JPH02257571A

JPH02257571A - 固体電解質型燃料電池及びその製造方法

Info

Publication number: JPH02257571A
Application number: JP1076695A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Nakagawa; 中川　大隆; Shigechika Kosuge; 小菅　茂義
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1990-10-18

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】［産業上の利用分野コ本発明は、燃料ガス（例えば、水素ガス）と酸素ガスと
の反応により電気を発生させる固体電解質型燃料電池に
おいて、複数の燃料電池部分をインターコネクタを介し
て直列に電気的に接続する多層形式の固体電解質型燃料
電池及びその構成単位部分の製造方法に関するものであ
る。

［従来の技術］固体電解質型燃料電池は、電極部分が形成された電極部
材を多数配し、これらの電極部材を電気的に連結するよ
うにして構成されている。

従来の固体電解質型燃料電池において、電極部材が円筒
状のタイプとして、第７図（ａ）または（ｂ）に示すよ
うなものがある。

第７図（ａ）に示すものにおいては、電極部材７１は酸
化剤電極（以下、空気極と記す。）、固体電解質及び燃
料電極（以下、燃料極と記す。）によって要部が構成さ
れている電極８７２と、この電極部７２の支持体である
多孔質で円筒状に形成された電極基体７３とから構成さ
れている。そして、電極基体７３の内側（内部空間）に
燃料ガスを供給する構造になっている。

また、第７図（ｂ）に示すものは、電極基体７３の径を
大きくできる構造にしたものであり、電極基体７３の一
終端７４が閉鎖された円筒状になっており、その外面に
電極部７２が形成されている。また、電極基体７３の内
部空間の中心部には、燃料ガス供給管７５が配備されて
いる。そして、燃料ガスをこの燃料ガス供給管７５によ
り電極基体７３の一終端７４まで供給し、ここで反転さ
せて内部空間を逆方向に流して排出するようにしている
。

電極部材が平板状のタイプとしては、工業技術院化学技
術研究所の資料（「日本における燃料電池の開発」、燃
料電池開発情報センター発行）に見られるものがある。

これは第８図のように、平板状の固体電解質８１の片面
に平板状の空気極８２を、他の面に燃料極８３を形成し
た電極部８４の画電極面にガス通気性、導電性、耐雰囲
気性及びクツション性のある金属フェルトまたはセラミ
ックス発泡体等からなるディストリビュータ８５を配置
し、このディストリビュータ８５の外側にディストリビ
ュータ８５をＮ極面に押し付けるようにインターコネク
タ８６を配備したものを１つの単位として多数積層する
ように構成している。

そして、最外部のインターコネクタ間を結線して電気回
路を構成するとともに、前記電極部８４の空気極８２と
インターコネクタ８６とが形成する空間には空気通路を
、また燃料極８３とインターコネクタ８６とが形成する
空間には燃料通路を形成し、それぞれ空気及び燃料ガス
を供給するようにしている。

［発明が解決しようとする課ｒｊｒＪ］しかしながら、
上記のような従来の固体電解質型燃料電池には次のよう
な問題点があった。

（１）円筒型電極部材を使用した燃料電池の場合■多孔
質のセラミックス基体を円筒型に製作しなければならな
いので、高価になる。

■円筒の径がある程度太き（なるとともに、相互の電極
部材間にある程度の距離を保つ必要があるので、電池全
体がコンパクトになりにくい。

（２）平板型電極部材を使用した燃料電池の場合■電極
部材自体の強度が弱いので、発泡体やフェルト材がクツ
ションになっているとはいえ、電極部材を積層したとき
に電極部材が破損するおそれがある。

■上記と同じ理由から、大面、積の電極部材を製作する
ことが困難である。

■発泡体やフェルト材との長期間の接触により、クリー
プ変形等が発生し、電極部材が劣化する。

本発明は、従来技術の上記のような問題点を解消し、安
価で強度的にも強く、コンパクトに設計できる固体電解
質型燃料電池及びその製造方法を提供することを目的と
している。

［課題を解決するための手段〕上記の目的を達成するため、本発明に係る固体電解質型
燃料電池は、所定間隔で多数の透孔を有する基板と、各
々の透孔内に挿入され基板と一体化される突起状の電気
接続子及び該電気接続子と反対側に突設された電気接触
子を有するインターコネクタと、このインターコネクタ
と反対側の基板の面に形成され、外側の電極が隣接のイ
ンターコネクタの電気接触子と接触する、燃料極、固体
電解質及び空気極の三層の膜構造からなる電池部とを構
成単位としたものである。

また、本発明においては、基板とインターコネクタとの
間及び電池部と隣接のインターコネクタとの間にそれぞ
れガス通路用の空間部を設ける。

さらに、インターコネクタはガス透過性を有しない導電
体と導電性を有する多孔質焼結体との複合体とするか、
あるいはガス透過性を有しない導電体のみで構成し、こ
の場合、電気接続子は該インターコネクタと分離し、か
つガス透過性及び導電性を有する多孔質焼結体からなり
、これを基板の透孔内に一体に充填して構成する。そし
て、この電気接続子の一端が導電体のインターコネクタ
と接触するようにする。

また、インターコネクタをガス透過性を有しない導電体
のみで構成した場合、基板をガス透過性を有する多孔質
焼結体と周辺部の絶縁フレームとの複合体としてもよい
。

次に、このような構成単位としての燃料電池を製造する
にあたっては、電池部の基板側の電極を形成する際に、
該基板と電気接続子とを該電極により一体に接合する方
法とするものである。

［作　用］上記のように、固体電解質型燃料電池のひとつの構成単
位を、基板とインターコネクタと電池部の３つの要素で
構成することにより、基板は三層の膜構造よりなる大面
積の電池部を強固に支持することができる。また、イン
ターコネクタは基板に設けられた多数の透孔内に挿入さ
れ基板と一体化された突起状の電気接続子を介して電池
部の基板側の電極と電気的に接続され、電池部の外側の
電極に対しては隣接のインターコネクタに突設された電
気接触子が接触し電気的接続を果たすため、このような
構成単位を任意の段数積み重ねることにより直列に接続
することができ、所望の電力量を出力する固体電解質型
燃料電池とすることができる。

さらに、少なくとも電気接続子の一端は電池部の成膜を
行う際に、基板側の電極によって基板と一体化され、か
つその電極に接合されるため接触不良等のおそれがない
。

また、基板側の電極の成膜にあたり、あらかじ。

め基板の透孔が電気接続子の挿入によりほとんど隙間の
ない状態に塞がっているか、あるいは電気接続子の充填
により完全に塞がっているかのいずれかの状態となって
いるため、該電極の成膜を容易に行うことができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を図により説明する。

く第１実施例〉第１図は本発明の固体電解質型燃料電池の第１実施例を
示す断面図である。図において、１は多数の透孔１１を
有する基板、２は各々の透孔１１を充填する突起状の電
気接続子２１と、電池部３の外側の電極、例えば空気極
３１に接触する多数の突起状の電気接触子２２とを有す
るインターコネクタ、３は電池部であり、この実施例の
場合、基板側から順に燃料極３３．固体電解質３２及び
空気極３１の三層の膜構造により構成されている。

以上の基板１．インターコネクタ２及び電池部３により
固体電解質型燃料電池のひとつの構成単位１０をなすも
のである。第１図の燃料電池は３個の構成単位１０を組
合せた例である。この場合、インターコネクタ２は４個
使用されており、一番外側のインターコネクタ２は外側
の電気接続子あるいは電気接触子は必要ないので、特に
設けてない。

そして、一番外側のインタ−コネクタ２同士を結線して
電気回路４を形成し、３個直列の燃料電池を構成してい
る。

次に、上記の各構成要素について具体的に説明する。

Ａ、基板第２図（ａ）、（ｂ）は基板１の構成例を示す斜視図で
ある。基板１は、この実施例の場合、ガス透過性を有し
ない電気絶縁材料からなり、アルミナ、Ｃ８Ｚ及びＰＳ
ｚ等の緻密なセラミックスが用いられる。このような材
料からなる平板の基板１に電池部３を形成する範囲内で
透孔１１を所定間隔で設ける。透孔１１は、第２図（ａ
）に示すように、一般には丸孔であるが、同図（ｂ）の
ように長孔でもよく、その形状は特に限定されない。基
板１の周辺部１２は第１図のように積み重ねたときのシ
ール面となる。なお、このシール面に電気絶縁体を配す
ることにより基板１を導電性材料で構成することもでき
る。

Ｂ、インターコネクタ第３図（ａ）、（ｂ）はインターコネクタ２の平面図及
び断面図である。このインターコネクタ２は、周辺に上
下の凸部２４ａ、２４ｂを有する金属板等の導電体２４
と突起状の電気接続子２１を有する導電性の多孔質焼結
体２５との複合体から構成されており、導電体２４の平
板部２４ｃに多孔質焼結体２５の基板部２５ａを接合し
ている。

多孔質焼結体２５の電気接続子２１は基板１の各透孔１
１に挿入できるように少し小さ目に成形するとともに、
その基板部２５ａと基板ｌとの間に空間部２６ｂ（第１
図参照）が存するように基板１の厚さより長く形成され
ている。また、電気接続子２１と反対側には電気接触子
２２が導電体２４に突設されている。導電体２４の周辺
凸部２４ａ、２４ｂの一側にはそれぞれ空気と燃料ガス
の供給口２７ａ、２８ｇが設けられ、他側にはそれぞれ
のガスの排出口２７ｂ、２８ｂが設けられている。

Ｃ１電池部第４図（ａ）〜（ｄ）は電池部３の製造方法を示す工程
図である。

まず、第４図（ａ）に示すように、基板１と複合体たる
インターコネクタ２を用意し、基板１の各透孔１１内に
インターコネクタ２の電気接続子２１を上端面が一致す
るように挿入する（同図（ｂ））。透孔１１と電気接続
子２１間の隙間はできるだけ少ない方が好ましい。

次に、この状態で第４図（Ｃ）に示すように、基板１の
インターコネクタ２と反対側の上面に溶射法により、例
えば燃料極３３を成膜する。この成膜にあたり、基板１
に透孔１１等の大きな隙間があると直接成膜することが
困難であるので、透孔１１をあらかじめ突起状の電気接
続子２１で塞いでおく必要がある。また、燃料極３３の
溶射により透孔１１と電気接続子２１間の隙間はなくな
り、この燃料極３３によって基板１とインターコネクタ
２とが一体化され、電気接続子２１の一端が燃料極３３
に接合されることとなる。したがって、物理的接触では
ないので、電気的接続が一層良好なものとなる。

燃料極３３はガス透過性が必要であるので、インターコ
ネクタ２の多孔質焼結体２５と同様の材料でもよいが、
好ましくはＹＳＺを含むＮｉ多孔質焼結体が適当である
。ＹＳＺの含有量は１０〜８０ｖｔ、％、燃料極３１の
厚さは２００μｍ程度である。

次に、この燃料極３３の上に第４図（ｄ）に示すように
順次、固体電解質３２及び空気極３１を溶射法により成
膜する。この三層体の周辺部にはガスシール３４（第１
図参照）を配して、燃料極３３と空気極３１間に周縁部
からガスが直接流れないようにしている。

固体電解質３２は、例えばＹＳＺからなる緻密膜であり
、空気極３１は、例えば、Ｌａ（、Ｓｒ）Ｍ　ｎ　Ｏａ
からなるものである。それぞれの厚さは、固体電解質３
２の場合１００μｍ程度、空気極３１の場合２００μ程
度である。また、燃料極３３と固体電解質３２はプラズ
マ溶射により作製し、空気極３１はフレーム溶射法によ
り作製する。

第４図（ｄ）のように製作することにより、この燃料電
池の構成単位１０が出来上がる。したがって、この構成
単位１０を複数個積み重ね、基板１及びインターコネク
タ２の周辺部をガスシール（図示せず）して組み立てる
と、インターコネクタ２の電気接触子２２が空気極３１
の上面に接触し直列の電気回路４が構成される。かくし
て、本発明による固体電解質型燃料電池が第１図のよう
に構成できる。

なお、上記実施例において、燃料極３３と空気極３１は
反対に、すなわち基板１側を空気極３１に、外側に燃料
極３３を形成することもてきる。

第１図のように構成された燃料電池において、燃料ガス
を各供給口２８ａより、空気を各供給口２７ａより供給
する。燃料ガスは基板１とインターコネクタ２の多孔質
焼結体２５との間の空間部２６ｂを流れ排出口２８ｂよ
り排出し、空気は電池部３の空気極３１と次段のインタ
ーコネクタ２の導電体２４との間の空間部２６ａを流れ
排出口２７ｂより排出する。空間部２６ｂ、２６ａはそ
れぞれ燃料ガス及び空気の通路となっている。そして、
これら燃料ガス及び空気の流れにより、燃料ガスは多孔
性の電気接続子２１内を通じて燃料極３３に入り、一方
、空気は空気極３１の表面に接触しながら流れる。これ
によって、酸素分圧による反応が起こり、発電が行われ
る。なお、燃料極３３側には同時に水（Ｈ２Ｏ）が発生
するが、図示しない適当な排水手段により燃料電池の外
部に排出される。

く第２実施例〉第５図は本発明の第２実施例の断面図である。

この実施例では、電気接続子２１Ａが棒状に形成され、
第１実施例のインターコネクタ２とは分離した形態とな
っている。すなわち、電気接続子２１Ａはあらかじめ基
板ＩＡの各透孔１１内に充填され基板ＩＡより突起が出
るように一体化された構成となっている。したがつて、
組立時、棒状の電気接続子２１Ａの下端が直接次段のイ
ンターコネクタ２Ａに接触する。この場合、インターコ
ネクタ２Ａはガス透過性を有しない導電体（金属板、緻
密なセラミックス等）のみで構成される。その他の構成
及び作用は第１実施例と同様であるので説明は省略する
。

〈第３実施例〉第６図は本発明の第３実施例の断面図である。

この実施例では、基板ＩＢが多孔性のセラミックスから
なり、インターコネクタ２Ｂはガス透過性を有しない導
電体のみで構成されている点で第１実施例と異なる。ま
た、電極３Ｂは空気極３１及び燃料極３３を第１実施例
、第２実施例とは反対に形成されている。そして、電気
接続子２１Ｂは多孔性の基板ＩＢの透孔１１内に密に挿
入され、電池部３Ｂを上述のように成膜するときに一体
化される。また、基板ＩＢの周辺部にはガス遮断及び電
気絶縁のための絶縁フレーム２９が接合されている。そ
の他の構成は第１実施例と同様である。

この実施例では、空気は基板ＩＢの多孔性セラミックス
部１４から入り、空気極３１に接触する。

燃料ガスは外側の燃料極３３の内部に入り、上述のごと
く酸素分圧を生じて発電する。

なお、以上の各実施例において、燃料電池の構成単位１
０を上下に重ねた場合を示したが、横方向に積層する形
態とすることもできる。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、固体電解質型燃料電池の
ひとつの構成単位を、基板とインターコネクタと電池部
の３つの要素で平板状に構成したので、全体的に薄型で
コンパクトにできる。

また、電池部は三層の膜構造よりなるため、大面積のも
のを容易につくることができ、この構成単位を任意の個
数積層することにより、直列接続のもと所望の電力量を
出力する固体電解質型燃料電池電池部が得られる。

さらに、少なくとも電気接続子の一端は電池部の成膜を
行う際に、基板側の電極によって基板と一体化され、か
つその電極に接合されるため強度上及び電気的に信頼性
が高い。

また、基板側の電極の成膜にあたり、あらかじめ基板の
透孔が電気接続子の挿入によりほとんど隙間のない状態
に塞がっているか、あるいは電気接続子の充填により完
全に塞がっているかのいずれかの状態となっているため
、該電極の成膜を容易に行うことができるなど多大の効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図（ａ
）、（ｂ）は基板の構成例を示す斜視図、第３図（ａ）
、（ｂ）はインターコネクタの構成例を示す平面図及び
断面図、第４図（ａ）〜（ｄ）は本発明による製造工程
図、第５図は本発明の第２実施例を示す断面図、第６図
は本発明の第２実施例を示す断面図、第７図（ａ）、（
ｂ）は従来の円筒型電極部材を使用した燃料電池の斜視
図、第８図は従来の平板型電極部材を使用した燃料電池
の断面図である。１・・・基板１１・・・透孔２・・・インターコネクタ２１．２１Ａ、２１Ｂ・・・電気接続子２２・・・電気
接触子２４・・・導電体２５・・・多孔質焼結体２６ａ・・・空気通路（空間部）２６ｂ・・・燃料ガス通路（空間部）３．３Ｂ・・・電池部３１・・・空気極３２・・・固体電解質３３・・・燃料極４・・・電気回路１０・・・構成単位代理人　弁理士　　佐々木　宗　治第

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定間隔で多数の透孔を有する基板と；前記透孔
の各々に挿入され前記基板と一体化される突起状の電気
接続子及び該電気接続子と反対側に突設された電気接触
子を有するインターコネクタと；前記基板の前記インターコネクタと反対側の面に形成さ
れ、外側の電極が隣接のインターコネクタの電気接触子
と接触する、燃料極、固体電解質及び空気極の三層の膜
構造からなる電池部と；を構成単位とすることを特徴と
する固体電解質型燃料電池。
（２）前記基板とインターコネクタとの間及び前記電池
部と隣接のインターコネクタとの間にそれぞれガス通路
用の空間部を設けたことを特徴とする請求項１記載の固
体電解質型燃料電池。
（３）前記インターコネクタがガス透過性を有しない導
電体と導電性を有する多孔質焼結体との複合体であるこ
とを特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
（４）前記電気接続子がガス透過性及び導電性を有する
多孔質焼結体からなるとともに、前記インターコネクタ
と分離され、かつ前記基板の透孔内に一体に充填され、
該インターコネクタが該電気接続子の一端と接触するガ
ス透過性を有しない導電体から構成されていることを請
求項１記載の固体電解質型燃料電池。
（５）前記基板がガス透過性を有する多孔質焼結体と周
辺部の絶縁フレームとの複合体からなり、前記インター
コネクタがガス透過性を有しない導電体からなることを
請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
（６）前記電池部の前記基板側の電極を形成する際に、
該基板と前記電気接続子とを該電極により一体に接合す
ることを特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電
池の製造方法。