JPH04188564A - 固体電解質型燃料電池の積層化用セパレータ - Google Patents
固体電解質型燃料電池の積層化用セパレータInfo
- Publication number
- JPH04188564A JPH04188564A JP2315750A JP31575090A JPH04188564A JP H04188564 A JPH04188564 A JP H04188564A JP 2315750 A JP2315750 A JP 2315750A JP 31575090 A JP31575090 A JP 31575090A JP H04188564 A JPH04188564 A JP H04188564A
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- Japan
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- thermal expansion
- fuel cell
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- Pending
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
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。
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〕
この発明は、平板状の固体電解質型燃料電池の積層化用
セパレータに関する。
セパレータに関する。
所謂燃料電池はエネルギ変換効率が高く、エネルギ有効
利用技術の１つとして注目されるようになった。その発
電原理は、第４図に示される様に、電解質（３）を挾ん
でその両側に燃料極（４）と空気極（５）を設け、燃料
極（４）側にＨ２ガスやＣＯガス等を、空気極（５）側
に０□ガスや空気等を流すことで電解質（３）中を０２
−等のイオンが移動することにより、電極間につないだ
外部負荷に電流が流れるというものである。
利用技術の１つとして注目されるようになった。その発
電原理は、第４図に示される様に、電解質（３）を挾ん
でその両側に燃料極（４）と空気極（５）を設け、燃料
極（４）側にＨ２ガスやＣＯガス等を、空気極（５）側
に０□ガスや空気等を流すことで電解質（３）中を０２
−等のイオンが移動することにより、電極間につないだ
外部負荷に電流が流れるというものである。
上記電解質にイツトリア安定化ジルコニア等の酸素イオ
ン導電体を用いる固体電解質型燃料電池は、構成要素が
全て固体であって電池構造が簡単になるという利点と、
作動温度が８００〜１０００℃と高温作動型であるため
、電極触媒が不要であると共に、燃料ガスに対する制約
もないことから、その基礎技術の確立が望まれている。
ン導電体を用いる固体電解質型燃料電池は、構成要素が
全て固体であって電池構造が簡単になるという利点と、
作動温度が８００〜１０００℃と高温作動型であるため
、電極触媒が不要であると共に、燃料ガスに対する制約
もないことから、その基礎技術の確立が望まれている。
燃料電池の出力電圧は、上記第４図に示される単電池の
構成では数Ｖ程度に過ぎないので、発電装置としては第
５図に示される様に、上述した燃料極（４）、電解質（
３）及び空気極（５）の電池３層膜を一単位とした多数
の平板状の単電池（６）群の間にセパレータＸを挿入し
て積層化したスタックを使用する。そのため該セパレー
タＸは電子伝導性の材料で作られ、一方の面に燃料ガス
の通路となる溝（１０）が、他方の面には酸素ガスや空
気等の通路となる溝（１１）が設けられている。そして
隣接する各単電池（６）の負極と正極とを電気的に接続
して、これら積層された単電池（６）を電気的に直列に
接続する役目を果す。
構成では数Ｖ程度に過ぎないので、発電装置としては第
５図に示される様に、上述した燃料極（４）、電解質（
３）及び空気極（５）の電池３層膜を一単位とした多数
の平板状の単電池（６）群の間にセパレータＸを挿入し
て積層化したスタックを使用する。そのため該セパレー
タＸは電子伝導性の材料で作られ、一方の面に燃料ガス
の通路となる溝（１０）が、他方の面には酸素ガスや空
気等の通路となる溝（１１）が設けられている。そして
隣接する各単電池（６）の負極と正極とを電気的に接続
して、これら積層された単電池（６）を電気的に直列に
接続する役目を果す。
以上の様なセパレータＸの材料として耐熱性の金属材料
を使う場合には、Ｎｉ系の耐熱材料等（耐食性を高める
ために、該金属材の表面に更にセラミックコーティング
がされたもの等も検討されている）が考えられているが
、その熱膨張係数が電池３層膜の熱膨張係数（通常はイ
ツトリア安定化ジルコニア等の固体電解質の熱膨張係数
に合っている）よりかなり大きく、電池の昇温、降温時
にこの熱膨張差により電池３層膜に過大な応力を発生さ
せるため、破損の虞もあり、操業中の安全性の面からは
非常に大きな問題となる。
を使う場合には、Ｎｉ系の耐熱材料等（耐食性を高める
ために、該金属材の表面に更にセラミックコーティング
がされたもの等も検討されている）が考えられているが
、その熱膨張係数が電池３層膜の熱膨張係数（通常はイ
ツトリア安定化ジルコニア等の固体電解質の熱膨張係数
に合っている）よりかなり大きく、電池の昇温、降温時
にこの熱膨張差により電池３層膜に過大な応力を発生さ
せるため、破損の虞もあり、操業中の安全性の面からは
非常に大きな問題となる。
そのため該セパレータ材としてＬａＣｒ０．の様なセラ
ミックスを成形したものを使用することも検討されてい
るが、セラミックスは金属材料より導電性が低く、加工
性も悪い上に強度も小さい傾向にあり、大型化に対応し
にくいという欠点もある。
ミックスを成形したものを使用することも検討されてい
るが、セラミックスは金属材料より導電性が低く、加工
性も悪い上に強度も小さい傾向にあり、大型化に対応し
にくいという欠点もある。
本発明は従来技術の以上の様な問題に鑑み創案されたも
ので、破損等の虞がなく、且つ導伝性、加工性、強度の
面でも優れた性質を有するセパレータを提供せんとする
ものである。
ので、破損等の虞がなく、且つ導伝性、加工性、強度の
面でも優れた性質を有するセパレータを提供せんとする
ものである。
そのため本発明に係るセパレータＸは、第１図に示され
る様に、熱膨張係数が電池３層膜のそれより小さな金属
材料（１）と、それより大きな従来からセパレータ用と
して使われている耐熱性金属材料（２）とを接合（この
接合は金属材料（１）の片面に金属材料（２）を接合し
たものでも良い）した複合材料を用いることを基本的特
徴としている。
る様に、熱膨張係数が電池３層膜のそれより小さな金属
材料（１）と、それより大きな従来からセパレータ用と
して使われている耐熱性金属材料（２）とを接合（この
接合は金属材料（１）の片面に金属材料（２）を接合し
たものでも良い）した複合材料を用いることを基本的特
徴としている。
以上の様に熱膨張係数の小さな金属材料（１）と大きな
金属材料（２）とを接合した複合材料で構成することに
より、セパレータＸとしての熱膨張係数を両者の中間に
設定できるため、それによって前記電池３層膜の熱膨張
係数に近づけるようにしたものである。又金属材料でセ
パレータＸを構成したので、導伝性、伝熱性、加工□性
１強度等の金属セパレータとしての特性が損なわれるこ
とはない。
金属材料（２）とを接合した複合材料で構成することに
より、セパレータＸとしての熱膨張係数を両者の中間に
設定できるため、それによって前記電池３層膜の熱膨張
係数に近づけるようにしたものである。又金属材料でセ
パレータＸを構成したので、導伝性、伝熱性、加工□性
１強度等の金属セパレータとしての特性が損なわれるこ
とはない。
本発明者等は当該発明についての効果の確認実験を行な
ったので、以下詳述する。
ったので、以下詳述する。
まず積層化する固体電解質型燃料電池の単電池を構成す
るものとして約１５０μｍ厚のｙｓｚ （イツトリア安
定化ジルコニア）の平板状電解質とその両面に夫々約１
００μｍ厚のＮ１−ＹＳＺの平板状燃料極及び約１００
μｍ厚のＬａ系０ｘｉｄｅの平板状空気極を重ね合せた
電池３層膜構造のものを用いた。
るものとして約１５０μｍ厚のｙｓｚ （イツトリア安
定化ジルコニア）の平板状電解質とその両面に夫々約１
００μｍ厚のＮ１−ＹＳＺの平板状燃料極及び約１００
μｍ厚のＬａ系０ｘｉｄｅの平板状空気極を重ね合せた
電池３層膜構造のものを用いた。
尚、その熱膨張係数は約１０ＸＩＦ ’／’Ｃであった
。
。
そして上記単電池構成を積層化するのに使用されるセパ
レータとして、３．０ａｍ厚のインコネル６０１の両面
に１ｍ＋間隔で深さ１−５幅１閣の溝加工を施した従来
型のセパレータ材と、次のようにして製造された本発明
のセパレータＸを用意した。即ち、本発明のセパレータ
Ｘは、前記単電池の熱膨張係数より小さな３６％Ｎｉ鋼
（１）（熱膨張係数１．２×１０− ’／’Ｃとそれよ
り大きなインコネル６０１ （２） （熱膨張係数１５
．０Ｘｌｏへ’／Ｔ：とを第２図に示される様に重ね合
せて熱間圧延（冷間でも可）し、こうして得られたクラ
ツド材（インコネル６０１ （２）の厚は１ 、５ｍｍ
、３６％Ｎｌ鋼（１）の厚みは２ｍｍ）の両面に機械切
削により、第３図に示される様に１調間隔で深さＩＩＩ
ＩＩ＋、輻１ｍｎのガス通路となる溝（１０）（１１，
）加工（これらの溝はその両面で直交する方向に加工さ
れる構成でも良い）を施して製造された。
レータとして、３．０ａｍ厚のインコネル６０１の両面
に１ｍ＋間隔で深さ１−５幅１閣の溝加工を施した従来
型のセパレータ材と、次のようにして製造された本発明
のセパレータＸを用意した。即ち、本発明のセパレータ
Ｘは、前記単電池の熱膨張係数より小さな３６％Ｎｉ鋼
（１）（熱膨張係数１．２×１０− ’／’Ｃとそれよ
り大きなインコネル６０１ （２） （熱膨張係数１５
．０Ｘｌｏへ’／Ｔ：とを第２図に示される様に重ね合
せて熱間圧延（冷間でも可）し、こうして得られたクラ
ツド材（インコネル６０１ （２）の厚は１ 、５ｍｍ
、３６％Ｎｌ鋼（１）の厚みは２ｍｍ）の両面に機械切
削により、第３図に示される様に１調間隔で深さＩＩＩ
ＩＩ＋、輻１ｍｎのガス通路となる溝（１０）（１１，
）加工（これらの溝はその両面で直交する方向に加工さ
れる構成でも良い）を施して製造された。
以上の様にして得られた本発明のセパレータＸと従来の
セパレータ材を上記単電池の積み上げに使用する前に、
夫々の熱膨張係数について調べ、下記表に示す結果を得
た。
セパレータ材を上記単電池の積み上げに使用する前に、
夫々の熱膨張係数について調べ、下記表に示す結果を得
た。
同表に示される様に、本発明のセパレータＸの熱膨張係
数は、単電池（６）のそれと同じ値になっている。
数は、単電池（６）のそれと同じ値になっている。
その後このセパレータＸ及び従来のセパレータ材を夫々
単電池の積み上げに使用し１発電装置を製造した。これ
らの発電装置で発電をしばらく継続した後、分解し、本
発明のセパレータＸと従来型のセパレータ材による電池
３層膜の破損状況を調べた。この時本発明のセパレータ
Ｘが使用された電池３層膜では破損が発見できず、その
結果、従来型のセパレータ材の熱膨張係数が単電池の熱
膨張係数と異なることで生じた上述の問題もこれで解決
されることが明らかとなった。
単電池の積み上げに使用し１発電装置を製造した。これ
らの発電装置で発電をしばらく継続した後、分解し、本
発明のセパレータＸと従来型のセパレータ材による電池
３層膜の破損状況を調べた。この時本発明のセパレータ
Ｘが使用された電池３層膜では破損が発見できず、その
結果、従来型のセパレータ材の熱膨張係数が単電池の熱
膨張係数と異なることで生じた上述の問題もこれで解決
されることが明らかとなった。
以上詳述したように本発明に係る固体電解質型燃料電池
のセパレータによれば、電池３層膜との熱膨張差がほと
んどなくなり、燃料電池使用中に破損の虞もなく、従っ
て稼動中の安全性が確保されることになる。又金属性の
セパレータとして構成されているため、セラミックス製
のものに比べ。
のセパレータによれば、電池３層膜との熱膨張差がほと
んどなくなり、燃料電池使用中に破損の虞もなく、従っ
て稼動中の安全性が確保されることになる。又金属性の
セパレータとして構成されているため、セラミックス製
のものに比べ。
導電率が大きく、加工性に優れ１強度もあるので、大型
化にも対処でき、セパレータとして最適である。
化にも対処でき、セパレータとして最適である。
第１図は本発明の基本構成を示す断面図、第２図は本発
明のセパレータ材を得るために製造されたクラツド材断
面構造を示す断面図、第３図は本発明のセパレータ材の
実施例構成を示す断面図、第４図は燃料電池の発電原理
を説明する説明図、第５図は燃料電池のスタック構造の
一例を示す説明図である。 図中（１）（２）は金属材料、（３）は電解質、（４）
は燃料極、（５）は空気極、（６）は単電池、Ｘはセパ
レータを各示す。 第１区 第２図 第３区 １１１＋１１１ｔｌ油）ＩＩＩＩＩＩＩ（ｆｆｆｉｌｌ
ｌＪＪ第４図 電解質３
明のセパレータ材を得るために製造されたクラツド材断
面構造を示す断面図、第３図は本発明のセパレータ材の
実施例構成を示す断面図、第４図は燃料電池の発電原理
を説明する説明図、第５図は燃料電池のスタック構造の
一例を示す説明図である。 図中（１）（２）は金属材料、（３）は電解質、（４）
は燃料極、（５）は空気極、（６）は単電池、Ｘはセパ
レータを各示す。 第１区 第２図 第３区 １１１＋１１１ｔｌ油）ＩＩＩＩＩＩＩ（ｆｆｆｉｌｌ
ｌＪＪ第４図 電解質３
Claims (1)
- 平板状の固体電解質型燃料電池の積層化用セパレータと
して、その熱膨張係数が、電池３層膜のそれより小さな
金属材料と、それより大きい耐食性金属材料とを接合さ
せた複合材料を用いることを特徴とする固体電解質型燃
料電池の積層化用セパレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2315750A JPH04188564A (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | 固体電解質型燃料電池の積層化用セパレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2315750A JPH04188564A (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | 固体電解質型燃料電池の積層化用セパレータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04188564A true JPH04188564A (ja) | 1992-07-07 |
Family
ID=18069097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2315750A Pending JPH04188564A (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | 固体電解質型燃料電池の積層化用セパレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04188564A (ja) |
-
1990
- 1990-11-22 JP JP2315750A patent/JPH04188564A/ja active Pending
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