JPH03274672A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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JPH03274672A
JPH03274672A JP2073194A JP7319490A JPH03274672A JP H03274672 A JPH03274672 A JP H03274672A JP 2073194 A JP2073194 A JP 2073194A JP 7319490 A JP7319490 A JP 7319490A JP H03274672 A JPH03274672 A JP H03274672A
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fuel cell
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solid electrolyte
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Takeshi Ishihara
毅 石原
Hidenobu Misawa
三澤　英延
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NGK Insulators Ltd
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

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関するものである。
（従来の技術） 最近、燃料電池が発電装置として注目されている。これ
は、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギー
に変換できる装置で、カルノーサイクルの制約を受けな
いため、本質的に高いエネルギー変換効率を有し、燃料
の多様化が可能で（ナフサ、天然ガス、メタノール、石
炭改質カス、重油等）、低公害で、しかも発電効率が設
備規模によって影響されず、極めて有望な技術である。
特に、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、１ｏｏｏ
０ｃの高温で作動するため電極反応が極めて活発で、高
価な白金などの貴金属触媒を全く必要とせず、分極が小
さく、出力電圧も比較的高いため、エネルギー交換効率
が他の燃料電池にくらべ著しく高い。更に、構造材は全
て固体から構成されるため、安定且つ長寿命である。
第２図は、こうした円筒状５ＯＦＣ素子を配列して構成
した燃料電池を示す一部正面図である。
円筒状セラミックス支持体１１の外周には空気電極１２
が設けられ、空気電極１２の外周に沿って固体電解質５
、燃料電極６が配設され、また第２図において上側の領
域では空気電極１２上にインターコネクター７が設けら
れ、この上に接続端子８を付着させて円筒状５ＯＦＣ素
子４０を構成する。そして、第２図において上下方向に
隣接する円筒状５ＯＦＣ素子４０の空気電極１２と燃料
電極６とをインターコネクター７、接続端子８、金属フ
ェルト１９を介して接続し、これにより上下方向に複数
の円筒状５ＯＦＣ素子４０の直列接続を行う。また、左
右方向に隣接する円筒状５ＯＦＣ素子４０の燃料電極６
同士を金属フェルト１９を介して接続し、左右方向にも
複数の円筒状５ＯＦＣ素子４０の並列接続を行う。そし
て金属板２０で集電を行う。
この円筒状５ＯＦＣの動作時には、各素子４０の筒内空
間１３内に、酸素を含有する酸化ガスを流す。また、配
列された円筒状５ＯＦＣ素子４０の間に形成される部外
空間２１においては、燃料電極６の外周に沿って水素、
−酸化炭素等の燃料ガスを流す。
（発明が解決しようとする課題） 第２図に示すような５ＯＦＣにおいては、電流は矢印Ｆ
のように空気電極から燃料電極へと流れる一方、膜状の
空気電極１２、燃料電極６に沿って矢印り、Ｅのように
流れるため、小断面−長距離の流路となって、オーム抵
抗に基づくジュウル熱に変り、浪費される。
本発明の課題は、燃料電極、空気電極のオーム抵抗に基
づく電流損失を防止し、発電効率を向上させることがで
きるような固体電解質型燃料電池を提供することである
。
（課題を解決するための手段） 本発明は、少なくとも燃料電極と固体電解質と空気電極
とを有する筒状の固体電解質型燃料電池素子を複数個配
列し、前記燃料電極へと多点接触集電体を接触させ、隣
接する固体電解質型燃料電池素子の燃料電極と空気電極
とを少なくとも前記多点接触集電体及びインターコネク
ターを介して電気的に接続してなる固体電解質型燃料電
池において、前記燃料電極の実質的に全面に亘って前記
多点接触集電体が接触していることを特徴とする固体電
解質型燃料電池に係るものである。
「実質的に全面に亘って接触」とは、完全に全面に亘っ
て接触する場合の他、実質的に差し支えない範囲で若干
の不接触領域を残す程度のものも許容する意である。
（実施例） 第１図は本発明の実施例に係る５ＯＦＣを示す一部正面
図である。
本実施例の５ＯＦＣでは、導電性材料からなり、図示し
ない有底部を有する二重構造のセラミック管１を使用す
る。このセラミック管１は、有底部を有する有底筒状空
気電極１ａと、両端が開放された酸化ガス供給管１ｃと
の二重構造からなり、有底筒状空気電極１ａと酸化ガス
供給管１ｃとの間は、例えば白側の列状リブ１ｂによっ
て連結一体化されている。有底筒状空気電極１ａ、列状
リブｌｂ、酸化ガス供給管１ｃは同一の空気電極材料で
形成し、一体として押出成形することが好ましい。
セラミック管１の外周には、第２図の例と同じように順
次固体電解質５、燃料電極６、インターコネクター７、
接続端子８を形成し、５ＯＦＣ素子３０を作成する。
そして、燃料電極６の外周を実質的に全面に亘ってニッ
ケルフェルト９に当接させ、被覆させる。
横方向に隣接する５ＯＦＣ素子３０の燃料電極６を覆う
ニッケルフェルト９同士を接続し、一体化する。
また、第１図において上下方向では、隣接する５ＯＦＣ
素子３０のニッケルフェルト９と接続端子８とを接触さ
せ、上下方向に隣接する５ＯＦＣ素子３０の燃料電極６
と有底筒状空気電極１ａとを、接続端子８、インターコ
ネクター７及びニッケルフェルト９を介して電気的に接
続する。
各５ＯＦＣ素子３０の燃料電極６の外周を覆うニッケル
フェルト９の間隙には、断面が略菱形の電気絶縁性スペ
ーサー（充填材）１０を充填し、デッドスペースを埋め
ている。
セラミック管１は、ドーピングされたか、又はドーピン
グされていないＬａＭｎ０ａ、　ＣａＭｎＯｓ、　Ｌａ
Ｎｉ０ａ。
ＬａＣｏ０ａ、　ＬａＣｒ０ａ等で製造でき、Ｓｒを添
加したＬａＭｎ０ａが好ましい。セラミック管１の外周
には、代表的にはイツトリアで安定化したジルコニアか
ら成る厚さ約１ミクロン〜１００ミクロンの気密の固体
電解質５が配設される。固体電解質の付着工程では、選
定した長手方向区画にマスクを施して、この区画にイン
ターコネクター７を付着させる。インターコネクター７
は、酸素雰囲気下及び燃料雰囲気下において導電性でな
ければならない。インターコネクター７は、好ましくは
厚さ５〜１００ミクロンである。５ＯＦＣ素子３０のイ
ンターコネクター７以外の固体電解質の表面領域は、ア
ノードとして作用する燃料電極６によって取囲まれてい
る。一般には燃料電極６の厚さは３０〜１００ミクロン
であり、一般にニッケルージルコニアサーメット又はコ
バルト−ジルコニアサーメット等からなる。
インターコネクター７の上部には、接続端子８を付着さ
せている。接続端子８の材料としては、例えばニッケル
・ジルコニア・サーメット又はコバルト・ジルコニア・
サーメット、ニッケル等を例示できる。
動作時には、燃料電極６の外周を燃料ガスが流れる。一
方、酸化ガスの方については、まず酸化ガス供給管ＩＣ
の管内空間３へと酸化ガスを供給すると、この酸化ガス
は酸化ガス供給管ＩＣ内を流れて５ＯＦＣ素子３０の端
部へと達し、有底筒状空気電極１ａの有底部へと当って
反転し、次いで、列状リブ１ｂによって区画された酸化
ガス流路４内をそれぞれ流れて開口より排出される。酸
化ガスが酸化ガス流路４内を通過する間、酸化ガス中の
酸素は空気電極１ａと固体電解質５との界面で酸素イオ
ンを生じ、これらの酸素イオンは固体電解質５を通って
燃料電極６へと移動し、燃料と反応すると共に電子を燃
料電極６へと放出する。
本実施例の５ＯＦＣによれば、以下の効果を奏しうる。
（１）燃料電極６の電極表面に実質的に全面に亘ってニ
ッケルフェルト９が接触しているので、電流は矢印Ａの
ように燃料電極膜６に対して垂直の方向へと集電され、
ニッケルフェルト９内を矢印Ｃのように流れるため、比
抵抗の大きな燃料電極６内の電流の通過距離を短くでき
る。従って、ジュウル熱による電流損失が小さく、発電
効率が飛躍的に向上する。
（２）列状リブ１ｂ、酸化ガス供給管１ｃも導電性の空
気電極材料によって形成されているため、これらに沿っ
て電流が矢印Ｂのように流れるので、−要電流損失を低
減できる。
（３）ニッケルフェルト９の間隙に絶縁性スペーサー１
０を充填し、これによりニッケルフェルト９を燃料電極
６の方へと押圧しているので、高温使用時にニッケルフ
ェルト９が若干変形しても、燃料電極６との接触不良を
起しにくい。
（４）燃料電極６の実質的に全面に亘って二・ソケルフ
エルト９を接触させ、更に間隙に絶縁性スペーサー１０
を充填し、脆弱な５ＯＦＣ素子３０を広い面積に亘って
小さな力で均一に支持する構造であるため、５ＯＦＣ素
子３０に過大な応力が発生するのを防止でき、素子集合
体としての信頼性が高まる。
（５）酸化ガス供給管ＩＣと有底筒状空気電極１ａとの
間を列状リブ１ｂによって連結し、一体構造としである
ので、酸化ガス供給管１Ｃの位置決めが確実にでき、酸
化ガス供給管ＩＣと有底筒状空気電極１ａとの間の相対
位置変化に起因する性能のバラツキが皆無になる。しか
も、列状リブｌｂが酸化ガス供給管１ｃから放射状に伸
びた形状なので、５ＯＦＣ素子３０の機械的強度も、構
造力学的にみて著しく増大する。
上述の実施例は種々変更できる。
多点接触集電体としてニッケルフェルトを使用したが、
他に針状集電体、櫛歯状の耐熱金属集電体、金属ウール
状の集電体等を使用できる。この際、多点接触集電体は
耐熱金属からなることが好ましく、１０００℃程度の高
温で弾性を有するものがよい。また、多点接触集電体は
耐熱金属以外の導電体、例えば導電性セラミックス、セ
ラミック被覆金属等で製造してもよい。
また、上述のように二重構造のセラミック管を使用する
必要はなく、有底筒状空気電極の筒内空間へと耐熱金属
製の酸化ガス供給管を挿入し、この酸化ガス供給管から
酸化ガスを筒内空間へと供給して発電を行ってもよい。
また、本発明は、一端の封止された有底筒状５ＯＦＣに
限られるものではなく、両端の開放された円筒状５ＯＦ
Ｃ素子を集積した５ＯＦＣにも適用できる。
（発明の効果） 本発明に係る固体電解質型燃料電池によれば、燃料電池
の実質的に全面に亘って多点接触集電体が接触している
ので、電流は燃料電極に対して垂直の方向へと集電され
、この多点接触集電体内を流れ、更に少なくともインタ
ーコネクターを介して隣接する固体電解質型燃料電池素
子の空気電極へと流れる。従って、比抵抗の大きな燃料
電極内の電流の通過距離を短くできるので、ジュウル熱
による電流損失が小さく、発電効率が飛躍的に向上する
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例に係る５ＯＦＣを示す一部正面
図、 第２図は従来例に係る５ＯＦＣを示す一部正面図である
。 １・・・セラミック管　　　１ａ・・・有底筒状空気電
極１ｂ・・・列状リブ　　　　　１Ｃ・・・酸化ガス供
給管３・・・管内空間　　　　　４・・・酸化ガス流路
５・・・固体電解質　　　　６・・・燃料電極７・・・
インターコネクター ８・・・接続端子 ９．１９・・・ニッケルフェルト １０・・・絶縁性スペーサー　１２・・・空気電極３０
、４０・・・５ｏｐｃ素子 Ａ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄ、　Ｅ、　Ｆ・・・電流の流れｄｙ
ｔ図 頁Ｓ２図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、少なくとも燃料電極と固体電解質と空気電極とを有
    する筒状の固体電解質型燃料電池素子を複数個配列し、
    前記燃料電極へと多点接触集電体を接触させ、隣接する
    固体電解質型燃料電池素子の燃料電極と空気電極とを少
    なくとも前記多点接触集電体及びインターコネクターを
    介して電気的に接続してなる固体電解質型燃料電池にお
    いて、前記燃料電極の実質的に全面に亘って前記多点接
    触集電体が接触していることを特徴とする固体電解質型
    燃料電池。
JP2073194A 1990-03-26 1990-03-26 固体電解質型燃料電池 Pending JPH03274672A (ja)

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EP91302395A EP0451971B1 (en) 1990-03-26 1991-03-20 Solid oxide fuel cells
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CA002038755A CA2038755C (en) 1990-03-26 1991-03-21 Solid oxide fuel cells

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