JPH04280074A - 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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- JPH04280074A JPH04280074A JP3043343A JP4334391A JPH04280074A JP H04280074 A JPH04280074 A JP H04280074A JP 3043343 A JP3043343 A JP 3043343A JP 4334391 A JP4334391 A JP 4334391A JP H04280074 A JPH04280074 A JP H04280074A
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Classifications
-
- 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
- Inert Electrodes (AREA)
- 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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
の構造に関するものである。
の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、第3世代の燃
料電池と言われており、電解質として酸化物固体内の酸
素イオン伝導性を利用している。このため、電解質の損
耗の問題は解消され、かつ1000℃近くの高温で運転
されるため、発電効率も従来型の燃料電池に比べて高い
という利点がある。このような固体電解質型燃料電池の
使用材料には、1000℃という高温で使用するために
制限があり、例えば固体電解質にはY2O3ドープZr
O2(YSZ)、また燃料電極にはNi+ZrO2サー
メット、酸素電極にはペロブスカイト系結晶構造の酸化
物導電性材料が使用されている。
料電池と言われており、電解質として酸化物固体内の酸
素イオン伝導性を利用している。このため、電解質の損
耗の問題は解消され、かつ1000℃近くの高温で運転
されるため、発電効率も従来型の燃料電池に比べて高い
という利点がある。このような固体電解質型燃料電池の
使用材料には、1000℃という高温で使用するために
制限があり、例えば固体電解質にはY2O3ドープZr
O2(YSZ)、また燃料電極にはNi+ZrO2サー
メット、酸素電極にはペロブスカイト系結晶構造の酸化
物導電性材料が使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術による通常の固体電解質型燃料電池では、使用
材料が制限される結果、固体電解質ならびに各電極の線
膨張係数が異なることになり、そのため固体電解質部分
にクラック(ひび割れ)が発生し易いという問題点があ
った。また、一般的に固体電解質はセラミックスである
ため、熱サイクルによってもクラックが発生し易いとい
う問題点もあった。このようなクラックが発生すると、
単位発電セルがショートして危険な状態になる虞れがあ
る。
来の技術による通常の固体電解質型燃料電池では、使用
材料が制限される結果、固体電解質ならびに各電極の線
膨張係数が異なることになり、そのため固体電解質部分
にクラック(ひび割れ)が発生し易いという問題点があ
った。また、一般的に固体電解質はセラミックスである
ため、熱サイクルによってもクラックが発生し易いとい
う問題点もあった。このようなクラックが発生すると、
単位発電セルがショートして危険な状態になる虞れがあ
る。
【0004】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、固体電解質部分にクラ
ックが発生し単位発電セルがショートした場合において
も、単位発電セルおよびそのセルの集合体が安全に動作
する固体電解質型燃料電池を提供することにある。
されたものであり、その目的は、固体電解質部分にクラ
ックが発生し単位発電セルがショートした場合において
も、単位発電セルおよびそのセルの集合体が安全に動作
する固体電解質型燃料電池を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池においては、酸素電
極層,固体電解質層,燃料電極層の3層を形成して成る
発電セルにより構成される固体電解質型燃料電池におい
て、前記燃料電極層上に多孔質Ni合金を積層したこと
を特徴としている。
め、本発明の固体電解質型燃料電池においては、酸素電
極層,固体電解質層,燃料電極層の3層を形成して成る
発電セルにより構成される固体電解質型燃料電池におい
て、前記燃料電極層上に多孔質Ni合金を積層したこと
を特徴としている。
【0006】
【作用】本発明の固体電解質型燃料電池では、発電セル
の固体電解質層にクラックが発生しその発電セルがショ
ートした場合、酸素と燃料ガスの反応により局所的に生
ずる発熱反応で、燃料電極層に積層した多孔質Ni合金
を溶融させて、クラックをふさぐ。もしNi合金が燃料
電極層上から酸素電極層上にクラックを貫通し、電気的
にショートした場合は、この単位発電セルは発電セルと
して動作しないが、通常固体電解質型燃料電池は数段以
上発電セルが積層されたセル集合体で構成されるため、
出力上問題はない。一方、Ni合金がクラックを貫通し
なかった場合は、この単位発電セルは通常通り動作する
。どちらの場合においても発電セルおよびセル集合体が
安全に動作する。
の固体電解質層にクラックが発生しその発電セルがショ
ートした場合、酸素と燃料ガスの反応により局所的に生
ずる発熱反応で、燃料電極層に積層した多孔質Ni合金
を溶融させて、クラックをふさぐ。もしNi合金が燃料
電極層上から酸素電極層上にクラックを貫通し、電気的
にショートした場合は、この単位発電セルは発電セルと
して動作しないが、通常固体電解質型燃料電池は数段以
上発電セルが積層されたセル集合体で構成されるため、
出力上問題はない。一方、Ni合金がクラックを貫通し
なかった場合は、この単位発電セルは通常通り動作する
。どちらの場合においても発電セルおよびセル集合体が
安全に動作する。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
【0008】図1は本発明の実施例における平板型固体
電解質型燃料電池の単位発電セルの構造を示す断面図で
ある。本構造の構成部分として、1は固体電解質、2は
酸素電極、3は燃料電極、4は多孔質Ni合金である。 図中、5は固体電解質1の部分に発生したクラックを示
している。酸素電極2と燃料電極3は、固体電解質1の
層を挟んで対向して形成され、さらに燃料電極3の層上
に本実施例の要部である多孔質Ni合金4が積層される
。単位発電セルは、酸素電極2側に空気等の酸素流路が
、燃料電極3側に燃料ガス流路が、それぞれ形成されて
構成される。燃料ガスは、多孔質Ni合金4の孔部を通
して燃料電極3に接触する。
電解質型燃料電池の単位発電セルの構造を示す断面図で
ある。本構造の構成部分として、1は固体電解質、2は
酸素電極、3は燃料電極、4は多孔質Ni合金である。 図中、5は固体電解質1の部分に発生したクラックを示
している。酸素電極2と燃料電極3は、固体電解質1の
層を挟んで対向して形成され、さらに燃料電極3の層上
に本実施例の要部である多孔質Ni合金4が積層される
。単位発電セルは、酸素電極2側に空気等の酸素流路が
、燃料電極3側に燃料ガス流路が、それぞれ形成されて
構成される。燃料ガスは、多孔質Ni合金4の孔部を通
して燃料電極3に接触する。
【0009】具体的な各層の構成材料として、固体電解
質1にはジルコニア(ZrO2)にイットリア(Y2O
3)を添加した酸化物が、酸素電極2にはストロンチウ
ム(Sr)を添加したランタンマンガナイト(La1−
xSrxMnO3)等のペロブスカイト系結晶構造の酸
化物導電性材料が、燃料電極3にはNi−ZrO2サー
メットが用いられる。多孔質Ni合金4については、後
記において3つの実施例を示す。
質1にはジルコニア(ZrO2)にイットリア(Y2O
3)を添加した酸化物が、酸素電極2にはストロンチウ
ム(Sr)を添加したランタンマンガナイト(La1−
xSrxMnO3)等のペロブスカイト系結晶構造の酸
化物導電性材料が、燃料電極3にはNi−ZrO2サー
メットが用いられる。多孔質Ni合金4については、後
記において3つの実施例を示す。
【0010】それらの実施例のいずれにおいても、固体
電解質1の部分に発生したクラック5を、クラック5近
傍において酸素と燃料ガスの反応で局所的に上昇した温
度により、多孔質Ni合金4の一部が溶融して、ふさぐ
。ここで、もし溶融したNi合金が燃料電極3上から酸
素電極2上にクラック5を貫通し、電気的にショートし
た場合は、この単位発電セルは発電セルとして動作しな
いが、通常の固体電解質型燃料電池は数段以上の単位発
電セルが積層されたセル集合体で構成されるため、出力
上問題はない。一方、Ni合金がクラック5を貫通しな
かった場合は、この単位発電セルは通常通り動作する。 どちらの場合においても、発電セルおよびセル集合体が
安全に動作することができる。
電解質1の部分に発生したクラック5を、クラック5近
傍において酸素と燃料ガスの反応で局所的に上昇した温
度により、多孔質Ni合金4の一部が溶融して、ふさぐ
。ここで、もし溶融したNi合金が燃料電極3上から酸
素電極2上にクラック5を貫通し、電気的にショートし
た場合は、この単位発電セルは発電セルとして動作しな
いが、通常の固体電解質型燃料電池は数段以上の単位発
電セルが積層されたセル集合体で構成されるため、出力
上問題はない。一方、Ni合金がクラック5を貫通しな
かった場合は、この単位発電セルは通常通り動作する。 どちらの場合においても、発電セルおよびセル集合体が
安全に動作することができる。
【0011】まず、多孔質Ni合金4の第1の実施例と
して、Ni−Sb(Ni含有量50mol%以上)系合
金が好ましい。図2にNi−Sb系の状態図を示す。こ
れは、文献(岩瀬、岡本、「2元合金の標準状態図」、
日刊工業新聞社、1953年、p.382)に記されて
いるものである。これによると、Ni含有量が50mo
l%以上の場合、融点は1070〜1452℃の範囲に
ある。代表的な組成として、Ni45wt%(63mo
l%)Sb55wt%(37mol%)を用いることが
できる。この組成の融点は1070℃である。これを用
いた固体電解質型燃料電池を1000℃で動作させたと
ころ、固体電解質1部分にクラック5が入ったとき、ク
ラック5近傍において酸素と燃料ガスの反応により局所
的に温度が上昇したが、その熱で燃料電極3上に積層し
た多孔質Ni45wt%(63mol%)Sb55wt
%(37mol%)合金4が融解してクラック5をふさ
ぎ、単位発電セルは安定に動作した。
して、Ni−Sb(Ni含有量50mol%以上)系合
金が好ましい。図2にNi−Sb系の状態図を示す。こ
れは、文献(岩瀬、岡本、「2元合金の標準状態図」、
日刊工業新聞社、1953年、p.382)に記されて
いるものである。これによると、Ni含有量が50mo
l%以上の場合、融点は1070〜1452℃の範囲に
ある。代表的な組成として、Ni45wt%(63mo
l%)Sb55wt%(37mol%)を用いることが
できる。この組成の融点は1070℃である。これを用
いた固体電解質型燃料電池を1000℃で動作させたと
ころ、固体電解質1部分にクラック5が入ったとき、ク
ラック5近傍において酸素と燃料ガスの反応により局所
的に温度が上昇したが、その熱で燃料電極3上に積層し
た多孔質Ni45wt%(63mol%)Sb55wt
%(37mol%)合金4が融解してクラック5をふさ
ぎ、単位発電セルは安定に動作した。
【0012】次に、多孔質Ni合金4の第2の実施例と
して、Ni−Sn(Ni含有量60mol%以上)系合
金が好ましい。図3にNi−Sn系の状態図を示す。こ
れは、文献(岩瀬、岡本、「2元合金の標準状態図」、
日刊工業新聞社、1953年、p.384)に記されて
いるものである。これによると、Ni含有量が60mo
l%以上の場合、融点は1124〜1455℃の範囲に
ある。代表的な組成として、Ni66.4wt%(80
mol%)Sn33.6wt%(20mol%)を用い
ることができる。この組成の融点は1143℃である。 これを用いた固体電解質型燃料電池を1050℃で動作
させたところ、固体電解質1部分にクラック5が入った
とき、クラック5近傍において酸素と燃料ガスの反応に
より局所的に温度が上昇したが、その熱で燃料電極3上
に積層した多孔質Ni66.4wt%(80mol%)
Si33.6wt%(20mol%)合金4が融解して
クラック5をふさぎ、単位発電セルは安定に動作した。
して、Ni−Sn(Ni含有量60mol%以上)系合
金が好ましい。図3にNi−Sn系の状態図を示す。こ
れは、文献(岩瀬、岡本、「2元合金の標準状態図」、
日刊工業新聞社、1953年、p.384)に記されて
いるものである。これによると、Ni含有量が60mo
l%以上の場合、融点は1124〜1455℃の範囲に
ある。代表的な組成として、Ni66.4wt%(80
mol%)Sn33.6wt%(20mol%)を用い
ることができる。この組成の融点は1143℃である。 これを用いた固体電解質型燃料電池を1050℃で動作
させたところ、固体電解質1部分にクラック5が入った
とき、クラック5近傍において酸素と燃料ガスの反応に
より局所的に温度が上昇したが、その熱で燃料電極3上
に積層した多孔質Ni66.4wt%(80mol%)
Si33.6wt%(20mol%)合金4が融解して
クラック5をふさぎ、単位発電セルは安定に動作した。
【0013】次に、多孔質Ni合金4の第3の実施例と
して、Ni−Si(Ni含有量5mol%以上)系合金
が好ましい。Ni含有量が5mol%より小さい場合は
、線熱膨張係数および導電性の観点から好ましくない。 図4にNi−Si系の状態図を示す。これは、文献(岩
瀬。岡本、「2元合金の標準状態図」、日刊工業新聞社
、1953年、p.383)に記されているものである
。これによると、Ni含有量が5mol%以上の場合、
融点は964〜1450℃の範囲にある。代表的な組成
として、Ni62wt%(44mol%)Si38wt
%(56mol%)を用いることができる。この組成の
融点は964℃である。これを用いた固体電解質型燃料
電池を900℃で動作させたところ、固体電解質1部分
にクラック5が入ったとき、クラック5近傍において酸
素と燃料ガスの反応により局所的に温度が上昇したが、
燃料電極3上に積層した多孔質Ni62wt%(44m
ol%)Si38wt%(56mol%)合金4が融解
しクラック5をふさぎ、単位発電セルは安定に動作した
。
して、Ni−Si(Ni含有量5mol%以上)系合金
が好ましい。Ni含有量が5mol%より小さい場合は
、線熱膨張係数および導電性の観点から好ましくない。 図4にNi−Si系の状態図を示す。これは、文献(岩
瀬。岡本、「2元合金の標準状態図」、日刊工業新聞社
、1953年、p.383)に記されているものである
。これによると、Ni含有量が5mol%以上の場合、
融点は964〜1450℃の範囲にある。代表的な組成
として、Ni62wt%(44mol%)Si38wt
%(56mol%)を用いることができる。この組成の
融点は964℃である。これを用いた固体電解質型燃料
電池を900℃で動作させたところ、固体電解質1部分
にクラック5が入ったとき、クラック5近傍において酸
素と燃料ガスの反応により局所的に温度が上昇したが、
燃料電極3上に積層した多孔質Ni62wt%(44m
ol%)Si38wt%(56mol%)合金4が融解
しクラック5をふさぎ、単位発電セルは安定に動作した
。
【0014】なお、多孔質Ni合金については、上記第
1〜第3の実施例に限定されるものではない。例えば、
Ni−P,Ni−Ti,Ni−Zn,Ni−Zr等が挙
げられる。要は、固体電解質型燃料電池の動作温度より
も高い温度で融解するNi合金であれば良い。また、上
記実施例では、平板型固体電解質燃料電池を示したが、
円筒型固体電解質燃料電池などの他の形態の固体電解質
型燃料電池についても同様な構造にすることができる。 このように本発明は、その主旨に沿って種々に応用され
、種々の実施態様を取り得るものである。
1〜第3の実施例に限定されるものではない。例えば、
Ni−P,Ni−Ti,Ni−Zn,Ni−Zr等が挙
げられる。要は、固体電解質型燃料電池の動作温度より
も高い温度で融解するNi合金であれば良い。また、上
記実施例では、平板型固体電解質燃料電池を示したが、
円筒型固体電解質燃料電池などの他の形態の固体電解質
型燃料電池についても同様な構造にすることができる。 このように本発明は、その主旨に沿って種々に応用され
、種々の実施態様を取り得るものである。
【0015】
【発明の効果】以上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は、固体電解質層の部分にクラッ
クが発生し、発電セルがショートした場合においても、
発電セルならびにセル集合体が安全に動作するという効
果を有している。
固体電解質型燃料電池は、固体電解質層の部分にクラッ
クが発生し、発電セルがショートした場合においても、
発電セルならびにセル集合体が安全に動作するという効
果を有している。
【図1】本発明の実施例の単位発電セルの断面図
【図2
】本発明の第1の実施例を説明するためのNi−Sb合
金の状態図
】本発明の第1の実施例を説明するためのNi−Sb合
金の状態図
【図3】本発明の第2の実施例を説明するためのNi−
Sn合金の状態図
Sn合金の状態図
【図4】本発明の第3の実施例を説明するためのNi−
Si合金の説明図
Si合金の説明図
1…固体電解質、2…酸素電極、3…燃料電極、4…多
孔質Ni合金、5…クラック。
孔質Ni合金、5…クラック。
Claims (1)
- 【請求項1】 酸素電極層,固体電解質層,燃料電極
層の3層を形成して成る発電セルにより構成される固体
電解質型燃料電池において、前記燃料電極層上に多孔質
Ni合金を積層したことを特徴とする固体電解質型燃料
電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3043343A JPH04280074A (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3043343A JPH04280074A (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04280074A true JPH04280074A (ja) | 1992-10-06 |
Family
ID=12661200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3043343A Pending JPH04280074A (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04280074A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001243966A (ja) * | 2000-02-02 | 2001-09-07 | Haldor Topsoe As | 固体酸化物燃料電池 |
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