JP3117341B2 - セル構造 - Google Patents
セル構造Info
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- JP3117341B2 JP3117341B2 JP05279332A JP27933293A JP3117341B2 JP 3117341 B2 JP3117341 B2 JP 3117341B2 JP 05279332 A JP05279332 A JP 05279332A JP 27933293 A JP27933293 A JP 27933293A JP 3117341 B2 JP3117341 B2 JP 3117341B2
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- Japan
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- cell structure
- electrode
- contact
- interconnector
- electrolyte
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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
- 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
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質を用いる高
温水蒸気電解（ＳＯＥ：Solid Oxide Electrolyte ）及
び固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel C
ell ）に用いて好適なセル構造に関する。
温水蒸気電解（ＳＯＥ：Solid Oxide Electrolyte ）及
び固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel C
ell ）に用いて好適なセル構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】高温水蒸気電解セルには、大別して平板
型と円筒型とがある。図５に平板型電解セルの構造を示
す。同図に示すように、固体電解質１１の両面にカソー
ド電極（ＮｉＯ／ＹＳＺ）１２、アノード電極（ＬａＳ
ｒＭｎＯ3 系）１３を各々付着させ、さらにその両面を
インターコネクタ（ＬａＭｇＣｒＯ3 系）１４を用いて
挟み重ねて接合体を構成している。このインターコネク
タ１４には、ガス又は水蒸気等の流体供給用の溝部１５
が複数形成されており、ガス又は水蒸気が溝方向に各々
流れるようになっている。また、電極１２，１３とイン
ターコネクタ１４のリッジ部１６との接触部には、導電
性ペースト１７を塗布し、インターコネクタ１４と電極
１２，１３との間に電気的導通をもたしている。
型と円筒型とがある。図５に平板型電解セルの構造を示
す。同図に示すように、固体電解質１１の両面にカソー
ド電極（ＮｉＯ／ＹＳＺ）１２、アノード電極（ＬａＳ
ｒＭｎＯ3 系）１３を各々付着させ、さらにその両面を
インターコネクタ（ＬａＭｇＣｒＯ3 系）１４を用いて
挟み重ねて接合体を構成している。このインターコネク
タ１４には、ガス又は水蒸気等の流体供給用の溝部１５
が複数形成されており、ガス又は水蒸気が溝方向に各々
流れるようになっている。また、電極１２，１３とイン
ターコネクタ１４のリッジ部１６との接触部には、導電
性ペースト１７を塗布し、インターコネクタ１４と電極
１２，１３との間に電気的導通をもたしている。
【０００３】次に、水蒸気電解の原理図を図６に示す。
ここで使用している固体電解質１１には、イットリアで
安定化させたジルコニア（ＹＳＺ）を用いている。この
ＹＳＺは、酸素イオン（Ｏ2-）だけを選択的に透過する
性質をもっており、図６に示すように、カソード電極１
２側に水蒸気（Ｈ2 Ｏ），アノード電極１３側に酸素
（Ｏ2 ）を各々供給し、外部の直流電源１８より電流を
流すことにより、固体電解質１１中を酸素イオン
（Ｏ2-）だけが移動する。
ここで使用している固体電解質１１には、イットリアで
安定化させたジルコニア（ＹＳＺ）を用いている。この
ＹＳＺは、酸素イオン（Ｏ2-）だけを選択的に透過する
性質をもっており、図６に示すように、カソード電極１
２側に水蒸気（Ｈ2 Ｏ），アノード電極１３側に酸素
（Ｏ2 ）を各々供給し、外部の直流電源１８より電流を
流すことにより、固体電解質１１中を酸素イオン
（Ｏ2-）だけが移動する。
【０００４】尚、上記アノード極１３側には原理的には
酸素（Ｏ2 ）を供給をする必要はないが、実際には以下
の理由により、供給している。水蒸気電解時に必要な電
圧Ｅ0 は下記「数１」に示す式で求まる。
酸素（Ｏ2 ）を供給をする必要はないが、実際には以下
の理由により、供給している。水蒸気電解時に必要な電
圧Ｅ0 は下記「数１」に示す式で求まる。
【数１】
【０００５】すなわち、酸素（Ｏ2 ）の供給が小さくな
ると、必要電解電圧Ｅ0 が小さくなるので好ましい。し
かし、実プラント（システム）においては、例えば真空
排気をすれば、酸素（Ｏ2 ）を低減することは可能とな
るものの、実プラントにおいては、強度的に弱い部分も
あり、酸素（Ｏ2 ）の供給を全く閉ざしてしまうのは実
用的ではないので、酸素（Ｏ2 ）の供給を行うようにし
ている。
ると、必要電解電圧Ｅ0 が小さくなるので好ましい。し
かし、実プラント（システム）においては、例えば真空
排気をすれば、酸素（Ｏ2 ）を低減することは可能とな
るものの、実プラントにおいては、強度的に弱い部分も
あり、酸素（Ｏ2 ）の供給を全く閉ざしてしまうのは実
用的ではないので、酸素（Ｏ2 ）の供給を行うようにし
ている。
【０００６】供給された水蒸気（Ｈ2 Ｏ）は酸素イオン
（Ｏ2-）をうばわれ、水素（Ｈ2 ）のみとなり、固体電
解質１１中を移動した酸素イオン（Ｏ2-）は、アノード
電極１３で電子（ｅ- ）を放出し、酸素ガス（Ｏ2 ）と
なる。このようにして、固体電解質１１にＹＳＺを用い
て水蒸気（Ｈ2 Ｏ）を酸素ガス（Ｏ2 ）と、水素ガス
（Ｈ2 ）とに分解（電解）することができ、電解により
酸素（Ｏ2 ）と水素（Ｈ2 ）とを得ることができる。
（Ｏ2-）をうばわれ、水素（Ｈ2 ）のみとなり、固体電
解質１１中を移動した酸素イオン（Ｏ2-）は、アノード
電極１３で電子（ｅ- ）を放出し、酸素ガス（Ｏ2 ）と
なる。このようにして、固体電解質１１にＹＳＺを用い
て水蒸気（Ｈ2 Ｏ）を酸素ガス（Ｏ2 ）と、水素ガス
（Ｈ2 ）とに分解（電解）することができ、電解により
酸素（Ｏ2 ）と水素（Ｈ2 ）とを得ることができる。
【０００７】次に、同様なセル構造を有する固体高分子
電解質燃料電池の一例を、図８，９に示す。図８
（Ａ），（Ｂ）に示すように、固体電解質２１の両面に
カソード電極（ＮｉＯ／ＹＳＺ）２２、アノード電極
（ＬａＳｒＭｎＯ3 系）２３を各々付着させ、さらにそ
の両面をインターコネクタ（ＬａＭｇＣｒＯ3 系）２４
を用いて挟み重ねて接合体を構成している。このインタ
ーコネクタ２４には、ガス又は水蒸気等の流体供給用の
溝部２５が複数形成されており、ガス又は水蒸気が溝方
向に各々流れるようになっている。また、電極２２，２
３とインターコネクタ２４のリッジ部２６との接触部に
は、導電性ペースト２７を塗布し、インターコネクタ２
４と電極２２，２３との間に電気的導通をもたしてい
る。
電解質燃料電池の一例を、図８，９に示す。図８
（Ａ），（Ｂ）に示すように、固体電解質２１の両面に
カソード電極（ＮｉＯ／ＹＳＺ）２２、アノード電極
（ＬａＳｒＭｎＯ3 系）２３を各々付着させ、さらにそ
の両面をインターコネクタ（ＬａＭｇＣｒＯ3 系）２４
を用いて挟み重ねて接合体を構成している。このインタ
ーコネクタ２４には、ガス又は水蒸気等の流体供給用の
溝部２５が複数形成されており、ガス又は水蒸気が溝方
向に各々流れるようになっている。また、電極２２，２
３とインターコネクタ２４のリッジ部２６との接触部に
は、導電性ペースト２７を塗布し、インターコネクタ２
４と電極２２，２３との間に電気的導通をもたしてい
る。
【０００８】次に、燃料電池の原理図を図９に示す。こ
こで使用している固体電解質１１にはイットリアで安定
化させたジルコニア（ＹＳＺ）を用いている。このＹＳ
Ｚは、酸素イオン（Ｏ2-）だけを選択的に透過する性質
をもっており、図９に示すように、各々の電極に水素、
酸素（又は空気）を供給し、酸素分圧差を与えると固体
電解質中を酸素イオン（Ｏ2-）だけが移動し、電極での
電子の受授を外部にとり出すことにより、発電し、ラン
プ等を点灯することができる。
こで使用している固体電解質１１にはイットリアで安定
化させたジルコニア（ＹＳＺ）を用いている。このＹＳ
Ｚは、酸素イオン（Ｏ2-）だけを選択的に透過する性質
をもっており、図９に示すように、各々の電極に水素、
酸素（又は空気）を供給し、酸素分圧差を与えると固体
電解質中を酸素イオン（Ｏ2-）だけが移動し、電極での
電子の受授を外部にとり出すことにより、発電し、ラン
プ等を点灯することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで従来技術にお
いては、図７に示すように、インターコネクタ１４の各
リッジ部１６、１６の頂面部１６ａ、１６ａが各電極１
２，１３と面接触しており、この部分（図中の斜線部
分）では、Ｈ2 Ｏあるいは、Ｏ2 に暴されていないた
め、電極として有効に使われていないという問題があ
る。さらに、面で電極の表面を押えているため、たと
え、接触部でガスが発生しても、ガスの排出がスムーズ
に行われにくいという欠点がある。これらの問題により
電解時の効率が低下する。上述したことは、電解セルと
類似するセル構造を有する図８，９に示す燃料電池のセ
ル構造においても同様である。
いては、図７に示すように、インターコネクタ１４の各
リッジ部１６、１６の頂面部１６ａ、１６ａが各電極１
２，１３と面接触しており、この部分（図中の斜線部
分）では、Ｈ2 Ｏあるいは、Ｏ2 に暴されていないた
め、電極として有効に使われていないという問題があ
る。さらに、面で電極の表面を押えているため、たと
え、接触部でガスが発生しても、ガスの排出がスムーズ
に行われにくいという欠点がある。これらの問題により
電解時の効率が低下する。上述したことは、電解セルと
類似するセル構造を有する図８，９に示す燃料電池のセ
ル構造においても同様である。
【００１０】本発明は上記問題に鑑み、電極面積を有効
に利用することができ、反応効率の高いセル構造を提供
することを目的とする。
に利用することができ、反応効率の高いセル構造を提供
することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係るセル構造は、電解質の両面にアノード電極及び
カソード電極を各々配すると共に、これら電極に流体を
供給する流体供給溝を形成する複数のリッジ部を有する
インターコネクタを当該電極の表面に各々配設してなる
セル構造において、上記インターコネクタのリッジ部の
頂面の電極と当接する部分に切り込み部を有し、電極と
の当接が線接触もしくは点接触としてなることを特徴と
する。
明に係るセル構造は、電解質の両面にアノード電極及び
カソード電極を各々配すると共に、これら電極に流体を
供給する流体供給溝を形成する複数のリッジ部を有する
インターコネクタを当該電極の表面に各々配設してなる
セル構造において、上記インターコネクタのリッジ部の
頂面の電極と当接する部分に切り込み部を有し、電極と
の当接が線接触もしくは点接触としてなることを特徴と
する。
【００１２】上記構成において、電解質をＹＳＺとした
平板型高温水蒸気電解セルに用いてなることを特徴とす
る。
平板型高温水蒸気電解セルに用いてなることを特徴とす
る。
【００１３】上記構成において、電解質を固体電解質と
した燃料電池のセルに用いてなることを特徴とする。
した燃料電池のセルに用いてなることを特徴とする。
【００１４】上記構成において、上記流体供給溝の側面
に該溝方向と直交する方向に複数の細孔を設けたことを
特徴とする。
に該溝方向と直交する方向に複数の細孔を設けたことを
特徴とする。
【００１５】
【作用】インターコネクタの溝部の電極側と当接してい
た頂部にさらに溝（切り込み）を設けることにより電極
との当接を線接触又は点接触とし、例えば電解の場合に
は、その電解に使用できる電極の有効面積を大きくとる
ことができ、電解時の発生ガス量を多くすることができ
る。また切り込み溝部に横穴を設けることにより電極部
への流体の供給、発生ガスの排出がスムーズに行われ
る。
た頂部にさらに溝（切り込み）を設けることにより電極
との当接を線接触又は点接触とし、例えば電解の場合に
は、その電解に使用できる電極の有効面積を大きくとる
ことができ、電解時の発生ガス量を多くすることができ
る。また切り込み溝部に横穴を設けることにより電極部
への流体の供給、発生ガスの排出がスムーズに行われ
る。
【００１６】
【実施例】以下、本発明に係るセル構造の好適な実施例
を図面を参照して詳細に説明する。
を図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】（実施例１）図１，２は固体電解質にＹＳ
Ｚを用いた平板型高温水蒸気電解セルの一例を示す。
尚、前述した図５と同一部材については同一符号を付し
てその説明は省略する。
Ｚを用いた平板型高温水蒸気電解セルの一例を示す。
尚、前述した図５と同一部材については同一符号を付し
てその説明は省略する。
【００１８】これらの図面に示すように、インターコネ
クタ１４のリッジ部１６の頂面部の電極と接触する部分
にその断面が台形状の切り込み部１０１を設ける。ま
た、この切り込み部１０１を設けたリッジ部１６の側面
には図２（Ｂ）に示すように、リッジ部１６の延設方向
と直交する方向に横穴（ガス通路）１０２が複数設けら
れている。これにより、インターコネクタ１４と電極１
２，１３との接触が線接触となり、ガス又は水蒸気の流
体の電極１２，１３への供給、電極からの発生ガス（Ｈ
2およびＯ2 ）の排出がスムーズに行われる。尚、台形
状の切り込み部１０１の内部には、導電性ペースト１０
３を流し込み電気的導通を保つようにしている。ここ
で、該導電性ペースト１０３は高温時においてポーラス
であり、ガスの排出等を阻害しないようにしている。
クタ１４のリッジ部１６の頂面部の電極と接触する部分
にその断面が台形状の切り込み部１０１を設ける。ま
た、この切り込み部１０１を設けたリッジ部１６の側面
には図２（Ｂ）に示すように、リッジ部１６の延設方向
と直交する方向に横穴（ガス通路）１０２が複数設けら
れている。これにより、インターコネクタ１４と電極１
２，１３との接触が線接触となり、ガス又は水蒸気の流
体の電極１２，１３への供給、電極からの発生ガス（Ｈ
2およびＯ2 ）の排出がスムーズに行われる。尚、台形
状の切り込み部１０１の内部には、導電性ペースト１０
３を流し込み電気的導通を保つようにしている。ここ
で、該導電性ペースト１０３は高温時においてポーラス
であり、ガスの排出等を阻害しないようにしている。
【００１９】（実施例２）実施例１ではリッジ部１６に
形成する切り込み部１０１のその断面形状を台形状にし
たが、本発明はこれに限定されず、図３に示す様なその
断面形状がＶ字形の切り込み部１０４としてもよい。
形成する切り込み部１０１のその断面形状を台形状にし
たが、本発明はこれに限定されず、図３に示す様なその
断面形状がＶ字形の切り込み部１０４としてもよい。
【００２０】尚、これら切り込み部１０１，１０４を設
けることによるエッジ部１０１ａ，１０４ａによる固体
電解質１１の破損を防止するために、エッジ部１０１
ａ，１０４ａと電極１２，１３との間には、クッション
材１０５を挿入している。
けることによるエッジ部１０１ａ，１０４ａによる固体
電解質１１の破損を防止するために、エッジ部１０１
ａ，１０４ａと電極１２，１３との間には、クッション
材１０５を挿入している。
【００２１】（実施例３）上述した実施例１及び２は、
インターコネクタ１４と電極１２，１３とが線接触とな
る実施例について説明したが、本実施例では、インター
コネクタ１４と各電極１２，１３との接続が点接触とな
る実施例について、図４を参照して説明する。同図に示
すように、インターコネクタ１４のリッジ部１６の頂面
部に台形状の切り込み部１０１を設けると共に、このリ
ッジ部１６の該延設方向に亙った頂部の側面部にリッジ
部１６と直交する方向にその断面形状がＶ字形の切り込
み部１０６を複数設けている。この結果、インターコネ
クタ１４と電極１２，１３との接触が点接触となり、発
生する水素ガス（Ｈ2 ）および酸素ガス（Ｏ2 ）の排出
流路がさらに確保される。また、インターコネクタ１４
と電極１２，１３との接続を点接触とすることにより、
電極面積を有効に利用でき、電解効率が更に向上するこ
とができる。
インターコネクタ１４と電極１２，１３とが線接触とな
る実施例について説明したが、本実施例では、インター
コネクタ１４と各電極１２，１３との接続が点接触とな
る実施例について、図４を参照して説明する。同図に示
すように、インターコネクタ１４のリッジ部１６の頂面
部に台形状の切り込み部１０１を設けると共に、このリ
ッジ部１６の該延設方向に亙った頂部の側面部にリッジ
部１６と直交する方向にその断面形状がＶ字形の切り込
み部１０６を複数設けている。この結果、インターコネ
クタ１４と電極１２，１３との接触が点接触となり、発
生する水素ガス（Ｈ2 ）および酸素ガス（Ｏ2 ）の排出
流路がさらに確保される。また、インターコネクタ１４
と電極１２，１３との接続を点接触とすることにより、
電極面積を有効に利用でき、電解効率が更に向上するこ
とができる。
【００２２】尚、上述した実施例においては、電解セル
を用いて、本発明のセル構造について具体的に説明した
が、本発明のセル構造は電解セルに限定されるものでは
なく、その他のセル構造、例えば図８に示した固体電解
質を用いてなる燃料電池のセパレータのセル構造に用い
ても好適であり、電池の発電効率が向上する。
を用いて、本発明のセル構造について具体的に説明した
が、本発明のセル構造は電解セルに限定されるものでは
なく、その他のセル構造、例えば図８に示した固体電解
質を用いてなる燃料電池のセパレータのセル構造に用い
ても好適であり、電池の発電効率が向上する。
【００２３】
【発明の効果】以上、実施例と共に述べたように、流体
供給セルと電極との接続を従来の面接触から、線あるい
は点接触とすることにより、電極面積を有効に利用で
き、反応効率を向上することができる。また溝の側面に
ガス通路となる横穴を用けることにより電極への元の流
体の供給、電解後の発生ガスを電極から効率的に排出す
ることができる。
供給セルと電極との接続を従来の面接触から、線あるい
は点接触とすることにより、電極面積を有効に利用で
き、反応効率を向上することができる。また溝の側面に
ガス通路となる横穴を用けることにより電極への元の流
体の供給、電解後の発生ガスを電極から効率的に排出す
ることができる。
【図１】実施例１のセル構造の斜視図である。
【図２】その概略正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）であ
る。
る。
【図３】実施例２の概略図である。
【図４】実施例３の概略正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）
である。
である。
【図５】従来の電解セル構造の概略正面図（Ａ）及び側
面図（Ｂ）である。
面図（Ｂ）である。
【図６】水蒸気電解の原理図である。
【図７】従来の電解セル構造（概略正面図（Ａ）及び側
面図（Ｂ））におけるガス及びイオンの流れ図である。
面図（Ｂ））におけるガス及びイオンの流れ図である。
【図８】従来の燃料電池のセル構造の概略正面図（Ａ）
及び側面図（Ｂ）である。
及び側面図（Ｂ）である。
【図９】燃料電池の原理図である。
１１，２１ 固体電解質 １２，２２ カソード電極 １３，２３ アノード電極 １４，２４ インターコネクタ １５，２５ 溝部 １６，２６ リッジ部 １６ａ 頂面部 １７，２７ 導電性ペースト １８ 直流電源 １０１，１０４ 切り込み部 １０２ 横穴 １０３ 導電性ペースト １０５ クッション材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 三男 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社 高砂研究所内 (72)発明者 田中 量久 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社 高砂研究所内 (72)発明者 釘宮 啓一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (72)発明者 馬越 俊光 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (56)参考文献 特開 平４−58462（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−70161（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 C25B 11/04
Claims (4)
- 【請求項１】 電解質の両面にアノード電極及びカソー
ド電極を各々配すると共に、これら電極に流体を供給す
る流体供給溝を形成する複数のリッジ部を有するインタ
ーコネクタを当該電極の表面に各々配設してなるセル構
造において、上記インターコネクタのリッジ部の頂面の
電極と当接する部分に切り込み部を有し、電極との当接
が線接触もしくは点接触としてなることを特徴とするセ
ル構造。 - 【請求項２】 請求項１のセル構造において、電解質を
ＹＳＺ（Yttria Stabilized Zirconia）とした平板型高
温水蒸気電解セルに用いてなることを特徴とするセル構
造。 - 【請求項３】 請求項１のセル構造において、電解質を
固体電解質とした燃料電池のセルに用いてなることを特
徴とするセル構造。 - 【請求項４】 請求項１のセル構造において、上記流体
供給溝の側面に該溝方向と直交する方向に複数の細孔を
設けたことを特徴とするセル構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05279332A JP3117341B2 (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | セル構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05279332A JP3117341B2 (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | セル構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07134998A JPH07134998A (ja) | 1995-05-23 |
| JP3117341B2 true JP3117341B2 (ja) | 2000-12-11 |
Family
ID=17609709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05279332A Expired - Fee Related JP3117341B2 (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | セル構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3117341B2 (ja) |
-
1993
- 1993-11-09 JP JP05279332A patent/JP3117341B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07134998A (ja) | 1995-05-23 |
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