JP2009146858A

JP2009146858A - 平板型固体酸化物形燃料電池スタック

Info

Publication number: JP2009146858A
Application number: JP2007325782A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yokoo; 雅之横尾; Yoshitaka Tabata; 嘉隆田畑; So Arai; 創荒井; Hiroshi Orishima; 寛折島; Hiroyuki Ueni; 広之上荷
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-07-02

Abstract

【課題】単スタックの反りによって生じる物理的な破損や電気抵抗が増大するのを抑制ないし緩衝し得るようにした平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】発電の最小単位である単スタック２を多数積層する。単スタック２の反りによって生じる物理的な破損または電気抵抗の増加を抑制する反り抑制部板１１を５〜２５段の単スタック２毎に挿入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、平板型固体酸化物形燃料電池スタックに関するものである。

図２に従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックを示す。この平板型固体酸化物形燃料電池スタック（以下、燃料電池スタックとも云う）１は、単に、発電を行う最小単位である平板型固体酸化物形燃料電池単スタック（以下、単スタックとも云う）２を多数積層することによって構築されている（非特許文献１参照）。単スタック２は、例えば、エッチングや切削加工によって様々なパターンを設けた複数の金属板（セパレータ）を積層し、平板型固体酸化物形燃料電池（以下、単セルまたはセルともいう）を収納する空間、燃料を供給・排出する空間、空気を供給・排出する空間を設け、かつ、前記セルから電気を取り出す経路を設けることによって発電可能に構築される。なお、図２において、単スタック２の積層数は５０である。

松崎良雄、馬場好孝、藤田顕二郎、亀田治邦、小笠原慶、矢加部久孝、桜井輝浩、"東京ガスにおける平板支持膜式ＳＯＦＣの開発"、第１２回ＳＯＦＣ研究発表会講演要旨集ｐｐ．２−５、２００３

しかしながら、上記した従来の燃料電池スタック１には、以下のような問題があった。異なったセラミック部材を貼り合わせたデバイスであるセルは、一般的に反った形状となる。すなわち、セルはそれぞれ熱膨張係数が異なる材料からなる燃料極、電解極および空気極を貼り合わせて形成されるものであるため、セルの製造時に原理的に反りが生じる。特に、燃料極支持型のセルの反りは大きく、製造方法によっては２００μｍ以上となることもある。この反りを吸収するために、変形し易い金属製接続部材などをセルに接触するように配置することが従来行われているが、金属製接続部材で２００μｍ以上の反りを完全に吸収することは難しい。すなわち、セルを内包する単スタック自体も若干反ることになる。例えば、１００ｍｍφのセルを用いた単スタック発電試験（単スタックは板厚１０ｍｍで反りが１０μｍ以下の板で挟んだ）を行なった後に、単スタックの反りを測定したところ、反りは１００μｍ以上となった。反りが１０μｍ以下の板で挟んだ単スタックの場合であっても、このように反りが残るので、反りが残る単スタックで単スタックを挟む構造となる多段スタックの場合、その反りはさらに大きくなる。すなわち、多数の単スタックを積層していくと、単スタックの反りは累積して大きくなっていく。このため、ある程度以上の数を積層すると、反りが許容値を越えて物理的に破損したり、電気的な接続が弱くなり電気抵抗が増大するなどの破綻をきたす単スタックが生じる可能性が高くなる。

その場合、２５段程度までの単スタックを積層しても破綻は生じない。しかし、３０段以上の単スタックを積層する場合には、積層数が増えるほど反りが累積して大きくなるため、積層数がある数を越えると、反りが許容値を越えて破綻するスタックも生じる。破綻が生じている燃料電池スタックを詳細に分析すると、破綻している単スタックは、殆どの場合、最も反りが大きくなっている単スタックである。

本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、単スタックを多段に積層しても反りの累積により物理的に破綻したり、電気抵抗が増加するのを抑制ないし緩衝し得るようにした平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供するところにある。

上記目的を達成するために本発明は、発電の最小単位である平板型固体酸化物形燃料電池単スタックを多数積層した平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記単スタックの反りを抑制する反り抑制板を単スタック間に介在させたものである。

また、本発明は、前記反り抑制板を一定段数の単スタック毎に介在させたものである。

また、本発明は、前記単スタックの一定段数を５〜２５段としたものである。

また、本発明は、前記反り抑制板を単スタックを構成する板材と同じ材料で形成したものである。

また、本発明は、前記反り抑制板の厚さを前記単スタックを構成する板材より厚く形成したものである。

さらに、本発明は、前記反り抑制板の厚さが前記単スタックを構成する板材の厚さの２〜１０倍の板厚を有するものである。

本発明においては、反り抑制板を単スタック間に介在させているので、単スタックの反りの累積によって生じるスタックの物理的な破損や電気抵抗が増大するなどの破錠を抑制防止することができる。特に、本発明によれば、２５段以上の単スタックを積層する場合に有効であり、反りの累積による破綻を未然に防止することができる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る平板型固体酸化物形燃料電池スタックの一実施の形態を示す正面図である。同図において、平板型固体酸化物形燃料電池スタック（以下、燃料電池スタックとも云う）１０は、多段に積層配置された複数枚（例えば、５０枚）の単スタック２と、これらの単スタック２の反りによって生じる物理的な破損や電気抵抗の増加を抑制するために単スタック２間に介在ないし挿入された複数枚の反り抑制板１１と、単スタック２の上下にそれぞれ配設された上押え板１２、下押え板１３、上プレート１４および下プレート１５と、上プレート１４と下プレート１５を連結し燃料電池スタック１０を下プレート１５上に固定する複数本のロッド１６およびナット１７等で構成されている。

前記単スタック２は、図２に示した従来の単スタック２と同一で、例えば、エッチングや切削加工によって様々なパターンを設けた金属板を積層し、セルを収納する空間、燃料を供給・排出する空間、空気を供給・排出する空間を設けるとともに、セルから電気を取り出す経路を設けることによって発電可能に構築されている。

前記反り抑制板１１は、単スタック２と略同一の大きさの板材からなり、単スタック２に対して１０段毎に一枚ずつ、合計４枚が単スタック間に介在されている。反り抑制板１１を挿入する場所は、反りの違いから隙間が生じる可能性があるので、反り抑制板１１の挿入枚数が多過ぎると、燃料または空気のリークによりセルの破綻が起こる。しかし、反り抑制板１１の挿入枚数が少な過ぎると、単スタック２の反りの累積によるセルの破綻が起こってしまう。

５段の単スタック２毎に１枚の反り抑制板１１を挿入して燃料電池スタック１０を構築した場合は、上記のような破綻が生じないことを確認したので、５段の単スタック２に対して１枚の反り抑制板１１を挿入しても問題はない。また、２５段までであれば、反り抑制板１１なしで積層しても、反りの累積により破綻することはない。

しかし、それ以上の段数、例えば、３０段以上を反り抑制板なしで積層した場合には、反りの累積による破綻が生じうる。以上のことから、少なくとも２５段の単スタック２に対して１枚の反り抑制板１１を挿入すれば、反りの累積により破綻することはなくなる。

以上の検討より、反り抑制板１１は、５〜２５段毎に挟み込むのが良いと結論できる。

反り抑制板１１の材料としては、単スタック２のセパレータを構成する板材と同じであることが望ましい。

反り抑制板１１は、単スタック２を構成する板材よりも厚くなければ、反りを抑制する効果はないので、薄い場合は意味がない。このため、図１においては反り抑制板１１の厚さを単スタック２を構成する板材の厚さの５倍にしている。しかし、厚すぎる板を用いると燃料電池スタック１０全体が大きく、かつ重量化してしまうため望ましくない。反り抑制板１１の厚さとしては、単スタック２を構成する板材の厚さの２〜１０倍程度の範囲であることが望ましい。

上記条件を満たしながら、反り抑制板１１を単スタック２間に挿入すれば、３０段〜５０段の単スタック２を積層した場合にも、上記したような破綻は生じないことが確認された。

本発明に係る平板型固体酸化物形燃料電池スタックの一実施の形態を示す正面図である。従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタックを示す正面図である。

符号の説明

１…平板型固体酸化物形燃料電池スタック、２…平板型固体酸化物形燃料電池単スタック（単スタック）、１０…平板型固体酸化物形燃料電池スタック、１１…反り抑制版、１２、１３…押え板、１４、１５…プレート、１６…ロッド。

Claims

発電の最小単位である平板型固体酸化物形燃料電池単スタックを多数積層した平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、
前記単スタックの反りを抑制する反り抑制板を単スタック間に介在させたことを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。
請求項１記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、
前記反り抑制板は、一定段数の単スタック毎に介在されていることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。
請求項２記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、
前記単スタックの一定段数が５〜２５段であることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。
請求項１、２、３のうちのいずれか一項に記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、
前記反り抑制板が単スタックを構成する板材と同じ材料で形成されていることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。
請求項４記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、
前記反り抑制板の厚さは、前記単スタックを構成する板材より厚く形成されていることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。
請求項５記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、
前記反り抑制板は、前記単スタックを構成する板材の厚さの２〜１０倍の板厚を有することを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。