JP5320949B2 - Single-chamber solid oxide fuel cell and its stack structure - Google Patents
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Description
本発明は、単室型固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造に関する。 The present invention relates to a single-chamber solid oxide fuel cell and a stack structure thereof.
従来より、固体酸化物形燃料電池 のセルデザインとして、平板型、円筒型などが提案されている。平板型セルは、板状の電解質の表面及び裏面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、こうして形成されたセルはセパレーターを介して複数個積層された状態で使用される。セパレーターは各セルに供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する役割を果たしている。また、各セルとセパレーターとの間にはガスシールが施されている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, flat plate type, cylindrical type, etc. have been proposed as cell designs for solid oxide fuel cells. A flat cell is one in which a fuel electrode and an air electrode are respectively arranged on the front and back surfaces of a plate-like electrolyte, and a plurality of cells formed in this way are used in a state where they are stacked via separators. The separator plays the role of separating the fuel gas and the oxidant gas supplied to each cell. Further, a gas seal is provided between each cell and the separator (for example, Patent Document 1).
一方、円筒型セルは、円筒形の電解質の外周面及び内周面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、円筒縦縞型、円筒横縞型などが提案されている(例えば、特許文献2)。
上記のように、平板型及び円筒形の固体酸化物形燃料電池においては、複数のセルをスタックすることで、高い出力を得ることができるが、単セルとしては、電極の反応面積を大きく取ることが出来ず、高出力化のためには、スタックのセル段数が多くなり、大容量のスタックとなり、しいては、単セル数の増大により、高コスト化するという問題があった。また、単室型は燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスで発電できるため、平板型で必要なシールが必要なく、スタック構造が簡素化する利点がある。しかし、燃料ガスと酸化剤ガスを分離した、いわゆる、二室型よりも燃料ガスが希釈した状況で発電するため、低出力となる問題があり、高出力化のためには、スタックのセル段数が二室型よりも更に多くなるという問題があった。 As described above, in the flat and cylindrical solid oxide fuel cells, a high output can be obtained by stacking a plurality of cells. However, as a single cell, a large reaction area of the electrode is taken. However, in order to increase the output, the number of cell stages in the stack increases, resulting in a large-capacity stack, and the cost increases due to an increase in the number of single cells. In addition, since the single chamber type can generate power with a mixed gas of fuel gas and oxidant gas, the flat type does not require a necessary seal and has an advantage of simplifying the stack structure. However, since power generation is performed in a situation where the fuel gas is diluted rather than the so-called two-chamber type in which the fuel gas and the oxidant gas are separated, there is a problem of low output. However, there was a problem that there were more than the two-chamber type.
上記のような現状から、スタック化をした場合、セル段数を抑え、小型でありながら、高出力化が可能な固体酸化物形燃料電池が要望されていた。 From the above situation, in the case of stacking, there has been a demand for a solid oxide fuel cell capable of reducing the number of cell stages and miniaturizing but capable of increasing output.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、単室型においても、スタック化した場合にセル段数を抑え、小型でありながら、高出力化が可能な固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem. Even in a single-chamber type, the solid oxide fuel cell can suppress the number of cell stages when stacked and can be made high in size while being small. And a stack structure thereof.
本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、上記問題を解決するためになされたものであり、同じ軸方向に延びる少なくとも1つの第1の貫通孔、及び少なくとも1つの第2の貫通孔が形成され、前記第1及び第2の貫通孔が両端部において開口する電解質と、前記第1の貫通孔の内壁面に形成された燃料極と、前記第2の貫通孔の内壁面に形成された空気極と、を備え、前記第1及び第2の貫通孔は隣接して配置され、前記燃料極と空気極とが接触しないように配置され、燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスで発電する。 The solid oxide fuel cell according to the present invention is made to solve the above-described problem, and is formed with at least one first through hole and at least one second through hole extending in the same axial direction. The first and second through-holes are formed on both ends of the electrolyte, the fuel electrode formed on the inner wall surface of the first through-hole, and the inner wall surface of the second through-hole. An air electrode, wherein the first and second through holes are arranged adjacent to each other, arranged so as not to contact the fuel electrode and the air electrode, and generate electricity with a mixed gas of fuel gas and oxidant gas. .
この構成によれば、電解質に複数の貫通孔を形成し、これら貫通孔の内壁面に燃料極と空気極をそれぞれ形成している。そして、燃料極が形成された第1の貫通孔と、空気極が形成された第2の貫通孔とを隣接させている。そのため、各貫通孔に燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスを供給すれば、燃料極、空気極、及びその間の隔壁を形成する電解質によって発電が行われる。このように、電解質の中に複数の貫通孔を形成し、その中に燃料極及び空気極を形成しているため、貫通孔を小さくし、貫通孔の数を増やすことで、電極の反応面積が大きくなり、高出力な単セルとなり、スタックにした際に小型化を図ることができる。 According to this configuration, a plurality of through holes are formed in the electrolyte, and the fuel electrode and the air electrode are formed on the inner wall surfaces of these through holes, respectively. And the 1st through-hole in which the fuel electrode was formed, and the 2nd through-hole in which the air electrode was formed are made to adjoin. Therefore, if a mixed gas of fuel gas and oxidant gas is supplied to each through hole, power generation is performed by the electrolyte that forms the fuel electrode, the air electrode, and the partition wall therebetween. As described above, since a plurality of through holes are formed in the electrolyte, and the fuel electrode and the air electrode are formed therein, the reaction area of the electrode can be reduced by reducing the number of through holes and increasing the number of through holes. Becomes a high-power single cell and can be reduced in size when stacked.
本発明においては、電解質と貫通孔の構造は種々のものを選択することができる。貫通孔の断面形状は特には限定されず、円形、楕円、多角形状など種々の形状が可能である。また、貫通孔は必ずしも直線状に延びていなくてもよく、ガスが流通できればよい。さらに、各貫通孔の断面を多角形状に形成し、全体としてハニカム構造にすることもできる。これにより、電池の剛性が向上し、耐衝撃性能が向上する。 In the present invention, various electrolyte and through-hole structures can be selected. The cross-sectional shape of the through hole is not particularly limited, and various shapes such as a circle, an ellipse, and a polygon are possible. Moreover, the through-hole does not necessarily have to extend linearly, as long as gas can be circulated. Furthermore, the cross-section of each through-hole can be formed in a polygonal shape so as to have a honeycomb structure as a whole. Thereby, the rigidity of a battery improves and impact resistance performance improves.
上記電池において、電解質は、ガス不透過性であってもよいし、ガスを透過する多孔質材料によって形成することもできる。多孔質材料で形成する場合、電解質の一端部における第1の貫通孔の開口を閉鎖するとともに、電解質の他端部における第2の貫通孔の開口を閉鎖することができる。この構成によれば、次の効果を得ることができる。すなわち、電解質の一端部において開口しているのは、第2の貫通孔であるので、燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスを第2の貫通孔に供給すると、この混合ガスは、まず空気極に接触し反応する。これにより、混合ガスのうち、主として酸素が消費されるため、第2の貫通孔内のガスは、燃料ガスがリッチな状態になる。その後、この混合ガスは、多孔質材料からなる電解質、つまり第1及び第2貫通孔間の隔壁を通過して第1の貫通孔内に流入する。第1の貫通孔内では、燃料ガスがリッチな混合ガスが燃料極と接触し、その後、電解質の他端部から外部へ排出される。したがって、単室型の電池でありながら、燃料極への燃料ガスの供給効率が高くなり、高出力化を図ることができる。 In the battery, the electrolyte may be gas impermeable or may be formed of a porous material that allows gas to pass therethrough. When formed of a porous material, the opening of the first through hole at one end of the electrolyte can be closed, and the opening of the second through hole at the other end of the electrolyte can be closed. According to this configuration, the following effects can be obtained. That is, since it is the second through hole that opens at one end portion of the electrolyte, when the mixed gas of the fuel gas and the oxidant gas is supplied to the second through hole, the mixed gas first becomes the air electrode. Reacts with Thereby, oxygen is mainly consumed in the mixed gas, so that the gas in the second through hole is rich in fuel gas. Thereafter, the mixed gas passes through an electrolyte made of a porous material, that is, a partition wall between the first and second through holes, and flows into the first through hole. In the first through hole, the mixed gas rich in fuel gas comes into contact with the fuel electrode, and is then discharged from the other end of the electrolyte to the outside. Therefore, although it is a single chamber type battery, the supply efficiency of the fuel gas to a fuel electrode becomes high, and it can achieve high output.
上記燃料電池は、次のように構成することができる。すなわち、燃料極を、第1の貫通孔の内壁面から延ばして電解質の他端部の端面に形成し、空気極を、第2の貫通孔の内壁面から延ばして電解質の一端部の端面に形成する。この構成によれば、燃料電池をスタック化する場合には、複数の燃料電池の一端部と他端部とを接触させるだけで、燃料極と空気極が接触するため、簡単に直列に接続することができる。 The fuel cell can be configured as follows. That is, the fuel electrode extends from the inner wall surface of the first through hole to be formed on the end surface of the other end of the electrolyte, and the air electrode extends from the inner wall surface of the second through hole to the end surface of the one end of the electrolyte. Form. According to this configuration, when stacking the fuel cells, the fuel electrode and the air electrode are brought into contact simply by bringing one end and the other end of the plurality of fuel cells into contact with each other. be able to.
或いは、燃料極に接続され、第1の貫通孔の内壁面から延び電解質の他端部の端面に形成される第1集電体と、空気極に接続され、第2の貫通孔の内壁面から延び電解質の一端部の端面に形成される第2集電体と、をさらに設けることもできる。この構成により、上記と同様に、燃料電池をスタック化する場合には、複数の燃料電池の一端部と他端部とを接触させるだけで、燃料極と空気極が接触する。このような、集電体は、例えば、Agを含有する材料で形成することができる。 Alternatively, the first current collector connected to the fuel electrode and extending from the inner wall surface of the first through hole and formed on the end surface of the other end of the electrolyte, and the inner wall surface of the second through hole connected to the air electrode And a second current collector formed on the end face of one end of the electrolyte. With this configuration, in the same manner as described above, when stacking fuel cells, the fuel electrode and the air electrode are brought into contact only by bringing one end and the other end of the plurality of fuel cells into contact with each other. Such a current collector can be formed of, for example, a material containing Ag.
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池のスタック構造は、上述した複数の固体酸化物形燃料電池を備えており、これら複数の固体酸化物形燃料電池が、一端部と他端部とが互いに向き合うように、軸方向に並んで配置され、一端部と他端部とにおいて、隣接する固体酸化物形燃料電池の燃料極と空気極とが電気的に接続されている。 The stack structure of the solid oxide fuel cell according to the present invention includes the above-described plurality of solid oxide fuel cells, and the plurality of solid oxide fuel cells includes one end and the other end. Are arranged side by side in the axial direction, and the fuel electrode and the air electrode of the adjacent solid oxide fuel cell are electrically connected at one end and the other end.
スタック化する場合には、少なくとも1つの第3集電体をさらに設けることができ、隣接する前記固体酸化物形燃料電池の燃料極と空気極とを、第3集電体を介して電気的に接続することができる。この場合、集電体は、種々のものを用いることができるが、隣接する電池間でガスの流通を妨げないようにすることが必要である。例えば、電解質の端部の一部にのみ集電体を形成したり、所定のパターンを有するようにすることができる。或いは、集電体をメッシュ状に形成することができる。 In the case of stacking, at least one third current collector can be further provided, and the fuel electrode and the air electrode of the adjacent solid oxide fuel cell are electrically connected via the third current collector. Can be connected to. In this case, various current collectors can be used, but it is necessary to prevent the gas from flowing between adjacent batteries. For example, the current collector can be formed only at a part of the end portion of the electrolyte, or can have a predetermined pattern. Alternatively, the current collector can be formed in a mesh shape.
本発明によれば、単室型においても、スタックのセル段数を抑え、小型でありながら、高出力化が可能になる。 According to the present invention, even in a single-chamber type, the number of cell stages in the stack is suppressed, and high output can be achieved while being small.
(第1実施形態)
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の斜視図である。
(First embodiment)
A first embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a solid oxide fuel cell according to this embodiment.
図1に示すように、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池は、直方体状に形成された電解質1を備えており、この電解質1には上端部11と下端部12とを貫通する4つの貫通孔13,14が形成されている。4つの貫通孔13,14は、断面が矩形状に形成され、格子状に整列している。ここでは、4つの貫通孔を2つに分け、図1の右奥及び左手前の貫通孔を第1貫通孔13、図1の左奥及び右手前の貫通孔を第2貫通孔14と称することとする。
As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell according to the present embodiment includes an
図2は、図1のA−A線断面図(a)、図1の上端から見た平面図(b)、図1の下端から見た平面図(c)であり、図3は図2(a)のB−B線断面図である。図2及び図3に示すように、各第1貫通孔13の内壁面には、燃料極2が塗布されている。一方、各第2貫通孔14の内壁面には空気極3が塗布されている。図2(b)に示すように、電解質1の上端部11の端面には、第1貫通孔13の内壁面から延びる燃料極2がほぼ全面に塗布されている。一方、図2(c)に示すように、電解質1の下端部12の端面には、第2貫通孔14から延びる空気極3がほぼ全面に塗布されている。ここで、燃料極2と空気極3とは互いに接触しないように、塗布されている。すなわち、図3に示すように、第1貫通孔13内の燃料極2は、電解質1の下端部12まで延びておらず、その手前で終端している。同様に、空気極3は電解質1の上端部11の手前で終端している。こうして、燃料極2と空気極3との間には隙間15を形成している。
2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 (a), a plan view (b) seen from the upper end of FIG. 1, a plan view (c) seen from the lower end of FIG. 1, and FIG. It is BB sectional drawing of (a). As shown in FIGS. 2 and 3, the
続いて、上記燃料電池を構成する材料について説明する。電解質1の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えば、サマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。また、電解質1は緻密または多孔質のいずれの材料でも形成することができる。
Subsequently, materials constituting the fuel cell will be described. As the material of the
電解質1、燃料極2及び空気極3は、セラミックス粉末材料により形成することができる。このとき用いられる粉末の平均粒径は、好ましくは10nm〜100μmであり、さらに好ましくは50nm〜50μmであり、特に好ましくは100nm〜10μmである。なお、平均粒径は、例えば、JISZ8901にしたがって計測することができる。
The
燃料極2は、例えば、金属触媒と酸化物イオン導電体からなるセラミックス粉末材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属(白金、ルテニウム、パラジウム等)等の還元性雰囲気中で安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極を形成することが好ましい。なお、酸化物イオン導電体からなるセラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾またはセラミックス材料へのニッケル修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、1種類を単独で、或いは2種類以上を混合して使用することができる。また、燃料極2は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。
As the
空気極3を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型構造等を有するCo,Fe,Ni,Cr又はMn等からなる金属酸化物を用いることができる。具体的には(Sm,Sr)CoO3,(La,Sr)MnO3,(La,Sr)CoO3,(La,Sr)(Fe,Co)O3,(La,Sr)(Fe,Co,Ni)O3などの酸化物が挙げられ、好ましくは、(La,Sr)(Fe,Co)O3である。上述したセラミックス材料は、1種を単独で、或いは2種以上を混合して使用することができる。
As the ceramic powder material forming the
上記燃料極2、及び空気極3は、例えば、ウエットコ−ティング法によって形成することができる。ウエットコ−ティング法としては、ディップコート法等が例示できる。その際、これら燃料極2及び空気極3は、ペースト状にする必要があり、上述した材料を主成分として、さらにバインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。より詳細には、上記主成分とバインダー樹脂との混合において、上記主成分が50〜95重量%となるように、バインダー樹脂等を加えることが好ましい。
The
次に、上記のように構成された固体酸化物形燃料電池の製造方法の一例について説明する。ここでは、ディップコート法によって電極を形成する方法について説明する。 Next, an example of a manufacturing method of the solid oxide fuel cell configured as described above will be described. Here, a method for forming an electrode by a dip coating method will be described.
まず、上記の電解質粉末材料をバインダ−と混練し、4つの貫通孔13,14を形成するように押出し成形し、公知の条件で焼結することにより直方体状の電解質1を準備する。続いて、燃料極ペースト、空気極ペーストを収容した容器をそれぞれ準備する。そして、電解質1において空気極3を形成すべき領域にマスキングした後、電解質1を容器に沈め、燃料極ペーストを電解質表面に塗布する。その後、所定時間、所定温度で乾燥・焼結して燃料極2を形成する。次に、電解質1において燃料極2が形成された領域及び隙間15を形成すべき領域にマスキングした後、電解質1を容器に沈め、空気極ペーストを電解質表面に塗布する。その後、所定時間、所定温度で乾燥・焼結して空気極3を形成する。こうして、燃料電池が完成する。
First, the electrolyte powder material is kneaded with a binder, extruded to form four through
上記のように構成された燃料電池は、次のように発電が行われる。まず、図3に示すように、水素、又はメタン、エタンなどの炭化水素からなる燃料ガスと、空気などの酸化剤ガスとの混合ガスGを、電解質1の上面から各貫通孔13,14に供給する。これにより、第1貫通孔13に供給された混合ガスGは、燃料極2に接触し、第2貫通孔14に供給された混合ガスは空気極3に接触する。このとき、燃料極2及び空気極3がそれぞれ、混合ガスG中の燃料ガス及び酸化剤ガスと選択的に反応するため、燃料極2と空気極3との間で、電解質1を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。
The fuel cell configured as described above generates power as follows. First, as shown in FIG. 3, a mixed gas G of a fuel gas made of hydrocarbons such as hydrogen or methane or ethane and an oxidant gas such as air is passed from the upper surface of the
以上のように、本実施形態によれば、電解質1に複数の貫通孔13,14を形成し、これら貫通孔13,14の内壁面に燃料極2と空気極3をそれぞれ形成している。そのため、1つの電解質1に対して複数の燃料極2及び空気極3を形成することができ、貫通孔を小さくし、貫通孔の数を増やすことで、電極の反応面積が大きくなり、高出力な単セルとなり、スタックにした際に小型化を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the plurality of through
ところで、上記のように構成された電池を複数準備すれば、スタック化が可能になる。上記燃料電池は、上端部11及び下端部12の端面に、燃料極2及び空気極3がそれぞれ塗布されている。そのため、複数の電池を準備し、上端部11と下端部12とが対向するように軸方向に並べると、燃料極2と空気極3とが接触するため、複数の電池を簡単に直列に接続することができる。或いは、図4に示すように、隣接する電池の間に集電体4を配置することかできる。この図の例では、メッシュ状の集電体4を配置している。こうすることで、隣接する電池の間に混合ガスを流通させることができる。集電体4を構成する材料と指定は、例えば、Pt,Au,Ag,Ni,Cu,ステンレス系材料等の導電性金属材料,又はLa(Cr,Mg)O3,(La,Ca)CrO3,(La,Sr)CrO3などのランタン・クロマイト系等の導電性金属酸化物材料によって形成することができ、例えば、Agの様に、電解質及び電極よりも、低温で溶融する材料を用いた場合、各単セルを集電体と重ね合わせた後に、焼結して一体化してもよい。これらのうちの1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
By the way, if a plurality of batteries configured as described above are prepared, stacking becomes possible. In the fuel cell, the
(第2実施形態)
次に、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第2実施形態について説明する。この本実施形態が第1実施形態の燃料電池と異なるのは、電解質の材料、及び貫通孔のいくつかの開口に蓋部材を取り付けている点であり、その他の構成は同じであるため、同一の符号を付してその説明を省略する。以下、この燃料電池について図5及び図6を参照しつつ説明する。図5は、この燃料電池を上端から見た平面図(a)、及び下端から見た平面図(b)であり、図6は図5(a)のC−C線断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the solid oxide fuel cell according to the present invention will be described. This embodiment is different from the fuel cell of the first embodiment in that a lid member is attached to the electrolyte material and some openings of the through holes, and the other configurations are the same. The description is abbreviate | omitted and attached | subjected. Hereinafter, this fuel cell will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a plan view (a) of the fuel cell viewed from the upper end and a plan view (b) of the fuel cell viewed from the lower end, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
図5及び図6に示すように、この燃料電池においては、電解質1の上端部の第1貫通孔13の開口に蓋部材5を取り付けて閉鎖している。また、電解質1の下端部の第2貫通孔14の開口に蓋部材5を取り付けて閉鎖している。これら蓋部材5は、ガス不透過性の材料で形成され、例えば、ガラス系の材料やシリカやアルミナなどを含有したセラミックス系の材料で形成することができる。また、この実施形態で用いる電解質1は、多孔質材料で形成されており、ガスが透過するようになっている。
As shown in FIGS. 5 and 6, in this fuel cell, the
上記のように構成された燃料電池は、次のように発電が行われる。まず、図6に示すように、第1実施形態と同様に、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスGを、電解質1の上端部から第2貫通孔14に供給する。これにより、混合ガスは、まず空気極3に接触し、混合ガスGのうち、酸素が消費される。そのため、第2貫通孔14内のガスは、燃料ガスがリッチな状態になる。その後、この混合ガスGは、電解質1、つまり第1及び第2貫通孔13,14の間の隔壁を通過して第1貫通孔13内に流入する。第1貫通孔13内では、燃料ガスがリッチな混合ガスGが燃料極2と接触する。その後、混合ガスGは、第1貫通孔13を介して、電解質1の下端部12から外部へ排出される。以上の過程において、混合ガスG中の燃料ガス及び酸化剤ガスと各電極2,3とが選択的に反応するため、燃料極2と空気極3との間で、電解質1を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。
The fuel cell configured as described above generates power as follows. First, as shown in FIG. 6, similarly to the first embodiment, a mixed gas G of a fuel gas and an oxidant gas is supplied from the upper end portion of the
以上のように、本実施形態によれば、この構成によれば、電解質1を多孔質材料により形成し、混合ガスGをまず第2の貫通孔内で空気極と反応させた後、第1の貫通孔内に流入するように構成している。そのため、第1貫通孔13内に流入する混合ガスGは、燃料ガスがリッチな状態になる。したがって、単室型の電池でありながら、燃料極2への燃料ガスの供給効率が高くなり、高出力化を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, according to this configuration, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.
上記各実施形態においては、燃料極2及び空気極3を貫通孔の開口周縁まで延ばすように形成しているが、貫通孔の開口周縁に集電体を設けてもよい。例えば、図7に示すように、第1実施形態で示した燃料電池の開口周縁に、集電体を設けることができる。この例では、第1貫通孔13の上端の開口周縁に燃料極2を覆うように、第1集電体6を形成している。また、第2貫通孔14の下端の開口周縁には、空気極3を覆うように第2集電体7を形成している。さらに、図8に示すようにすることもできる。この例では、燃料極2及び空気極3を貫通孔13,14の内部にのみ形成する。そして、燃料極2の上端部から第1貫通孔13の上端の開口周縁まで延びる第1集電体6を形成する。同様にして、空気極3の下端部から第2貫通孔14の下端の開口周縁まで延びる第2集電体7を形成する。このような集電体6,7を設けてもスタック化が容易になり、また集電効率が向上する。また、これら集電体6,7を構成する材料は、Agのほか、上述した集電体の材料とすることができる。
In each of the above embodiments, the
また、上記各実施形態では、電解質1に4つの断面矩形状の貫通孔を形成しているが、これに限定されるものではなく、貫通孔の数、形状は特には限定されない。例えば、貫通孔を多角形状に形成するとともに、全体としてハニカム構造とすれば、電池の剛性が向上し、耐衝撃性能が向上する。
Moreover, in each said embodiment, although the four cross-sectional rectangular through-holes are formed in the
1 電解質
11 上端部(一端部)
12 下端部(他端部)
13 第1貫通孔
14 第2貫通孔
2 燃料極
3 空気極
4 集電体(第3集電体)
5 蓋部材
6 第1集電体
7 第2集電体
1
12 Lower end (other end)
13 First through
5
Claims (8)
前記第1の貫通孔の内壁面に形成された燃料極と、
前記第2の貫通孔の内壁面に形成された空気極と、を備え、
前記第1及び第2の貫通孔は隣接して配置され、
前記燃料極と空気極とが接触しないように配置され、
燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスで発電する単室型固体酸化物形燃料電池。 At least one first through-hole and at least one second through-hole extending in the same axial direction are formed, and the first and second through-holes are formed by a porous material that opens at both ends . Electrolyte,
A fuel electrode formed on the inner wall surface of the first through hole;
An air electrode formed on the inner wall surface of the second through hole,
The first and second through holes are disposed adjacent to each other;
Arranged so that the fuel electrode and the air electrode do not contact,
A single-chamber solid oxide fuel cell that generates electricity using a mixture of fuel gas and oxidant gas.
前記空気極は、前記第2の貫通孔の内壁面から延び前記電解質の一端部の端面に形成されている、請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池。 The fuel electrode extends from an inner wall surface of the first through hole and is formed on an end surface of the other end of the electrolyte.
3. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the air electrode extends from an inner wall surface of the second through hole and is formed on an end surface of one end of the electrolyte.
前記空気極に接続され、前記第2の貫通孔の内壁面から延び前記電解質の一端部の端面に形成される第2集電体と、
をさらに備えている、請求項1又は2のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。 A first current collector connected to the fuel electrode and extending from an inner wall surface of the first through hole and formed on an end surface of the other end of the electrolyte;
A second current collector connected to the air electrode and extending from an inner wall surface of the second through hole and formed on an end surface of one end of the electrolyte;
Further comprising in that, the solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2.
前記複数の固体酸化物形燃料電池は、前記一端部と他端部とが互いに向き合うように、前記軸方向に並んで配置され、
前記一端部と他端部とにおいて、隣接する前記固体酸化物形燃料電池の燃料極と空気極とが電気的に接続されている、固体酸化物形燃料電池のスタック構造。 A plurality of solid oxide fuel cells according to any one of claims 1 to 5 ,
The plurality of solid oxide fuel cells are arranged side by side in the axial direction so that the one end and the other end face each other,
A stack structure of a solid oxide fuel cell, wherein a fuel electrode and an air electrode of the adjacent solid oxide fuel cell are electrically connected to each other at the one end and the other end.
隣接する前記固体酸化物形燃料電池の燃料極と空気極とは、前記第3集電体を介して電気的に接続されている、請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池のスタック構造。 And further comprising at least one third current collector,
The stack structure of the solid oxide fuel cell according to claim 6 , wherein a fuel electrode and an air electrode of the adjacent solid oxide fuel cell are electrically connected via the third current collector. .
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