JPH0215564A - 固体電解質型燃料電池の電極部材および固体電解質型燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、固体電解質型燃料電池の電極部材および固
体電解質型燃料電池に関する。

［従来技術］ 燃料電池による発電は、従来の火力発電や原子力発電と
異なり、化石燃料の化学エネルギーを電気化学反応によ
り直接電気エネルギーに変換するものであり、発電効率
が高いとか設備規模の制約もない等の利点を有している
。このため第一世代のりん酸水溶液型燃料電池に始まり
、第二世代の溶融アルカリ炭酸塩型燃料電池、さらには
第三世代の固体電解質型燃料電池へと、より効率的、よ
り経済的な燃料電池の開発が継続されている。

特に固体電解質型燃料電池は、燃料にとくに制約条件が
ない上に発電効率が高いとか、設備のコンパクト化が期
待できる等経済的な面から最も実用性に富んでいる。こ
の固体電解質型燃料電池の構造および作動原理は、第５
図に示すとおりである。その構造は、シート状固体電解
質２１の片面２２に燃料極２３を密着させるとともに、
他の片面２４に空気極２５を密着させている。そして両
電極間に外部回路２６が形成されており、負荷がかけら
れるようになっている。

このような構成において、燃料極２３に水素（Ｈ２）や
−酸化炭素（ＣＯ）等の燃料が供給される。水素の場合
でいうと、水素は燃料極２３で固体電解質２１中の酸素
イオンと（１）式のように反応して、電子（ｅ−）を奪
われ、水（Ｈ２０）となって排出される。

そして空気極２５では、空気中の酸素（０２）と外部回
路２６を経てきた電子（ｅ−）とが（２）式のように反
応し、酸素イオン（０−）となって固体電解質２１中を
燃料極２３へと移動する。

燃料極　Ｈ２＋ｏ−Ｈ２０＋　２　ｅ　−・＝−（１）
空気極　０２＋　２　ｅ　−０−−−＜　２　）このよ
うな反応は、電解質と電極の境界面で起こるので、電極
は水素等のガスがこの境界面に到達できるよう多孔質で
なければならず、加えるに発生した電気を効率良く回収
するために導電性が良好であることが必須条件である。

なお実際に燃料電池で発電するときには、上記のような
単電池の端子電圧は１■以内であるので、単電池を多数
直流接続して集合電池とし、この集合電池をさらに集め
て群電池とするようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した電極には、次のような問題点が
あった。

ガスが反応しやすいように電極の多孔の度合いを上げる
と、電極がもろくなる上に、電極の電気抵抗も大きくな
り、導電性が悪くなる。また電極に電解質までとどく貫
通孔を多数確実に作成するのは、電極が１００ミクロン
程度と非常に薄い膜状のものであるため、この膜を作る
条件をいろいろ工夫してみても、予定した数の貫通孔を
持った多孔質の膜を、高い再現性をもって製作すること
は困難であった。また電極とインターコネクターを通電
可能な状態に接触させると同時に、周辺部をガス気密性
となるように圧着させるのは難しく、電極とインターコ
ネクターの界面に可撓性があり、かつ通電性のある材料
を挿入してやる必要があった。

この発明は、従来の電極の以上のような問題点を解消し
、多孔質の電極と同程度またはそれ以上の多孔性を持っ
た電極部材、およびその電極部材を使用した固体電解質
型燃料電池を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係わる固体電解質型燃料電池の電極部材は両
面にファイバー状の微細電極を全面にわたって積層して
固着した固体電解質シートよりなる固体電解質型燃料電
池の電極部材、及びその電極部材に気体を通過させる孔
を形成した電極部材である。固体電解質型燃料電池は１
枚（ｎは自然数）の前記固体電解質シートと、（ｎ＋１
）枚のインターコネクターをガスシールを介して交互に
積み重ねてなり、前記ガスシールはガスが外部に漏れず
、かつ前記固体電解質シートの片面に燃料が、他の面に
酸化剤が接触するように配置されている固体電解質型燃
料電池である。

［作用］ この発明における固体電解質型燃料電池の電極部材は、
両面にファイバー状の微細電極を全面にわたって積層し
て固着した固体電解質シートよりなっているので、燃料
が固体電解質シートと接触して効率良く電解反応を起こ
すことができるとともに、導電性も良い０、またこの電
極部材に気体を通過させる孔を設けることにより、この
孔を通じて燃料ガスが供給できるので、多電極の固体電
解質型燃料電池の電極部材として使用することができる
。またファイバー状の電極を積層しているので電極部材
に可視性があり、電極部材とインターコネクター間に特
別な通電材料を挿入する必要がない。

また本発明の固体電解質型燃料電池は、両面にファイバ
ー状の微細電極が全面にわたって積層して固着され、か
つ気体を通過させる孔が形成された固体電解質シート０
枚と、（ｎ＋１）枚のインターコネクターをガスシール
を介して交互に積み重ね、カスシールはガスが外部に漏
れず、かつ前記固体電解質シートの片面にはガスが、他
の面には空気が接触するように配置されている。したが
って、効率良く発電できるとともに、高出力を得ること
ができる。

［実施例］ 本発明の１実施例を、第１図〜第４図により説明する。

本発明の１実施例の固体電解質型燃料電池の電極部材１
は、第１図のようにドクターブレード法で製作した約１
００ミクロンの厚さのシート状の電解質シート２の表面
に、直径が約１０〜２０ミクロンの径の白金、ニッケル
、ランタンマンガナイト等の材料で作ったファイバー状
の微細型Ｉｆ！３を積層した後焼成し、固体電解質シー
１〜とファイバー状微細電極およびファイバー状微細電
極同志を溶着させるようにしている。第２図は、その固
体電解質型燃料電池の電極部材１の一部拡大断面図であ
り、ファイバー状の微細電極３が積層されている状態を
示す。第３図はこの電解質シート２に気体を通過させる
孔４を生成したものであり、この孔４は電解質シート２
を直列に接続して燃料電池として使用する場合に必要な
ものである。第４図は燃料電池５の構成を示す説明図で
ある。第４図では、電解質シート２が２枚のケースで説
明しているが、多数の電解質シート２を使用する場合も
基本原理は２枚の場合と同様である。固体電解質型燃料
電池５は、電極部材１の両側にインタコネクター６が配
置されるように、インタコネクター６を一番外側（図で
は一番下側）に配置して、インタコネクター６と電極部
材１とを交互にガスシール７を介して積み重ね、最後に
インタコネクター６が一番外側（図では一番上側）にく
るように配置している。また電極部材１のｔＭａｌｔ極
３とインタコネクター６間には、可撓性がありかつ導電
性のある発泡金属、金属フェルトまたは可撓を持つよう
に曲げ加工された金属成形体８を挟装している。したが
って一番外側のインタコネクター６とおし間を配線する
ことにより、外部回路９を形成することができるように
なっている。そしてガスシール７は、カスか電極部材１
の固体電解質シート２の片面２ａ（第４図では上面）に
のみ接触するように、固体電解質シート２の下面２ｂと
インターコネクター６間はガス通過孔４および１０の周
囲のみをシールし、固体電解質シート２の上面２ａとイ
ンターコネクター６間は固体電解質シート２の全面にわ
たってシールするようにしている。また固体電解質シー
ト２の下面側は、ガス通過孔６および１０の周辺部を除
き、空気と接触できるようにしている。このように構成
しているので、ガスの通過孔から水素や一酸化炭素等の
燃料ガスを供給すると、カスは電極部材ｌの固体電解質
シート２の上面２ａのＶ＆細電極３が存在する部分で固
体電解質シート２中の酸素イオンと反応し、電子を奪わ
れるとともに、水が生成される。そして電子は、発泡金
属、金属フェルトまたは可撓性を持つように曲げ加工さ
れた金属成形体８、インターコネクター６および固体電
解質シート２を通して外部回路９に取り出し、電力とし
て使用することができる。一方固体電解質シート２の下
面２ｂのｔ１１細電極３が存在する部分では、空気中の
酸素と外部回路９を経てきた電子とが反応して酸素イオ
ンが生成される。

そして酸素イオンは固体電解質シート２中を上面２ａ側
へと移動し、前記のようにガスと反応して、ガスから電
子を奪うという反応が繰り返えされる。このような反応
は、電極と固体電解質シートとの接触する接線の長さが
長ければ長いほど効率よく行われるが、この燃料電池で
は微細電極を使用しているので、前記接線の長さを長く
することができ、高効率の燃料電池を得ることができる
。なお本実施例の固体電解質型燃料電池には、集電材と
して発泡金属、金属フェルトまたは可視を持つように曲
げ加工された金属成形体８を使用しているが、積層され
たファイバー状の微細電極３が全体として可撓性をもつ
ようになるので、集電材は必ずしも必要ではない。

［発明の効果］ 本発明の固体電解質型燃料電池の電極部材においては、
所用の多孔性を持った電極が高い再現性をもって制作で
きる。また電極材料を多孔質とする必要がない。その電
極部材を使用した固体電解質型燃料電池では、発電効率
を高めることができる。したがってその工業的効果は大
きい。

通過孔、２１・・・シート状固体電解質、２２・・・シ
ー）・状固体電解質の片面、２３・・・燃料極、２４・
・・シート状固体電解質の他の面、２５・・・空気極、
２６・・・外部回路。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電極部材の斜視図、第２図
はその断面図、第３図はガス通過孔を有する電極部材の
斜視図、第４図は本発明の一実施例の固体電解質型燃料
電池の構成を示す説明図、第５図は固体電解質型燃料電
池の構成を示す系統図である。 １・・・電極部材、２・・・電解質シート、２ａ・・・
電解質シートの上面、２ｂ・・・電解質シートの下面、
３・・・電極、４・・・電極部材の気体通過孔、５・・
・固体電解質型燃料電池、 ６・・・インターコネクター、７・・・ガスシール、８
・・・発泡金属、金属フェルトまたは可撓性を持つよう
に曲げ加工された金属成形体、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）両面にファイバー状の微細電極を全面にわたって
   積層して固着したことを特徴とする固体電解質シートよ
   りなる固体電解質型燃料電池の電極部材。
2. （２）気体を通過させる孔が形成されている請求項１の
   固体電解質型燃料電池の電極部材。
3. （３）ｎ枚（ｎは自然数）の請求項１又は請求項２に記
   載の固体電解質シートと、（ｎ＋１）枚のインターコネ
   クターをガスシールを介して交互に積み重ねてなり、前
   記ガスシールはガスが外部に漏れず、かつ前記固体電解
   質シートの片面に燃料が他の面に酸化剤が接触するよう
   に配置されていることを特徴とする固体電解質型燃料電
   池。