JP2009093803A - 単室型燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電極の高集積化を容易として、装置全体の小型化を図る。
【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスによって発電が可能な単室型燃料電池において、所定間隔に複数のスリット２２が形成された櫛歯状の電解質板２０を複数備え、各電解質板２０の少なくとも一方の面に電極３０，４０を配置すると共に、複数の電解質板２０を、各電解質板２０のスリット２２同士を合わせることで立体的に組み上げた構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスによって発電が可能な単室型燃料電池に関する。

従来、燃料電池は、反応ガスの供給方法に着目すると、燃料ガスと酸化剤ガスを分離した状態で供給する隔室型（二室型）のものと、燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスを供給する単室型のものに分類される。

隔室型の燃料電池は、電解質膜の一方の面に燃料極を、他方の面に酸化剤極を形成し、燃料極側に供給される燃料ガスと酸化剤極側に供給される酸化剤ガスとを電解質膜で分離した状態で発電させるものである。

単室型の燃料電池は、特許文献１〜３に記載されたように、平板状の電解質膜の同一表面上または異なる表面上に、燃料ガスの酸化反応に対する触媒性能の異なる燃料極および酸化剤極を形成し、燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスを用いて発電させるものである。この構成により、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離するための構成要素（例えばセパレータ等）が不要となることから、隔室型の燃料電池に比べて装置全体の小型化を図ることができる。

特開２００５−６３８１０号公報 特開２００５−２５９５９０号公報 特開２００５−２２２７７４号公報

上記構成の単室型の燃料電池において電極の高集積化を図ろうとする場合、一般的には、電極が配置された上記平板状の電解質膜を複数用意して、上下方向（横置きの場合には左右方向）に積層することになる。しかしながら、このように複数積層した構成であっても、まだまだ十分な高集積化を図ることができず、装置全体を十分に小型化することができないという問題があった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、電極の高集積化を容易として、装置全体の小型化を図ることを課題とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスによって発電が可能な単室型燃料電池において、
所定間隔に複数のスリットが形成された櫛歯状の電解質板を複数備え、
各電解質板の少なくとも一方の面に電極を配置すると共に、
前記複数の電解質板を、各電解質板のスリット同士を合わせることで立体的に組み上げた構成であることを特徴とする単室型燃料電池。

適用例１に記載の単室型燃料電池によれば、電解質板が所定間隔に複数のスリットが形成された櫛歯状となっており、複数の電解質板は、各電解質板のスリット同士を合わせることで立体的に組み上げた構成となっている。このために、電解質板を、縦横の一方側の配列だけではなく、他方側にも配列することが可能となることから、電解質板に配置する電極の高集積化を容易に図ることができる。すなわち、同じ体積の空間により多くの電解質板を組み込むことが可能となることから、電極の高集積化を容易に図ることができる。したがって、適用例１に記載の単室型燃料電池によれば、装置全体の小型化を実現することができるという効果を奏する。

［適用例２］
適用例１に記載の単室型燃料電池であって、前記複数の電解質板を格子状に組み上げた構成である、単室型燃料電池。この構成によれば、電解質板を上下左右の井桁に組み上げることができることから、電極のより一層の高集積化が可能となり、より小型化を実現することができる。

［適用例３］
適用例２に記載の単室型燃料電池であって、前記組み上げられた格子の対角線位置に追加用電解質板を設けた構成である、単室型燃料電池。この構成によれば、同じ体積の空間により一層多くの電解質板を組み込むことが可能となる。したがって、電極の高集積化をより図ることができ、装置全体のより小型化を実現することができる。

［適用例４］
適用例１ないし３のいずれかに記載の単室型燃料電池であって、前記電解質板は固体電解質を材料とする構成である、単室型燃料電池。この構成によれば、固体酸化物型燃料電池を構成することができる。

［適用例５］
適用例１ないし４のいずれかに記載の単室型燃料電池であって、前記複数の電解質板のそれぞれは、前記スリット間の櫛歯部分に、前記電極としての燃料極および酸化剤極を少なくとも１組備える構成である、単室型燃料電池。この構成によれば、櫛歯部分に燃料極および酸化剤極を配置することができることから、高集積化を確実なものとすることができる。

［適用例６］
適用例５に記載の単室型燃料電池であって、
前記櫛歯部分の一方の面に、前記燃料極と前記酸化剤極とが設けられた構成である、単室型燃料電池。

［適用例７］
適用例６に記載の単室型燃料電池であって、
前記燃料極と前記酸化剤極とが櫛歯部分の長手方向に向かって複数組設けられた構成である、単室型燃料電池。

［適用例８］
適用例５に記載の単室型燃料電池であって、
前記櫛歯部分の一方の面に前記燃料極が、他方の面に前記酸化剤極がそれぞれ設けられた構成である、単室型燃料電池。

適用例６ないし８のそれぞれに記載の単室型燃料電池によれば、電極パターンを効率的に配置することができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の単室型燃料電池を備える燃料電池システムなどの形態で実現することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。

Ａ．第１実施例：
Ａ−１．電解質−電極接合体の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての単室型燃料電池に用いられる電解質−電極接合体１０を示す斜視図である。図示するように、電解質−電極接合体１０は、板状の電解質からなる電解質板２０と、電解質板２０の一方の面に形成される燃料極（アノード）３０および酸化剤極（カソード）４０とを備える。

電解質板２０は、詳細には、等間隔に複数のスリット２２が形成された櫛歯形状をしており、そのスリット２２の長さ（図中ｙ方向の長さ）ｌは、縦方向（図中ｙ方向）の幅ｗの２分の１となっている。スリット２２の形状は、長尺な直方体の形である。図示の例では、スリット２２は、４本設けられているが、これは一例であり、より多い本数でもより少ない本数でもよい。なお、隣り合うスリット２２の間の部分を、この明細書では「櫛歯部分」と呼ぶ。本実施例では、櫛歯部分２４の幅ｔは５［ｍｍ］であり、スリット２２の幅ｓは１［ｍｍ］である。電解質板２０の厚さｕは、１［ｍｍ］程度である。なおこれらの数値は一例であり、これらの値に限定されるものではない。また、上記スリット２２は、必ずしも完全な等間隔でなくてもよく、これに換えて、略（ほぼ）等間隔に形成してもよい。さらには、等間隔である必要もなく、一つ置きに間隔を換えた構成等の所定間隔としてもよい。

燃料極３０および酸化剤極４０は、水素または炭化水素系の燃料ガスの酸化反応に対する触媒性能の異なる電極であり、対となって電極対Ｅを構成している。電極対Ｅは、１つの櫛歯部分２４に対して１つ設けられた構成となっており、櫛歯部分２４から櫛歯のない部分に直線状に延びている。本実施例では、燃料極３０および酸化剤極４０は、それぞれ長尺な長方形状であり、所定の距離を置いて平行に配置されている。ここで、所定の距離は１［ｍｍ］〜１［μｍ］である。

上記のように構成された電解質−電極接合体１０の材質は次の通りのものである。電解質板２０の材料としては、例えば（Ｃｅ，Ｓｍ）Ｏ₂，（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ₂等のセリア系酸化物，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｇａ，Ｍｇ）Ｏ₃等のランタン・ガレード系酸化物，スカンジウム安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ），イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等のジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス系材料を用いることができる。これにより、電解質−電極接合体１０は、固体酸化物形燃料電池を構成することができる。なお、上記の例以外にも、電解質板２０の材料として、固体酸化物型燃料電池の電解質として公知のものを使用することができる。

燃料極３０および酸化剤極４０は、セラミックス粉末材料により形成することができる。燃料極３０を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ニッケルと酸素イオン伝導性材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる酸素イオン伝導性材料としては、例えば（Ｃｅ，Ｓｍ）Ｏ₂，（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ₂などのセリア系酸化物、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｇａ，Ｍｇ）Ｏ₃などのランタンガレード系酸化物、スカンジウム安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）やイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を挙げることができ、このようなセラミックス材料と、ニッケルとの混合物で燃料極３０を形成することが好ましい。このうち、ニッケル−セリア系酸化物のサーメットで燃料極３０を形成することが特に好ましい。なお、酸素イオン伝導性セラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、１種を単独で、或いは２種以上を混合して使用することができる。

酸化剤極４０を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型金属酸化物を使用することができる。具体的には（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ₃，（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ₃，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ₃，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ₃，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）Ｏ₃などを挙げることができる。これらセラミックス粉末は、１種を単独で使用することもできるし、２種以上を混合して使用することもできる。

上記燃料極３０および酸化剤極４０は、上述した材料を主成分として、さらにワニス、感光性高分子、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。なお、上記燃料極３０および酸化剤極４０は、上述した材料に限る必要はなく、炭化水素の酸化反応に対する触媒性能（活性度）が互いに異なる組み合わせを選択することができれば、他の材料を使用することができる。すなわち、燃料極として機能する活性度が高い側の材料と、酸化剤極として機能する活性度が低い側の材料とを得ることができれば、いずれの材料も自由に選択することができる。

上述した燃料極３０および酸化剤極４０用の粉末材料を主成分として、これらそれぞれにワニス、感光性高分子、有機溶媒などを適量加えて混練し、燃料極ペースト、酸化剤極ペーストをそれぞれ作成し、燃料極ペースト、酸化剤極ペーストをそれぞれスクリーン印刷法により電解質板２０に塗布した後、所定の時間および温度で乾燥・焼結し、燃料極３０および酸化剤極４０を作成する。

以上のように構成された電解質−電極接合体１０を複数用意して、それらを組み合わせることにより、本実施例の単室型燃料電池は作成される。

図２は、２枚の電解質−電極接合体１０の組み合わせの一例を示す斜視図である。図示するように、２枚の電解質−電極接合体１０Ａ，１０Ｂは、互いの電解質板２０に形成された１つのスリット２２同士が噛合するようにして、両者の間が垂直となるように組み合わされる。組み合わせの手法は次の通りのものである。まず、スリット２２が開いている側の面１０ｓが互いに向かい合うように、一方の電解質−電極接合体１０Ａを横方向に、他方の電解質−電極接合体１０Ｂを縦方向に配置する。その後、一方の電解質−電極接合体１０Ａの一つのスリット２２Ａと他方の電解質−電極接合体１０Ｂの一つのスリット２２Ｂが噛合するように両者１０Ａ，１０Ｂを組み合わせる。この結果、上述したように、２枚の電解質−電極接合体１０は、互いの間が垂直となるように立体的に組み上げられる。

上記スリット同士の噛合は、接着剤を使用することなく、スリット２２とスリット２２をかみ合わせて接合する。なお、噛合した後に接着剤で固定するようにしてもよい。

上記電解質−電極接合体１０の組み合わせ後、一方の電解質−電極接合体１０Ａが備える電極対Ｅと他方の電解質−電極接合体１０Ｂが備える電極対Ｅとは直列接続されることが好ましく、両者の間は必要に応じてインターコネクタ５０により電気的に接続されている。すなわち、一方の電解質−電極接合体１０Ａが備える酸化剤極４０と他方の電解質−電極接合体１０Ｂが備える燃料極３０との間にインターコネクタ５０は架設される。

インターコネクタ５０は、Ａｇ系合金（Ａｇ−Ｇｅ，Ａｇ−Ｓｉ等）、又はＬａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ₃，（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ₃，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ₃などのランタン・クロマイト系等の導電性セラミックス材料によって形成することができる。

Ａ−２．単室型燃料電池の構成：
図３は、上記の組み合わせの手法を用いて得られた第１実施例の単室型燃料電池１００を示す斜視図である。図示するように、単室型燃料電池１００は、電解質−電極接合体１０を縦方向に４枚（図示の便宜からうち１枚は破線で記載）、横方向に４枚（図示の便宜からうち１枚は破線で記載）を組み合わせたもので、全体として格子状に組み上げられている。なお、図３中においては、燃料極３０、酸化剤極４０およびインターコネクタ５０は省略してある。電解質−電極接合体１０の組み合わせの手法は上記のものである。

すなわち、単室型燃料電池１００においては、各電解質−電極接合体１０に備えられるスリット２２の全て（図１の例では４本）に対して、他の電解質−電極接合体１０に備えられるスリット２２が合わされるように構成されている。この結果、格子を構成する単位正方形は、一辺の長さが櫛歯部分２４の幅ｔという最小の大きさとなり、組み上げられた格子は最も緻密なものとなる。

図４は、単室型燃料電池１００における電極対Ｅの直列接続の様子を示す説明図である。この図は、単室型燃料電池１００を図３におけるｙ方向から見た状態を模式的に示すものである。図２で前述した組み合わせの手法によれば、横方向に配置された４枚の電解質板２０においては、格子の区画（格子点と格子点の間）毎に、左側に酸化剤極４０が、右側に燃料極３０が配置されるとともに、縦方向に配置された４枚の電解質板２０においては、格子の区画毎に、上側に酸化剤極４０が、下側に燃料極３０が配置されることになる。なお、図４中においては、図示の便宜から燃料極３０および酸化剤極４０は一部だけを記載しているが、実際は全ての区画のそれぞれに１組の燃料極３０と酸化剤極４０とが配置されている。

格子における第２行目、第３列目の単位正方形Ａに着目すると、図２を用いて前述したように、単位正方形Ａの左辺において下側に配置された燃料極３０と、単位正方形Ａの下辺において左側に配置された酸化剤極４０との間が、インターコネクタ５０により接続されている。さらに、単位正方形Ａの下辺において右側に配置された燃料極３０と、単位正方形Ａの右下に位置する単位正方形Ｂの左辺において上側に配置された酸化剤極４０との間がインターコネクタ５０により接続されている。

このようにして、格子における単位正方形の左辺に配置されている１組の電極対Ｅと下辺に配置されている１組の電極対Ｅとを、対象となる単位正方形を右下方向に移動しつつ順に直列接続することができる。この結果、集電端子６２から集電端子６４に至る複数の電極対Ｅを直接接続する回路を得ることができる。なお、図示においては、集電端子６６から集電端子６８に至る回路を含めて２回路だけを記載したが、実際は、全ての区画の電極対Ｅを適宜直列接続しながら、集電端子により外部に取り出し可能となっている。

上記のように構成された単室型燃料電池１００においては、図３におけるｙ軸方向に、メタン、エタン等の炭化水素系を含む燃料ガスと、酸素を含む酸化剤ガスとしての空気との混合ガスを高温の状態（例えば、４００〜１０００℃）で供給する。これにより、各電極対Ｅにおける燃料極３０と酸化剤極４０との間の電解質板２０の表層付近で、酸素イオン伝導が起こって発電が行われる。なお、燃料ガスとしては、炭化水素系に換えて水素そのものとしてもよい。

Ａ−３：実施例の効果：
本実施例の単室型燃料電池１００によれば、電解質板２０が等間隔に複数のスリット２２が形成された櫛歯状となっており、複数の電解質板２０は、各電解質板２０のスリット２２同士を合わせることで格子状に組み上げた構成となっている。このために、電解質板を、縦横の一方側の配列だけではなく、他方側にも配列することが可能となることから、電解質板２０に配置する電極３０，４０（燃料極３０、酸化剤極４０）の高集積化を容易に図ることができる。すなわち、同じ体積の空間により多くの電解質板２０を組み込むことが可能となることから、電極３０，４０の高集積化を容易に図ることができる。したがって、本実施例の単室型燃料電池１００によれば、装置全体の小型化を実現することができるという効果を奏する。また、電極３０，４０の高集積化を図ることで、電池出力を高めることもできる。

特に本実施例では、複数の電解質板２０を格子状に組み上げた構成であることから、電解質板２０は上下左右の井桁に組み上げられることから、より一層の高集積化が可能となり、より小型化を実現することができる。

なお、本実施例では、スリット同士を接着剤を使用することなく噛み合わせるだけで組み立てを行っているが、これは、単室型の燃料電池であることから燃料ガスと酸化剤ガスとを区分けする必要がないため、シール性の確保が不要であるからである。換言すれば、二室型の燃料電池においては、本発明のように、所定間隔に複数のスリットが形成された櫛歯状の電解質板を組み合わせることはあり得ない構成である。

Ｂ．第２実施例：
図５は、第２実施例の単室型燃料電池２００を示す斜視図である。本実施例の単室型燃料電池２００は、第１実施例の単室型燃料電池１００と同一の構成を備えると共に、さらに格子の各単位正方形に追加用電解質板２７０が挿入された構成となっている。なお、図５においては、追加用電解質板２７０の形状がよく判るように、追加用電解質板２７０を１つだけ引き抜いた状態を示した。

追加用電解質板２７０は、長方形の板であり、第１実施例の電解質板２０と同一の材質を備える。追加用電解質板２７０の一方の面には、１組の燃料極２８０および酸化剤極２９０が形成されている。燃料極２８０および酸化剤極２９０は、第１実施例の燃料極３０および酸化剤極４０と同様のもので、長尺な長方形状で所定の距離を置いて１組配置されている。なお、燃料極２８０および酸化剤極２９０の形成される面は、図示のものに限る必要はなく、他方の面としてもよい。追加用電解質板２７０は、格子の単位正方形における対角線位置に填め込まれる。追加用電解質板２７０の接合は、接着剤を使用することなく、対角線の長さに追加用電解質板２７０の幅を合わせることでなされる。なお、填め込んだ後に接着剤で固定するようにしてもよい。

以上のように構成された第２実施例の単室型燃料電池２００は、第１実施例と同様に、同じ体積の空間に多くの電解質板を組み込むことが可能となることから、電極の高集積化を容易に図ることができる。特に本実施例では、第１実施例と比較して、追加用電解質板２７０が付加されていることから、同じ体積の空間により一層多くの電解質板を組み込むことが可能となる。したがって、電極の高集積化をより図ることができ、装置全体のより小型化を実現することができる。

図６は、第２実施例の変形例としての単室型燃料電池３００を示す斜視図である。この変形例では、追加用電解質板３７０を、２枚の平板を十字状に組み合わせた形状とした。材質は第２実施例の追加用電解質板２７０と同じものである。１つの平板部分に、第２実施例と同様に１組の燃料極３８０および酸化剤極３９０が形成され、他の平板部分に他の１組の燃料極３９２および酸化剤極３９４が形成される。

この第２実施例の変形例の単室型燃料電池２００は、第２実施例と比較しても、より多くの電解質板を組み込むことが可能となる。したがって、電極の高集積化をより一層図ることができ、装置全体のより一層の小型化を実現することができる。

Ｃ．他の実施形態：
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。

（１）変形例１：
図７は、上記第１，第２実施例の変形例１としての燃料極４３０および酸化剤極４４０を示す斜視図である。第１，第２実施例では、燃料極３０および酸化剤極４０はそれぞれ長尺な長方形状であったが、これに換えて、図７に示すように、燃料極４３０および酸化剤極４４０をそれぞれ櫛歯状の形としてもよい。この構成では、互いの櫛歯部分４３２，４４２が相手側の櫛歯間の凹み部分４４４，４３４に位置するようにして、燃料極４３０と酸化剤極４４０との間は微小な距離を置いて離間している。

この変形例１によれば、燃料極４３０と酸化剤極４４０との間の対向する部分を大きくとることができることから、電極の反応部分を増やすことができる。したがって、電池性能を向上することができる。

（２）変形例２：
図８は、上記第１，第２実施例の変形例２としての燃料極５３０および酸化剤極５４０を示す斜視図である。第１，第２実施例では、１つの櫛歯部分２４に対して１組の燃料極３０および酸化剤極４０が設けられた構成であったが、これに換えて、図８に示すように、電解質板５２０の１つの櫛歯部分５２４に対して、燃料極５３０および酸化剤極５４０を複数組設ける構成としてもよい。すなわち、燃料極５３０および酸化剤極５４０は、櫛歯部分５２４の長手方向に向かって複数組形成されている。各組の燃料極５３０および酸化剤極５４０はインターコネクタ５５０により直列接続されている。この変形例２によれば、燃料極５３０と酸化剤極５４０からなる電極対の数を増大することができることから、電池出力を高めることができる。

（３）変形例３：
図９は、上記第１，第２実施例の変形例３としての燃料極６３０および酸化剤極６４０を示す斜視図である。第１，第２実施例では、燃料極３０および酸化剤極４０は櫛歯部分の一方の面に設けられていたが、これに換えて、図８に示す様に、電解質板６２０の櫛歯部分６２４の一方の面６２４ａに燃料極６３０が、他方の面６２４ｂに酸化剤極６４０がそれぞれ設けられた構成としてもよい。この場合には、電解質板６２０の厚さはできるだけ薄い方が好ましい。ただし、電解質板６２０が自立できるだけの強度は必要である。具体的には、厚さは１〜０．５［ｍｍ］である。この変形例３によれば、燃料極６３０および酸化剤極６４０を形成する工程を容易とすることができる。

（４）変形例４：
図１０は、上記第１，第２実施例の変形例４における電解質板７２０を示す斜視図である。第１，第２実施例では、電解質板２０は、平板の１辺側だけにスリット２２が形成されている構成であったが、これに換えて、図１０に示すように、電解質板７２０の１辺側とそれに対向する１辺側との両方にスリット７２２を設ける構成としてもよい。

この変形例４によれば、電解質板７２０を立体的に様々な形に組み上げることが可能となり、同じ体積の空間により多くの電解質板を組み込むことも可能となる。なお、この構成においては、スリット７２２の長さを電解質板７２０の縦方向の幅の４分の１とすることで、電解質板７２０の組み合わせを容易とすることができる。

（５）変形例５：
上記第１，第２実施例では、電解質板２０に形成するスリット２２の長さｌは、電解質板２０の縦方向の幅ｗの２分の１となっていたが、これに換えて、３分の１等の他の長さとしてもよい。

（６）変形例６：
上記第１，第２実施例では、電解質板２０に設けられたスリット２２の全てを使用して複数の電解質板２０の組み合わせを行っていたが、これに換えて、一つ置きにスリット２２を使用するようにして、格子の単位正方形の一辺の長さを、櫛歯部分２４の幅ｔの２倍となるようにしてもよい。

（７）変形例７：
上記第１，第２実施例では、複数の電解質板を格子状に組み上げていたが、これに換えて、他の形としてもよく、要は立体的に組み上げた構成であればどのような構成としてもよい。例えば、図２に示すように、縦、横に１枚ずつを組み合わせただけの構成でもよいし、格子に換えて繰り返しの単位が三角形となる構成としてもよい。

（８）変形例８：
上記第１，第２実施例では、電極ペースト（燃料極ペースト、酸化剤ペースト）をスクリーン印刷することにより、電解質板に電極を形成していたが、これに換えて、電極ペーストをへら等により塗布することにより電極を形成してもよいし、スプレーによって塗布することにより電極を形成してもよい。

（９）変形例９：
上記第１，第２実施例では、単室型燃料電池１００の組み立てに用いる複数の電解質−電極接合体１０を全て同一の構成としていたが、これに替えて、格子を作るための横置き用の電解質−電極接合体と縦置き用の電解質−電極接合体とを異なった構成としてもよい。例えば、横置き用の電解質−電極接合体と縦置き用の電解質−電極接合体とで、隣接するスリットの間隔を異なるものとして、格子の矩形が長方形となる構成としてもよい。

あるいは、横置き用の電解質−電極接合体と縦置き用の電解質−電極接合体とで、電解質板に配置する燃料極と酸化剤極の位置を逆にした構成としてもよい。すなわち、横置き用の電解質−電極接合体を図１に示したものと同一の構成とし、縦置き用の電解質−電極接合体を図１に示したものにおいて、燃料極３０と酸化剤極４０との位置を入れ替えた構成としてもよい。この構成によって、図１１に示すように、格子の単位正方形の内側に配列された４つの電極対Ｅを直列接続として集電することが可能となる。

すなわち、所定間隔に複数のスリットが形成された櫛歯状の電解質板を用意できれば、それらは同一である必要はなく、また、電解質板に配置する電極は、電解質板によって異なる形状としてもよい。要は、所定間隔に複数のスリットが形成された櫛歯状の電解質板を複数備え、複数の電解質板を、各電解質板のスリット同士を合わせることで立体的に組み上げた構成であり、各電解質板の少なくとも一方の面に電極が配置された構成であればどのような構成であってもよい。

本発明の第１実施例としての単室型燃料電池に用いられる電解質−電極接合体１０を示す斜視図である。 ２枚の電解質−電極接合体１０の組み合わせの一例を示す斜視図である。 単室型燃料電池１００を示す斜視図である。 単室型燃料電池１００における電極対Ｅの直列接続の様子を示す説明図である。 第２実施例の単室型燃料電池２００を示す斜視図である。 第２実施例の変形例としての単室型燃料電池３００を示す斜視図である。 変形例１としての燃料極４３０および酸化剤極４４０を示す斜視図である。 変形例２としての燃料極５３０および酸化剤極５４０を示す斜視図である。 変形例３としての燃料極６３０および酸化剤極６４０を示す斜視図である。 変形例４における電解質板７２０を示す斜視図である。 変形例８の単室型燃料電池８００を示す説明図である。

符号の説明

１０…電解質−電極接合体
２０…電解質板
２２…スリット
２４…櫛歯部分
３０…燃料極
４０…酸化剤極
５０…インターコネクタ
６２…集電端子
６４…集電端子
６６…集電端子
６８…集電端子
１００…単室型燃料電池
２００…単室型燃料電池
２７０…追加用電解質板
２８０…燃料極
２９０…酸化剤極
３００…単室型燃料電池
３７０…追加用電解質板
３８０…燃料極
３９０…酸化剤極
３９２…燃料極
３９４…酸化剤極
４３０…燃料極
４４０…酸化剤極
５２０…電解質板
５２４…櫛歯部分
５３０…燃料極
５４０…酸化剤極
５５０…インターコネクタ
６２０…電解質板
６２４…櫛歯部分
６３０…燃料極
６４０…酸化剤極
７２０…電解質板
７２２…スリット

Claims (8)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスによって発電が可能な単室型燃料電池において、
   所定間隔に複数のスリットが形成された櫛歯状の電解質板を複数備え、
   各電解質板の少なくとも一方の面に電極を配置すると共に、
   前記複数の電解質板を、各電解質板のスリット同士を合わせることで立体的に組み上げた構成であることを特徴とする単室型燃料電池。
2. 請求項１に記載の単室型燃料電池であって、
   前記複数の電解質板を格子状に組み上げた構成である、単室型燃料電池。
3. 請求項２に記載の単室型燃料電池であって、
   前記組み上げられた格子の対角線位置に追加用電解質板を設けた構成である、単室型燃料電池。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の単室型燃料電池であって、
   前記電解質板は固体電解質を材料とする構成である、単室型燃料電池。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の単室型燃料電池であって、
   前記複数の電解質板のそれぞれは、
   前記スリット間の櫛歯部分に、前記電極としての燃料極および酸化剤極を少なくとも１組備える構成である、単室型燃料電池。
6. 請求項５に記載の単室型燃料電池であって、
   前記櫛歯部分の一方の面に、前記燃料極と前記酸化剤極とが設けられた構成である、単室型燃料電池。
7. 請求項６に記載の単室型燃料電池であって、
   前記燃料極と前記酸化剤極とが櫛歯部分の長手方向に向かって複数組設けられた構成である、単室型燃料電池。
8. 請求項５に記載の単室型燃料電池であって、
   前記櫛歯部分の一方の面に前記燃料極が、他方の面に前記酸化剤極がそれぞれ設けられた構成である、単室型燃料電池。

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