流通路10bとを備えている。
また、外金属板14の中央部には、上記内部流通路10aの末端に連通する燃料ガス吐出口17が設けられ、外金属板15の中央部には内部流通路10bの末端に連通する酸化剤ガス吐出口18が設けられている。
一方、内金属板16を構成する上板12、中板11、下板13としてアルミニウムを含む鉄基合金、例えば、フェライト系ステンレスとアルミニウム、チタン等の合金を用いる。
これら複数の金属板が拡散接合(熱圧着)やロウ付け等の工法で接合されることにより、5層構造のセパレータ8を構成している。セパレータ8は、円盤形や四角形とすることができる。
アルミニウム拡散被膜処理は、上板12、中板11、下板13の各板状部材を積層する前に各部材毎に行っても良く、あるいは、これら板状部材11、12、13を積層・接合して内部流通路10a、10bを形成した後に行っても良い。
尚、本実施形態では、各板状部材の全面でなく、クロム析出が問題となる酸化剤ガス流通路10bにのみアルミニウム拡散被膜処理を施すようにしても良い。
図3(a)は、上記導電性金属30を内金属板16の縁部に設けた例であり、図3(b)は、内金属板16の内側に設けた例である。図3(b)の場合は、内金属板16に孔を設けて導電性金属30を嵌め込む構造となる。何れの場合も、この導電性金属30は内金属板16の厚さ方向(上下方向)に亘るように設けられており、両外側に外金属板14、15を接合した際に、この導電性金属30の表面露出部分がそれぞれの外金属板14、15に接触し、内金属板16の表面にアルミ被膜が発生し、表面の電気伝導性が低下したとしても、この導電性金属30を通して上下外金属板14、15との確実な電気的導通性が得られるようになっている。
尚、この導電性金属30の配設箇所は、図3(a)、(b)に示すように一箇所に限るものではないことは勿論である。
また、単板で構成することも勿論可能であが、上記のように内金属板16を複数の薄い板状部材で構成した場合は、螺旋状のような複雑な反応ガスの内部流通路10a、10bも比較的簡単に形成することができ、製造コストの低減と共に、セパレータ8自体の薄型化、軽量化が図れるというメリットを有する。
5 発電セル
8 セパレータ
10a、10b 反応用ガスの流通路
11、12、13 板状部材
11a、11b、13a、13b 溝
14、15 外金属板
16 内金属板
Claims (6)
- 内部に反応用ガスの流通路を備える内金属板と、当該内金属板の外側の外金属板で構成される燃料電池用のセパレータであって、
前記内金属板として、アルミニウムを含む鉄基合金を用いることを特徴とする燃料電池用のセパレータ。 - 内部に反応用ガスの流通路を備える内金属板と、当該内金属板の外側の外金属板で構成される燃料電池用のセパレータであって、
前記内金属板として、表面にアルミニウム拡散被膜処理を施した鉄基合金を用いることを特徴とする燃料電池用のセパレータ。 - 前記内金属板は、ガス流通用の溝を設けた複数枚の板状部材を積層して構成されることを特徴とする請求項1または請求項2の何れかに記載の燃料電池用のセパレータ。
- 前記内金属板の前記流通路部分を除く少なくとも一部を厚さ方向に亘り鉄基合金またはニッケル基合金としたことを特徴とする請求項1から請求項3までの何れかに記載のセパレータ。
- 前記外金属板の母材として、鉄基合金またはニッケル基合金を用いることを特徴とする請求項1から請求項4までの何れかに記載の燃料電池用のセパレータ。
- 発電セルとセパレータを交互に積層して燃料電池スタックを構成すると共に、各発電セルに反応用ガスを供給して発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池において、
前記セパレータとして、請求項1から請求項5までの何れかに記載のセパレータを用いることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
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