JPH05101842A - 固体電解質型燃料電池の集合電池および電解セルの集合セル - Google Patents
固体電解質型燃料電池の集合電池および電解セルの集合セルInfo
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- JPH05101842A JPH05101842A JP3284032A JP28403291A JPH05101842A JP H05101842 A JPH05101842 A JP H05101842A JP 3284032 A JP3284032 A JP 3284032A JP 28403291 A JP28403291 A JP 28403291A JP H05101842 A JPH05101842 A JP H05101842A
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- Japan
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- fuel cell
- cell
- solid oxide
- electrolyte
- oxide fuel
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- 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
Abstract
(57)【要約】
【目的】 出力密度の大きい固体電解質型燃料電池の集
合電池および電解セルの集合セルを提供する。 【構成】 両端が開放端となっており、少なくとも空気
極２と電解質４と燃料極３とを積層してなる管状の固体
電解質型燃料電池１を金属もしくは金属酸化物よりなる
導電スペーサー５を介して複数個接続してなることを特
徴とする。上記固体電解質型燃料電池１に代えて、電解
セルであってもよい。 【効果】 両端が開放されているためガス供給管が不要
となり、固体電解質型燃料電池または電解セルの口径を
細くでき、出力密度の大きな集合電池または集合セルが
得られる。
合電池および電解セルの集合セルを提供する。 【構成】 両端が開放端となっており、少なくとも空気
極２と電解質４と燃料極３とを積層してなる管状の固体
電解質型燃料電池１を金属もしくは金属酸化物よりなる
導電スペーサー５を介して複数個接続してなることを特
徴とする。上記固体電解質型燃料電池１に代えて、電解
セルであってもよい。 【効果】 両端が開放されているためガス供給管が不要
となり、固体電解質型燃料電池または電解セルの口径を
細くでき、出力密度の大きな集合電池または集合セルが
得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
の集合電池と水素製造、有機化合物の製造に用いる高温
電解セルの集合セルに関する。
の集合電池と水素製造、有機化合物の製造に用いる高温
電解セルの集合セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池としては、リン酸
型燃料電池、溶融炭素塩型燃料電池と類似した構造の平
板型、米国のアルゴンヌ国立研究所によって提案された
モノリシック型、日本の電子技術総合研究所によって開
発中の円筒多素子型、米国のウェスティングハウス社に
よって提案された円筒単素子型が知られているが、現在
は高温におけるガスシールの容易さ、スタック構成の容
易さの点でウェスティングハウス社の円筒単素子型が注
目されている。
型燃料電池、溶融炭素塩型燃料電池と類似した構造の平
板型、米国のアルゴンヌ国立研究所によって提案された
モノリシック型、日本の電子技術総合研究所によって開
発中の円筒多素子型、米国のウェスティングハウス社に
よって提案された円筒単素子型が知られているが、現在
は高温におけるガスシールの容易さ、スタック構成の容
易さの点でウェスティングハウス社の円筒単素子型が注
目されている。
【０００３】また、これらの構造とは別にハニカム型の
固体電解質燃料電池も提案されているが、ハニカム内部
に電極を形成する困難さ、ガスのマニホールドの作製の
困難さのために実際に開発は行われてこなかった。
固体電解質燃料電池も提案されているが、ハニカム内部
に電極を形成する困難さ、ガスのマニホールドの作製の
困難さのために実際に開発は行われてこなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これらの各種構造の固
体電解質型燃料電池の出力は簡易的に次式で表すことが
できる。 Ｘ（ｗ／ｍ3 ）＝Ｙ（ｍ2 ／ｍ3 ）×Ｚ（ｗ／ｍ2 ）…（１） Ｚ：固体電解質型電池の出力特性 Ｙ：単位体積当り
の有効電極面積 Ｘ：単位体積当りの電池出力
体電解質型燃料電池の出力は簡易的に次式で表すことが
できる。 Ｘ（ｗ／ｍ3 ）＝Ｙ（ｍ2 ／ｍ3 ）×Ｚ（ｗ／ｍ2 ）…（１） Ｚ：固体電解質型電池の出力特性 Ｙ：単位体積当り
の有効電極面積 Ｘ：単位体積当りの電池出力
【０００５】Ｚは固体電解質型燃料電池の電流−電圧特
性によってきまる特性値であって、電池の内部抵抗、電
池作動条件によって決まる。一般的には電池電圧０．７
Ｖで０．２Ａ／cm2 から０．６Ａ／cm2 程度の電流密度
が得られるため、Ｚは１．４Ｋｗ／ｍ2 から４．２Ｋｗ
／ｍ2 程度となる。Ｙは電池の構造によって左右される
値である。この単位体積あたりの有効電極面積をいかに
大きくするかが高出力固体電解質型燃料電池を開発する
鍵となる。現在の所、この出力密度の点ではウェスティ
ングハウス社のものが１４０Ｋｗ／ｍ3 程度、モノリシ
ック型の場合４０００Ｋｗ／ｍ3 程度になると推定され
ている。このように高出力が期待されているモノリシッ
ク型はその構造の複雑さ、ガスマニホールドの困難さ、
同時焼成技術の困難さ等の問題があり、開発には今後か
なりの期間を必要とすると考えられる。
性によってきまる特性値であって、電池の内部抵抗、電
池作動条件によって決まる。一般的には電池電圧０．７
Ｖで０．２Ａ／cm2 から０．６Ａ／cm2 程度の電流密度
が得られるため、Ｚは１．４Ｋｗ／ｍ2 から４．２Ｋｗ
／ｍ2 程度となる。Ｙは電池の構造によって左右される
値である。この単位体積あたりの有効電極面積をいかに
大きくするかが高出力固体電解質型燃料電池を開発する
鍵となる。現在の所、この出力密度の点ではウェスティ
ングハウス社のものが１４０Ｋｗ／ｍ3 程度、モノリシ
ック型の場合４０００Ｋｗ／ｍ3 程度になると推定され
ている。このように高出力が期待されているモノリシッ
ク型はその構造の複雑さ、ガスマニホールドの困難さ、
同時焼成技術の困難さ等の問題があり、開発には今後か
なりの期間を必要とすると考えられる。
【０００６】このように固体電解質型燃料電池の出力密
度を大きくするためには、（１）式のＺを大きくする
か、Ｙを大きくするかが必要となるが、Ｚの値は１．４
Ｋｗ／ｍ2 から４．２Ｋｗ／ｍ2 の３倍程度にするのが
せいぜいであって、それ以上の向上は極めて困難であ
る。しかしＹの値については、電池構造によって大きく
変化させることが可能である。このＹを大きくするため
には、平板型の固体電解質型燃料電池であれば、単位体
積内になるべく多くの電池をスタックすることが必要と
なり、円筒型の固体電解質型燃料電池であればなるべく
単電池を細口化し、最密充填構造とすることが必要とな
る。
度を大きくするためには、（１）式のＺを大きくする
か、Ｙを大きくするかが必要となるが、Ｚの値は１．４
Ｋｗ／ｍ2 から４．２Ｋｗ／ｍ2 の３倍程度にするのが
せいぜいであって、それ以上の向上は極めて困難であ
る。しかしＹの値については、電池構造によって大きく
変化させることが可能である。このＹを大きくするため
には、平板型の固体電解質型燃料電池であれば、単位体
積内になるべく多くの電池をスタックすることが必要と
なり、円筒型の固体電解質型燃料電池であればなるべく
単電池を細口化し、最密充填構造とすることが必要とな
る。
【０００７】しかしながら、従来、ウェスティングハウ
ス社によって提案されている円筒単素子型の燃料電池で
は、例えば特開昭６０−１４７６８号公報に図示されて
いるように電池構造を単純化するためにクローズエンド
構造の円筒型セルを用いており、このため、管の内側に
ガスを供給するための、ガス供給管を円筒型セル内に設
置しなければならなかった。ガス供給管内および円筒型
セルの内壁とガス供給パイプ間のガス流路におけるガス
の配管抵抗を考慮すると、単電池の細口化には限界があ
った。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであ
って、その目的とするところは、出力密度が大きい固体
電解質型燃料電池の集合電池および電解セルの集合セル
を提供することにある。
ス社によって提案されている円筒単素子型の燃料電池で
は、例えば特開昭６０−１４７６８号公報に図示されて
いるように電池構造を単純化するためにクローズエンド
構造の円筒型セルを用いており、このため、管の内側に
ガスを供給するための、ガス供給管を円筒型セル内に設
置しなければならなかった。ガス供給管内および円筒型
セルの内壁とガス供給パイプ間のガス流路におけるガス
の配管抵抗を考慮すると、単電池の細口化には限界があ
った。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであ
って、その目的とするところは、出力密度が大きい固体
電解質型燃料電池の集合電池および電解セルの集合セル
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】筒型セルの両端を開放端
とし、一方からガスを供給し他方から排出する構造と
し、ガス供給パイプをなくすことによって、ガスの配管
抵抗を増加させることなく、単電池の口径を細口化する
ことができ、出力密度の大きな固体電解質型燃料電池の
集合電池を構成することができる。また、セル間に設け
た導電スペーサーによってガスの通路が確保される。ま
た、本発明によって構成された集合電池は特開平２−１
５３１１４号で本発明者によって提示した発電装置の構
成方法と同様に集合電池同士が外部で直列に接続され高
電圧化できる。（図７参照）なお、固体電解質型燃料電
池とは逆に電力を供給し、水素や有機化合物の製造に用
いられる電解セルも同様な構成にできる。
とし、一方からガスを供給し他方から排出する構造と
し、ガス供給パイプをなくすことによって、ガスの配管
抵抗を増加させることなく、単電池の口径を細口化する
ことができ、出力密度の大きな固体電解質型燃料電池の
集合電池を構成することができる。また、セル間に設け
た導電スペーサーによってガスの通路が確保される。ま
た、本発明によって構成された集合電池は特開平２−１
５３１１４号で本発明者によって提示した発電装置の構
成方法と同様に集合電池同士が外部で直列に接続され高
電圧化できる。（図７参照）なお、固体電解質型燃料電
池とは逆に電力を供給し、水素や有機化合物の製造に用
いられる電解セルも同様な構成にできる。
【０００９】
【作 用】円筒もしくは多角形管形の固体電解質型燃料
電池または電解セルをクローズエンド管から、両端開放
管にすることによって、ガス供給管が不要となるうえ、
ガスの配管抵抗を大きくすることなく固体電解質型燃料
電池または電解セルを細口化できるため出力密度の大き
な、固体電解質型燃料電池または電解セルの集合電池を
得ることができる。
電池または電解セルをクローズエンド管から、両端開放
管にすることによって、ガス供給管が不要となるうえ、
ガスの配管抵抗を大きくすることなく固体電解質型燃料
電池または電解セルを細口化できるため出力密度の大き
な、固体電解質型燃料電池または電解セルの集合電池を
得ることができる。
【００１０】
【実施例】図１，２は本発明に係る六角形管状の固体電
解質型燃料電池１である。図１では管の外側に空気極２
が設けてあり、図２では管の外側が燃料極３となってい
る。なお、図１では一方の端部は燃料極３の露出した部
分と電解質４の露出した部分とで構成され、他方の端部
では電解質４の露出した部分が設けられている。また、
図２でも同様に電解質４と空気極２が端部において露出
されている。また、本実施例では、六角形管状の固体電
解質型燃料電池の場合を示すが、その他の多角形または
円筒形の場合も同様な形で固体電解質型燃料電池を構成
することができる。多角形管状の場合は、六角形または
八角形にすると集合電池の組立が容易となる。
解質型燃料電池１である。図１では管の外側に空気極２
が設けてあり、図２では管の外側が燃料極３となってい
る。なお、図１では一方の端部は燃料極３の露出した部
分と電解質４の露出した部分とで構成され、他方の端部
では電解質４の露出した部分が設けられている。また、
図２でも同様に電解質４と空気極２が端部において露出
されている。また、本実施例では、六角形管状の固体電
解質型燃料電池の場合を示すが、その他の多角形または
円筒形の場合も同様な形で固体電解質型燃料電池を構成
することができる。多角形管状の場合は、六角形または
八角形にすると集合電池の組立が容易となる。
【００１１】図３は、図１の固体電解質型燃料電池１を
導電スペーサー５を介して並列に接続した集合電池６の
外観斜視図である。矢印Ａが燃料ガス、矢印Ｂが空気の
流れる方向である。図２のような固体電解質型燃料電池
１を集合電池とした場合は、図３の矢印Ａは空気で、矢
印Ｂは燃料ガスの流れる方向となる。
導電スペーサー５を介して並列に接続した集合電池６の
外観斜視図である。矢印Ａが燃料ガス、矢印Ｂが空気の
流れる方向である。図２のような固体電解質型燃料電池
１を集合電池とした場合は、図３の矢印Ａは空気で、矢
印Ｂは燃料ガスの流れる方向となる。
【００１２】図４は、図３の導電スペーサー５部の要部
横断面図であって、固体電解質型燃料電池１が多孔質の
導電スペーサー５によって接続されている様子を示す。
また、図５は同じく図３の導電スペーサー５のない部分
の要部横断面図であり、固体電解質型燃料電池１の外周
面に矢印方向にガスが供給されている様子を示す。
横断面図であって、固体電解質型燃料電池１が多孔質の
導電スペーサー５によって接続されている様子を示す。
また、図５は同じく図３の導電スペーサー５のない部分
の要部横断面図であり、固体電解質型燃料電池１の外周
面に矢印方向にガスが供給されている様子を示す。
【００１３】図６は、図３で示した集合電池６を耐熱金
属性モジュールケース７の中に格納した構造図を示す。
ケース７は、３つのガス室７ａ，７ｂ，７ｃに分割さ
れ、それぞれのガス室７ａ，７ｂ，７ｃは、ガスタイト
なシール８によって分離されている。矢印Ａのガスはガ
ス管９からガス室７ａに導入され、固体電解質型燃料電
池１内部を通って、ガス室７ｃに送られ、ガス管１０か
ら排出される。図３の矢印Ｂのガスは、図６の手前のガ
ス管（図示せず）からガス室７ｂへ導入され、固体電解
質型燃料電池１の外部へ供給され、図６の奥のガス管
（図示せず）により排出される。
属性モジュールケース７の中に格納した構造図を示す。
ケース７は、３つのガス室７ａ，７ｂ，７ｃに分割さ
れ、それぞれのガス室７ａ，７ｂ，７ｃは、ガスタイト
なシール８によって分離されている。矢印Ａのガスはガ
ス管９からガス室７ａに導入され、固体電解質型燃料電
池１内部を通って、ガス室７ｃに送られ、ガス管１０か
ら排出される。図３の矢印Ｂのガスは、図６の手前のガ
ス管（図示せず）からガス室７ｂへ導入され、固体電解
質型燃料電池１の外部へ供給され、図６の奥のガス管
（図示せず）により排出される。
【００１４】モジュールケース７は、インコネルなどの
耐熱金属のよって構成され、これと絶縁ガイシ１３を介
して、上部が固体電解質型燃料電池１の内側の極を導電
ブスバー１４で、下部が外側の極を導電ブスバー１５で
それぞれ接続されている。
耐熱金属のよって構成され、これと絶縁ガイシ１３を介
して、上部が固体電解質型燃料電池１の内側の極を導電
ブスバー１４で、下部が外側の極を導電ブスバー１５で
それぞれ接続されている。
【００１５】図７は、図６のモジュールケース７を積み
上げて直列接続し、必要とする電圧を得るための発電装
置の外観斜視図である。図７において、１１は矢印Ｂの
ガスを導入するガス管であり、１２は排出するガス管で
ある。
上げて直列接続し、必要とする電圧を得るための発電装
置の外観斜視図である。図７において、１１は矢印Ｂの
ガスを導入するガス管であり、１２は排出するガス管で
ある。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は管状の固
体電解質型燃料電池を細口化することによって、出力密
度の大きい集合電池を提供することができる。また、固
体電解質型燃料電池に代えて電解セルを用いても同様な
効果を得ることができる。
体電解質型燃料電池を細口化することによって、出力密
度の大きい集合電池を提供することができる。また、固
体電解質型燃料電池に代えて電解セルを用いても同様な
効果を得ることができる。
【図１】本発明に係わる固体電解質型燃料電池の一実施
例を示す外観斜視図である。
例を示す外観斜視図である。
【図２】図１の他の実施例を示す外観斜視図である。
【図３】図１の固体電解質型燃料電池を複数個導電スペ
ーサーで接続した斜視図である。
ーサーで接続した斜視図である。
【図４】図３の導電スペーサー部の要部横断面図であ
る。
る。
【図５】図３の導電スペーサーのない部分の要部横断面
図である。
図である。
【図６】本発明の構造図である。
【図７】本発明の集合電池を接続した発電装置の外観斜
視図である。
視図である。
１ 固体電解質型燃料電池 ２ 空気極 ３ 燃料極 ４ 電解質 ５ 導電スペーサー
Claims (2)
- 【請求項１】 両端が開放端となっており、少なくとも
空気極（２）と電解質（４）と燃料極（３）とを積層し
てなる管状の固体電解質型燃料電池（１）を金属もしく
は金属酸化物よりなる導電スペーサー（５）を介して複
数個接続してなることを特徴とする固体電解質型燃料電
池の集合電池。 - 【請求項２】 請求項１記載の固体電解質型燃料電池
（１）に代えて電解セルであることを特徴とする電解セ
ルの集合セル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3284032A JPH05101842A (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 固体電解質型燃料電池の集合電池および電解セルの集合セル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3284032A JPH05101842A (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 固体電解質型燃料電池の集合電池および電解セルの集合セル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05101842A true JPH05101842A (ja) | 1993-04-23 |
Family
ID=17673423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3284032A Pending JPH05101842A (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 固体電解質型燃料電池の集合電池および電解セルの集合セル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05101842A (ja) |
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1991
- 1991-10-03 JP JP3284032A patent/JPH05101842A/ja active Pending
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