JP3063952B2 - 中空平板状固体電解質型燃料電池 - Google Patents
中空平板状固体電解質型燃料電池Info
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- JP3063952B2 JP3063952B2 JP6154168A JP15416894A JP3063952B2 JP 3063952 B2 JP3063952 B2 JP 3063952B2 JP 6154168 A JP6154168 A JP 6154168A JP 15416894 A JP15416894 A JP 15416894A JP 3063952 B2 JP3063952 B2 JP 3063952B2
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池、
さらに詳細には固体電解質型燃料電池の構造に関するも
のである。
さらに詳細には固体電解質型燃料電池の構造に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、酸化剤と燃料の２種類のガ
スを酸化剤極と燃料極に供給して発電を行なうものの総
称であり、ここで述べる固体電解質型燃料電池は、構成
材料の全てに固体物質を使用したもので、具体的には以
下のようなセラミックスが主材料となっている。
スを酸化剤極と燃料極に供給して発電を行なうものの総
称であり、ここで述べる固体電解質型燃料電池は、構成
材料の全てに固体物質を使用したもので、具体的には以
下のようなセラミックスが主材料となっている。
【０００３】電解質：イットリア安定化ジルコニア（以
下、ＹＳＺ） 燃料極：ニッケルジルコニアサーメット（以下、Ｎｉ−
ＹＳＺ） 酸化剤極：ランタンマンガナイト（以下、ＬＳＭ）
下、ＹＳＺ） 燃料極：ニッケルジルコニアサーメット（以下、Ｎｉ−
ＹＳＺ） 酸化剤極：ランタンマンガナイト（以下、ＬＳＭ）
【０００４】この燃料電池の発電セル一個の基本構成
は、電解質の両面に２つの電極を配置したものである
が、このセルの出力電圧は開路電圧でも１Ｖ足らずであ
る。したがって、実用的な出力を得るためには、このよ
うなセルを多層積層した構造とする必要がある。複数の
セルを積層して構成した固体電解質型燃料電池の構造の
例を、図９に示す。図において、１は固体電解質、２は
燃料極、３は酸化剤極、４はインタコネクタ、５は燃料
ガス流路、６は酸化剤ガス流路、７は単位セルである。
このような構造の固体電解質型燃料電池に、各ガスを供
給することで、所定の電気出力を取り出すことができ
る。この構造の固体電解質型燃料電池における発電にお
いては、供給された各ガスが各々の反応面に有効に行き
渡ると共に、電極の端部等から周辺部へのリークが起こ
らないように積層する必要がある。
は、電解質の両面に２つの電極を配置したものである
が、このセルの出力電圧は開路電圧でも１Ｖ足らずであ
る。したがって、実用的な出力を得るためには、このよ
うなセルを多層積層した構造とする必要がある。複数の
セルを積層して構成した固体電解質型燃料電池の構造の
例を、図９に示す。図において、１は固体電解質、２は
燃料極、３は酸化剤極、４はインタコネクタ、５は燃料
ガス流路、６は酸化剤ガス流路、７は単位セルである。
このような構造の固体電解質型燃料電池に、各ガスを供
給することで、所定の電気出力を取り出すことができ
る。この構造の固体電解質型燃料電池における発電にお
いては、供給された各ガスが各々の反応面に有効に行き
渡ると共に、電極の端部等から周辺部へのリークが起こ
らないように積層する必要がある。
【０００５】しかし、図９に示したような構造の固体電
解質型燃料電池では実際の積層において各単位セル７と
インタコネクタ４の間の気密性の確保が極めて難しいと
いう問題がある。これは、先に述べたように全ての構成
部材が可撓性や圧縮時の変形性がないセラミックスで形
成されているため、接合面においてガス気密性を得るこ
とは極めて困難であることによる。このような問題点の
解決は、部材の平坦性を極めて向上させたとしても難し
いことである上、実際に固体電解質型燃料電池の発電セ
ルを燒結法で作製した場合には、反り等の発生が避けら
れないことを考慮するとほとんど実現不可能である。ま
た、図９に示した方式の場合、導電率が最も小さい電解
質の厚みが増加すると、電池の内部抵抗が高くなり、セ
ルの発電特性が悪化するため、電解質の厚みを低減する
必要がある。しかし厚みの薄い電解質を用いた場合には
単位セル７の強度が低下するため、単位セル７とインタ
コネクタ４との間での気密性を高めるために電池上下か
ら大きな圧力をかけると、単位セルが破壊されてしまう
恐れがある。
解質型燃料電池では実際の積層において各単位セル７と
インタコネクタ４の間の気密性の確保が極めて難しいと
いう問題がある。これは、先に述べたように全ての構成
部材が可撓性や圧縮時の変形性がないセラミックスで形
成されているため、接合面においてガス気密性を得るこ
とは極めて困難であることによる。このような問題点の
解決は、部材の平坦性を極めて向上させたとしても難し
いことである上、実際に固体電解質型燃料電池の発電セ
ルを燒結法で作製した場合には、反り等の発生が避けら
れないことを考慮するとほとんど実現不可能である。ま
た、図９に示した方式の場合、導電率が最も小さい電解
質の厚みが増加すると、電池の内部抵抗が高くなり、セ
ルの発電特性が悪化するため、電解質の厚みを低減する
必要がある。しかし厚みの薄い電解質を用いた場合には
単位セル７の強度が低下するため、単位セル７とインタ
コネクタ４との間での気密性を高めるために電池上下か
ら大きな圧力をかけると、単位セルが破壊されてしまう
恐れがある。
【０００６】そこで、このような積層時にガス気密性を
確保することが困難であるという問題を解決する一つの
方法として、図１０に示すように予めどちらか一方の電
極材料で内部にガス流路を備えた中空状の基板３’を作
製し、これに発電部を形成させる方式が考えられている
（特願平３−２１１７４７号）。このセルは、いずれか
一方の電極材（図１０においては酸化剤極３）によっ
て、内部にガス流路６を有する中空状の基板３’を作製
し、この片側に電解質１と他の電極２、そして電解質形
成面の対面にセル間接続用のインタコネクタ４を形成し
たものである。なお８は緻密膜である。このような方式
では、基板３’のガス流路壁面が電極として作用するた
め、この基板３’を電極として反応するガスは単位セル
７とインタコネクタ４を組み合わせて形成された流路で
はなく、基板３’内に設けられた流路６を流れる。した
がって、基板の両端部にガスシールを施すだけでガスの
気密性が確保され、シール性を大幅に改善することがで
きる。さらに、ガス気密性を高めるために電池上下から
大きな圧力をかける必要がなくなるため、寿命的にも優
れた特性を得ることができる。
確保することが困難であるという問題を解決する一つの
方法として、図１０に示すように予めどちらか一方の電
極材料で内部にガス流路を備えた中空状の基板３’を作
製し、これに発電部を形成させる方式が考えられている
（特願平３−２１１７４７号）。このセルは、いずれか
一方の電極材（図１０においては酸化剤極３）によっ
て、内部にガス流路６を有する中空状の基板３’を作製
し、この片側に電解質１と他の電極２、そして電解質形
成面の対面にセル間接続用のインタコネクタ４を形成し
たものである。なお８は緻密膜である。このような方式
では、基板３’のガス流路壁面が電極として作用するた
め、この基板３’を電極として反応するガスは単位セル
７とインタコネクタ４を組み合わせて形成された流路で
はなく、基板３’内に設けられた流路６を流れる。した
がって、基板の両端部にガスシールを施すだけでガスの
気密性が確保され、シール性を大幅に改善することがで
きる。さらに、ガス気密性を高めるために電池上下から
大きな圧力をかける必要がなくなるため、寿命的にも優
れた特性を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、基板内を貫通
する形状のガス流路を設けた中空平板状基板を用いた発
電セルでは、セル内部を流れるガスとセル外部を流れる
ガスとの混合を防ぐためのガスシール部分がセル両端の
２箇所必要である。セル内部と外部には燃料ガスと酸化
剤ガスが供給されており、ガスシール部分の劣化、ある
いは破損等によりこれらのガスが直接接触することは発
電効率の低下を招く。したがって、燃料電池の信頼性や
耐久性を高める上で、燃料ガスと酸化剤ガスを分離する
ためのガスシール部分は可能な限り減少させることが望
ましい。ガスシール部分を減少させる方法として、ガス
の流路を基板内部で折り返し、一箇所の基板側面に流入
口と流出口とを共に設けることにより、シール部分を一
箇所に減らす方法が考えられるが、平面状の基板側面に
ガス流入口と流出口とを共に設けた場合には、発電セル
基板内部へ流入するガスとセル基板内部から排出するガ
スとの混合を防ぎつつ、電池容器のガス供給流路とガス
排出流路とを発電セルの同一側面に近接して接続する必
要があり、電池容器のガス流路の構造や、電池容器と発
電セルのガス流路間の接続部の構造が複雑となる問題点
があった。
する形状のガス流路を設けた中空平板状基板を用いた発
電セルでは、セル内部を流れるガスとセル外部を流れる
ガスとの混合を防ぐためのガスシール部分がセル両端の
２箇所必要である。セル内部と外部には燃料ガスと酸化
剤ガスが供給されており、ガスシール部分の劣化、ある
いは破損等によりこれらのガスが直接接触することは発
電効率の低下を招く。したがって、燃料電池の信頼性や
耐久性を高める上で、燃料ガスと酸化剤ガスを分離する
ためのガスシール部分は可能な限り減少させることが望
ましい。ガスシール部分を減少させる方法として、ガス
の流路を基板内部で折り返し、一箇所の基板側面に流入
口と流出口とを共に設けることにより、シール部分を一
箇所に減らす方法が考えられるが、平面状の基板側面に
ガス流入口と流出口とを共に設けた場合には、発電セル
基板内部へ流入するガスとセル基板内部から排出するガ
スとの混合を防ぎつつ、電池容器のガス供給流路とガス
排出流路とを発電セルの同一側面に近接して接続する必
要があり、電池容器のガス流路の構造や、電池容器と発
電セルのガス流路間の接続部の構造が複雑となる問題点
があった。
【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、ガスシール部分が少なく、信頼性、耐久性が高く、
しかも電池容器のガス流路、および発電セルのガス流入
口や流出口との接続部の構造が単純な中空平板状固体電
解質型燃料電池を提供することを目的としている。
で、ガスシール部分が少なく、信頼性、耐久性が高く、
しかも電池容器のガス流路、および発電セルのガス流入
口や流出口との接続部の構造が単純な中空平板状固体電
解質型燃料電池を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ため、本発明による中空平板状固体電解質型燃料電池
は、電極材料により形成された、内部に流路が配置され
た中空平板状の基板であって、上記流路が該基板内で折
り返され、該基板側面のうちの一つの面に流路の流入口
と流出口とが共に設けられ、かつ該側面の横手方向に階
段状の段差部を設け、流入口か流出口のいずれか一方を
凸部に、他方を凹部に配置した形状である燃料電池基板
の片面に電解質層を形成し、該電解質層の上部に重ねて
電極を形成し、上記燃料電池基板の電解質層を形成した
面の反対の面に集電層を形成することで発電セルを構成
し、該発電セルを積層することにより構成されることを
特徴とするものである。
ため、本発明による中空平板状固体電解質型燃料電池
は、電極材料により形成された、内部に流路が配置され
た中空平板状の基板であって、上記流路が該基板内で折
り返され、該基板側面のうちの一つの面に流路の流入口
と流出口とが共に設けられ、かつ該側面の横手方向に階
段状の段差部を設け、流入口か流出口のいずれか一方を
凸部に、他方を凹部に配置した形状である燃料電池基板
の片面に電解質層を形成し、該電解質層の上部に重ねて
電極を形成し、上記燃料電池基板の電解質層を形成した
面の反対の面に集電層を形成することで発電セルを構成
し、該発電セルを積層することにより構成されることを
特徴とするものである。
【００１０】
【作用】本発明の中空平板状固体電解質型燃料電池で
は、内部で折り返されたガス流路を持つ中空平板状基板
を用いて発電セルを構成することにより、燃料ガスと酸
化材ガスとを分離するためのガスシール部分を一箇所の
みにすることが可能となる。この結果、燃料電池の組立
が容易になると共に、電池の信頼性および耐久性を向上
させることが可能となる。さらに基板側面のガス流入口
が設けられた部分とガス流出口が設けられた部分との間
に段差を設けることにより、電池容器のガス流路と発電
セルとの接続が容易になると共に電池容器のガス流路の
構造も単純にすることが可能となる。
は、内部で折り返されたガス流路を持つ中空平板状基板
を用いて発電セルを構成することにより、燃料ガスと酸
化材ガスとを分離するためのガスシール部分を一箇所の
みにすることが可能となる。この結果、燃料電池の組立
が容易になると共に、電池の信頼性および耐久性を向上
させることが可能となる。さらに基板側面のガス流入口
が設けられた部分とガス流出口が設けられた部分との間
に段差を設けることにより、電池容器のガス流路と発電
セルとの接続が容易になると共に電池容器のガス流路の
構造も単純にすることが可能となる。
【００１１】
【実施例】以下に図面を参照して本発明を実施例により
詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例にのみ限
定されるものではない。
詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例にのみ限
定されるものではない。
【００１２】
【実施例１】図１は本発明による中空平板状固体電解質
型燃料電池の一実施例に用いた燃料電池基板の外観を示
した斜視図であり、図２は図１のＸ−Ｘ’線に沿う断面
の斜視図である。基板材料としては固体電解質型燃料電
池の酸化剤極材料として一般的に広く使用されている、
ペロブスカイト構造を持つＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3の粒
径１〜３μｍの粉末を使用し、押し出し成形法によって
作製した。
型燃料電池の一実施例に用いた燃料電池基板の外観を示
した斜視図であり、図２は図１のＸ−Ｘ’線に沿う断面
の斜視図である。基板材料としては固体電解質型燃料電
池の酸化剤極材料として一般的に広く使用されている、
ペロブスカイト構造を持つＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3の粒
径１〜３μｍの粉末を使用し、押し出し成形法によって
作製した。
【００１３】押し出し成形法に使用する粘土状の材料
は、酸化剤電極の原料粉末１００に対し、バインダであ
るメチルセルロース系水溶性高分子を約５、水１０（重
量ベースの混合比）を添加した後、原料混練機によって
混練し、作製した。このように作製した材料を真空押し
出し成形機を用い、基板３’内を流路が貫通した形状の
押し出し成形体とした。乾燥を行なった後、一方の開口
部の流路を仕切る内壁を適宜削除し、次に開口部に押し
出し成形体と同一の原料から作製した板状の部品を張り
合わせることにより開口部を塞ぎ、流路９、１０が折り
返された形状とした。さらに、ガス流入口部分の段差を
形成するため、もう一方の開口部の不要な部分を削除
し、成形体を作製した。
は、酸化剤電極の原料粉末１００に対し、バインダであ
るメチルセルロース系水溶性高分子を約５、水１０（重
量ベースの混合比）を添加した後、原料混練機によって
混練し、作製した。このように作製した材料を真空押し
出し成形機を用い、基板３’内を流路が貫通した形状の
押し出し成形体とした。乾燥を行なった後、一方の開口
部の流路を仕切る内壁を適宜削除し、次に開口部に押し
出し成形体と同一の原料から作製した板状の部品を張り
合わせることにより開口部を塞ぎ、流路９、１０が折り
返された形状とした。さらに、ガス流入口部分の段差を
形成するため、もう一方の開口部の不要な部分を削除
し、成形体を作製した。
【００１４】このようにして得られた成形体を４００℃
で４時間加熱することにより脱脂を行なった後、１３０
０℃、２時間加熱を行ない燒結した。中空基板の大きさ
は、例えば幅１００ｍｍで長さは１５０ｍｍ、厚みは５
ｍｍである。この実施例においては、ガス流入口９とガ
ス流出口１０は相互に隣接して設けられており、それぞ
れの対が連通した構造になっている。
で４時間加熱することにより脱脂を行なった後、１３０
０℃、２時間加熱を行ない燒結した。中空基板の大きさ
は、例えば幅１００ｍｍで長さは１５０ｍｍ、厚みは５
ｍｍである。この実施例においては、ガス流入口９とガ
ス流出口１０は相互に隣接して設けられており、それぞ
れの対が連通した構造になっている。
【００１５】以上の工程で作製した中空平板状の電極基
板３’の上に電解質１とインタコネクタ４の薄膜を形成
した。ここでは、いずれの膜も大気溶射法による溶射機
によって形成した。使用材料は、電解質にはイットリア
を８モル％添加したＹＳＺ（粒径：１０〜５０μｍ）
を、またインタコネクタ材料にはランタンクロマイト
（粒径：１０〜５０μｍ）を使用した。各層の厚みは１
００μｍとして作製した。
板３’の上に電解質１とインタコネクタ４の薄膜を形成
した。ここでは、いずれの膜も大気溶射法による溶射機
によって形成した。使用材料は、電解質にはイットリア
を８モル％添加したＹＳＺ（粒径：１０〜５０μｍ）
を、またインタコネクタ材料にはランタンクロマイト
（粒径：１０〜５０μｍ）を使用した。各層の厚みは１
００μｍとして作製した。
【００１６】次に、このように作製した電解質の表面に
燃料極２を形成し、発電用のセルとした。このときの電
極の形成はスラリー塗布・燒結によって行なった。
燃料極２を形成し、発電用のセルとした。このときの電
極の形成はスラリー塗布・燒結によって行なった。
【００１７】スラリーを作製する原料粉末としては、ニ
ッケルを体積％で４０〜６０含むＮｉ−ＹＳＺを使用し
た。この粉末は、酸化ニッケルとＹＳＺを混合して作製
したもので、スラリーはこれにポリエチレングリコール
とエタノールを重量比で２０％ずつ添加して得た。塗布
したスラリーは、４００℃、４時間加熱することにより
脱脂次に、１３００℃、２時間焼きつけて発電セルを形
成した。
ッケルを体積％で４０〜６０含むＮｉ−ＹＳＺを使用し
た。この粉末は、酸化ニッケルとＹＳＺを混合して作製
したもので、スラリーはこれにポリエチレングリコール
とエタノールを重量比で２０％ずつ添加して得た。塗布
したスラリーは、４００℃、４時間加熱することにより
脱脂次に、１３００℃、２時間焼きつけて発電セルを形
成した。
【００１８】このようにして作製した発電セルを、段差
のある基板側面のガス流入路９およびガス流出路１０に
それぞれ合う位置にガス流入室とガス流出室を有する電
池容器内に必要な枚数組み込むことにより、所定の出力
を持つ固体電解質型燃料電池を構成した。
のある基板側面のガス流入路９およびガス流出路１０に
それぞれ合う位置にガス流入室とガス流出室を有する電
池容器内に必要な枚数組み込むことにより、所定の出力
を持つ固体電解質型燃料電池を構成した。
【００１９】図３、図４は本発明による中空平板状固体
電解質型燃料電池の一実施例による構造を示した模式図
である。図３は燃料電池基板に垂直な方向から見た断面
図、図４は図３に示したＹ−Ｙ’線を通り燃料電池基板
３’に平行な面における断面図を示す。電池容器１１の
酸化剤ガス供給室１６と酸化剤ガス排出室１７とを仕切
る壁には発電セルの中空平板状基板３’の凸部が嵌まり
込むように穴が設けてあり、これらの穴に発電セルを差
し込むことにより固体電解質型燃料電池を構成する。燃
料ガスは燃料ガス供給口１２から燃料電池に導入され、
燃料極２上で反応した後に燃料ガス排出口１３から排出
される。
電解質型燃料電池の一実施例による構造を示した模式図
である。図３は燃料電池基板に垂直な方向から見た断面
図、図４は図３に示したＹ−Ｙ’線を通り燃料電池基板
３’に平行な面における断面図を示す。電池容器１１の
酸化剤ガス供給室１６と酸化剤ガス排出室１７とを仕切
る壁には発電セルの中空平板状基板３’の凸部が嵌まり
込むように穴が設けてあり、これらの穴に発電セルを差
し込むことにより固体電解質型燃料電池を構成する。燃
料ガスは燃料ガス供給口１２から燃料電池に導入され、
燃料極２上で反応した後に燃料ガス排出口１３から排出
される。
【００２０】一方、酸化剤ガスは酸化剤ガス供給口１４
から酸化剤ガス供給室１６に導入され、発電セルの中空
平板状基板内のガス流路９、１０を通り、酸化剤ガス排
出室１７に流れ、酸化剤ガス排出口１５から排出され
る。この際、中空平板状基板は酸素極材料で形成されて
いるため、ガス流路９、１０内で酸化剤ガスの電極反応
が起こる。電池容器１１に発電セルを組み込む際にはガ
ラス質のシール剤２２を用いて、電池容器と発電セルと
の隙間を通り燃料ガスと酸化剤ガスが直接接触すること
を防いでいる。なお、２０は集電体、２１は導線であ
る。
から酸化剤ガス供給室１６に導入され、発電セルの中空
平板状基板内のガス流路９、１０を通り、酸化剤ガス排
出室１７に流れ、酸化剤ガス排出口１５から排出され
る。この際、中空平板状基板は酸素極材料で形成されて
いるため、ガス流路９、１０内で酸化剤ガスの電極反応
が起こる。電池容器１１に発電セルを組み込む際にはガ
ラス質のシール剤２２を用いて、電池容器と発電セルと
の隙間を通り燃料ガスと酸化剤ガスが直接接触すること
を防いでいる。なお、２０は集電体、２１は導線であ
る。
【００２１】
【実施例２】図５は本発明による中空平板状固体電解質
型燃料電池の他の実施例に用いた燃料電池基板の外観を
示した斜視図であり、図６は図５のＸ−Ｘ’線に沿う断
面図である。基板材料としては固体電解質型燃料電池の
燃料極材料である、ニッケルを体積％で６０含むＮｉ−
ＹＳＺを出発原料に使用した。この粉末は、酸化ニッケ
ルとＹＳＺから作製し、ニッケルが所定の体積％となる
よう各粉末を秤量した後混合し、これにエタノールを加
えボールミルで２４時間混合して調整した。中空平板状
基板は、ドクターブレード法により作製したシートを積
層、融着することにより形成した。ドクターブレード法
に用いたスラリーは原料粉末１００に対し、バインダー
としてポリビニルブチラールを、また可塑剤としてフタ
ル酸−ジ−ｎ−ブチルをそれぞれ重量比ベースで１０加
え、さらにトルエンとイソプロパノールの混合溶媒（２
３：７７）を１００加えたものをボールミルを用いて２
４時間混合して作製した。このようなスラリーを刃の高
さを１ｍｍに設定したドクターブレード装置によりシー
ト化し、乾燥させた後、底面および中空形状を形成する
ための柱の形状にシートを切り出し、これらのシートを
所定の厚さになるように積層した。積層体の圧着にはホ
ットプレスを用い、圧力０．２ｋｇ／ｃｍ2、温度８０
℃、加圧時間１分の条件で圧着を行なった。
型燃料電池の他の実施例に用いた燃料電池基板の外観を
示した斜視図であり、図６は図５のＸ−Ｘ’線に沿う断
面図である。基板材料としては固体電解質型燃料電池の
燃料極材料である、ニッケルを体積％で６０含むＮｉ−
ＹＳＺを出発原料に使用した。この粉末は、酸化ニッケ
ルとＹＳＺから作製し、ニッケルが所定の体積％となる
よう各粉末を秤量した後混合し、これにエタノールを加
えボールミルで２４時間混合して調整した。中空平板状
基板は、ドクターブレード法により作製したシートを積
層、融着することにより形成した。ドクターブレード法
に用いたスラリーは原料粉末１００に対し、バインダー
としてポリビニルブチラールを、また可塑剤としてフタ
ル酸−ジ−ｎ−ブチルをそれぞれ重量比ベースで１０加
え、さらにトルエンとイソプロパノールの混合溶媒（２
３：７７）を１００加えたものをボールミルを用いて２
４時間混合して作製した。このようなスラリーを刃の高
さを１ｍｍに設定したドクターブレード装置によりシー
ト化し、乾燥させた後、底面および中空形状を形成する
ための柱の形状にシートを切り出し、これらのシートを
所定の厚さになるように積層した。積層体の圧着にはホ
ットプレスを用い、圧力０．２ｋｇ／ｃｍ2、温度８０
℃、加圧時間１分の条件で圧着を行なった。
【００２２】積層した基板２’の脱脂および燒結は実施
例１と同様な条件で行なった。なお作製した中空基板
２’の大きさは、例えば幅、１００ｍｍで長さは１５０
ｍｍ、厚みは３ｍｍである。このような基板２’におい
ては、図５、図６より明らかなように複数のガス流入口
９はそれぞれ隣接して形成されており、開口部と反対部
分に形成され連通流路を介し、複数隣接して形成された
ガス流出口１０に接続した構造になっている。このよう
な構造にすると、電池容器１１に取付けるに際して、特
にガス流出口１０付近のシールを行なうのが容易になる
という利点を生じる。
例１と同様な条件で行なった。なお作製した中空基板
２’の大きさは、例えば幅、１００ｍｍで長さは１５０
ｍｍ、厚みは３ｍｍである。このような基板２’におい
ては、図５、図６より明らかなように複数のガス流入口
９はそれぞれ隣接して形成されており、開口部と反対部
分に形成され連通流路を介し、複数隣接して形成された
ガス流出口１０に接続した構造になっている。このよう
な構造にすると、電池容器１１に取付けるに際して、特
にガス流出口１０付近のシールを行なうのが容易になる
という利点を生じる。
【００２３】以上の行程で作製した中空平板状の電極基
板の上に実施例１と同様な方法により電解質１とインタ
コネクタ４の薄膜を形成した。
板の上に実施例１と同様な方法により電解質１とインタ
コネクタ４の薄膜を形成した。
【００２４】次に、このように作製した電解質１の表面
に酸化材極３を形成し、発電用のセルとした。このとき
の電極の形成はスラリー塗布・燒結によって行なった。
原料としては実施例１の酸化材電極の原料として用いた
ものと同一のＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を使用し、実施例
１の燃料極と同様な方法により焼き付けを行ない、発電
セルを形成した。
に酸化材極３を形成し、発電用のセルとした。このとき
の電極の形成はスラリー塗布・燒結によって行なった。
原料としては実施例１の酸化材電極の原料として用いた
ものと同一のＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を使用し、実施例
１の燃料極と同様な方法により焼き付けを行ない、発電
セルを形成した。
【００２５】このようにして作製した単位発電セルを組
み合わせて所定の出力を持つ発電モジュールを構成し
た。
み合わせて所定の出力を持つ発電モジュールを構成し
た。
【００２６】図７、図８は本発明による中空平板状固体
電解質型燃料電池の他の実施例による構造を示した模式
図である。図７は燃料電池基板の垂直な方向から見た断
面図を、図８は図７に示したＹ−Ｙ’線を通り燃料電池
基板に平行な面における断面図を示す。電池容器１１の
燃料ガス供給室１８と燃料ガス排出室１９とを仕切る壁
には発電セルの中空平板状基板の凸部が嵌まり込むよう
に穴が設けてあり、これらの穴に発電セルを差し込むこ
とにより固体電解質型燃料電池を構成する。酸化剤ガス
は酸化剤ガス供給口１４から燃料電池に導入され、酸素
極３上で反応した後に酸化剤ガス排出口１５から排出さ
れる。一方、燃料ガスは燃料ガス供給口１２から燃料ガ
ス供給室１８に導入され、発電セルの中空平板状基板内
のガス流路９、１０を通り、燃料ガス排出室１９に流
れ、燃料ガス排出口１３から排出される。この際、中空
平板状基板は燃料極材料で形成されているため、ガス流
路内で燃料ガスの電極反応が起こる。電池容器に発電セ
ルを組み込む際にはガラス質のシール剤２２を用いて、
電池容器と発電セルとの隙間を通り燃料ガスと酸化剤ガ
スが直接接触することを防いでいる。なお２０は集電
体、２１は導線を示す。
電解質型燃料電池の他の実施例による構造を示した模式
図である。図７は燃料電池基板の垂直な方向から見た断
面図を、図８は図７に示したＹ−Ｙ’線を通り燃料電池
基板に平行な面における断面図を示す。電池容器１１の
燃料ガス供給室１８と燃料ガス排出室１９とを仕切る壁
には発電セルの中空平板状基板の凸部が嵌まり込むよう
に穴が設けてあり、これらの穴に発電セルを差し込むこ
とにより固体電解質型燃料電池を構成する。酸化剤ガス
は酸化剤ガス供給口１４から燃料電池に導入され、酸素
極３上で反応した後に酸化剤ガス排出口１５から排出さ
れる。一方、燃料ガスは燃料ガス供給口１２から燃料ガ
ス供給室１８に導入され、発電セルの中空平板状基板内
のガス流路９、１０を通り、燃料ガス排出室１９に流
れ、燃料ガス排出口１３から排出される。この際、中空
平板状基板は燃料極材料で形成されているため、ガス流
路内で燃料ガスの電極反応が起こる。電池容器に発電セ
ルを組み込む際にはガラス質のシール剤２２を用いて、
電池容器と発電セルとの隙間を通り燃料ガスと酸化剤ガ
スが直接接触することを防いでいる。なお２０は集電
体、２１は導線を示す。
【００２７】なお、前述した実施例においては、基板側
面の段差の凸部にガス流出口を、凹部にガス流入口を設
けたが、逆に、凸部にガス流入口を、凹部にガス流出口
を設けても構わない。また、凸部の形状を四角柱状とし
たが、三角柱や六角柱などの多角柱や、円柱状や楕円柱
状等の形状でも構わない。さらに、これらの柱状部の太
さは、前述した実施例では均一としたが、テーパー状等
の太さに変化があるような形状でも構わない。また、基
板の流入口および流出口を配置した面は、上記実施例に
おいては平面としたが、湾曲した面としても構わない。
さらに、本発明は基板内のガス流路の形状や配置にかか
わらず、どのような形状の基板であっても実施すること
ができ、基板の外形にも何ら影響されるものではなく、
また外形を限定するものでもない。
面の段差の凸部にガス流出口を、凹部にガス流入口を設
けたが、逆に、凸部にガス流入口を、凹部にガス流出口
を設けても構わない。また、凸部の形状を四角柱状とし
たが、三角柱や六角柱などの多角柱や、円柱状や楕円柱
状等の形状でも構わない。さらに、これらの柱状部の太
さは、前述した実施例では均一としたが、テーパー状等
の太さに変化があるような形状でも構わない。また、基
板の流入口および流出口を配置した面は、上記実施例に
おいては平面としたが、湾曲した面としても構わない。
さらに、本発明は基板内のガス流路の形状や配置にかか
わらず、どのような形状の基板であっても実施すること
ができ、基板の外形にも何ら影響されるものではなく、
また外形を限定するものでもない。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による中空
平板状固体電解質型燃料電池では、内部にガスを流す流
路を設け、なおかつ、その流路を内部で折り返した構造
の中空平板状基板を用いることにより、酸化剤ガスと燃
料ガスを分離するためのガスシールを単位発電セルあた
り一箇所のみに低減することが可能となり、燃料電池と
しての信頼性、耐久性を高めることが可能となった。
平板状固体電解質型燃料電池では、内部にガスを流す流
路を設け、なおかつ、その流路を内部で折り返した構造
の中空平板状基板を用いることにより、酸化剤ガスと燃
料ガスを分離するためのガスシールを単位発電セルあた
り一箇所のみに低減することが可能となり、燃料電池と
しての信頼性、耐久性を高めることが可能となった。
【００２９】さらに、基板の同一の側面に設けられたガ
ス流入口とガス流出口との間に段差を設けることにより
燃料電池容器のガス流路と単位発電セルのガス流路との
接続が容易になり、さらにセル容器のガス流路の構造を
単純にすることが可能となった。この結果、中空平板状
固体電解質型燃料電池の信頼性や耐久性、あるいは製造
性の向上と共に、作製コストの低減も図ることができ、
産業上の上からも極めて大きな効果を得ることができ
る。
ス流入口とガス流出口との間に段差を設けることにより
燃料電池容器のガス流路と単位発電セルのガス流路との
接続が容易になり、さらにセル容器のガス流路の構造を
単純にすることが可能となった。この結果、中空平板状
固体電解質型燃料電池の信頼性や耐久性、あるいは製造
性の向上と共に、作製コストの低減も図ることができ、
産業上の上からも極めて大きな効果を得ることができ
る。
【図１】本発明による中空平板状固体電解質型燃料電池
の一実施例に用いた発電セル外観斜視図。
の一実施例に用いた発電セル外観斜視図。
【図２】図１に示す実施例に用いた発電セルのＸ−Ｘ’
面に沿う断面の斜視図。
面に沿う断面の斜視図。
【図３】本発明による中空平板状固体電解質型燃料電池
の一実施例の燃料電池基板に垂直な方向から見た断面
図。
の一実施例の燃料電池基板に垂直な方向から見た断面
図。
【図４】本発明による中空平板状固体電解質型燃料電池
の一実施例の燃料電池基板に平行な方向から見た断面
図。
の一実施例の燃料電池基板に平行な方向から見た断面
図。
【図５】本発明による中空平板状固体電解質型燃料電池
の他の実施例に用いた発電セル外観斜視図。
の他の実施例に用いた発電セル外観斜視図。
【図６】図５に示す実施例に用いた発電セルのＸ−Ｘ’
面に沿う断面の斜視図。
面に沿う断面の斜視図。
【図７】本発明による中空平板状固体電解質型燃料電池
の他の実施例の燃料電池基板に垂直な方向から見た断面
図。
の他の実施例の燃料電池基板に垂直な方向から見た断面
図。
【図８】本発明による中空平板状固体電解質型燃料電池
の他の実施例の燃料電池基板に平行な方向から見た断面
図。
の他の実施例の燃料電池基板に平行な方向から見た断面
図。
【図９】従来の固体電解質型燃料電池の平板型燃料電池
の組立状態の分解斜視図。
の組立状態の分解斜視図。
【図１０】従来の固体電解質型燃料電池の内部にガス流
路を有する基体（酸化剤電極材料で基板を作製した例）
を用いた燃料電池の斜視図。
路を有する基体（酸化剤電極材料で基板を作製した例）
を用いた燃料電池の斜視図。
１ 電解質 ２ 燃料極 ２’ 中空平板状燃料極 ３ 酸化剤極 ３’ 中空平板状酸化剤極 ４ インタコネクタ ５ 燃料ガス流路 ６ 酸化剤ガス流路 ７ 単セル ８ 緻密膜 ９ ガス流入口 １０ ガス流出口 １１ 電池容器 １２ 燃料ガス供給口 １３ 燃料ガス排出口 １４ 酸化剤ガス供給口 １５ 酸化剤ガス排出口 １６ 酸化剤ガス供給室 １７ 酸化剤ガス排出室 １８ 燃料ガス供給室 １９ 燃料ガス排出路 ２０ 集電体 ２１ 導線 ２２ シール剤
フロントページの続き (72)発明者 池田 大助 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 金川 姫子 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−168729（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−36417（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (3)
- 【請求項１】電極材料により形成された、内部に流路が
配置された中空平板状の基板であって、上記流路が該基
板内で折り返され、該基板側面のうちの一つの面に流路
の流入口と流出口とが共に設けられ、該側面の横手方向
に階段状の段差部を設け、流入口か流出口のいずれか一
方を凸部に、他方を凹部に配置した形状である燃料電池
基板の片面に電解質層を形成し、該電解質層の上部に重
ねて電極を形成し、上記燃料電池基板の電解質層を形成
した面の反対の面に集電層を形成することで発電セルを
構成し、該発電セルを積層することにより構成されるこ
とを特徴とする中空平板状固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】前記流入口および流出口は隣接しており、
相互に連通していることを特徴とする請求項１記載の中
空平板状固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】前記複数の流入口および流出口は、それぞ
れが隣接してまとめて形成されており、開口部と反対部
分に形成され連通流路を介し相互に接続していることを
特徴とする請求項１記載の中空平板状固体電解質型燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6154168A JP3063952B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 中空平板状固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6154168A JP3063952B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 中空平板状固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335232A JPH07335232A (ja) | 1995-12-22 |
| JP3063952B2 true JP3063952B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=15578323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6154168A Expired - Fee Related JP3063952B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 中空平板状固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3063952B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4485075B2 (ja) * | 2001-01-10 | 2010-06-16 | 東京瓦斯株式会社 | 平板型ｓｏｆｃにおける空気及び燃料供給方法 |
| JP4815737B2 (ja) * | 2003-09-05 | 2011-11-16 | 三菱マテリアル株式会社 | 固体酸化物型燃料電池 |
| GB0323224D0 (en) | 2003-10-03 | 2003-11-05 | Rolls Royce Plc | A module for a fuel cell stack |
| JP6197074B2 (ja) * | 2015-07-06 | 2017-09-13 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
-
1994
- 1994-06-13 JP JP6154168A patent/JP3063952B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07335232A (ja) | 1995-12-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |