JP3722927B2

JP3722927B2 - Method for manufacturing solid electrolyte fuel cell assembly unit and solid electrolyte fuel cell assembly

Info

Publication number: JP3722927B2
Application number: JP28864896A
Authority: JP
Inventors: 力岩澤; 幹幸小野; 正孝望月; 雅克永田; 波子兼田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: JPH10134829A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質燃料電池アセンブリユニットの製造方法及び固体電解質燃料電池アセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質燃料電池には、図６に示すような円筒縦縞方式のもの、図７に示すような平板方式のものが知られている。
【０００３】
図６に示す円筒縦縞方式固体電解質燃料電池は、内側から順に電池全体に強度保持、導電管兼空気供給管をなす基体管１の外周に多孔質ランタンマンガネート系の空気極２、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の固体電解質３、ニッケル又はニッケル合金とＹＳＺとのサーメットを素材とする燃料電極４の積層構造にして、外周面の一部にインタコネクタ５を燃料極４から絶縁し、かつ内部の空気極２に接続する形で配置している。なお、これとは逆に最内層に導電管兼燃料供給管をなす基体管を配し、その外周に燃料極、固体電解質、空気極を積層形成した構造の円筒方式固体電解質燃料電池も知られている。
【０００４】
図７に示す平板方式固体電解質燃料電池は、平板状の空気極６上に固体電解質７、燃料極８を積層形成し、このユニットをセパレータ９を介して多段に直列にスタックする構造である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの従来の固体電解質燃料電池の場合、次のような問題点があった。円筒縦縞方式固体電解質燃料電池では、機械強度が比較的優れ、ガスシールも容易であるが、発電効率が比較的に低くて単位容積当たりの出力密度が低い問題点を有している。平板方式固体電解質燃料電池では逆に発電効率が比較的高く、単位容積当たりの出力密度を高くすることができるが、ガスシールが難しい問題点、また製造において高い薄膜製造技術を要する問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、強度的に強く、シーリングも容易であり、その上に発電効率も高い固体電解質燃料電池アセンブリユニットの製造方法及び固体電解質燃料電池アセンブリを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の固体電解質燃料電池アセンブリユニットの製造方法は、空気極若しくは燃料極とその保形体とを兼用する角筒形状の電極支持管の複数体をセパレータ上に等間隔で配列し、次に前記複数体の電極支持管それぞれの開放外周面に固体電解質を積層形成し、続いて前記固体電解質の外周に前記電極支持管と反対の極性の電極層を積層形成することによって、前記セパレータ上に等間隔に複数体の角筒式固体電解質燃料電池が列設された固体電解質燃料電池アセンブリユニットを製造することを特徴とするものである。
【００１９】
この請求項１の発明の固体電解質燃料電池アセンブリユニットの製造方法によれば、セパレータとその上の固体電解質燃料電池とが一体化したインタコネクタレスの固体電解質アセンブリユニットが形成でき、これを複数段に積層することによって容易に固体電解質燃料電池アセンブリを製作することができる。
【００２０】
請求項２の発明の固体電解質燃料電池アセンブリは、請求項１の製造方法にて製造された固体電解質燃料電池アセンブリユニットの複数体を複数段に積層し、前記電極支持管それぞれの内部に酸化ガスと燃料ガスのいずれか一方を通流させ、前記角筒式固体電解質燃料電池の列間の間隙に酸化ガスと燃料ガスのいずれか他方を通流させるようにしたものである。
【００２１】
この請求項２の発明の固体電解質燃料電池アセンブリでは、機械的強度があり、かつ平板方式固体電解質燃料電池に準じた高い発電効率を有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の固体電解質燃料電池の第１の実施の形態を示している。この実施の形態の固体電解質燃料電池１は、ランタンマンガネート系のポーラスな角筒形状の空気極支持管１１の外周面の３側面にＹＳＺの固体電解質１２を積層形成し、さらにこの固体電解質１２の外周面にニッケル又はニッケル合金とＹＳＺとのサーメット製のポーラスな燃料極１３を積層形成し、空気極支持管１１の残る１側面にランタンクロマイト系酸化物（ＬａＣｒＯｎ）のインタコネクタ１４を積層形成した構造である。
【００２３】
空気極支持管１１を制作するにあたってはその素材が高い電子導電性を持ち、固体電解質１２との密着性が良く、かつ多孔質である特性を有するものとして、３〜１５μｍの粒径のランタンマンガネート系酸化物セラミックス、例えば、ランタンストロンチウムマンガネート（Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ₃）、ランタンカルシウムマンガネート（ＬａＣａＭｎＯ₃）などのランタンマンガネート（ＬａＭｎＯｎ）系酸化物の微粉末をバインダ３〜１０％、水分５〜２０％（いずれも重量％）と共に混練し、押出し成形あるいはスリップキャストによって所定の長さ、肉厚、径の角筒形状に成形し、これを乾燥させて自己保形できる成形体を得、さらに焼成炉に入れて１３００〜１６００℃の高温状態で所望時間焼成することによって作成する。気孔率は約３０％程度である。
【００２４】
固体電解質１２には一般にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を素材とし、空気極支持管１１に対して電気化学蒸着法（ＣＶＤ−ＥＶＤ）、スラリーコーティング法、プラズマ溶射法などの薄膜積層技術を用いて積層形成する。さらに燃料極１３の素材にはニッケル、コバルト、あるいはこれらの合金、さらにはこれらとジルコニアとのサーメットが用いられ、固体電解質１２の上に電気化学蒸着法（ＣＶＤ−ＥＶＤ）、スラリーコーティング法、プラズマ溶射法などの薄膜積層技術を用いて積層形成する。この燃料極１３に気孔率も約３０％程度である。
【００２５】
そしてインタコネクタ１４の素材には、高温耐性があり、化学的に安定し、導電率が高いことなどの特性を有しているものとしてランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ₃）系酸化物を用い、電気化学蒸着法（ＣＶＤ−ＥＶＤ）、スラリーコーティング法、プラズマ溶射法などの薄膜積層技術を用いて空気極支持管１１の１側面に積層形成する。
【００２６】
実際の固体電解質燃料電池の製造に当たっては、上記の方法で得た空気極支持管１１の１側面をマスキングして、他の３側面に上記の各方法で固体電解質１２、燃料極１３を積層形成し、その後に、マスキングしていた空気極支持管１１の１側面のマスクを外し、逆に他の３側面にマスキングを行い、インタコネクタ１４を上述した方法によって積層形成する。
【００２７】
またこれとは逆に、空気極支持管１１の３側面にマスキングを行い、残りの１側面にインタコネクタ１４をまず形成し、その後に形成されたインタコネクタ１４にはマスキングし、他の３側面のマスキングを外してそこに固体電解質１２及び燃料極１３を積層形成する方法を採用することもできる。
【００２８】
こうして得られる角筒形状の固体電解質燃料電池は、肉厚が１〜２ｍｍ、１辺が１．５〜２．５ｃｍ程度の外形寸法を有し、長さは通常の円筒縦縞方式の固体電解質燃料電池と同程度で、例えば、５０〜２００ｃｍのものとする。
【００２９】
このような角筒形状の固体電解質燃料電池Ａは、図２に示す構造に組み立てて固体電解質燃料電池アセンブリとし、実際の燃料電池発電に用いる。この固体電解質燃料電池アセンブリの構造について説明すると、集電体をなすセパレータ２１上にインタコネクタ１４が同じ向きを向くようにして複数段、複数列のマトリクス配列に固体電解質燃料電池Ａをスタックし、下側のセパレータ２１と固体電解質燃料電池Ａとの間、上下の固体電解質燃料電池Ａ，Ａ間、固体電解質燃料電池Ａと上側のセパレータ２１との間には燃料改質作用と導電作用を行うニッケル又はニッケル合金のフェルト２２を介在させる。セパレータ２１はインタコネクタ１４とほぼ同じ組成物の成形体である。
【００３０】
こうしてアセンブルされた固体電解質燃料電池アセンブリでは、各固体電解質燃料電池Ａの長さ方向の端部には閉塞栓体（図示せず）を取り付け、外部から酸化ガスとしての空気を空気極支持管１１内を通流させるように空気供給管をその閉塞栓体に接続し、また複数段にスタックされている固体電解質燃料電池Ａの列間の空隙２３には燃料ガスを通流させることによって、燃料電池発電を行わせる。
【００３１】
得られる発電力は、固体電解質燃料電池Ａ単体の起電力が１．０Ｖ程度とすると、図２に示した３段１スタックのセパレータ２１，２１間での起電力は３．０Ｖ程度となり、電流の強さは並列に配置した固体電解質燃料電池Ａの列数によって決まる。
【００３２】
図２に示したアセンブリを複数段直列に配置すればその起電力をさらに大きくすることができる。
【００３３】
なお、上記の固体電解質燃料電池Ａは内側に空気支持管１１、外側に燃料極１３を配置した構造であるが、これとは逆に内側に燃料極支持管を配し、外側に空気極を配した構造の角筒形状の固体電解質燃料電池を構成することも可能である。そしてこの場合には、図２に示したようにアセンブルし、燃料ガスを各固体電解質燃料電池の内部に通流させ、外部に空気を通流させることによって燃料電池発電を行うことになる。
【００３４】
またこれらの固体電解質燃料電池アセンブリは、上記のような平板方式固体電解質燃料電池アセンブリに似たとものとする代わりに、従来の円筒方式固体電解質燃料電池アセンブリと同様のものにすることもできる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態を図３に基づいて説明する。この実施の形態の特徴は、固体電解質燃料電池Ａ´の構造をインタコネクタなしとし、内部に角筒形状の導電体、空気極、形状支持の働きをなす空気極支持管１１´を配し、この外周全面に固体電解質１２´を積層形成し、さらにその外周全面に導電体を兼用する燃料極１３´を積層形成した構造である。
【００３６】
空気極支持管１１´は、第１の実施の形態と同様に３〜１５μｍの粒径のランタンマンガネート系酸化物セラミックスの微粉末をバインダ３〜１０％、水５〜２０％（いずれも重量％）と共に混練し、押出し成形あるいはスリップキャストによって所定の長さ、肉厚、径の角筒形状に成形し、これを乾燥させて自己保形できる成形体を得、さらに焼成炉に入れて１３００〜１６００℃の高温状態で所望時間焼成することによって作成する。
【００３７】
固体電解質１２´はイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を空気極支持管１１´に対して電気化学蒸着法（ＣＶＤ−ＥＶＤ）、スラリーコーティング法、プラズマ溶射法などの薄膜積層技術を用いて積層形成し、燃料極１３´はニッケル、コバルト、あるいはこれらの合金、さらにはこれらとジルコニアとのサーメットを固体電解質１２の上に電気化学蒸着法（ＣＶＤ−ＥＶＤ）、スラリーコーティング法、プラズマ溶射法などの薄膜積層技術を用いて積層形成する。
【００３８】
図３に示す角筒形状の固体電解質燃料電池Ａ´も、１辺は１．５〜２．５ｃｍ程度の外形寸法を有し、長さは通常の円筒縦縞方式の固体電解質燃料電池と同程度で、例えば、５０〜２００ｃｍのものである。
【００３９】
この第２の実施の形態の角筒形状の固体電解質燃料電池Ａ´の場合も、固体電解質燃料電池アセンブリに組み立てるには図２に示す構造とする。
【００４０】
次に、本発明の第３の実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。この第３の実施の形態は、図５（ａ）に示すようにセパレータ３１と複数体の等間隔に配列された空気極支持管３２とを一体化し、この各空気極支持管３２の開放外周面に固体電解質３３を積層形成し、さらにその外周面に燃料極３４を積層形成して図５（ｂ）に示すような固体電解質燃料電池アセンブリユニット３５を作成し、この固体電解質燃料電池アセンブリユニット３５を図４に示すように複数段、積層することによって固体電解質燃料電池アセンブリを構成することを特徴とする。なお、各燃料極３４とその上側のセパレータ３１との間にはニッケル又はニッケル合金のような導電性の高い素材のフェルト３６を介在させて固体電解質燃料電池アセンブリユニット３５を積層する。
【００４１】
セパレータ３１と空気極支持管３２との一体化はセパレータ３１用の成形体と第１の実施の形態の空気極支持管１１用の成形体とを図５（ａ）に示すように配置させた状態で焼成することによって行う。
【００４２】
この固体電解質燃料電池アセンブリユニット３５では、セパレータ３１、空気極支持管３２、固体電解質３３、燃料極３４それぞれは第１、第２の実施の形態と組成、形成方法は共通である。そしてこの第３の実施の形態の場合、複数体の空気極支持管３２が並列に配列されていて、その各々に固体電解質３３、燃料極３４を積層形成した固体電解質燃料電池アセンブリユニット３５を複数段積層することによって固体電解質燃料電池アセンブリを組み立てることができるので、１体、１体の固体電解質燃料電池Ａを多段、複数列のマトリクスに配列して固体電解質燃料電池アセンブリを構成する場合よりもアセンブルに要する手間や時間を節約することができる。
【００４３】
なお、この第３の実施の形態においても、セパレータと燃料極支持管とを一体化し、中間に固体電解質、外側に空気極を配した構造の角筒形状の固体電解質燃料電池アセンブリユニットを構成することも可能である。そしてこの場合には、図４に示したようにアセンブルし、燃料ガスを各固体電解質燃料電池の内部に通流させ、外部に空気を通流させることによって燃料電池発電を行うことになる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１の発明の固体電解質燃料電池アセンブリユニットの製造方法によれば、セパレータとその上の固体電解質燃料電池とが一体化したインタコネクタレスの固体電解質アセンブリユニットが形成でき、これを複数段に積層することによって容易に固体電解質燃料電池アセンブリを製作することができる。
【００４９】
請求項２の発明の固体電解質燃料電池アセンブリによれば、機械的強度があり、かつ平板方式固体電解質燃料電池に準じた高い発電効率が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固体電解質燃料電池の斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の固体電解質燃料電池により形成した固体電解質燃料電池アセンブリの正面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の固体電解質燃料電池の斜視図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の固体電解質燃料電池アセンブリの斜視図。
【図５】本発明の第３の実施の形態の固体電解質燃料電池アセンブリに用いるアセンブリユニットの製造方法の説明図。
【図６】従来例の斜視図。
【図７】他の従来例の斜視図。
【符号の説明】
１１，１１´ 空気極支持管
１２，１２´ 固体電解質
１３，１３´ 燃料極
１４インタコネクタ
２１集電体
２２フェルト
２３空隙
３１セパレータ
３２空気極支持管
３３固体電解質
３４燃料極
３５固体電解質燃料電池アセンブリユニット
３６フェルト
Ａ，Ａ´ 固体電解質燃料電池[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a solid electrolyte fuel cell assembly unit and a solid electrolyte fuel cell assembly.
[0002]
[Prior art]
As the solid electrolyte fuel cell, those of the cylindrical vertical stripe type as shown in FIG. 6 and those of the flat plate type as shown in FIG. 7 are known.
[0003]
The cylindrical vertical stripe type solid electrolyte fuel cell shown in FIG. 6 maintains the strength of the whole cell in order from the inside, and the porous lanthanum manganate air electrode 2 is stabilized on the outer periphery of the base tube 1 forming a conductive tube and an air supply tube, and yttrium is stabilized. A laminated structure of a zirconia (YSZ) solid electrolyte 3, a fuel electrode 4 made of nickel or a nickel alloy and cermet of YSZ is used, and the interconnector 5 is insulated from the fuel electrode 4 on a part of the outer peripheral surface, and the inside It arrange | positions in the form connected to the air electrode 2 of this. On the other hand, a cylindrical solid electrolyte fuel cell having a structure in which a base tube, which is a conductive tube and a fuel supply tube, is arranged in the innermost layer and a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are laminated on the outer periphery is also known. ing.
[0004]
The flat plate type solid electrolyte fuel cell shown in FIG. 7 has a structure in which a solid electrolyte 7 and a fuel electrode 8 are stacked on a flat air electrode 6 and the units are stacked in series via separators 9.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, these conventional solid electrolyte fuel cells have the following problems. The cylindrical vertical stripe type solid electrolyte fuel cell has relatively high mechanical strength and easy gas sealing, but has a problem that power generation efficiency is relatively low and output density per unit volume is low. On the other hand, the plate type solid electrolyte fuel cell has a relatively high power generation efficiency and can increase the output density per unit volume, but there are problems in that gas sealing is difficult and high thin film manufacturing technology is required in manufacturing. It was.
[0006]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and is a method of manufacturing a solid electrolyte fuel cell assembly unit and a solid electrolyte fuel cell that are strong in strength, easy to seal, and have high power generation efficiency. An object is to provide an assembly.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a solid electrolyte fuel cell assembly unit according to the invention of claim 1 is a method of arranging a plurality of rectangular tube-shaped electrode support tubes that serve both as an air electrode or a fuel electrode and a shape-retaining body on a separator at equal intervals, then the solid electrolyte laminated on the open outer circumferential surface of the respective electrode support tube of said plurality thereof, followed by laminating forming the electrode support tube opposite polarity electrode layer of the outer periphery of the solid electrolyte, the separator A solid electrolyte fuel cell assembly unit having a plurality of prismatic solid electrolyte fuel cells arranged in a row at equal intervals is manufactured .
[0019]
According to the method for manufacturing a solid electrolyte fuel cell assembly unit of the first aspect of the present invention, an interconnector-less solid electrolyte assembly unit in which a separator and a solid electrolyte fuel cell on the separator are integrated can be formed. The solid electrolyte fuel cell assembly can be easily manufactured by laminating the two.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a solid electrolyte fuel cell assembly in which a plurality of solid electrolyte fuel cell assembly units manufactured by the manufacturing method of the first aspect are stacked in a plurality of stages, and an oxidizing gas is provided inside each of the electrode support tubes. One of the gas and the fuel gas is allowed to flow, and one of the oxidizing gas and the fuel gas is allowed to flow through the gap between the rows of the rectangular cylindrical solid electrolyte fuel cells .
[0021]
The solid electrolyte fuel cell assembly according to the second aspect of the present invention has mechanical strength and high power generation efficiency in accordance with the flat plate type solid electrolyte fuel cell.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of a solid electrolyte fuel cell of the present invention. In the solid electrolyte fuel cell 1 of this embodiment, a YSZ solid electrolyte 12 is laminated on three side surfaces of the outer peripheral surface of a lanthanum manganate-based porous rectangular tube-shaped air electrode support tube 11. A porous cermet fuel electrode 13 made of nickel or a nickel alloy and YSZ is laminated on the outer peripheral surface of the cathode, and a lanthanum chromite oxide (LaCrOn) interconnector 14 is laminated on the remaining side surface of the air electrode support tube 11. This is the structure.
[0023]
In producing the air electrode support tube 11, the material has high electronic conductivity, good adhesion to the solid electrolyte 12, and porous properties. Nate oxide ceramics, for example, fine powder of lanthanum manganate (LaMnOn) oxide such as lanthanum strontium manganate (La (Sr) MnO ₃ ), lanthanum calcium manganate (LaCaMnO ₃ ), 3 to 10% binder, A molded body that can be kneaded together with 5 to 20% moisture (all by weight%), formed into a rectangular tube shape of a predetermined length, thickness, and diameter by extrusion molding or slip casting, and dried to self-retain. It is prepared by placing in a baking furnace and baking at a high temperature of 1300 to 1600 ° C. for a desired time. The porosity is about 30%.
[0024]
The solid electrolyte 12 is generally made of yttria-stabilized zirconia (YSZ), and is applied to the air electrode support tube 11 using thin film lamination techniques such as electrochemical deposition (CVD-EVD), slurry coating, plasma spraying, and the like. Laminate. Further, the fuel electrode 13 is made of nickel, cobalt, or an alloy thereof, or a cermet of these and zirconia, and is deposited on the solid electrolyte 12 by electrochemical deposition (CVD-EVD), slurry coating, plasma. Lamination is performed using thin film lamination techniques such as thermal spraying. The porosity of the fuel electrode 13 is also about 30%.
[0025]
The material of the interconnector 14 uses lanthanum chromite (LaCrO ₃ ) -based oxide as a material having high temperature resistance, chemical stability, high conductivity, and the like. A layer is formed on one side of the air electrode support tube 11 using a thin film stacking technique such as a CVD (EV-EVD) method, a slurry coating method, or a plasma spraying method.
[0026]
When actually manufacturing a solid electrolyte fuel cell, one side of the air electrode support tube 11 obtained by the above method is masked, and the solid electrolyte 12 and the fuel electrode 13 are laminated on the other three sides by the above methods. Thereafter, the mask on one side of the air electrode support tube 11 that has been masked is removed, and on the other hand, the other three sides are masked, and the interconnector 14 is laminated by the method described above.
[0027]
On the other hand, masking is performed on the three side surfaces of the air electrode support tube 11 and the interconnector 14 is first formed on the remaining one side surface. Then, the formed interconnector 14 is masked and the other three side surfaces are masked. It is also possible to adopt a method of removing the masking and laminating the solid electrolyte 12 and the fuel electrode 13 there.
[0028]
The rectangular solid electrolyte fuel cell thus obtained has a thickness of 1 to 2 mm, an outer dimension of about 1.5 to 2.5 cm on one side, and a length of a solid electrolyte fuel of a normal cylindrical vertical stripe type. It is about the same as the battery, for example, 50 to 200 cm.
[0029]
Such a rectangular cylindrical solid electrolyte fuel cell A is assembled into the structure shown in FIG. 2 to form a solid electrolyte fuel cell assembly, which is used for actual fuel cell power generation. The structure of this solid electrolyte fuel cell assembly will be described. The solid electrolyte fuel cells A are stacked in a matrix arrangement of a plurality of stages and a plurality of rows so that the interconnector 14 faces the same direction on the separator 21 that forms a current collector. Between the lower separator 21 and the solid electrolyte fuel cell A, between the upper and lower solid electrolyte fuel cells A, A, and between the solid electrolyte fuel cell A and the upper separator 21, a fuel reforming action and a conducting action are performed. Nickel or nickel alloy felt 22 is interposed. The separator 21 is a molded body having substantially the same composition as the interconnector 14.
[0030]
In the thus assembled solid electrolyte fuel cell assembly, a closing plug (not shown) is attached to the end of each solid electrolyte fuel cell A in the longitudinal direction, and air as an oxidizing gas is externally supplied to the air electrode support tube 11. An air supply pipe is connected to the closing plug so as to flow through the inside, and a fuel gas is passed through the gaps 23 between the rows of solid electrolyte fuel cells A stacked in a plurality of stages. Let the battery generate electricity.
[0031]
When the electromotive force of the solid electrolyte fuel cell A alone is about 1.0 V, the electromotive force obtained is about 3.0 V between the separators 21 and 21 of the three-stage one-stack shown in FIG. Is determined by the number of rows of solid electrolyte fuel cells A arranged in parallel.
[0032]
If the assembly shown in FIG. 2 is arranged in a plurality of stages in series, the electromotive force can be further increased.
[0033]
The solid electrolyte fuel cell A has a structure in which the air support tube 11 is disposed on the inner side and the fuel electrode 13 is disposed on the outer side. On the contrary, the fuel electrode support tube is disposed on the inner side and the air electrode is disposed on the outer side. It is also possible to configure a rectangular solid electrolyte fuel cell having an arranged structure. In this case, assembling is performed as shown in FIG. 2, and fuel cell power generation is performed by flowing the fuel gas inside each solid electrolyte fuel cell and allowing air to flow outside.
[0034]
Further, these solid electrolyte fuel cell assemblies may be similar to the conventional cylindrical solid electrolyte fuel cell assembly, instead of being similar to the flat plate solid electrolyte fuel cell assembly as described above.
[0035]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this embodiment is that the structure of the solid electrolyte fuel cell A ′ is made without an interconnector, and a rectangular tube-shaped conductor, an air electrode, and an air electrode support tube 11 ′ that functions as a shape support are arranged inside, In this structure, a solid electrolyte 12 'is laminated on the entire outer periphery, and a fuel electrode 13' also serving as a conductor is laminated on the entire outer periphery.
[0036]
As in the first embodiment, the air electrode support tube 11 ′ is made of fine powder of lanthanum manganate oxide ceramics having a particle size of 3 to 15 μm, binder 3 to 10%, water 5 to 20% (both weights). %)), And formed into a rectangular tube shape having a predetermined length, thickness, and diameter by extrusion molding or slip casting, and dried to obtain a molded body that can be self-retaining, and is further placed in a baking furnace to obtain 1300. It is created by baking for a desired time at a high temperature of ˜1600 ° C.
[0037]
The solid electrolyte 12 'is formed by laminating yttria-stabilized zirconia (YSZ) on the air electrode support tube 11' using thin film lamination techniques such as electrochemical deposition (CVD-EVD), slurry coating, plasma spraying, and the like. The fuel electrode 13 'is a thin film made of nickel, cobalt, or an alloy thereof, or a cermet of these and zirconia on the solid electrolyte 12, such as electrochemical vapor deposition (CVD-EVD), slurry coating, plasma spraying, etc. Lamination is performed using a lamination technique.
[0038]
The rectangular solid electrolyte fuel cell A ′ shown in FIG. 3 also has an outer dimension of about 1.5 to 2.5 cm on one side, and the length is the same as that of a normal cylindrical vertical stripe type solid electrolyte fuel cell. For example, it is 50-200 cm.
[0039]
In the case of the solid electrolyte fuel cell A ′ having a rectangular tube shape according to the second embodiment, the structure shown in FIG. 2 is used to assemble the solid electrolyte fuel cell assembly.
[0040]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, as shown in FIG. 5A, a separator 31 and a plurality of air electrode support pipes 32 arranged at equal intervals are integrated, and the open outer periphery of each air electrode support pipe 32 is provided. A solid electrolyte 33 is formed on the surface, and a fuel electrode 34 is formed on the outer peripheral surface thereof to form a solid electrolyte fuel cell assembly unit 35 as shown in FIG. 5B. This solid electrolyte fuel cell assembly unit As shown in FIG. 4, a solid electrolyte fuel cell assembly is formed by stacking a plurality of stages 35 as shown in FIG. A solid electrolyte fuel cell assembly unit 35 is stacked between each fuel electrode 34 and the separator 31 on the upper side thereof with a felt 36 made of a highly conductive material such as nickel or a nickel alloy interposed therebetween.
[0041]
The integration of the separator 31 and the air electrode support tube 32 is made by arranging the formed body for the separator 31 and the formed body for the air electrode support tube 11 of the first embodiment as shown in FIG. By firing in a state.
[0042]
In this solid electrolyte fuel cell assembly unit 35, the separator 31, the air electrode support tube 32, the solid electrolyte 33, and the fuel electrode 34 have the same composition and formation method as the first and second embodiments. In the case of the third embodiment, a plurality of air electrode support pipes 32 are arranged in parallel, and a plurality of solid electrolyte fuel cell assembly units 35 each having a solid electrolyte 33 and a fuel electrode 34 formed thereon are stacked. Since the solid electrolyte fuel cell assembly can be assembled by stacking stages, the solid electrolyte fuel cell assembly can be constructed by arranging a single solid electrolyte fuel cell A in a multistage, multi-row matrix. The time and effort required for assembly can be saved.
[0043]
Also in the third embodiment, a separator and a fuel electrode support tube are integrated, and a rectangular solid electrolyte fuel cell assembly unit having a structure in which a solid electrolyte is disposed in the middle and an air electrode is disposed outside is formed. It is also possible. In this case, assembling is performed as shown in FIG. 4, and fuel cell power generation is performed by passing the fuel gas through each solid electrolyte fuel cell and allowing air to flow outside.
[0048]
【The invention's effect】
According to the method of manufacturing a solid electrolyte fuel cell assembly unit of the first aspect of the present invention, an interconnector-less solid electrolyte assembly unit in which a separator and a solid electrolyte fuel cell thereon are integrated can be formed in a plurality of stages. The solid electrolyte fuel cell assembly can be easily manufactured by stacking.
[0049]
According to the solid electrolyte fuel cell assembly of the second aspect of the invention, it has mechanical strength and can realize high power generation efficiency according to the flat plate type solid electrolyte fuel cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a solid electrolyte fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of a solid electrolyte fuel cell assembly formed by the solid electrolyte fuel cell according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a solid electrolyte fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of a solid electrolyte fuel cell assembly according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view of a method of manufacturing an assembly unit used in the solid electrolyte fuel cell assembly according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a conventional example.
FIG. 7 is a perspective view of another conventional example.
[Explanation of symbols]
11, 11 'Air electrode support tube 12, 12' Solid electrolyte 13, 13 'Fuel electrode 14 Interconnector 21 Current collector 22 Felt 23 Air gap 31 Separator 32 Air electrode support tube 33 Solid electrolyte 34 Fuel electrode 35 Solid electrolyte fuel cell assembly Unit 36 Felt A, A 'Solid electrolyte fuel cell

Claims

A plurality of rectangular tube-shaped electrode support tubes that serve both as an air electrode or a fuel electrode and their shape-retaining body are arranged on the separator at equal intervals, and then a solid electrolyte is formed on the open outer peripheral surface of each of the plurality of electrode support tubes. Then , a plurality of rectangular cylindrical solid electrolyte fuel cells are arranged at equal intervals on the separator by stacking and forming an electrode layer having a polarity opposite to that of the electrode support tube on the outer periphery of the solid electrolyte. A method of manufacturing a solid electrolyte fuel cell assembly unit, characterized by manufacturing a solid electrolyte fuel cell assembly unit provided.

A plurality of solid electrolyte fuel cell assembly units manufactured by the manufacturing method according to claim 1 are stacked in a plurality of stages, and one of oxidizing gas and fuel gas is allowed to flow inside each of the electrode support tubes, A solid electrolyte fuel cell assembly in which either one of an oxidizing gas and a fuel gas is allowed to flow through a gap between rows of rectangular cylindrical solid electrolyte fuel cells.