JP4461949B2 - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Description
これら固体酸化物形燃料電池は、何れも酸化物イオン導電体から成る固体電解質層を両側から空気極層(カソード)と燃料極層(アノード)で挟み込んだ積層構造を有する。
多孔質金属は、集電機能、ガス透過機能、ガス拡散機能、クッション機能、熱膨脹差吸収機能等を兼ね備えるので、多機能の集電体材料として適している。 セパレータ8は、SUS等の金属材料で構成することができ、発電セル5間を電気的に接続すると共に、発電セル5に対して反応用ガスを供給する機能を有し、内部に燃料ガスを燃料極層側に誘導する燃料ガス通路11と酸化剤ガスを空気極層側に誘導する酸化剤ガス通路12とを備えている。
上下に位置する各セパレータ8のガス孔は、それぞれ間に介在されたアルミナ等で成るリング状の絶縁性ガスケット15、16にて連結されてスタック内を垂直方向に延びるガス供給管を形成しており、このようなガス供給機構を一般的に内部マニホールドと称している。
特許文献1には、燃料電池運転時の熱サイクルにおいて、各構成要素の熱膨張率の差異により生じる発電セルの損傷や、それに伴うガスリーク等を防止する技術が開示されている。
これは、セパレータ8やガスケット15、16等の周辺部材に比べて集電体6、7の熱膨張率が大きく、且つ、弾性率が小さい(塑性変形し易い)ためであり、この現象は、特に、熱膨張率の大きい、例えば、Ag基合金等を用いた空気極集電体側においてこの現象は著しい。
加えて、網状金属部材はガス透過機能やガス拡散機能を奏するため、シールレス式の固体酸化物形燃料電池において、発電反応に与らない残余のガスを当網状金属部材9を通して積極的に外部に流通させることができるという作用効果も有する。
本発明は、特に、熱膨張率の大きい多孔質金属を用いた空気極集電体側に適用するのが好ましい。
図1は本発明が適用された平板積層型の固体酸化物形燃料電池の構成を示し、図2は本発明に係る単セルの構成を示し、図3はシールレス式燃料電池スタックの運転時のガスの流れを示している。
尚、上記ガスケット15、16として、例えば、アルミナや絶縁処理したステンレス鋼等が使用可能である。
尚、運転時、各内部マニホールドには、外部から供給される燃料ガスと酸化剤ガスが流通し、各ガスが各セパレータ8のガス孔13、14より各ガス通路を介して各発電セル5の各電極面に分配・誘導される。
且つ、この網状金属部材9は、集電体6、7に比べて弾性率が大きく塑性変形し難いことから、降温時に各構成部材が収縮しても、隣接するセパレータ8や空気極集電体7との密着性はそのまま保持されており、よって、熱サイクルにおいて、常に優れた集電性能を保持し、安定した出力電圧が確保できるものである。
2 固体電解質層
3 燃料極層
4 空気極層
6 燃料極集電体
7 空気極集電体
8 セパレータ
9 網状金属部材
13、14 ガス孔
15、16 ガスケット
Claims (3)
- 固体電解質層の両面に燃料極層と空気極層を配置し、燃料極層と空気極層の外側にそれぞれ多孔質金属より成る燃料極集電体と空気極集電体を配置し、これら集電体の外側にセパレータを配置し、当該セパレータのガス孔を介して前記ガス通路に連通するガスケットを設け、前記セパレータのガス通路を通して各電極層に反応用のガスを供給するように構成した内部マニホールド式の固体酸化物形燃料電池において、
前記集電体の内の少なくとも一方の集電体と前記セパレータの間に前記ガスケットより熱膨張率が大きく、且つ、当接する集電体より弾性率が大きい網状金属部材を介在したことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 - 前記網状金属部材を前記空気極集電体と前記セパレータの間に介在したことを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 各電極層において発電反応に使用されなかった残余のガスを発電セルの外周部より放出するようにしたシールレス構造であることを特徴とする請求項1または請求項2の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池。
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