JP5743098B2 - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Description
この場合、前記運転温度において互いに電気的に接続する任意の前記セルスタックの前記セルの前記空気極及び隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極の各々は、前記運転温度において互いに離間する任意の前記セルスタックの前記セル及び隣接する前記セルスタックの前記セルの少なくとも一方の前記セルの前記空気極よりも厚く形成されている。
本発明では、空気極の膜厚を変えることによって、所定位置でセル同士を接触させたり、離間させることができる。すなわち、容易な方法により所望の酸化ガスの流通経路を適宜設定することができる。
また、他のセルスタックへの電流供給量が増加して他のセルスタックの耐久性が低下することを防止することができる。この結果、固体酸化物形燃料電池全体で高い耐久性を確保できる。
第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池を以下で説明する。
図1は、第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の概略図であり、図1(a)は正面の縦断面図、図1(b)は側面の縦断面図、図1(c)は上面図である。
1つのセルは、基体管の円周方向に沿って形成されている。1つのセルは、基体管側から燃料極、固体酸化物膜、及び、空気極の積層体で構成されている。隣接するセル同士は、インターコネクタで連結される。基体管材料としては、Ca安定化ジルコニアが適用される。燃料極材料としては、例えばNi及びYSZの混合物が適用される。固体電解質膜材料としては、YSZが適用される。空気極材料としては、LaMnO3系材料、LaFeO3系材料、LaCoO3系材料などが適用される。インターコネクタ材料としては、LaCrO3、(La,Sr)CrO3、La(Cr,Mg)O3、(La,Ca)CrO3、(Sr,La)TiO3が適用される。
第1実施形態の固体酸化物形燃料電池の発電時に、セルスタック11の発電部22は750℃〜950℃程度に加熱される。発電部22において、全てのセル20の空気極23が、隣接するセルスタック11のセル20の空気極23と接触している。すなわち、隣り合うセルスタック11の同じ高さに位置するセル20の空気極同士が接触する。1つのセルスタックでは空気極同士は接触しておらず、隣接するセル間の空気極の間で、固体電解質膜及びインターコネクタが露出している(図2中の符号24)。一方、非発電部21にはセルは形成されていない。
酸化ガス供給部7から発電室4内に酸化ガスが供給される。酸化ガスは、セルスタック11と断熱材12との間を通過して、セルスタック11の発電部22周辺に流入する。発電部22周囲に流入した酸化ガスは、図2(b)における円筒型のセルスタック11間の隙間や、図1におけるセルスタック11と発電室4との隙間を流通する。
第2実施形態に係る固体酸化物形燃料電池を以下で説明する。第2実施形態の固体酸化物形燃料電池は、セルの発電部以外は第1実施形態と同じである。
第2実施形態の固体酸化物形燃料電池において、一部のセルスタック30中の一部のセル31の空気極32aは、隣接するセルスタック30のセル31の空気極32bと接触せず、離間している。残りのセル31の空気極32bは、隣接するセルスタック30のセル31の空気極32bと接触している。図5の例では、空気極32aが他のセルの空気極と離間しているセルは任意の位置に設けられている。空気極同士が接触している部分のみで、隣接するセルスタック30のセル31同士が電気的に接続されている。
空気極42bの列の間には、隣接するセルスタックのセルの空気極と接触しない空気極42aのみが設けられる列が配列されている。
空気極52bの列の間には、空気極52aのみが設けられる列が配列されている。
導電膜を設ける場合は、空気極の厚さはセルスタック内で同じとして、導電膜により隣接するセルスタックのセル同士の接触を確保しても良い。この場合、導電膜は、発電時に熱膨張してセル同士が接触することができる厚さで形成される。
2 容器
3a,3b 管板
4 発電室
5 燃料供給室
6 燃料排出室
7 酸化ガス供給部
8 酸化ガス排出部
9 燃料供給部
10 燃料排出部
11,30,40,50,60 セルスタック
12 断熱材
13 集電板
14 集電極
20,31,41,51,61 セル
21 非発電部
22 発電部
23,32a,32b,42a,42b,52a,52b 空気極
24 固体電解質膜及びインターコネクタ
25,65 抵抗
26,66 電池
27 劣化セル
Claims (7)
- 基体管上に燃料極と固体電解質膜と空気極とを備えるセルが前記基体管の円周方向に形成され、複数の前記セルが前記基体管の長手方向に沿って配列され、隣接する前記セルの間に前記セル同士を電気的に直列に接続するインターコネクタが形成されている複数のセルスタックを内部に収容する固体酸化物形燃料電池であって、
前記複数のセルスタックの両端部が金属板により連結されることにより、前記複数のセルスタックが電気的に並列に配列され、
運転温度において、
任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記空気極上に形成される導電膜が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極上に形成される導電膜と直接接触し、または、
任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と直接接触し、または、
任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜と直接接触し、または、
任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と直接接触して、
前記セル同士が電気的に接続する固体酸化物形燃料電池。 - 前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜と隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜とが、室温において離間する、または、
前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜と、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極とが、室温において離間する、または、
前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜とが、室温において離間する、または、
前記運転温度において直接接触する任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極と、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記導電膜が形成されていない前記空気極とが、室温において離間する請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。 - 前記運転温度において、全ての前記セルスタックの全ての前記セルが、隣接する前記セルスタック中の前記セルと電気的に接続する請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記運転温度において、一部の前記セルスタックの一部の前記セルが、隣接する前記セルスタックの前記セルと離間し、残りの前記セルが、隣接する前記セルスタックの前記セルと電気的に接続している請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記運転温度において互いに電気的に接続する任意の前記セルスタックの前記セルの前記空気極及び隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極の各々は、前記運転温度において互いに離間する任意の前記セルスタックの前記セル及び隣接する前記セルスタックの前記セルの少なくとも一方の前記セルの前記空気極よりも厚く形成されている請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記複数のセルスタックに亘って酸化ガスが蛇行して流通することで、前記酸化ガスが前記セルスタックの軸方向に沿って直線的に流通することによって前記複数のセルスタックの間を蛇行して流通しない場合と比べて前記酸化ガスの流通経路が長くなるように、前記運転温度において任意の前記セルスタックの前記セルと隣接する前記セルスタックの前記セルとが接触する厚さで前記空気極が形成されている前記セルと、前記運転温度において任意の前記セルスタックの前記セルと隣接する前記セルスタックの前記セルとが離間する厚さで前記空気極が形成されている前記セルとが配置されている請求項4または請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記導電膜が、LaMnO3系材料、LaFeO3系材料、LaCoO3系材料のいずれかの膜である請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
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