JPH04267071A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池に
関し、特に横型スタック化に関する。
関し、特に横型スタック化に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、他の燃料電池
に比べ、液漏れ、液補充などの問題がなくメンテナンス
フリーであるなどの特徴を有している。また固体電解質
型燃料電池は、電解質の特性に依存して２００℃以下で
作動する低温型タイプと、１０００℃程度で作動する高
温型タイプとがある。高温型の燃料電池は、エネルギー
変換効率が高く、良質の排熱を利用することもできコジ
ェネレーションシステムとして有望なエネルギー変換機
である。更に、無触媒、燃料ガスの多様性があるなど優
れた特徴を持っている。
に比べ、液漏れ、液補充などの問題がなくメンテナンス
フリーであるなどの特徴を有している。また固体電解質
型燃料電池は、電解質の特性に依存して２００℃以下で
作動する低温型タイプと、１０００℃程度で作動する高
温型タイプとがある。高温型の燃料電池は、エネルギー
変換効率が高く、良質の排熱を利用することもできコジ
ェネレーションシステムとして有望なエネルギー変換機
である。更に、無触媒、燃料ガスの多様性があるなど優
れた特徴を持っている。
【０００３】このような燃料電池から大電力を得るため
に、普通単電池を複数個積層してスタックを構成する。 ところが電池本体の作動温度が１０００℃付近であるの
で、電池の電極から、スタック構造材料に至るまで一般
に酸化物（セラミクス）が用いられ、スタック化には制
約が余儀なくされている。現在、これら酸化物の製造な
らびに加工性の観点から、幾つか単電池の形状・構造と
、そのスタック法が考えられている。
に、普通単電池を複数個積層してスタックを構成する。 ところが電池本体の作動温度が１０００℃付近であるの
で、電池の電極から、スタック構造材料に至るまで一般
に酸化物（セラミクス）が用いられ、スタック化には制
約が余儀なくされている。現在、これら酸化物の製造な
らびに加工性の観点から、幾つか単電池の形状・構造と
、そのスタック法が考えられている。
【０００４】単電池本体の形状・構造は、円筒型と、平
板型に大別される。円筒型は更に、円筒一つが単電池の
ものと、円筒の上で複数の単電池によって構成されてい
るものとに分類される。そしてこのような円筒型のタイ
プでは、バンドル形式（ウエスティングハウス社）など
のスタック法が試みられている。また平板型では、Ｚ−
ｔｅｃ社などがセラミック材料で積層を行なっている。 円筒型でも、平板型でもないモノリシック型というタイ
プも提案されており、実際にスタックテストが検討され
ている。
板型に大別される。円筒型は更に、円筒一つが単電池の
ものと、円筒の上で複数の単電池によって構成されてい
るものとに分類される。そしてこのような円筒型のタイ
プでは、バンドル形式（ウエスティングハウス社）など
のスタック法が試みられている。また平板型では、Ｚ−
ｔｅｃ社などがセラミック材料で積層を行なっている。 円筒型でも、平板型でもないモノリシック型というタイ
プも提案されており、実際にスタックテストが検討され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記固体
電解質燃料電池の従来の構造や材料あるいは加工法では
、基本的に酸化物の取扱いが必要であり、性能面や、信
頼性の点で課題が残っている。つまり円筒型の形状のも
のは、性能的に平板型に劣り、高効率な発電を目指すに
は平板型のタイプを開発する必要がある。また、モノリ
シック型のタイプでは、円筒型と同様発電効率の点、製
造性（工程が多様にわたり、製造が複雑）の点で、改善
の余地が残されている。発電効率が最も期待できる平板
型では、単電池として、大面積化を行なうことにより高
出力を取り出すことは可能であるが、スタック化が困難
であった。従来平板型電池を縦型にスタック化するタイ
プが考案されてきたが、このような縦型では下方の単電
池ほど自重を受け易く、電池性能が十分に発揮できなか
ったことが多かった。
電解質燃料電池の従来の構造や材料あるいは加工法では
、基本的に酸化物の取扱いが必要であり、性能面や、信
頼性の点で課題が残っている。つまり円筒型の形状のも
のは、性能的に平板型に劣り、高効率な発電を目指すに
は平板型のタイプを開発する必要がある。また、モノリ
シック型のタイプでは、円筒型と同様発電効率の点、製
造性（工程が多様にわたり、製造が複雑）の点で、改善
の余地が残されている。発電効率が最も期待できる平板
型では、単電池として、大面積化を行なうことにより高
出力を取り出すことは可能であるが、スタック化が困難
であった。従来平板型電池を縦型にスタック化するタイ
プが考案されてきたが、このような縦型では下方の単電
池ほど自重を受け易く、電池性能が十分に発揮できなか
ったことが多かった。
【０００６】また縦型ではガス供給あるいは、熱分布的
に上下で差を生じ、その均一化が困難であった。本発明
はこのような課題を解決するもので、大容量で高信頼性
の固体電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
に上下で差を生じ、その均一化が困難であった。本発明
はこのような課題を解決するもので、大容量で高信頼性
の固体電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明の固体電解質型燃料電池は、固体電解質と燃料極
と空気極からなる平板型単電池を垂直にし、横方向にス
タック化して少なくとも２つ以上の単電池から構成され
ているこのスタックをユニット化するものである。さら
にユニット化した燃料電池を鉛直または水平方向に複数
個積み重ねて所望の出力のものとするものである。
本発明の固体電解質型燃料電池は、固体電解質と燃料極
と空気極からなる平板型単電池を垂直にし、横方向にス
タック化して少なくとも２つ以上の単電池から構成され
ているこのスタックをユニット化するものである。さら
にユニット化した燃料電池を鉛直または水平方向に複数
個積み重ねて所望の出力のものとするものである。
【０００８】
【作用】この構成により本発明の固体電解質型燃料電池
は、平板型固体電解質単電池を垂直にし横方向にスタッ
ク化することは、各々単電池に付加される圧力、ならび
に熱を均一化し、またガス分配をバランス供給させるこ
とを可能にし、更にユニット化したものを縦横に並べる
ことにより所望の大容量電力を効率よくかつ安定に発電
させることができ、また信頼性を大幅に上げることを可
能にする。
は、平板型固体電解質単電池を垂直にし横方向にスタッ
ク化することは、各々単電池に付加される圧力、ならび
に熱を均一化し、またガス分配をバランス供給させるこ
とを可能にし、更にユニット化したものを縦横に並べる
ことにより所望の大容量電力を効率よくかつ安定に発電
させることができ、また信頼性を大幅に上げることを可
能にする。
【０００９】
【実施例】以下本発明の一実施例の固体電解質型燃料電
池について図面を基にして説明する。図１において、本
実施例の固体電解質燃料電池ユニットは、平板型単電池
１、と集電体２、バイポーラ板３、ガスシール剤４、マ
ニホールド５とから構成され、燃料ガスとして水素ガス
９９％、水蒸気１％の組成の混合ガスを、酸化剤ガスと
して空気を用い、各々のガスを１０００ｍｌ／ｍｉｎ．
の流量で供給した。マニホールド５は、各々のガスが直
行方向に供給されるように構成した。６，７は燃料ガス
の入口と出口、８，９は酸化剤ガスの入口と出口である
。
池について図面を基にして説明する。図１において、本
実施例の固体電解質燃料電池ユニットは、平板型単電池
１、と集電体２、バイポーラ板３、ガスシール剤４、マ
ニホールド５とから構成され、燃料ガスとして水素ガス
９９％、水蒸気１％の組成の混合ガスを、酸化剤ガスと
して空気を用い、各々のガスを１０００ｍｌ／ｍｉｎ．
の流量で供給した。マニホールド５は、各々のガスが直
行方向に供給されるように構成した。６，７は燃料ガス
の入口と出口、８，９は酸化剤ガスの入口と出口である
。
【００１０】本実施例は、平板型単電池を５セル横方向
にスタック化して１ユニット化した事例である。本実施
例では、固体電解質に混合伝導体である（化１）に示す
化学式の化合物の正方形平板（１００ｃｍ２）を、また
燃料極としてＮｉサーメット、空気極として（化２）に
示す化学式の化合物を電解質に蒸着して単電池を構成し
た。
にスタック化して１ユニット化した事例である。本実施
例では、固体電解質に混合伝導体である（化１）に示す
化学式の化合物の正方形平板（１００ｃｍ２）を、また
燃料極としてＮｉサーメット、空気極として（化２）に
示す化学式の化合物を電解質に蒸着して単電池を構成し
た。
【００１１】
【化１】
【００１２】
【化２】
【００１３】また集電体２としてＳＵＳメッシュを用い
、バイポーラ板３とのガスシール剤４にはガラスを用い
た。バイポーラ板３、およびマニホールド５はＳＵＳ３
０４で作製した。
、バイポーラ板３とのガスシール剤４にはガラスを用い
た。バイポーラ板３、およびマニホールド５はＳＵＳ３
０４で作製した。
【００１４】この単電池を横方向に５セルスタック化し
、温度を８５０℃に保つように電池本体を断熱し、電力
を取り出した。なお起動時の昇温にはプレナー型ヒータ
ーを用い、一旦１０００℃に昇温してガラスシールを溶
融させた後作動温度にもどした。Ｉ−Ｖ特性の結果を、
図２に示す。５０Ａで放電させたとき電圧は１．５Ｖで
あった。また最大出力は、８３Ｗを記録し、単位面積当
たりの電力は０．１６５Ｗ／ｃｍ２であった。この結果
は、８５０℃における単電池試験での性能０．１８Ｗ／
ｃｍ２とほぼ同程度の性能を示しており、横方向にスタ
ック化した電池が、性能よくかつ安定に作動しているこ
とがわかった。また、ガス流れも良好であったことが、
解体試験の結果分かった。またこのユニット化したもの
を鉛直または水平方向に複数個並べて、所望の出力の大
容量電力を効率よくかつ安定に発電させることがでた。
、温度を８５０℃に保つように電池本体を断熱し、電力
を取り出した。なお起動時の昇温にはプレナー型ヒータ
ーを用い、一旦１０００℃に昇温してガラスシールを溶
融させた後作動温度にもどした。Ｉ−Ｖ特性の結果を、
図２に示す。５０Ａで放電させたとき電圧は１．５Ｖで
あった。また最大出力は、８３Ｗを記録し、単位面積当
たりの電力は０．１６５Ｗ／ｃｍ２であった。この結果
は、８５０℃における単電池試験での性能０．１８Ｗ／
ｃｍ２とほぼ同程度の性能を示しており、横方向にスタ
ック化した電池が、性能よくかつ安定に作動しているこ
とがわかった。また、ガス流れも良好であったことが、
解体試験の結果分かった。またこのユニット化したもの
を鉛直または水平方向に複数個並べて、所望の出力の大
容量電力を効率よくかつ安定に発電させることがでた。
【００１５】以上、本実施例では、５セルスタックを１
ユニットとした例について述べているが、スッタク数、
ユニット数あるいは電極面積は規定する限りではないし
、固体電解質、電極の材料もどんなものでもよい。また
、本実施例では、図１に示すバイポーラ板３を用いてい
るが、板の形状、ガス拡散溝のデザイン、材質は、本実
施例で規定するところではない。もちろん、集電体２、
マニホールド５、ガスシール剤４などの材質や形状は、
どのようなものであってもよい。また本実施例では、外
部マニホールドを用いておのおののガスが互いに直行方
向に供給される事例を示しているが、ガス供給の仕方や
、流れの方向などどのような方式であってもよいし、も
ちろん内部マニホールド型でもよい。
ユニットとした例について述べているが、スッタク数、
ユニット数あるいは電極面積は規定する限りではないし
、固体電解質、電極の材料もどんなものでもよい。また
、本実施例では、図１に示すバイポーラ板３を用いてい
るが、板の形状、ガス拡散溝のデザイン、材質は、本実
施例で規定するところではない。もちろん、集電体２、
マニホールド５、ガスシール剤４などの材質や形状は、
どのようなものであってもよい。また本実施例では、外
部マニホールドを用いておのおののガスが互いに直行方
向に供給される事例を示しているが、ガス供給の仕方や
、流れの方向などどのような方式であってもよいし、も
ちろん内部マニホールド型でもよい。
【００１６】なお、本実施例では電池の作製に、蒸着法
を用いているが、電池の作製法はどのような手法を用い
てもよいし、電池の起動、あるいは作動法において、実
施例では１０００℃まで昇温の後８５０℃で電池作動の
方式をとっているが、起動法、作動温度は、どのような
方式を採ってもよい。
を用いているが、電池の作製法はどのような手法を用い
てもよいし、電池の起動、あるいは作動法において、実
施例では１０００℃まで昇温の後８５０℃で電池作動の
方式をとっているが、起動法、作動温度は、どのような
方式を採ってもよい。
【００１７】なお、上記実施例では、電解質の形状を正
方形の例を示したが、多角形、円盤形でももちろん良い
。
方形の例を示したが、多角形、円盤形でももちろん良い
。
【００１８】
【発明の効果】以上の実施例の説明で明らかなように、
本発明の固体電解質型燃料電池によれば、固体電解質と
燃料極と空気極からなる平板型単電池を垂直にし、横方
向にスタック化して少なくとも２つ以上の単電池から構
成されているスタックをユニット化することにより、そ
れぞれ単電池にスタック圧、ガス分配、および熱分散を
均一に行なうことができる。さらにユニット化した燃料
電池を鉛直または水平方向に複数個並べて構成すること
により、所望の出力の大容量電力を効率よくかつ安定に
発電させ、また信頼性を大幅に上げることができる。
本発明の固体電解質型燃料電池によれば、固体電解質と
燃料極と空気極からなる平板型単電池を垂直にし、横方
向にスタック化して少なくとも２つ以上の単電池から構
成されているスタックをユニット化することにより、そ
れぞれ単電池にスタック圧、ガス分配、および熱分散を
均一に行なうことができる。さらにユニット化した燃料
電池を鉛直または水平方向に複数個並べて構成すること
により、所望の出力の大容量電力を効率よくかつ安定に
発電させ、また信頼性を大幅に上げることができる。
【図１】本発明の一実施例の固体電解質型燃料電池の横
方向にスタック化した燃料電池の１ユニットの構成の概
念を示す縦断面図
方向にスタック化した燃料電池の１ユニットの構成の概
念を示す縦断面図
【図２】同固体電解質型燃料電池放電特性を示すグラフ
１ 単電池
２ 集電体
３ バイポーラ板
４ ガスシール剤
５ マニホールド
Claims (4)
- 【請求項１】一対のガス拡散電極間に、固体電解質を配
置し、各々の電極に燃料ガス、酸化剤ガスを供給して、
電力を取り出す燃料電池において、前記固体電解質と燃
料極と空気極から構成する平板型単電池を鉛直にして面
方向に重ね合わせ、少なくとも２つ以上の単電池から構
成してユニット化する固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】一対のガス拡散電極間に、固体電解質を配
置し、各々の電極に燃料ガス、酸化剤ガスを供給して、
電力を取り出す燃料電池において、前記固体電解質と燃
料極と空気極から構成する平板型単電池を鉛直にして両
方向に重ね合わせ、少なくとも２つ以上の単電池から構
成してユニット化した燃料電池を、鉛直または水平方向
に並べて構成する固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】平板型単電池が正方形である請求項１また
は２記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項４】ユニット化した燃料電池のガス供給、排出
口が２方向のみである請求項１または２記載の固体電解
質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3028560A JPH04267071A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3028560A JPH04267071A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04267071A true JPH04267071A (ja) | 1992-09-22 |
Family
ID=12252031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3028560A Pending JPH04267071A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04267071A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996008052A1 (de) * | 1994-09-03 | 1996-03-14 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Feststoffelektrolyt-hochtemperatur-brennstoffzellenanordnung |
| JP2009000679A (ja) * | 2007-06-05 | 2009-01-08 | Air Products & Chemicals Inc | 段式膜酸化反応装置システム |
-
1991
- 1991-02-22 JP JP3028560A patent/JPH04267071A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996008052A1 (de) * | 1994-09-03 | 1996-03-14 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Feststoffelektrolyt-hochtemperatur-brennstoffzellenanordnung |
| JP2009000679A (ja) * | 2007-06-05 | 2009-01-08 | Air Products & Chemicals Inc | 段式膜酸化反応装置システム |
| US8419827B2 (en) | 2007-06-05 | 2013-04-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Staged membrane oxidation reactor system |
| US8728202B2 (en) | 2007-06-05 | 2014-05-20 | Air Products And Chemicals, Inc. | Staged membrane oxidation reactor system |
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