JPH0479163A - 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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JPH0479163A
JPH0479163A JP2194349A JP19434990A JPH0479163A JP H0479163 A JPH0479163 A JP H0479163A JP 2194349 A JP2194349 A JP 2194349A JP 19434990 A JP19434990 A JP 19434990A JP H0479163 A JPH0479163 A JP H0479163A
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JP
Japan
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substrate
polymerized
interconnector
conductive layer
cell
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JP2194349A
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English (en)
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Yasuyuki Harufuji
春藤 泰之
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
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    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1231Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は固体電解質型燃料電池のセル構成に係り、特
に接触抵抗の少ない燃料電池の構成に関する。
〔従来の技術〕
ジルコニア等の酸化物固体電解質を用いる燃料電池は、
その作動温度が800〜1100℃と高温であるため、
発電効率が高い上に触媒が不要であり、また電解質が固
体であるため取扱い容5であるなどの特長を有し、第三
世代の燃料電池として期待されている。
しかしながら、固体電解質型燃料電池は、セラミックス
が主要な構成材料であるために、熱的に破損しやすく、
またガスの適切なシール方法がないため実現が困難であ
った。そのため、燃料電池として特殊な形状である円筒
型のものが考え出され、上記二つの問題を解決し、電池
の運転試験に成功しているが、電池単位体積あたりの発
電密度が低く経済的に有利なものが得られる見通しはま
だない。
発電密度を高めるためには平板型にすることが必要であ
る。平板型の燃料電池には例えば第4図の分解斜視図に
示す構造のものが知られている。
この型の燃料電池においては単セル21(固体電解質板
21^と電極21B、 2ICとからなる)とセパレー
ト板22(インタコネクタ層22A と基板22B、2
2Cからなる)とが交互に積層され、セパレート板の立
体的に直角交差した溝にはそれぞれ異なった反応ガスが
流される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上述の従来の燃料電池においては、燃料電
池の電極とセパレート板との接触部において、接触面の
粗度、平坦性、熱変形などに起因して接触抵抗が大きく
、抵抗損失が大きくなってセル性能を低下させていた。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は、電池
構成部材間の接触抵抗を小さくすることにより、抵抗損
失が少なく特性に優れる固体電解質型燃料電池を提供す
ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的はこの発明によれば、単セル20.第1の基
板4.インタコネクタ6の積層された第2の基板5であ
る電池構成部材と、導電層9A、9Bとを有し、 単セルはアノード、固体電解質体、カソードが積層され
たものであり、 第1の基板は反応ガスを通流させるリブを有する支持体
で単セルのアノードに燃料ガスを供給し、インタコネク
タは緻密質のランタンクロマイト層であり、反応ガスで
ある燃料ガスと酸化剤ガスの混触を防止し、 第2の基板は反応ガスを通流させるリブを有する支持体
で、単セルのカソードに酸化剤ガスを供給し、かつ第1
の基板とインタコネクタを介して重合され、 導電層は重合される電池構成部材間に設けられ、その際
重合する一方の部材は薄層を介して重合されるものであ
るとすることにより達成される。
単セルは第1の基板に一体に積層される場合と、第1の
基板に重合される (重ね合わせる)場合とがある。積
層されるときは単セルは第1の基板の上にプラズマ溶射
、PVD等で直接的に形成されるものであり、接触抵抗
は小さいので導電層は設けられない0重合される場合は
単セルは一体に形成されたあと、第1の基板の上に導電
層を介して重ねられる。第1の基板はインタコネクタを
直接的に形成してインタコネクタを積層した第2の基板
に重合される。この重合は、インタコネクタを介して行
われる。この重合に際して、インタコネクタの厚さが充
分大きいときは、インタコネクタと第1の基板の重合面
を研磨して重ね焼きするので接触抵抗を低減させる導電
層は不要となる。インタコネクタが薄層で研磨できない
ときは、導電層を介して重合される。第2の基板を単セ
ルに重合するときは必ず導電層が設けられる。カソード
は薄層であり、研磨することができないからである。導
電層は白金、金、II等の貴金属で形成される。
〔作用〕
電池構成部材の重合面に形成される導電層は、重合面の
粗度、平坦性の不良を解消して、接触抵抗を低減させる
〔実施例〕
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
第1図は、この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電
池を示す縦切断面図で、固体電解質体3に、アノード1
とカソード2の積層された単セル20とセパレート板1
0とが交互に配置される。このセルに図示していないガ
スマニホルドより燃料ガスと酸化剤ガスとが供給される
。セパレート板10は、第1の基板4.インタコネクタ
6と第2の基板5とを一体化したものである。
このような固体電解質型燃料電池は以下のようにして調
製される。イツトリアで安定化したジルコニアを用い固
体電解質体3が100〜15001m厚に形成される。
固体電解質体3の一つの主面にニッケルージルコニア(
’Ni−Zr0寡)サーメットが100μ厚に溶射され
多孔質のアノード1が形成される。
固体電解質体3の他の主面にはランタンマンガナイト(
LaMnOs)がスパッタリングされ50〜100 s
rs厚の多孔質なカソード2が形成される。セパレート
板10は、まずランタンマンガナイト(LaMnOs)
の第2の基板5の溝付仮に、インタコネクタ6としての
ランタンクロマイト(LaCrOx)を溶射して形成す
る。さらにニッケルージルコニア(Ni−ZrOt)サ
ーメットの第1の基板4の溝付板を形成し重合面を共に
研磨したのち重合面を焼付けて作られる。ランタンクロ
マイトは電子電導性があり、酸化雰囲気においても酸化
されず安定である。さらに、ランタンクロマイトはイツ
トリアで安定化したジルコニアに近似した熱膨張率を示
す。
銀ペーストが第2の基板5と第1の基板4とのリブの上
面に塗布されて、導電層9A、9Bが形成される。
カソード2に到達した酸素ガスは還元され酸素イオンと
なって固体電解質体3の中を拡散する。
アノード1の表面で酸素イオンは酸化されると共に水素
ガスと反応して水蒸気となる。このとき水素ガスと酸素
ガスから水蒸気を生成する反応の自由エネルギ変化が電
気エネルギに変換され、アノード1に負電圧、カソード
2に正電圧が発生する。
単セルの正負の電圧はセパレート板10によって直列に
接続される0反応を終了した燃料ガスと酸化剤ガスとは
図示していない燃料ガス排出孔と酸化剤ガス排出孔とに
よって排出される。
第3図は、この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電
池の特性(特性線31)を従来の電池特性(特性線32
)と対比して示す線図である。銀の導電層を形成した電
池は、従来の電池に比べ、抵抗損失が少なくなり良い性
能を示している。
第2図はこの発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃
料電池の縦切断面図で、アノード11と固体電解質体1
3とカソード12の単セル20が形成された溝付多孔質
基体である第1の基板14とインタコネクタ16を形成
した溝付多孔質基体である第2の基板15とが、交互に
重合されて燃料電池が構成される。
このような電池は次のようにして調製される。
厚さ2fiの第1の基板14がNi−Zr0.サーメッ
トを用いて形成される。第1の基板14の平坦な主面に
Ni−Zr01サーメツトをプラズマ溶射し、厚さ10
0μの多孔質アノード11が形成される。アノード11
の上にイツトリア安定化ジルコニアをプラズマ溶射し、
厚さ30uの緻密質な固体電解質体13が形成される。
続いてランタンストロンチウムマンガナイトLa (S
r)MnOsをプラズマ溶射し、厚さ80nの多孔質な
カソード12が形成される。一方、厚さ2mのリブ付の
第2の基板15がLa (Sr)Mn03を用いて形成
される。第2の基板15の平坦な主面にランタンクロマ
イトLaCrO3がプラズマ溶射され、厚さ40nの緻
密質なインタコネクタ16が形成される。ランタンクロ
マイトは、電子伝導性があり酸化雰囲気においても酸化
されることがない、さらに、ランタンクロマイトはイツ
トリアで安定化されたジルコニアに近似した熱膨張率を
示す。
次に、アノード11と固体電解質体13とカソード12
の形成された第1の基板14とインタコネクタ16を形
成した第2の基板15とを個別に焼成する。
なおLa(Sr)MnO,を用いた第2の基板15は必
ずしも多孔質である必要はない7r)MnOsは還元性
雰囲気では還元されるので緻密質にしておいた場合にお
いてもLaCr03を用いたインタコネクタ16は必要
である。
銀ペーストが第2の基板15と第1の基板14とのリブ
の上面に塗布されて、導電層19A、 19Bが形成さ
れる。
〔発明の効果〕
この発明によれば、単セル、第1の基板、インタコネク
タの積層された第2の基板である電池構成部材と、導電
層とを有し、 単セルはアノード、固体電解質体3カソードが積層され
たものであり、 第1の基板は反応ガスを通流させるリブを有する支持体
で単セルのアノードに燃料ガスを供給し、インタコネク
タは緻密質のランタンクロマイト層であり、反応ガスで
ある燃料ガスと酸化剤ガスの混触を防止し、 第2の基板は反応ガスを通流させるリブを有する支持体
で、単セルのカソードに酸化剤ガスを供給し、かつ第1
の基板とインタコネクタを介して重合され、 導電層は重合される電池構成部材間に設けられ、その際
重合する一方の部材は薄層を介して重合されるものであ
るので導電層により、重合された電池構成部材間の接触
抵抗が減少し、その結果電池の抵抗損失の少ない特性に
優れる固体電解質型燃料電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の実施例に係る燃料電池を示す縦切
断面図、第2図は、この発明の異なる実施例に係る燃料
電池を示す縦切断面図、第3図は、この発明の実施例に
係る固体電解質型燃料電池の特性 (特性線31)を従
来の電池特性(特性線32)と対比して示す線図である
。第4図は、従来の燃料電池を示す分解斜視図である。 1ニアノード、2:カソード、3:固体電解質体、4,
14:第1の基板、S、tS:第2の基板、6.16:
インタコネクタ、7:燃料ガス室、8:酸化剤ガス室、
9A、9B、19A、198  :導電層、10:セパ
レート板、11ニアノード、12:カソード、13:固
体電解質体、17:燃料ガス室、18二酸化剤ガス室、
20:単セル、21:単セル、21A:固体電解質板、
21B、21C:電極、22:セパレート板、22A=
インタコネクタ、22B、22C:基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)単セル、第1の基板、インタコネクタの積層された
    第2の基板である電池構成部材と、導電層とを有し、 単セルはアノード、固体電解質体、カソードが積層され
    たものであり、 第1の基板は反応ガスを通流させるリブを有する支持体
    で単セルのアノードに燃料ガスを供給し、インタコネク
    タは緻密質のランタンクロマイト層であり、反応ガスで
    ある燃料ガスと酸化剤ガスの混触を防止し、 第2の基板は反応ガスを通流させるリブを有する支持体
    で、単セルのカソードに酸化剤ガスを供給し、かつ第1
    の基板とインタコネクタを介して重合され、 導電層は重合される電池構成部材間に設けられ、その際
    重合する一方の部材は薄層を介して重合されるものであ
    ることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
JP2194349A 1990-07-23 1990-07-23 固体電解質型燃料電池 Pending JPH0479163A (ja)

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