JPH02276166A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents

固体電解質燃料電池

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JPH02276166A
JPH02276166A JP1072788A JP7278889A JPH02276166A JP H02276166 A JPH02276166 A JP H02276166A JP 1072788 A JP1072788 A JP 1072788A JP 7278889 A JP7278889 A JP 7278889A JP H02276166 A JPH02276166 A JP H02276166A
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多賀谷 宣秋
Fumiya Ishizaki
石崎 文也
Hiroshi Seto
浩志 瀬戸
Satoshi Sakurada
桜田 智
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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〕 本発明は固体電解質燃料電池に係わり、特に酸素や燃料
ガスと固体電解質板との接触面積を大きくした高出力の
燃料電池に関するものである。
〔従来の技術〕
高温型固体電解質燃料電池は、電解質による周辺材料の
腐食、電解質自体の分解、蒸発、逸散等がなく、液体物
質を使用しないために電池構造が簡素化でき、850℃
〜l000℃程度で動作するため燃料として天然ガスや
石炭ガスを改質することなくそのまま使用可能であり、
内部抵抗が小さく、大出力を得ることが可能でエネルギ
ー利用率の高い燃料電池として期待されている。そして
、このような固体電解質燃料電池として、従来、ジルコ
ニア電解質を平板型とすることにより体積当たりのパワ
ー密度を向上させるようにしている。
第4図はこのような従来の集積度の高い平板型燃料電池
の例を示す図で、図中、21.22は外部端子、23.
24は外部端子ガス通路、25.26は3層構造板、2
7はインターコネクタ、28.29はガス通路である。
図において、3層構造板25.26は、例えばジルコニ
ア(ZrO,)からなる薄い固体電解質板で、その両面
には空気極(カソード)、燃料極(アノード)を形成す
る多孔性電極材料が塗布してあり、外部端子21.22
とインターコネクタ27がこれをサンドイッチする形で
積層されておリ、外部端子21.3層構造板25、イン
ターコネクタ27で単位セルを構成し、同様にインター
コネクタ27.3層構造板26、外部端子24で単位セ
ルを構成し、これらが2段直列となっている。勿論、同
様に単位セルの積層数を増やすことによりN投置列構成
とすることができる。
このような構成において、ガス通路23.29に酸素ま
たは空気を、ガス通路24.28に、例えば水素を流し
、外部端子2122を図示しない外部回路を通して接続
すると、酸素は燃料と反応しようとしてイオン化して固
体電解質板25.26を通して流れ、このとき、空気極
では酸素が電子を取り込んで酸素イオンとなり、燃料極
側ではこのイオンと燃料が反応して電子を放出するので
、外部回路には空気極を(+)極、燃料極を(−)極と
して外部端子21から外部端子22へ電流が流れる。こ
れを化学式で示すと次のようになる。
空気極: 1/202+ 2 e −−02燃料極: 
82 +o”=)(20+2 e−全体的な電極反応は
、 1/202 +H2−H20 となる。また、燃料として一酸化炭素を用いた場合には
、 燃料極: CO十02−−CO2+ 2 eとなり、全
体的な電極反応は、 CO+1/202→C02 となる。
また、電極物質と固体電解質からなる壁により区画して
ハニカム構造からなる断面矩形の複数の流路を形成し、
このハニカム構造の隣り合う流路に燃料ガスと酸素ガス
を流すことにより燃料ガスと固体電解質との接触面積を
増加させて高出力を得るようにするものも米アルゴンヌ
研究所からMODElという構造の固体電解質燃料電池
として提案されている(特開昭61−269868号)
なお、平板型燃料電池は本出願人、米アルゴンヌ研究所
(M OD E O) 、Z−Tech、 W、 R,
Grac等がら運転結果が報告されているが、米アルゴ
ンヌ研究所のMODEIについては運転実績は報告され
ていない。
〔発明が解決すべき課題〕
ところで、燃料電池の体積当たりのパワー密度を増加さ
せるためには、固体電解質と燃料ガスとの接触面積を増
やすことが必須要件であるが、従来の固体電解質燃料電
池においては、燃料ガスと固体電解質との接触面は2次
元的であるため、接触面積の増加には限界があり、その
ため体積当たりのパワー密度を向上させるには必ずしも
充分なものではなかった。
本発明は上記問題点を解決するだめのもので、燃料ガス
と固体電解質との接触面積をさらに増加し、体積当たり
のパワー密度を一層増加させることができる固体電解質
燃料電池を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の固体電解質燃料電池は、正方品を主体とする部
分安定化ジルコニア(PSZ)の板を凹凸状に加工し、
PSzの板の表裏両面を突起構造とした固体電解質を用
いて燃料ガスとの接触面積を3次元的にして大幅に増加
させるようにしたことを特徴としている。
即ち、電極構成材料を塗布した固体電解質の一方の面に
酸素を含むガスを、他方の面に燃料ガスを供給し、固体
電解質板を通して酸素と燃料とを化学的に反応させて電
気的出力を発生させるセルを積層させるようにした燃料
電池において、固体電解質板に凹凸を設け、凹凸の各頂
部に接するように固体電解質板の両面側に集電材を設け
てセルを構成したことを特徴とする。
第1図、第2図、第3図は本発明の固体電解質燃料電池
を説明するための図である。図中、■、2は突起構造固
体電解質、3.4は端壁部、11.12は集電材である
先ず、使用するPSZとしては抵抗をなるべく小さくす
るために、例えば厚みt (第3図)を01〜0.3m
m特に0.2mm、 ドーパントとして3〜4moj!
%のY2O,を添加する。そして、第1図に示すように
、固体電解質は玉子を所定個数屯位で収納する玉子容器
のようにPSzの板の表裏両面を凹凸状にした突起構造
とする。このように表裏両面に凹凸を設けた突起構造固
体電解質1.2は、紡込み成形、射出成形、冷間加圧成
形された生の成形体の単品を焼成して構造体とすればよ
い。なお、焼成前の生の成形体を積み重ねる手法もある
が、積層段数を増そうとすると生の状態ではPSzが非
常に脆い材料で強度が弱く、下層が壊れてしまうので焼
成する方が好ましい。また、突起構造の片面にアノード
材料、例えばN i / ZrO2サーメットを0.1
−1+n+oの厚みで塗布作製し、他方の面にはカソー
ド材料、例えばLaNSr7Mn○3を0.1〜1mm
の厚みで塗布作製する。このアノードとカソードの作製
は突起の構造が生でも焼成後でも差しつかえがない。
また、突起構造固体電解質の四辺には端壁部3.4を設
ける。端壁部は固体電解質の両面側で互いに直交するガ
ス流路を形成するために、端壁部3と、端壁部4とは互
いに反対方向に延び、四隅において重なる構造とする。
こうしてで゛きあがった単位セルを、第2図に示すよう
に集電材1112により上下から挟み、集電材11.1
2と端壁部3.4との間(図の13.14)をガラスシ
ールしてガスのリークが生じないようにする。この集電
材11,12と単位セルとは第3図に示すように突起の
頂部で電気的に接触する。この構造を繰返して積層する
ことにより直列接続構造を作ることができる。集電材と
しては、耐熱合金やセラミックスに導電材を被覆したも
のが用いられ、特にクロムを含むニッケル基又はクロム
基合金が好適である。
なお、端壁部の材料は集電材料、PSZどちらでもよく
、また、集電材、PSZのどちらかと一体に作製しても
よい。そして、突起構造と集電材は次々と集積されるの
で、その自重は主に端壁材の四隅に集中するため、端壁
部、特に四隅は他の部分よりも厚(することで補強する
のが好ましい。
第3図に示すように、固体電解質板の両面における電流
Jl、J2の走る距離は最大で集電材■1112との接
触部間の距離(図のP、P2間の距離)である。したが
って、電極の抵抗による電力損失をできるだけ小さくす
るため、突起構造の高さhは電流の走る距離が小さくな
るように、また、突起の数はガスとの接触面積が最大と
なるように設計する。
〔作用〕
本発明の固体電解質燃料電池は、固体電解質板を凹凸状
に加工し、表裏両面を突起構造とすることにより、酸素
や燃料ガスと固体電解質との接触面積を3次元的にして
増やすことができるので、体積当たりのパワー密度を大
幅に向上させることが可能となる。
〔実施例〕
第1図は端壁部を突起構造材のPSzと同じ材料で一体
としてイ乍製した実施例を示すものである。
本実施例においては、突起構造の高さhは2mmとし、
突起部分の厚み(は0.2ml11.端壁部の四隅は2
mmのI7みをもたせた。さらに突起構造の辺aおよび
bを50m1とした。
集電材としてはLao、a caQ、2 Crysの1
mmの厚みの板を用い、第2図に示すように突起構造を
上下から挟んだ。
第1図に示す突起構造は以下のように作製した。
3mo1%y2o、 ドープのジルコニア粉末を材料と
し、通常ドクターブレード用として調製されるスラリー
を用い、ドクターブレード法により0゜2市厚みのスリ
ップを作り、このスリップを突起状金型に押し当て成形
した。これを通常焼成条件で焼成することにより作製し
た。
第2図中、突起構造の両面にそれぞれ電極が塗布しであ
る。′また、集電材と突起構造の間は1000℃で液化
するガラスでシールした。この構造のセルを1000℃
まで昇温し、アノード側にH3をカソード側に02を流
し、各集電材によりリード端子を取り出して出力を測定
したところ、10Wの出力が得られた。これを体積密度
に直すとIKW/j!と極めて高密度である。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、固体電解質燃料電池の構
造が極めて優れた三次元構造であり、従来主流の円筒、
平板など二次元的構造の燃料電池より体積パワー密度を
大幅に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の固体電解質の突起構造を示す図、第2
図は本発明の固体電解質燃料電池単位セルの斜視図、第
3図は電解質壁の電流路を説明するための図、第4図は
従来の平板型燃料電池の構成を示す図である。 l、2・・・突起構造固体電解質、3.4・・・端壁部
、11.12・・・集電材。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電極構成材料を塗布した固体電解質の一方の面に
    酸素を含むガスを、他方の面に燃料ガスを供給し、固体
    電解質板を通して酸素と燃料とを化学的に反応させて電
    気的出力を発生させるセルを積層させるようにした燃料
    電池において、固体電解質板に凹凸を設け、凹凸の各頂
    部に接するように固体電解質板の両面側に集電材を設け
    てセルを構成したことを特徴とする固体電解質燃料電池
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0642185A3 (en) * 1993-09-01 1995-03-29 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell
EP0654839A1 (en) * 1993-11-19 1995-05-24 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell
EP0670606A1 (en) * 1994-03-04 1995-09-06 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell
EP0692836A1 (en) * 1994-07-11 1996-01-17 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell
JP2001319665A (ja) * 2000-05-08 2001-11-16 Honda Motor Co Ltd 燃料電池及びその電解質の製造方法
JP2002505512A (ja) * 1998-02-27 2002-02-19 コーニング インコーポレイテッド 可撓性無機電解質燃料電池構造
FR2828769A1 (fr) * 2001-12-21 2003-02-21 Commissariat Energie Atomique Element de base d'une pile a combustible avec electrolyte tridimensionnel et son procede de fabrication
JP2010267618A (ja) * 2009-05-13 2010-11-25 Robert Bosch Gmbh 電気エネルギを得るための電気化学セル
WO2021217682A1 (zh) * 2020-05-01 2021-11-04 杭州高烯科技有限公司 一种纯无机胶状体的制备方法及其应用

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0642185A3 (en) * 1993-09-01 1995-03-29 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell
US5501914A (en) * 1993-09-01 1996-03-26 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell
EP0654839A1 (en) * 1993-11-19 1995-05-24 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell
AU670015B2 (en) * 1994-03-04 1996-06-27 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell
EP0670606A1 (en) * 1994-03-04 1995-09-06 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell
US5518829A (en) * 1994-03-04 1996-05-21 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell having dimpled surfaces of a power generation film
EP0692836A1 (en) * 1994-07-11 1996-01-17 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell
US6316138B1 (en) 1994-07-11 2001-11-13 Mitsubishi, Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid oxide electrolyte fuel cell
JP2002505512A (ja) * 1998-02-27 2002-02-19 コーニング インコーポレイテッド 可撓性無機電解質燃料電池構造
JP4873780B2 (ja) * 1998-02-27 2012-02-08 コーニング インコーポレイテッド 可撓性無機電解質燃料電池構造
JP2001319665A (ja) * 2000-05-08 2001-11-16 Honda Motor Co Ltd 燃料電池及びその電解質の製造方法
FR2828769A1 (fr) * 2001-12-21 2003-02-21 Commissariat Energie Atomique Element de base d'une pile a combustible avec electrolyte tridimensionnel et son procede de fabrication
JP2010267618A (ja) * 2009-05-13 2010-11-25 Robert Bosch Gmbh 電気エネルギを得るための電気化学セル
WO2021217682A1 (zh) * 2020-05-01 2021-11-04 杭州高烯科技有限公司 一种纯无机胶状体的制备方法及其应用

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