JP3070106B2 - 燃料電池 - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
- H01M8/243—Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
-
- 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
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- 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
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- 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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- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料の持つ化学的エネル
ギを直接電気エネルギに変換する燃料電池に関する。
ギを直接電気エネルギに変換する燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】産業的に実施可能な燃料電池として特開
平５７−１１３５６１号公報或いは特公平１−５９７０
５号公報に開示される燃料電池が知られている。これら
先行技術に開示される燃料電池は、筒状の多孔質支持体
の表面に第１の電極層を形成し、この第１の電極層の表
面に固体電解質層を形成し、この固体電解質層の表面に
第２の電極層を形成し、前記筒状支持体の内側を第１の
燃料ガスの通路とし、第２の電極層の外側を第２の燃料
ガスの通路としている。
平５７−１１３５６１号公報或いは特公平１−５９７０
５号公報に開示される燃料電池が知られている。これら
先行技術に開示される燃料電池は、筒状の多孔質支持体
の表面に第１の電極層を形成し、この第１の電極層の表
面に固体電解質層を形成し、この固体電解質層の表面に
第２の電極層を形成し、前記筒状支持体の内側を第１の
燃料ガスの通路とし、第２の電極層の外側を第２の燃料
ガスの通路としている。
【０００３】ところで、燃料電池１本の発生電圧は約１
ボルト程度であるため、燃料電池１本では充分な電力を
供給できない。そこで上記の先行技術にあっては多数の
燃料電池を平行に配置し、互いに隣接する燃料電池の電
極同士を並列または直列に接続し、充分な電力を供給し
得るようにしている。
ボルト程度であるため、燃料電池１本では充分な電力を
供給できない。そこで上記の先行技術にあっては多数の
燃料電池を平行に配置し、互いに隣接する燃料電池の電
極同士を並列または直列に接続し、充分な電力を供給し
得るようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した先行技術にお
いて、隣接する燃料電池を並列または直列に接続するに
あたり、第１または第２の電極同士或いは第１と第２の
電極を燃料電池の端部において接続すると、抵抗が大き
くなり効率が悪くなるので、長さ方向に沿って電極層を
接続している。
いて、隣接する燃料電池を並列または直列に接続するに
あたり、第１または第２の電極同士或いは第１と第２の
電極を燃料電池の端部において接続すると、抵抗が大き
くなり効率が悪くなるので、長さ方向に沿って電極層を
接続している。
【０００５】ところで、燃料電池の電極層や固体電解質
層を形成する筒状多孔質支持体は、セラミック材料をバ
インダとともに混練して筒状に成形し、これを焼成する
ことで製造しているが、セラミックは焼成の際に２割程
度収縮するため、焼成後の筒状支持体に曲りが生じやす
く、そのまま使用したのでは電極同士を接続できない箇
所も発生する。このため、焼成後の曲りを見込んで支持
体を厚くし、焼成後に支持体を研削して曲りを修正する
ようにしている。しかしながら、曲りを見込んで支持体
の厚みを厚くするのは材料が無駄になり、また焼成後に
研削するのは作業が面倒であり、更には燃料電池の長さ
を長くするとますます曲りや撓みが大きくなるので精々
５０ｃｍ程度の長さとなり、出力電圧を高めることがで
きない。
層を形成する筒状多孔質支持体は、セラミック材料をバ
インダとともに混練して筒状に成形し、これを焼成する
ことで製造しているが、セラミックは焼成の際に２割程
度収縮するため、焼成後の筒状支持体に曲りが生じやす
く、そのまま使用したのでは電極同士を接続できない箇
所も発生する。このため、焼成後の曲りを見込んで支持
体を厚くし、焼成後に支持体を研削して曲りを修正する
ようにしている。しかしながら、曲りを見込んで支持体
の厚みを厚くするのは材料が無駄になり、また焼成後に
研削するのは作業が面倒であり、更には燃料電池の長さ
を長くするとますます曲りや撓みが大きくなるので精々
５０ｃｍ程度の長さとなり、出力電圧を高めることがで
きない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、燃料電池の多孔質支持体を互いに平行な複数の
筒状部と、これら筒状部のうち隣接する筒状部同士を連
結する中空連結部にて構成し、これら筒状部と連結部の
内部を第１の燃料ガスの通路とし、第２の電極層の外側
を第２の燃料ガスの通路とした。
発明は、燃料電池の多孔質支持体を互いに平行な複数の
筒状部と、これら筒状部のうち隣接する筒状部同士を連
結する中空連結部にて構成し、これら筒状部と連結部の
内部を第１の燃料ガスの通路とし、第２の電極層の外側
を第２の燃料ガスの通路とした。
【０００７】
【作用】複数本の筒状部とこれら筒状部を連結する中空
連結部からなるセラミック成形体を押出し成形し、次い
でこのセラミック成形体を焼成して多孔質支持体を製造
する。そして、この多孔質支持体の表面にディッピング
法或いはＣＶＤ法等により第１の電極層、固体電解層及
び第２の電極層を順次積層する。
連結部からなるセラミック成形体を押出し成形し、次い
でこのセラミック成形体を焼成して多孔質支持体を製造
する。そして、この多孔質支持体の表面にディッピング
法或いはＣＶＤ法等により第１の電極層、固体電解層及
び第２の電極層を順次積層する。
【０００８】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここで、図１は本発明に係る燃料電池の端面
図、図２は同燃料電池の正面図、図３は同燃料電池の側
面図、図４は燃料電池を構成する１本の電池素子の断面
図、図５は電池素子の拡大断面図、図６は別実施例を示
す図５と同様の図、図７は多孔質支持体の端面図、図８
は集電板を取り付けた状態の燃料電池の端面図、図９は
本発明に係る燃料電池を組み込んだ発電装置の断面図で
ある。
説明する。ここで、図１は本発明に係る燃料電池の端面
図、図２は同燃料電池の正面図、図３は同燃料電池の側
面図、図４は燃料電池を構成する１本の電池素子の断面
図、図５は電池素子の拡大断面図、図６は別実施例を示
す図５と同様の図、図７は多孔質支持体の端面図、図８
は集電板を取り付けた状態の燃料電池の端面図、図９は
本発明に係る燃料電池を組み込んだ発電装置の断面図で
ある。
【０００９】先ず、図９を参照して発電装置の概略を説
明すると、発電装置はハウジング１内を例えばセラミッ
ク材料を鋳込み成形してなる多孔質隔壁２，３，４に
て、第１の燃料ガスとしての空気等の酸化剤導入室Ｓ
１、燃焼予熱室Ｓ２、発電室Ｓ３及び第２の燃料ガスと
しての水素ガス導入室Ｓ４を画成し、発電室Ｓ３に本発
明に係る燃料電池５を配置している。
明すると、発電装置はハウジング１内を例えばセラミッ
ク材料を鋳込み成形してなる多孔質隔壁２，３，４に
て、第１の燃料ガスとしての空気等の酸化剤導入室Ｓ
１、燃焼予熱室Ｓ２、発電室Ｓ３及び第２の燃料ガスと
しての水素ガス導入室Ｓ４を画成し、発電室Ｓ３に本発
明に係る燃料電池５を配置している。
【００１０】燃料電池５は図１乃至図３に示すように電
池素子５０…を縦２列横５列に一体的に集合してなり、
各電池素子５０は図４及び図５に示すようにガスが透過
し得るジルコニア等からなる多孔質支持体５１の表面に
導電性複合酸化物等からなる多孔質な第１の電極層５２
をディップ法或いはＣＶＤ法等で形成し、この第１の電
極層５２の表面に安定化ジルコニア等からなるガス密な
固体電解質層５３を形成し、この固体電解質層５３の表
面に第２の電極層５４を形成している。
池素子５０…を縦２列横５列に一体的に集合してなり、
各電池素子５０は図４及び図５に示すようにガスが透過
し得るジルコニア等からなる多孔質支持体５１の表面に
導電性複合酸化物等からなる多孔質な第１の電極層５２
をディップ法或いはＣＶＤ法等で形成し、この第１の電
極層５２の表面に安定化ジルコニア等からなるガス密な
固体電解質層５３を形成し、この固体電解質層５３の表
面に第２の電極層５４を形成している。
【００１１】尚、電池素子５０の構造としては図６に示
すように多孔質支持体５１に導電性を持たせて、この多
孔質支持体５１を第１の電極層５２とし、全体として３
層構造としてもよい。
すように多孔質支持体５１に導電性を持たせて、この多
孔質支持体５１を第１の電極層５２とし、全体として３
層構造としてもよい。
【００１２】ここで、多孔質支持体５１の形状は図７に
示すように、互いに平行な複数の筒状部５１ａ…と、こ
れら筒状部５１ａのうち隣接する筒状部同士を連結する
中空連結部５１ｂ…からなり、全体として立体的な骨組
を形成している。尚、縦２列の電池素子５０を接続する
中空連結部５１ｂは水素ガスの流れ方向と平行であるの
で、図３（ａ）に示すように電池素子５０の長さ方向に
切れ目なく形成してもよいが、図３（ｂ）に示すように
所定長さに切断して複数個形成してもよい。
示すように、互いに平行な複数の筒状部５１ａ…と、こ
れら筒状部５１ａのうち隣接する筒状部同士を連結する
中空連結部５１ｂ…からなり、全体として立体的な骨組
を形成している。尚、縦２列の電池素子５０を接続する
中空連結部５１ｂは水素ガスの流れ方向と平行であるの
で、図３（ａ）に示すように電池素子５０の長さ方向に
切れ目なく形成してもよいが、図３（ｂ）に示すように
所定長さに切断して複数個形成してもよい。
【００１３】そして、上記の多孔質支持体５１はセラミ
ックコンパウンドを押出し成形することで未焼成成形体
を得た後、この成形体を吊り焼き等の手段で焼成して作
成し、次いでこの多孔質支持体５１の表面に前記したよ
うに第１の電極層５２、固体電解質層５３及び第２の電
極層５４を順次形成するわけであるが、固体電解質層５
３及び第２の電極層５４を形成する際に長さ方向に沿っ
て一部を被覆し、固体電解質層５３及び第２の電極層５
４を形成した後に、当該一部から第１の電極層５２を露
出せしめる。
ックコンパウンドを押出し成形することで未焼成成形体
を得た後、この成形体を吊り焼き等の手段で焼成して作
成し、次いでこの多孔質支持体５１の表面に前記したよ
うに第１の電極層５２、固体電解質層５３及び第２の電
極層５４を順次形成するわけであるが、固体電解質層５
３及び第２の電極層５４を形成する際に長さ方向に沿っ
て一部を被覆し、固体電解質層５３及び第２の電極層５
４を形成した後に、当該一部から第１の電極層５２を露
出せしめる。
【００１４】この第１の電極層５２の露出した部分には
図８に示すように導電性接続材６を介して第１の集電板
７を接続し、また各電池素子５０の最外側層である第２
の電極層５４に導電性接続材６を介して第２の集電板８
を接続し、これら集電板７，８で燃料電池５の周囲を囲
み、ハウジング１内に組み込んだりハウジングから取り
出す際に燃料電池５が傷つくことを防止している。
図８に示すように導電性接続材６を介して第１の集電板
７を接続し、また各電池素子５０の最外側層である第２
の電極層５４に導電性接続材６を介して第２の集電板８
を接続し、これら集電板７，８で燃料電池５の周囲を囲
み、ハウジング１内に組み込んだりハウジングから取り
出す際に燃料電池５が傷つくことを防止している。
【００１５】そして、発電室Ｓ３内に配置された燃料電
池５の各素子５０には導管９が挿入されている。この導
管９は基端が酸化剤導入室Ｓ１と燃焼予熱室Ｓ２を画成
する隔壁２に支持され、先端が図４に示すように電池素
子５０の底部に臨み、先端に形成した孔９ａを介して多
孔質支持体５の内側に酸素を含む空気を噴出するように
している。
池５の各素子５０には導管９が挿入されている。この導
管９は基端が酸化剤導入室Ｓ１と燃焼予熱室Ｓ２を画成
する隔壁２に支持され、先端が図４に示すように電池素
子５０の底部に臨み、先端に形成した孔９ａを介して多
孔質支持体５の内側に酸素を含む空気を噴出するように
している。
【００１６】以上において、多孔質支持体５の内側に酸
素ガス（空気）を流し、各電池素子５０の外側に水素ガ
ス導入室Ｓ４を介して水素ガスを流すと、酸素ガスは第
１の電極層５２内に浸透し、水素ガスは第２の電極層５
４内に浸透し、第１及び第２の電極層では以下の反応が
起こる。
素ガス（空気）を流し、各電池素子５０の外側に水素ガ
ス導入室Ｓ４を介して水素ガスを流すと、酸素ガスは第
１の電極層５２内に浸透し、水素ガスは第２の電極層５
４内に浸透し、第１及び第２の電極層では以下の反応が
起こる。
【００１７】第１の電極； Ｈ2 Ｏ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ
→２ＯＨ-第２の電極； Ｈ2 ＋２ＯＨ- →２Ｈ2 Ｏ＋
２ｅ
→２ＯＨ-第２の電極； Ｈ2 ＋２ＯＨ- →２Ｈ2 Ｏ＋
２ｅ
【００１８】となり、２ｅが負荷に供給される。尚、Ｏ
Ｈ- については固体電解質層５３中を移動する。
Ｈ- については固体電解質層５３中を移動する。
【００１９】尚、実施例としては燃料電池として電池素
子が縦２列横５列のものを示したが素子の数は任意であ
る。また電気の取出し手段として集電板を電池素子の側
面に配置したが電池素子の先端から電気をとりだすよう
にしてもよい。
子が縦２列横５列のものを示したが素子の数は任意であ
る。また電気の取出し手段として集電板を電池素子の側
面に配置したが電池素子の先端から電気をとりだすよう
にしてもよい。
【００２０】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
燃料電池の多孔質支持体の形状を複数の互いに平行な筒
状部と、これら筒状部のうち隣接する筒状部同士を連結
する中空連結部から構成したので、支持体全体で立体的
な骨組を形成することとなり、焼成の際に発生する曲り
や撓みが極めて少なくなる。したがって、初めから研削
代を見込んで成形する必要がなくなり、歩留りが向上し
且つ製造も楽になる。特に多孔質支持体の寸法精度が高
くなると、燃料電池の長さも２ｍ程度まで長くすること
ができ、出力電圧を大きくすることが可能となる。
燃料電池の多孔質支持体の形状を複数の互いに平行な筒
状部と、これら筒状部のうち隣接する筒状部同士を連結
する中空連結部から構成したので、支持体全体で立体的
な骨組を形成することとなり、焼成の際に発生する曲り
や撓みが極めて少なくなる。したがって、初めから研削
代を見込んで成形する必要がなくなり、歩留りが向上し
且つ製造も楽になる。特に多孔質支持体の寸法精度が高
くなると、燃料電池の長さも２ｍ程度まで長くすること
ができ、出力電圧を大きくすることが可能となる。
【図１】本発明に係る燃料電池の端面図
【図２】同燃料電池の正面図
【図３】同燃料電池の側面図
【図４】燃料電池を構成する１本の電池素子の断面図
【図５】電池素子の拡大断面図
【図６】別実施例を示す図５と同様の図
【図７】多孔質支持体の端面図
【図８】集電板を取り付けた状態の燃料電池の端面図
【図９】本発明に係る燃料電池を組み込んだ発電装置の
断面図
断面図
５…燃料電池、７，８…集電板、９…導管、５０…燃料
電池素子、５１…多孔質支持体、５２…第１の電極層、
５３…固体電解質層、５４…第２の電極層。
電池素子、５１…多孔質支持体、５２…第１の電極層、
５３…固体電解質層、５４…第２の電極層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/24 H01M 8/12
Claims (2)
- 【請求項１】 多孔質支持体の表面に第１の電極層を形
成し、この第１の電極層の表面に電解質層を形成し、こ
の電解質層の表面に第２の電極層を形成してなる燃料電
池において、前記多孔質支持体は互いに平行な複数の筒
状部と、これら筒状部のうち隣接する筒状部同士を連結
する中空連結部からなり、これら筒状部と連結部の内部
を第１の燃料ガスの通路とし、第２の電極層の外側を第
２の燃料ガスの通路としたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 前記多孔質支持体は導電性を有するもの
とし、多孔質支持体自体に第１の電極層の役割を果すよ
うにしたことを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3020528A JP3070106B2 (ja) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3020528A JP3070106B2 (ja) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04237964A JPH04237964A (ja) | 1992-08-26 |
| JP3070106B2 true JP3070106B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=12029657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3020528A Expired - Fee Related JP3070106B2 (ja) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3070106B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6846588B2 (en) | 2002-01-16 | 2005-01-25 | Alberta Research Council Inc. | Hollow inorganic membranes produced by metal or composite electrodeposition |
| US6824907B2 (en) * | 2002-01-16 | 2004-11-30 | Alberta Reasearch Council, Inc. | Tubular solid oxide fuel cell stack |
| US7736772B2 (en) | 2002-02-14 | 2010-06-15 | Alberta Research Council, Inc. | Tubular solid oxide fuel cell stack |
| US8709674B2 (en) | 2005-04-29 | 2014-04-29 | Alberta Research Council Inc. | Fuel cell support structure |
| KR101109294B1 (ko) * | 2009-07-13 | 2012-01-31 | 삼성전기주식회사 | 일체형지지체를 갖는 연료전지 |
-
1991
- 1991-01-21 JP JP3020528A patent/JP3070106B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04237964A (ja) | 1992-08-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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