JPH03236161A - 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］ 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気工ネル
キーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池、特
に、固体電解質型燃料電池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、リン酸型燃料電池（第一世代
）、溶融炭酸塩型燃料電池（第二世代）に対して第三世
代の燃料電池として、現在開発に向は検討が進められて
いる。

かかる現在検討が進められている固体電解質型燃料電池
には、平板型と円筒型等がある。円筒型の固体電解質型
燃料電池は、第５図に示す如く、多孔質体を管状にして
なる支持管１の外周部に、固体電解質よりなる電解質膜
２を薄膜構造の酸素極３と燃料極４とて両面から挟んだ
構造のセルＣを、酸素極３が内径側となるよう順次内側
から積層して筒状に成形すると共に、上記セルＣを支持
管１の軸心方向に所定間隔を隔てで配設し、且つ支持管
１の軸心方向に隣接するセルＣ間に、一方のセルＣの酸
素極３から次のセルＣの燃料極４へ電気を通す電路とし
て機能するインタコネクタ５を配設し、支持管１の内側
に空気（０２カス）を供給し、支持管１の外側に燃料カ
ス（１」、カス）を供給するようにした構成とし、かか
る構成のものを並列に配置し、更に、これらを積層させ
るようにしである。

上述した構成の固体電解質型燃料電池では、支持管１内
に供給された空気が、支持管１と酸素極３の壁を通過し
て電解質膜２へ達し、ここで反応か？１われて生成され
た酸素イオン（０−）は電解質膜２を通して燃料極４側
へ到達させられ、一方、燃料極４側では燃料カスと酸素
イオンとか反応して水として排出されるようにしである
。なお、固体電解質としては、イツトリア安定化ジルコ
ニア系イオン導電体のセラミック等を使っている。

［発明が解決しようとする課題１ ところが、上記従来の固体電解質型燃料電池は、セルＣ
ての反応により発電か行われると、電気は燃料極４側か
ら矢印Ｅの如く電解質膜２を通って酸素極３側へ流され
、且つ燃料極４と酸素極３を電路として軸心方向に流れ
るようにしであるため、１つのセルＣては電気は燃料極
４を軸心方向に流れると同時に半径方向内方へ流れてＭ
素棒３に達した後、該酸素極３を軸心方向へ流れること
になるか、酸素極３も燃料極４も薄膜構造てあり、これ
を電路として軸心方向へ流れることから内部抵抗が大き
くなり、電圧降下か起きて、燃料電池としての発電能力
か低下するという問題かあり、又、容積効率を高めるた
めセルＣの径を小さくしようとしても、セルＣを細くす
ると、酸素極３、燃料極４はそれだけ電路の断面積が小
さくなって内部抵抗はますます大きくなるため、細くで
きない。

そこで、本発明は、上記従来方式における酸素極を厚膜
構造として内部抵抗を小さくするために厚肉の支持管を
酸素極として用いるようにすると共に、薄膜構造の燃料
極側でも内部抵抗を小さくてきるようにし、更に、容積
効率を上げるためにセルの径を小さくすることもてきる
ような固体電解質型燃料電池を提供しようとするもので
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＞酸素極と支持体
とを兼用させた酸素極兼支持管の外周に、筒状の電解質
膜と、筒状の燃料極を順に配置して１セルとし、該セル
の燃料極に導電性弾性体を介して導電板を沿わせた構成
とし、更に、上記セルを直列方向にインタコネクタと絶
縁性のセル結合材を介して連結すると共に、上記導電板
を上記セルの直列方向に絶縁性の導電板接続具を介して
連結し、更に、上記導電性弾性体と上記インタコネクタ
とを接触させて電路を形成させた構成とする。上記セル
は並列に多数配置して、該並列に配置された多数のセル
の燃料極に１枚の導電板を沿わせるようにする。

１作　　用］ 酸素極兼支持管の内側に空気を供給し、燃料極の外側に
燃料カスを供給すると、酸素極兼支持管側での反応によ
り生成された酸素イオンが電解質膜を通って燃料極側へ
到達させられ、燃料極側で燃料カスと酸素イオンの反応
が行われる。上記の反応により発電か行われて、電気は
燃料極側から電解質膜を通して酸素極兼支持管の内部を
軸心方向に流れた後、インタコネクタ、隣りのセル側の
導電性弾性体、その外側の導電板を電路として流れ、導
電板を軸心方向に流れると同時にその内側の導電性弾性
体を通り燃料極側から酸素極側へ半径方向に流れる。こ
の場合、酸素極は支持管と兼用であるため、肉厚を厚く
することかできて、それだけ内部抵抗を小さくできて、
電気の流れをよくすることができる。

［実　施　例１ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図及び第２図に示す如く、多孔質体を所要長さの管
状に成形し且つ酸素極と兼用させて酸素極兼支持管６と
し、その外側に、第５図の場合と同様の固体電解質から
なる筒状の電解質膜２を介して筒状の燃料極４を層状に
配置して１セルＣを構成し、該各セルＣを並列方向に多
数配置して、たとえば、ニッケル板等の１枚の導電板７
を、ニッケルフェルトの如き導電性を有する弾性体８を
介して各セルＣの燃料極４に密着させて沿わせ、上記導
電板７から導電性弾性体８を通してセルＣを半径方向に
電気か流れるような電路か形成されるようにし、且つ上
記各セルＣに導電性弾性体８を介して導電板７を密着さ
せてなるものを直列方向に配置し、各セルＣはインタコ
ネクタ９及び絶縁体であるセル結合材１０を介して直列
方向に気密状態に連結すると共に、導電板７は絶縁体で
ある導電板接続具１１を介して直列方向に連結してスタ
ックとし、上記セルＣを半径方向の内方へ流れた電気か
、酸素極兼支持管６からインタコネクタ９、直列方向に
隣接するセルＣ側の導電性弾性体８を経てその外側の導
電板７へ流れるようにするため、インタコネクタ９と一
方のセルＣ側の導電性弾性体８とを密着させて電路を形
成させた構成とする。

上記のようにセルＣを直列方向にインタコネクタ９とセ
ル結合材１０を介して連結し且つ導電板７を導電板接続
具１１を介して直列方向に連結してスタック構造にした
本発明の固体電解質型燃料電池は、第３図に示す如きユ
ニットで使用するか、あるいは第４図に示す如く積層し
て使用することができる。第４図の如き積層するときは
各層間にプレート状のインタコネクタ（セパレータ）を
介在させる必要はない。

空気（０２カス）Ａは各セルＣの酸素極兼支持管６の内
側に供給し、燃料光ス（Ｈ２ガス）Ｆは燃料極４の外側
に供給し、酸素極兼支持管６側での反応により生成され
た酸素イオン（０−）は電解質膜２を通り燃料極４側へ
到達ざぜられる。燃料極４側では燃料カスＦと上記酸素
イオンとの反応か行われる。かかる酸素極兼支持管６側
と燃料極４側での反応により発電か行われ、電気は、燃
料極４側から酸素極兼支持管６の方向（セルＣの半径方
向内方）へと流れた後、上記酸素極兼支持管６を軸心方
向に矢印Ｅの如く流れ、更に、該酸素極兼支持管６、イ
ンタコネクタ９、隣りのセルＣの導電性弾性体８、その
外側の導電板７の接続により形成される電路を矢印Ｅの
如く流れて、直列接続された隣りの導電板７へ達し、該
導電板７を電路として電気か流れると同時に、密着され
ている導電性弾性体８、セルＣの燃料極４へと半径方向
にも電気が流れて、順次直列方向に隣接するセルＣへと
流れて行く。この際、本発明では、酸素極は支持管６と
兼用させて酸素極自体を厚膜構造としているので、電路
は厚膜て内部抵抗は小さく、したかつて、酸素極を軸心
方向に流れる電気の流れはよい。一方、燃料極４側では
、導電性弾性体８を介して導電板１を燃料極４に密着さ
せて専用の電路を追加設置した構成としであるので、燃
料極４か薄膜ＩＩＩ造であっても、電気は専用の電路と
しての導電板７を流れることから内部抵抗の問題はなく
、したかつて、燃料極４側を流れる電気の流れもよい。

これによりセルＣの電極６，４側を長手方向に電気か流
れるときの内部抵抗を小さくすることができて燃料電池
としての発電能力を向上させることかできる。又、酸素
極兼支持管６の径を小さくして、セルＣ全体を細くして
も、酸素極兼支持管６の内側は空気へが流れるだけで支
障はないので該酸素極兼支持管６を厚膜に維持すること
ができ、これに伴い酸素極兼支持管６を軸心方向に電気
が流れるときの内部抵抗を小さくすることかでき、一方
、セルＣの小径化に伴い燃料極４はより薄膜構造になる
が、専用の電路として導電板７が装備されているので、
内部抵抗は小さくて電気の流れか悪くなることはない。

したかつて、セルＣを細くすることができて出力密度を
向上させることか可能となる。この点、第５図に示す従
来の方式では、セルＣを細くすると、電極３．４がより
薄膜構造となって電気か電極３．４の軸心方向に流れる
ときの内部抵抗かますます大きくなるので、セルＣの細
径化は困難である。本発明によると、上記従来方式に比
してセルＣの外径を大幅に細径化（杓１／２〜１１５〉
することか可能で、出力密度を大幅に向上させることが
可能となる。

なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではな
く、たとえば、並列に配置した各セルＣに対して１枚の
導電板７を導電性弾性体８を介し密着させた場合を示し
たが、導電板７を分割してセルＣごとに専用の電路とし
て導電板７を装備さけるようにしてもよく、又、第３図
及び第４図のようにして実施する以外に、たとえば、第
３図（こ示すものを４面に配して角筒状に組み合わせ、
且つこれを軸心方向に直列に接続させるようにしてもよ
い。

［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明の固体電解質型燃料電池によれ
ば、固体電解質からなる円筒の電解質膜の内側に円筒状
の酸素極を、又、電解質膜の外側に円筒状の燃料極をそ
れぞれ配置した円筒型のセルからなる構成において、上
記酸素極を多孔質体の支持管と兼用させ、その外側に直
接円筒状の電解質膜を配置してセルとし、且つ燃料極に
導電性弾性体を介して導電板を密着させて沿わせ、上記
厚膜の酸素極兼支持管を電路として軸心方向に電気を流
すようにすると共に、燃料極側は導電板を専用の電路と
して電気を流すようにしであるので、セルが円筒型であ
ることから製造容易で熱膨張吸収可能であるという効果
を有するほか、電路の内部抵抗か小さくて電気の流れか
よくなり、電池としての発電能力を向上させることがで
き、又、セルを細径化しても、酸素極兼支持管は内側を
空気か流れるだけて厚膜構造にできることから、電路は
内部抵抗を小さくすることができると共に、燃料極側は
専用の電路が導電板により構成されていることから内部
抵抗を小さくできるので、容積効率をあげるためにセル
を細径化することか可能となり、容積当りの発電密度を
向上させることかできる、等の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体電解質型燃料電池の部分切断側面
図、第２図は第１図の■−■矢視図、第３図及び第４図
は使用状態の一例を示す斜視図、第５図は従来の円筒型
の固体電解質型燃料電池の概略を示す断面図、第６図は
第５図の従来例における電気の流れ状態を示す概略図で
ある。 １・・・支持管、２・・・電解質膜、３・・・酸素極、
４・・・燃料極、６・・・酸素極兼支持管、７・・・導
電板、８・・・導電性弾性体、９・・・インタコネクタ
、１０・・・セル結合材、１１・・・導電板接続具、Ｃ
・・・セル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体電解質からなる円筒状の電解質膜の内外側に
   円筒状の酸素極と円筒状の燃料極を重ね合わせたものを
   支持管の外側に配置して円筒型とした固体電解質型燃料
   電池において、上記支持管を酸素極と兼用させて酸素極
   兼支持管とし、該酸素極兼支持管の外側に、円筒状の電
   解質膜と円筒状の燃料極を順に重ねて配置して１セルと
   し、且つ上記セルの燃料極に、導電性弾性体を介して導
   電板を密着させて沿わせた構成としたことを特徴とする
   固体電解質型燃料電池。
2. （２）セルを直列方向にリング状のインタコネクタ、絶
   縁性のセル結合材を介して連結し、且つ導電板を直列方
   向に絶縁性の導電板接続具を介して連結し、一方のセル
   の酸素極兼支持管からインタコネクタを介して他方のセ
   ル側の導電性弾性体に電気が流れるようにしてある請求
   項（１）記載の固体電解質型燃料電池。