JPH03225771A - 高温型燃料電池 - 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〕 本発明は高温型燃料電池に係り、特にその集積構造に関
する。

〔従来の技術〕

高温型燃料電池の集積構造として第３図に示す如き平行
平板型構造が検討されている。この構造は電解質板１の
両面にそれぞれカソードとアノード（区別して図示せず
）を設け、これとセパレータ板２とを交互に集積した上
で、筒状容器３内に収納してガス導入・排出部を兼ねさ
せるものである。セパレータ板２は導電性材料からなり
、カソードとアノードの間の電気的接続体を兼ねながら
ガス通路４，５を形成している。ガス通路４．５はそれ
ぞれ平行溝からなり、セパレータ板２の両側で９０°の
角度をなしている。これらのガス通路４．５にそれぞれ
燃料ガスと酸化剤ガスを供給するための導入口は、この
集積体と容器３との間に形成している。このため、集積
体の四隅は容器３の内面と気密に接合して、燃料ガスと
酸化剤ガスとが混り合わないようにしている。第３図に
おいて、６が燃料ガス供給路、７が酸化剤ガス供給路、
８が未使用燃料ガス排出路、９が未使用酸化剤ガス排出
路である。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図の電池構造では、セラミック容器３と内部集積体
からなる電池（セル）本体との熱膨張差による容器や封
止の破壊が起き易かった。また、セル本体内でのクロス
リークを防ぐための封止箇所が多く、その封止が容易で
なかった。さらに、縦方向の封止箇所が存在するため封
止剤の保持性が悪かった。というのはセラミック容器と
セルとを封止接合できるものとしてガラスを用いるが、
高温操作時に溶融してしまうからである。また、容器の
存在は全体寸法を大型化する欠点があったこのような事
情に鑑み、小型で熱安定性に優れかつ封止が容易、安定
な構造の平行平板型高温型燃料電池構造を提供すること
が、本発明の目的である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記課題を解決するために、両面にそれぞれ
カソードとアノードを設けた電解質板とガス通路及び電
気的接合体を兼ねたセパレータ板とを交互に集積して成
る平行平板型高温型燃料電池において、セパレータ板の
ガス通路はセパレータ板の両面にそれぞれ設けた平行溝
からなり、これらの平行溝へのガス供給及び平行溝から
のガス排出は電解質板とセパレータ板との集積体を集積
方向に貫通する穴によって行なわれ、かつ該集積体は気
密に集積されてカソード側ガスとアノード側ガスとが相
互に及び集積体外部から絶縁シールされていることを特
徴とする高温型燃料電池を提供する。

〔作　用〕

ガスの導入路、排出路をセルく電解質板とセパレータの
集積体からなる電池）の内部に設けた貫通穴によって構
成することによって、ガス導入用マニホールドすなわち
容器を省略し、ガス配管のセルへの直接接続を可能にす
る。容器がないので、容器とセルとの熱膨張差による容
器の破壊、縦方向の封止がなくなり、かつセル内の封止
も簡単化される。

また、平行溝を利用した平行平板型燃料電池は、ガス通
路である溝の幅と電極との接触面の幅をそれぞれ最適化
してガスの圧力損失を少なくし、かつ電極との接触抵抗
を低減することが可能となる利点がある。この接触面積
が大きいほど、セル抵抗は小さくなることが知られてい
る。なお、電極が多孔体であるので接触面へのガスの拡
散は十分に行なわれ、接触面積を増やすことに特に問題
はない。

〔実施例〕

第１図に３段直列セルの集合様式を展開して示す。各セ
ルにおいて平板状電解質板１１は両面にそれぞれカソー
ド１２及びアノード１３が形成されている。電解質板１
１は酸素伝導性のある電解質、例えば、部分安定化ジル
コニア、安定化ジルコニアなど公知の電解質で作った板
状物からなり、厚さは０、０５〜０．３　ｍｍ程度、よ
り好ましくは０．０８〜０．２５ｍｍ程度が適当である
。０．０５ｍｍよりも薄いと強度上問題があり、０．３
　ｍｍを越えると電流路が長くなり好ましくない。カソ
ード１２は酸素通路側なので高温下で酸素に対して耐食
性のある導電性材料を用い、多孔状に形成する。例えば
ＬａｘＳｒ　１−Ｊｎ０３などの導電性複合酸化物粉末
を塗布する。塗布の手法としてははけ塗り法、スクリー
ン印刷法がある。その他、多孔状膜の作製方法としては
ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、溶射法等が
可能である。カソード１２はガス透過性となる程度に多
孔性に形成する。アノード１３は水素通路側で、高温下
で水素に対して耐食性のある導電性材料（例えば、Ｎｉ
／２ｒＯ□サーメツトなど）を多孔状に形成する。

アノード１３もガス透過性に形成する。また、カソード
、アノードは多孔性の板状化が可能であれば、それを電
解質と付着させて使用することも可能である。

各セルの両面にカソード１２とアノード１３を形成され
た電解質板１１はガス通路と電気的接合体を兼ねたセパ
レータ１４を介して集積する。セパレータ１４は金属ま
たは例えばＬａＸＳｒ　＋−ｘｃｒ０３等の導電性セラ
ミックスで形成する。

第２図に示す如く、セパレータ１４は両面に溝１４ａ、
１４ｂを形成してそれぞれガス通路を構成している。溝
１４ａ、１４ｂはそれぞれの溝に燃料ガスと酸化剤ガス
をそれぞれ供給できれば、溝の形状、配置は問わない。

最も簡単な構成は、第１図及び第２図に示す如く、溝１
４ａ、１４ｂを直角方向に配置することであるが、ガス
通路の配置を変えれば燃料ガス、酸化剤ガスを平行に流
すことによりさらなる出力向上が期待できる。

電解質板１１、セパレータ１４を集積して組み立てると
きには、電解質板１１（正確には電極１２・１３）とセ
パレータ１４の間でガスリークしないように封止する必
要がある。これは例えば軟化点が約８００℃のガラスペ
ーストで封止すればよい。このガラスペーストは電池の
作動温度（９００〜１０００℃）では十分に軟化してガ
スを封止する。

このような構造であるため、外部にガス供給用のマニホ
ールドを設ける必要はなく、電池（特に金属セパレータ
の場合）とマニホールドの熱膨張差によるマニホールド
の破壊等の問題は生じない。

また、ガス封止を必要とするのは電解質板１１とセパレ
ータ１４の間のみであり、外部にマニホールドを設けた
場合のような縦方向の封止が必要ないため、封止箇所は
少なく、封止材の保持は容易である。

第１図中、１５は燃料ガス供給用配管、１６は酸化剤ガ
ス供給用配管、１７は未使用燃料ガス用配管、１８は未
使用酸化剤ガス用配管である。

第１図の集合様式に従い３段直列の高温型燃料電池を製
作した。電解質板１１にはイツトリアを３モルパーセン
ト添加したジルコニアである部分安定化ジルコニアを用
いた。また、セパレータ１４にはコバルト系合金を用い
た。電解質板は寸法６０×６０Ｘ０．２ｍｍの板状物を
用いた。そして、酸素通路側にＬａｏ、　ｓＳｒ０１Ｍ
ｎ０３粉末（平均粒径約５廁）をはけ塗り法で厚さ０．
０５ｍｍに塗布してカソード１２とし、水素通路側にＮ
ｉ／ＺｒＯ□（９／１重量比）のサーメット混合粉末を
はけ塗り法で厚さ０．０１〜０．０５＋ｎｍに塗布して
アノード１３とした。セパレータ１４の寸法は６０Ｘ６
０ｍｍで高さ５ｍｍ、溝の深さ１．０　ｍｍとした。

この電解質板１１とセパレータ１４を第１図の如く集積
し、電解質板１１とセパレータ１４の間に軟化点が約８
００℃のガラスペーストを塗布してガス封止用とした。

前記の如く、このガラスペーストは電池の作動温度１０
００℃で軟化してガスを封止する。

こうして集積した電池にガス配管を接続した。

電気の取り８し部には白金リード線を溶接し、電気的に
接続した。

このようにして作製した高温型燃料電池を加熱した。室
温から１５０℃までは１℃／ｍ　ｉ　ｎで加熱し、ガラ
スペーストの溶媒、塗布電極の溶媒を蒸発させた。１５
０℃〜３００℃までは５℃／ｍｉｎで昇温した。３００
℃以上では水素通路側には、アノードの酸化を防止する
為、窒素ガスを流し、５℃／ｍ　ｉ　ｎで１０００℃ま
で昇温した。その後、１０００℃に保持してアノード側
に水素、カソード側に酸素を流し、発電を開始した。開
放電圧は３．８Ｖであった。放電特性を下記の表に示す
。ガスクロスリークは水素の０．３％以下であった。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明の高温型燃料電
池は、平行平板型の利点を有したまま、容器がないので
容器破壊がなく、全体寸法も小さくでき、しかもクロス
リークにかかわる封止箇所が減少し、さらに水平方向の
面封止のみであるので封止剤の保持性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の高温型燃料電池の展開図、第２図はセ
パレータの三面図、第３図は従来例の高温型燃料電池の
模式図である。 １１・・・電解質板、　　　１２・・・カソード、１３
・・・アノード、１４・・・セパレータ、１４ａ、　１
４ｂ・・・溝、　　　１５・・・燃料ガ冬供給用配管、
１６・・・酸化剤ガス供給用配管、 １７・・・未使用燃料ガス用配管、 １８・・・未使用酸化剤ガス用配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、両面にそれぞれカソードとアノードを設けた電解質
   板と、ガス通路及び電気的接合体を兼ねたセパレータ板
   とを交互に集積して成る平行平板型高温型燃料電池にお
   いて、セパレータ板のガス通路はセパレータ板の両面に
   それぞれ設けた平行溝からなり、これらの平行溝へのガ
   ス供給及び平行溝からのガス排出は電解質板とセパレー
   タ板との集積体を集積方向に貫通する穴によって行なわ
   れ、かつ該集積体は気密に集積されてカソード側ガスと
   アノード側ガスとが相互に及び集積体外部から絶縁シー
   ルされていることを特徴とする高温型燃料電池。