JPH02295067A - 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〕 本発明は、固体電解質型燃料電池に係り、特に出力密度
が高く、製作が容易な固体電解質型燃料電池に関するも
のである。

〔従来の技術〕

最近、低公害のエネルギー源として注目を集めている燃
料電池は、起電反応の源となる、活物質としての燃料と
酸化剤とを外部から連続的に供給して電気エネルギーと
して取出すとともに、反応生成物を連続的に排出するこ
とができる電池である。燃料電池の中で、電解質の漏洩
の恐れがなく、反応速度が大きいとして注目されている
のが固体電解質型燃料電池であり、単セルを多数積層し
て出力を増加させる工夫がなされている。これに関連す
る出願として、例えば本発明者等が提案した特願昭６３
−９７６５７号、特願昭６　３−２　２　５１６４号等
があげられる。

第７図は、上記先願に係る固体電解質型燃料電池の単セ
ルの縦断面図である。この単セルは円筒状のものであり
、基体管１と、該基体管１の外側円筒面に積層された酸
素極（以下、酸素側電極ともいう）３、固体電解質２お
よび燃料極（以下、燃料側電極ともいう）４と、前記基
体管１の両端に配置された耐熱金属膜５とから主として
構成されている。

第８図は、上記先願に係る固体電解質型燃料電池におり
る燃料電池スタソクの配置例を示す図で、第７図の単セ
ルを同心円状に多数組み合わせた燃料電池スタソクがさ
らに基板上に規則正しく配列されている。基板７の下方
には空気導入管１１、燃料供給管１２および燃料排出管
１３が配置されており、酸素源である空気Ａば空気導入
管１１から、燃料ガスＦは燃料供給管１２からそれぞれ
燃料電池スタソク１６の各車セルの酸素側電極３および
燃料側電極４に供給される。燃料および空気が供給され
た各単セルでは電極反応による電気エネルギーが発生ず
る。発生した電気エネルギーは、集電されてより強力な
電気エネルギーとして外部に取出ざれる。なお、この固
体電解質型燃料電池は、高電流を取出す低電圧高電流型
である。

一方、第６図は、前記本発明者等の別の先願に係る固体
電解質型燃料電池における燃料電池スタノクの配置例を
示す説明図である。この固体電解質型燃料電池における
単セルは、より小単位である単セル単位を直列に連結し
たものである。単セルを積層した燃料電池スタソク１６
は、基板７上に規則正しく配置されており、前記先願に
係る固体電解質型燃料電池と同様に、発生した電気エネ
ルギーが集電されて外部に取り出される。なお、この固
体電解質型燃料電池は出力電圧が高い高電圧低電流型で
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記先願に係る固体電解質型燃料電池は、いずれも円筒
状の単セルを積層して燃料電池を形成したものであり、
単セルを製造する工程数が比較的多く、また隣接する単
セル相互の対向面を同種の電極にするためには基体管に
積層される電極の積層順序を単セルの大きさが異なる毎
に順次変更して酸素側電極が最外殻になるものと、燃料
側電極が最外殻になるものとを造り分けなりればならな
いという不都合があった。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、製作工程数が少
なく、出力密度がより向」二ずる固体電解質型燃料電池
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、電子導電体または混
合導電体からなる酸素極と、酸素イオン導電性の固体電
解質と、電子導電体からなる燃料極とをガス透過性の基
体に積層した単セルを多数配列した固体電解質型燃料電
池であって、前記単セルが平板状の単セル単位を並列に
連結した多角形であることを特徴とする。

〔作用〕

単セル単位を平板状としたことにより、円筒状の単セル
または単セル単位を用いた場合よりも製造工程が簡素化
される。

また、複数の平板状の単セル単位を組み合わせて多角形
の単セルとしたことにより、１個の、例えば四角形の単
セルが電気的には４個の単セルを並列に接続した電池と
なり、この単セルをさらに並列および直列に積層または
連結して構成された固体電解質型燃料電池の出力密度は
より高いものとなる。

本発明において哨セル単位とは、平板状の基体の片面に
、例えば酸素側電極、固体電解質および燃料側電極の順
に積層したものであり、電極を積層した面を電池部と呼
ぶ。この単セル単位の長さおよび幅（以下、高さという
ことがある）は任意に選択することができるが、多数を
組め合わせて燃料電池スタソクを構成するためには、各
車セル単位の高さを一定にすることが好ましい。

本発明において単セルとは、前記単セル単位を並列に組
み合わせて多角形とした１段からなる単セル単位群をい
い、前述の先願における円筒状の単セルまたは単セル単
位に相当するものである。

すなわち本発明においては、先願に係る単セルまたは単
セル単位をさらに小単位である平板状の単セル単位群で
構成したものである。

本発明においては、まず複数の単セル単位を並列に連結
して、大きさが段階的に異なる多角形の単セルが形成さ
れる。この場合、大きさを段階的に変化させた各単セル
の電池部は交互に多角形の内側または外側を向くように
構成される。次に、この単セルが各対角線が同一直線上
に重なるように同心状に積層され、■涸のセルスクソク
ｑ１位が形成される。次に、このセルスタック単位がさ
らに中間連結用導電体を介して直列に連結されて燃料電
池スタソクが形成される。この燃料電池スクソクが基板
上に多数配列されたものが固体電）Ｗ質型燃料電池とな
る。

本発明において、複数の単セル単位で構成される単セル
の多角形としては、正三角形、三角形、正方形、四角形
、五角形等かあげられるが、特に限定されない。また、
通常単セル単位１個が多角形の一辺として用いられるが
、２１［１ｉ１以上の単セル単位を並列に連結して多角
形の一辺としてもよい。

本発明においては、各燃利電池スタノクの外側表面を流
れるガス体を燃料ガスでなく空気にするために、基体板
への電極の積層順序は、順次酸素側電極、固体電解質お
よび燃料側電極とすることが好ましく、またセルスタソ
ク単位の最も外側に配置される単セルの電池部は多角形
の内側を向くように配置することが好ましい。

本発明において中間連結用導電体は、各燃料電池スタソ
ク毎に独立のものであってもよいが、隣接する燃料電池
スクソクの２涸または３１［１ｉ１以上に共通のもので
あってもよい。

〔実施例〕

次ぎに、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

第１図は、本発明の固体電解質型燃料電池の燃料電池ス
タソクを構成する単セル単位の斜視図である。この単セ
ル単位２６は、カス透過性の基体板２１と、該基体板２
１の片面に順次積層された酸素側電極２３、固体電解質
２２およひ燃料側電極２４と、前記基体板２ｌの上下端
にそれぞれ配置された耐熱金属からなる集電材３４とが
ら主として構成されている。

第２図は、第１図の単セル単位２６を並列に連結して構
成したｑ′１。セル２７をさらに並列に積層したセルス
タソク単位の斜視図である。このセルスタソク単位２８
は、同一長さの単セル単位４涸から構成される四角形の
単セルをそれぞれ大きさを段階的に変化させて６個（単
セル２７ａ、２７ｂ、２７Ｃ、２７ｄ、２７ｅおよび２
７ｆ）作成し、この６個の単セルの対角線が同一直線」
二になるように同心状に配置したものである。単セル２
７ａ、２７Ｃおよび２７ｅは、四角形の内側がそれぞれ
電池部２５となり、単セル２７ｂ、２７ｄおよび２７ｆ
ば、四角形の外側がそれぞれ電池部２５となっている。

また各車セル単位の連結部は、ガスシール性の接合剤に
よりシールされている。図において、単セル２７ａと２
７ｂとの間隙、２７ｃと２７ｄとの間隙および２７ｅと
２７ｆとの間隙はそれぞれ電池部２５に面しており、燃
料流路となる。また、単セル２７ｂと２７Ｃとの間隙、
２７ｄと２７ｅとの間隙および２７ｆの内側はそれぞれ
基体板２１に面しており、空気流路となる。

第３図は、第２図のセルスタソク単位２８を直列に連結
するための中間連結用導電体の平面図、第４図は、第３
図のＩＶ−ＩＶ線矢視方向断面図である。この中間連結
用導電体は、２個の燃料電池スタソクに共通のものであ
る。図において、中間連結用導電体３０にはセルスタソ
ク単位２８の各単セル２７ａ〜２７ｆが嵌合されるセル
Ｉ５３２が設けられており、また直列に連結されたセル
スタソク単位２８の各単セル相互間のガス流路を連通ず
るためのガス流通孔３１が設＆ノられている。この中間
連結用導電体は、耐熱性金属で構成されており、表面に
は耐酸化性を確保ずるためにＬ　ａ　Ｃ　ｒＯ３等によ
る緻密なコーティング層が形成されている。

第５図は、本発明の固体電解質型燃料電池を構成する燃
料電池スタソクの配置例を示す説明図である。図におい
て、第２図のセルスクソク単位２８が第３図と同種の中
間連結用導電体３０を介して直列に連結された燃料電池
スタソク２９が示されており、この燃料電池スタソク２
９ば、基板７上に規則正しく配置されている。基板７に
は燃料電池スタソクの最外殻の基体板２１に酸素を供給
するために、空気が通過する空気通過孔１７が設けられ
ている。また基板７の下方には各燃料側電極へ燃料を供
給する燃料供給管および余剰の燃料を排出するための燃
料排出管が配置さている。

このような構成において、燃料供給管１２から供給され
た燃料としての、例えば水素Ｆは、燃料電池スタソク２
９へ下部端子３３から入り、燃料側電極に面した燃料流
路を−Ｌ昇し、−Ｌ部醋１子３２の上部に設けられた、
図示省略されたフランジから放出され、同様に空気流路
を経由して放出された空気と燃焼反応をするか、または
同フランジに設けられた燃料連絡流路を通り、空気流路
を隔てて隣接する他の燃料流路を下降した後さらに別の
燃料流路を上昇し、以下同様にして全ての燃料側電極２
４と接触した後、燃料排出管１３を経て系外に排出され
る。一方、酸素源である空気Ａば、図示省略された空気
導入管から基体７の下方空間に充填され、該基体７に設
けられた、燃料電池スタソク２９の空気流路と連通ずる
ガス流通孔を経て下部端子３３から燃料電池スタソク２
９に入り、基体板２１に面した空気流路を」二昇した後
、上部端子３２の上部に設けられた、図示省略されてい
るフランジから放出され、同様に燃料流路を経由して放
出された燃料としての水素Ｆと燃焼反応をするか、また
は同フランジに設りられた空気連絡流路を経て、燃料流
路を隔てて隣接する別の空気流路を下降した後さらに別
の空気流路を上昇し、以下同様にして全ての基体板２１
と接触した後、空気通過孔１７を通って基板７から流出
し、燃！Ｉ’４電池スタソクの最も外側に配置された基
体板２１と接触する。

このようにして燃料Ｆと空気八とが供給された、燃料電
池スタソク２９の各車セルの電極間では電極反応が生じ
る。すなわち、空気流路を流れる空気中の酸素は基体板
２１を介して酸素側電極に入り、ここで外部回路からの
電子を受け取って酸素イオンとなり、次に固体電解質２
２に入って荷電単位となる。一方、燃料流路を流れる、
例えば水素Ｆば燃料側電極２４へ流入し、ここで前記固
体電解質２２中の酸素イオンと反応して水を生成し、電
子を外部へ放出する。他の燃料電池スクソクにおいても
同様の電極反応が起こり、電気工不ルギーが発生ずる。

発生した電気エネルギーは集電されてより強力な電気工
不ルギーとして外部に取り出される。

本実施例によれば、燃料電池スクノクを構成する単セル
を平板状の単セル単位を組み合わせた多角形としたこと
により、燃料電池スタソクをより冊 多くの単セル単位で構成することになり、出力密度の高
い固体電解質型燃料電池が得られる。また平坂状の単セ
ル単位は円筒状の単セル単位よりも製造し易い上、単セ
ルを製造する際に電池部を任意に多角形の内側または外
側とすることができ、単セル毎に電極の積層順序を変更
する必要がなくなり、製造工程が簡素化されて製造コス
１・が低減される。

また本実施例によれば、２涸以上の燃料電池スタソクに
共通の中間連結用導電体を適宜用いたことにより、燃料
電池スタソクの強度が向上ずる。

本実施例において、単セル単位２６の上下端に配置され
る集電材３４の代わりに酸素側電極および燃料側電極を
延長して集電材としてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、出力密度の高い固体電解質型燃料電池
が得られ、かつ製造工程を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に使用される単セル単位の斜視図、第
２図は、第１図の単セル単位を組み合わせたセルスタソ
ク単位の斜視図、第３図は、第２図のセルスタソク単位
を連結するだめの中間連結用導電体の一例を示す平面図
、第４図は、第３図のＴＶ−ＴＶ線矢視方向断面図、第
５図は、本発明における固体電解質型燃料電池におりる
燃料電池スタックの配置例を示す説明図、第６図は、別
の先願に係る固体電解質型燃料電池におりる燃料電池ス
タソクの配置例を示す図、第７図は、先願に係る固体電
解質型燃料電池を構成する単セルの１Ｖ断面図、第８図
は、先願に係る固体電解質型燃料電池における燃料電池
スタノクの配置例を示す図である。 ２１・・・基体扱、２２・・・固体電解質、２３・・・
酸素側電極、２４燃料側電極、２６・・・単セル単位、
２７・・・単セル、２８・・・セルスタソク単位、２９
・・・燃料電池スタソク、３０・・・中間連結用導電体
。 特許出願人　　三井造船株式会社 日本舶用機器開発協会 代理人　弁理士　川　北　武　長 ｊ：基休管 ２：固体電解質 ３：酸素側電帆 ４：燃料側電極 ５：剛熱金属膜 手続補正書 特許庁長官　吉　田　文　毅　殿 １．事件の表示 平成　１年　特許願　第１１４７９３号２．発明の名称 固体電解質型燃料電池 ３補正をずる考 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都中央区築地５丁目６番４号名　称　（５
９０）三井造船株式会社 代表者石井泰之助 ４．代理人〒１０３ 住　所　東京都中央区日本橋茅場町一丁目１１番８号 ７．補正の内容 （１）図面の第１図を添付のもの（朱書訂正図面）に改
める。 以」二 ２３：酸素側電極 ２４：燃料側電極 ２５：電池部 ３４：集電材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子導電体または混合導電体からなる酸素極と、
   酸素イオン導電性の固体電解質と、電子導電体からなる
   燃料極とをガス透過性の基体に積層した単セルを多数配
   列した固体電解質型燃料電池であって、前記単セルが平
   板状の単セル単位を並列に連結した多角形であることを
   特徴とする固体電解質型燃料電池。