JPH05151979A - 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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- JPH05151979A JPH05151979A JP3310739A JP31073991A JPH05151979A JP H05151979 A JPH05151979 A JP H05151979A JP 3310739 A JP3310739 A JP 3310739A JP 31073991 A JP31073991 A JP 31073991A JP H05151979 A JPH05151979 A JP H05151979A
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- anode
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- H01M8/0241—Composites
- H01M8/0243—Composites in the form of mixtures
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- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極／ガス分離板相互の密着性を向上させ、
その長期にわたる安定性を保持し、安定且つ高性能な平
板型固体電解質燃料電池を提供することを目的とする。 【構成】 固体電解質２を介し、アノード４とカソード
３を対向して配した平板状セルを、アノード側ガス分離
板８とカソード側ガス分離板７とにより、挟持してなる
固体電解質型燃料電池１において、前記アノード側ガス
分離板８とアノード４との間にアノード側接合部材６
を、更に、前記カソード側ガス分離板７とカソード３と
の間にカソード側接合部材５を設けたことを特徴とす
る。また、前記アノード側接合部材６が、アノード４の
形成成分と、アノード側ガス分離板８の形成成分との混
合成分から形成されると共に、前記カソード側接合部材
５が、カソード３の形成成分と、カソード側ガス分離板
７の形成成分との混合成分とから形成されていることを
特徴としている。
その長期にわたる安定性を保持し、安定且つ高性能な平
板型固体電解質燃料電池を提供することを目的とする。 【構成】 固体電解質２を介し、アノード４とカソード
３を対向して配した平板状セルを、アノード側ガス分離
板８とカソード側ガス分離板７とにより、挟持してなる
固体電解質型燃料電池１において、前記アノード側ガス
分離板８とアノード４との間にアノード側接合部材６
を、更に、前記カソード側ガス分離板７とカソード３と
の間にカソード側接合部材５を設けたことを特徴とす
る。また、前記アノード側接合部材６が、アノード４の
形成成分と、アノード側ガス分離板８の形成成分との混
合成分から形成されると共に、前記カソード側接合部材
５が、カソード３の形成成分と、カソード側ガス分離板
７の形成成分との混合成分とから形成されていることを
特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
に関し、特に平板型構造をなす固体電解質型燃料電池の
改良に関する。
に関し、特に平板型構造をなす固体電解質型燃料電池の
改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、供給されるガスの化学エネ
ルギーを直接電気エネルギーに変換するものであり、高
い発電効率が得られるものとして期待されている。ま
た、リン酸型、溶融炭酸塩型に続く第三世代の燃料電池
として、固体電解質型の燃料電池（以下、ＳＯＦＣとい
う）が、注目されている。このＳＯＦＣにおいては、電
解質として酸化物固溶体（主としてＹ2 Ｏ3 で安定化さ
れたＺｒＯ2 からなる）が用いられており、その含有さ
れる酸素のイオン伝導性を利用して発電が行われるた
め、電解質損失の問題は完全に解消される。また、作動
温度が約１０００℃という高温度であるため、従来の燃
料電池に比べ、一段と高い発電効率を得ることが可能で
ある。
ルギーを直接電気エネルギーに変換するものであり、高
い発電効率が得られるものとして期待されている。ま
た、リン酸型、溶融炭酸塩型に続く第三世代の燃料電池
として、固体電解質型の燃料電池（以下、ＳＯＦＣとい
う）が、注目されている。このＳＯＦＣにおいては、電
解質として酸化物固溶体（主としてＹ2 Ｏ3 で安定化さ
れたＺｒＯ2 からなる）が用いられており、その含有さ
れる酸素のイオン伝導性を利用して発電が行われるた
め、電解質損失の問題は完全に解消される。また、作動
温度が約１０００℃という高温度であるため、従来の燃
料電池に比べ、一段と高い発電効率を得ることが可能で
ある。
【０００３】一方、ＳＯＦＣの形状としては円筒型と平
板型の２種類があって、それらは夫々次のような特徴を
もつ。即ち、円筒型のものはガスシール性に優れている
が、その電極の形成にはプラズマ溶射法やＥＶＤ法など
の特殊な技術を必要とする。また、その構成上、単セル
の大型化が困難であり、体積当たりの出力密度が小さい
という欠点がある。これに対し、平板型のものは簡単な
塗布法によって電極の形成が可能であり、量産に適して
いる。また、多数のセルを積層してスタック構造となす
ことにより、体積当たりの出力密度を大きくすることが
でき、実用性の高い電池として注目されている。
板型の２種類があって、それらは夫々次のような特徴を
もつ。即ち、円筒型のものはガスシール性に優れている
が、その電極の形成にはプラズマ溶射法やＥＶＤ法など
の特殊な技術を必要とする。また、その構成上、単セル
の大型化が困難であり、体積当たりの出力密度が小さい
という欠点がある。これに対し、平板型のものは簡単な
塗布法によって電極の形成が可能であり、量産に適して
いる。また、多数のセルを積層してスタック構造となす
ことにより、体積当たりの出力密度を大きくすることが
でき、実用性の高い電池として注目されている。
【０００４】図４は、平板型ＳＯＦＣを構成する従来の
スタック構造を示す側面断面図である。図面からも明ら
かなように、このスタック１１は、固体電解質層１２を
カソード１３及びアノード１４の両電極によって両側か
ら挟持して平板状のセルを形成し、更に、該カソード１
３及びアノード１４の両電極をガス分離板（以下セパレ
ータという）１５、１６が両外側から挟持するように積
層された構造となっている。また、該セパレータ１５、
１６については、両電極であるカソード１３、アノード
１４との界面部においてガス供給空間を形成すべく多数
の溝部１７・・・が設けられている。
スタック構造を示す側面断面図である。図面からも明ら
かなように、このスタック１１は、固体電解質層１２を
カソード１３及びアノード１４の両電極によって両側か
ら挟持して平板状のセルを形成し、更に、該カソード１
３及びアノード１４の両電極をガス分離板（以下セパレ
ータという）１５、１６が両外側から挟持するように積
層された構造となっている。また、該セパレータ１５、
１６については、両電極であるカソード１３、アノード
１４との界面部においてガス供給空間を形成すべく多数
の溝部１７・・・が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造のスタック１１においては、その構成材料が全
て固体であることから、〔電極／固体電解質〕界面にお
ける相互の密着性には本来的に問題がある。そのため、
界面での反応抵抗性を増大させるおそれは大きい。ま
た、スタック１１の構成材料の各々については、当然に
固有の熱膨張率をもっており、加えて高温度条件下（約
１０００℃）に化学反応が進められることから、各構成
材料間においてはどうしても熱歪みが発生してしまう。
即ち、積層された各構成材料の面内或いは積層方向にお
いて温度差を生じることから、面剥離現象を引き起こす
ことにもなりかねない。
うな構造のスタック１１においては、その構成材料が全
て固体であることから、〔電極／固体電解質〕界面にお
ける相互の密着性には本来的に問題がある。そのため、
界面での反応抵抗性を増大させるおそれは大きい。ま
た、スタック１１の構成材料の各々については、当然に
固有の熱膨張率をもっており、加えて高温度条件下（約
１０００℃）に化学反応が進められることから、各構成
材料間においてはどうしても熱歪みが発生してしまう。
即ち、積層された各構成材料の面内或いは積層方向にお
いて温度差を生じることから、面剥離現象を引き起こす
ことにもなりかねない。
【０００６】このような面剥離の問題については、アノ
ード１４をサーメット化することによって熱膨張率差を
緩和させ、電極自体の収縮の防止を図ったり、或いはカ
ソード１３を粉末材料でもって熱処理形成すると共に、
かかる粉末材料の粒子径の調整を行う等の検討がなされ
ており、ある程度の成果は得られている。しかし、〔電
極／セパレータ〕界面において、ガス供給空間を形成す
べく設けた多数の溝部１７の存在は、電極、セパレータ
相互の密着性の長期にわたる安定性を欠き、それらの接
触抵抗を増大させるおそれを大きくしている。ところ
が、この問題に対しては、これといった対策は全くなさ
れていないのが現状である。
ード１４をサーメット化することによって熱膨張率差を
緩和させ、電極自体の収縮の防止を図ったり、或いはカ
ソード１３を粉末材料でもって熱処理形成すると共に、
かかる粉末材料の粒子径の調整を行う等の検討がなされ
ており、ある程度の成果は得られている。しかし、〔電
極／セパレータ〕界面において、ガス供給空間を形成す
べく設けた多数の溝部１７の存在は、電極、セパレータ
相互の密着性の長期にわたる安定性を欠き、それらの接
触抵抗を増大させるおそれを大きくしている。ところ
が、この問題に対しては、これといった対策は全くなさ
れていないのが現状である。
【０００７】本発明は、かかる現状に鑑み、電極／ガス
分離板相互の密着性を向上させ、その長期にわたる安定
性を保持し、安定且つ高性能な平板型固体電解質燃料電
池を提供することを目的とする。
分離板相互の密着性を向上させ、その長期にわたる安定
性を保持し、安定且つ高性能な平板型固体電解質燃料電
池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体電解質を
介し、アノードとカソードを対向して配した平板状セル
を、アノード側ガス分離板とカソード側ガス分離板とに
より、挟持してなる固体電解質型燃料電池において、前
記アノード側ガス分離板とアノードとの間にアノード側
接合部材を、更に、前記カソード側ガス分離板とカソー
ドとの間にカソード側接合部材を設けたことを特徴とし
ている。
介し、アノードとカソードを対向して配した平板状セル
を、アノード側ガス分離板とカソード側ガス分離板とに
より、挟持してなる固体電解質型燃料電池において、前
記アノード側ガス分離板とアノードとの間にアノード側
接合部材を、更に、前記カソード側ガス分離板とカソー
ドとの間にカソード側接合部材を設けたことを特徴とし
ている。
【０００９】また、本発明は、前記アノード側接合部材
が、アノードの形成成分と、アノード側ガス分離板の形
成成分との混合成分から形成されると共に、前記カソー
ド側接合部材が、カソードの形成成分と、カソード側ガ
ス分離板の形成成分との混合成分とから形成されている
ことを特徴としている。
が、アノードの形成成分と、アノード側ガス分離板の形
成成分との混合成分から形成されると共に、前記カソー
ド側接合部材が、カソードの形成成分と、カソード側ガ
ス分離板の形成成分との混合成分とから形成されている
ことを特徴としている。
【００１０】
【作用】上記構成よれば、固体電解質を介して、アノー
ドとカソードが対向して配され、平板状のセルが形成さ
れる。また、かかる平板状のセルのアノード側において
は、アノード側接合部材を介してアノード側ガス分離板
が配され、更に、カソード側においては、カソード側接
合部材を介してカソード側ガス分離板が夫々配され、固
体電解質型燃料電池が形成される。
ドとカソードが対向して配され、平板状のセルが形成さ
れる。また、かかる平板状のセルのアノード側において
は、アノード側接合部材を介してアノード側ガス分離板
が配され、更に、カソード側においては、カソード側接
合部材を介してカソード側ガス分離板が夫々配され、固
体電解質型燃料電池が形成される。
【００１１】また、アノード側接合部材は、アノードを
形成する成分と、アノード側ガス分離板を形成する成分
との混合成分によって形成され、更に、カソード側接合
部材は、カソードを形成する成分と、カソード側ガス分
離板を形成する成分との混合成分によって形成される。
形成する成分と、アノード側ガス分離板を形成する成分
との混合成分によって形成され、更に、カソード側接合
部材は、カソードを形成する成分と、カソード側ガス分
離板を形成する成分との混合成分によって形成される。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って、具体
的に説明する。図１は、本発明にかかる固体電解質型燃
料電池のスタック構造を示す側面断面図である。図面か
らも明らかなように、このスタック１は固体電解質層２
を中心として、その層の上下面にカソード３とアノード
４が、カソード３の上面にカソード側の接合部材である
グリーンテープ５が、アノード４の下面にアノード側の
接合部材であるグリーンテープ６が、また、グリーンテ
ープ５の上面にはセパレータ７が、グリーンテープ６の
下面にはセパレータ８が夫々設けられている。ここで、
セパレータ７、８については、夫々ガス分離機能をもつ
板部材として形成されたものであって、グリーンテープ
５及びグリーンテープ６と接する部分に、ガス供給空間
を形成する多数の溝部９・・・・・、１０・・・・・
（図面では角溝型形状をなすものとして、グリーンテー
プ５及び６に面する部分に夫々６個ずつ設けた例を示
す）が形成されている。
的に説明する。図１は、本発明にかかる固体電解質型燃
料電池のスタック構造を示す側面断面図である。図面か
らも明らかなように、このスタック１は固体電解質層２
を中心として、その層の上下面にカソード３とアノード
４が、カソード３の上面にカソード側の接合部材である
グリーンテープ５が、アノード４の下面にアノード側の
接合部材であるグリーンテープ６が、また、グリーンテ
ープ５の上面にはセパレータ７が、グリーンテープ６の
下面にはセパレータ８が夫々設けられている。ここで、
セパレータ７、８については、夫々ガス分離機能をもつ
板部材として形成されたものであって、グリーンテープ
５及びグリーンテープ６と接する部分に、ガス供給空間
を形成する多数の溝部９・・・・・、１０・・・・・
（図面では角溝型形状をなすものとして、グリーンテー
プ５及び６に面する部分に夫々６個ずつ設けた例を示
す）が形成されている。
【００１３】なお、グリーンテープ５に面する溝部９に
は、空気（その酸素成分が化学反応に利用される）が供
給され、グリーンテープ６に面する溝部１０には、水素
ガス（燃料ガスとなる）が夫々供給されるようになって
いる。 〔第１実施例〕本発明にかかる固体電解質型燃料電池の
一実施例として、燃料電池Ａの製法について説明する。
先ず、上記スタック１を構成する固体電解質層２を形成
するための固体電解質層用グリーンテープ、カソード３
及びカソード側のグリーンテープ５を形成するためのカ
ソード用グリーンテープ、アノード４及びアノード側の
グリーンテープ６を形成するためのアノード用グリーン
テープについて、その作製例を以下に示す。
は、空気（その酸素成分が化学反応に利用される）が供
給され、グリーンテープ６に面する溝部１０には、水素
ガス（燃料ガスとなる）が夫々供給されるようになって
いる。 〔第１実施例〕本発明にかかる固体電解質型燃料電池の
一実施例として、燃料電池Ａの製法について説明する。
先ず、上記スタック１を構成する固体電解質層２を形成
するための固体電解質層用グリーンテープ、カソード３
及びカソード側のグリーンテープ５を形成するためのカ
ソード用グリーンテープ、アノード４及びアノード側の
グリーンテープ６を形成するためのアノード用グリーン
テープについて、その作製例を以下に示す。
【００１４】 固体電解質層用グリーンテープ Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 粉末 １００重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダー） ３０重量部 フタル酸ジオクチル（可塑剤） ２０重量部 エタノール（溶媒） ３００重量部 カソード用グリーンテープ Ｌａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 粉末 １００重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダー） ３０重量部 フタル酸ジオクチル（可塑剤） ２０重量部 エタノール（溶媒） ３００重量部 アノード用グリーンテープ Ｎｉ粉末 ７０重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダー） ２０重量部 フタル酸ジオクチル（可塑剤） １０重量部 エタノール（溶媒） ２００重量部 次に、上記、、で示す配合組成によって配合した
各成分を、夫々ボールミルにて充分に混合してスラリー
状とした。この際、スラリー中の微小な気泡は、減圧下
において攪拌しながら除去した。続いて、かかるスラリ
ーを、通常のテープキャスティング法によってテープ状
に形成し、各々の成分組成、、をもったグリーン
テープとした。
各成分を、夫々ボールミルにて充分に混合してスラリー
状とした。この際、スラリー中の微小な気泡は、減圧下
において攪拌しながら除去した。続いて、かかるスラリ
ーを、通常のテープキャスティング法によってテープ状
に形成し、各々の成分組成、、をもったグリーン
テープとした。
【００１５】更に、これらのグリーンテープをカソード
用グリーンテープ／固体電解質層用グリーンテープ／ア
ノード用グリーンテープの順で積重し、続いて大気中に
て、温度１３００〜１５００℃で１〜１０ｈｒの条件で
もって焼成することにより、カソード３／固体電解質層
２／アノード４の構成からなる１単位のセル（単電池の
こと）Ｃ（Ａ）を形成した。
用グリーンテープ／固体電解質層用グリーンテープ／ア
ノード用グリーンテープの順で積重し、続いて大気中に
て、温度１３００〜１５００℃で１〜１０ｈｒの条件で
もって焼成することにより、カソード３／固体電解質層
２／アノード４の構成からなる１単位のセル（単電池の
こと）Ｃ（Ａ）を形成した。
【００１６】次に、カソード用グリーンテープを上記セ
ルＣ（Ａ）におけるカソード３と接するように、また、
アノード用グリーンテープをセルＣ（Ａ）におけるアノ
ード４に接するように積重した後、更に、かかるカソー
ド用グリーンテープに対してセパレータ７を、アノード
用グリーンテープに対してセパレータ８を積重して１単
位のスタックＳ（Ａ）とした。
ルＣ（Ａ）におけるカソード３と接するように、また、
アノード用グリーンテープをセルＣ（Ａ）におけるアノ
ード４に接するように積重した後、更に、かかるカソー
ド用グリーンテープに対してセパレータ７を、アノード
用グリーンテープに対してセパレータ８を積重して１単
位のスタックＳ（Ａ）とした。
【００１７】続いて、このスタックＳ（Ａ）を５個積層
して５セルスタックとした後、温度５０〜１５０℃、更
に圧力５０〜３００ｋｇ／ｃｍ2 の条件の下で加熱、加
圧して融着させ、成形体である燃料電池Ａとした。な
お、セルＣ（Ａ）のサイズとしては１００ｍｍ×１００
ｍｍ、固体電解質層２の厚みとしては２００μｍ、カソ
ード３及びアノード４の電極の厚みとしては夫々１００
μｍとした。また、セルＣ（Ａ）に対して積重するカソ
ード用グリーンテープ及びアノード用グリーンテープに
ついては、夫々の厚みを５０μｍとした。また、かかる
５セルスタックの締めつけにあたっては、スタックの上
面、下面に、高温で弾力性のある材質（金属、セラミッ
ク、サーメットのいずれかの材質）からなる熱応力吸収
板を当接して行った。この場合、熱応力吸収板の形状に
ついては、コルゲート状、並板状、板状のいずれかとす
る。このような形状とすれば、スタック内における面内
温度分布に伴う部分的な熱応力が容易に且つ柔軟に緩和
され、スタック内のすべての場所に対して同一の締め付
け圧力を付与することが可能となる。従って、固体電解
質層２の割れを防止できると共に、セパレータ７、８と
各電極（カソード３及びアノード４）との均一な接触を
図ることができる。
して５セルスタックとした後、温度５０〜１５０℃、更
に圧力５０〜３００ｋｇ／ｃｍ2 の条件の下で加熱、加
圧して融着させ、成形体である燃料電池Ａとした。な
お、セルＣ（Ａ）のサイズとしては１００ｍｍ×１００
ｍｍ、固体電解質層２の厚みとしては２００μｍ、カソ
ード３及びアノード４の電極の厚みとしては夫々１００
μｍとした。また、セルＣ（Ａ）に対して積重するカソ
ード用グリーンテープ及びアノード用グリーンテープに
ついては、夫々の厚みを５０μｍとした。また、かかる
５セルスタックの締めつけにあたっては、スタックの上
面、下面に、高温で弾力性のある材質（金属、セラミッ
ク、サーメットのいずれかの材質）からなる熱応力吸収
板を当接して行った。この場合、熱応力吸収板の形状に
ついては、コルゲート状、並板状、板状のいずれかとす
る。このような形状とすれば、スタック内における面内
温度分布に伴う部分的な熱応力が容易に且つ柔軟に緩和
され、スタック内のすべての場所に対して同一の締め付
け圧力を付与することが可能となる。従って、固体電解
質層２の割れを防止できると共に、セパレータ７、８と
各電極（カソード３及びアノード４）との均一な接触を
図ることができる。
【００１８】また、上記セパレータ７、８としてはＮｉ
−Ｃｒ系の合金を使用した。その製作については、従来
のように溝部９（或いは溝部１０）を角溝状に設けた板
状のものとして一体成型することができる。しかし、製
作精度や製作コストを考慮した場合、セパレータ７、８
を構成する平坦部と、溝部９、１０を形成するための凸
部とに分けて製作することも可能である。このようにす
れば、切削作業を簡略化できると共に、平面精度の向上
を図ることも可能となる。
−Ｃｒ系の合金を使用した。その製作については、従来
のように溝部９（或いは溝部１０）を角溝状に設けた板
状のものとして一体成型することができる。しかし、製
作精度や製作コストを考慮した場合、セパレータ７、８
を構成する平坦部と、溝部９、１０を形成するための凸
部とに分けて製作することも可能である。このようにす
れば、切削作業を簡略化できると共に、平面精度の向上
を図ることも可能となる。
【００１９】一方、かかる平坦部を緻密構造とすると共
に、凸部を多孔性（多孔度０〜９０％）とした場合にお
いては、供給ガスを電極全面にわたって容易に拡散させ
ることができるようになり、反応特性、更には燃料利用
率の向上を図ることも可能となる。このような場合にお
ける平坦部及び凸部の材質については、ＬａＣｒＯ3 系
等のペロブスカイト型酸化物、Ｎｉ−Ｃｒ系等の耐熱合
金、Ｎｉ−ＺｒＯ2 等のサーメット、或いはＮｉ金属夫
々の単体若しくはこれらの組み合わせが使用される。例
えば、平坦部を、緻密構造をなすＮｉ−Ｃｒ系等の耐熱
合金で形成し、カソード側のセパレータ７における凸部
を耐熱安定性に富むＬａＣｒＯ3 等の導電性酸化物で形
成すると共に、アノード側のセパレータ８における凸部
をＮｉ或いはＮｉ−ＺｒＯ2 サーメット等とするが如し
である。このようにすれば、耐熱合金の高熱伝動率の特
性が生かされて、スタック全体を均熱状態とすることが
可能となると共に、凸部が供給ガスに対して安定な材料
で形成されているため、腐食等の問題も低減されるので
ある。
に、凸部を多孔性（多孔度０〜９０％）とした場合にお
いては、供給ガスを電極全面にわたって容易に拡散させ
ることができるようになり、反応特性、更には燃料利用
率の向上を図ることも可能となる。このような場合にお
ける平坦部及び凸部の材質については、ＬａＣｒＯ3 系
等のペロブスカイト型酸化物、Ｎｉ−Ｃｒ系等の耐熱合
金、Ｎｉ−ＺｒＯ2 等のサーメット、或いはＮｉ金属夫
々の単体若しくはこれらの組み合わせが使用される。例
えば、平坦部を、緻密構造をなすＮｉ−Ｃｒ系等の耐熱
合金で形成し、カソード側のセパレータ７における凸部
を耐熱安定性に富むＬａＣｒＯ3 等の導電性酸化物で形
成すると共に、アノード側のセパレータ８における凸部
をＮｉ或いはＮｉ−ＺｒＯ2 サーメット等とするが如し
である。このようにすれば、耐熱合金の高熱伝動率の特
性が生かされて、スタック全体を均熱状態とすることが
可能となると共に、凸部が供給ガスに対して安定な材料
で形成されているため、腐食等の問題も低減されるので
ある。
【００２０】また、本実施例においては、カソード３と
して単一組成のものを使用したが、電極面をいくつかの
領域に分け、夫々の領域における諸条件に適した材質で
もって形成することも可能である。例えば、電極面内の
温度分布に対応させるべく、低温側の領域については低
温での活性が高い材質を使用し、高温側の領域について
は固体電解質との反応性において安定な材質を使用する
が如くである。こうすることにより、カソード３におけ
る電極面内の作動温度を従来に比べて低くシフトさせる
ことができるようになるし、セルの耐久性を大幅に改善
することが可能となる。 〔第２実施例〕上記第１実施例におけるセルＣ（Ａ）に
対して積重するカソード用グリーンテープ及びアノード
用グリーンテープの各々の組成を以下のように作製した
以外は第１実施例と全く同様な方法でもって燃料電池Ｂ
を形成した。
して単一組成のものを使用したが、電極面をいくつかの
領域に分け、夫々の領域における諸条件に適した材質で
もって形成することも可能である。例えば、電極面内の
温度分布に対応させるべく、低温側の領域については低
温での活性が高い材質を使用し、高温側の領域について
は固体電解質との反応性において安定な材質を使用する
が如くである。こうすることにより、カソード３におけ
る電極面内の作動温度を従来に比べて低くシフトさせる
ことができるようになるし、セルの耐久性を大幅に改善
することが可能となる。 〔第２実施例〕上記第１実施例におけるセルＣ（Ａ）に
対して積重するカソード用グリーンテープ及びアノード
用グリーンテープの各々の組成を以下のように作製した
以外は第１実施例と全く同様な方法でもって燃料電池Ｂ
を形成した。
【００２１】 カソード用グリーンテープ Ｌａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 ／Ｎｉ−Ｃｒ合金粉末＝１／１（重量％） ９０重量部 アノード用グリーンテープ Ｎｉ／Ｎｉ−Ｃｒ合金粉末＝１／１（重量％） ７０重量部 なお、、において配合するバインダー、可塑剤、溶
媒の種類並びにそれらの配合率については、上記第１実
施例の条件と全く同様とした。 〔比較例〕第１実施例におけるセルＣ（Ａ）に対して、
カソード用グリーンテープ及びアノード用グリーンテー
プを積重せずに、セパレータ７、８を直接積重すること
によって１単位のスタックとし、これを５個積重して５
セルスタックとした後、同様な加熱加圧操作を施すこと
により、比較燃料電池Ｃを形成した。 〔実験〕形成した上記燃料電池Ａ、Ｂ、Ｃについて、夫
々１００℃／ｈｒの昇温速度でもって１０００℃迄昇温
した後、カソード３側に空気、アノード４側に水素ガス
を供給して各電池の運転を実施した。図２は単電池（セ
ルのこと）当たりの電圧Ｖと電流密度Ｉ（ｍＡ／ｃ
ｍ2 ）の関係を示すグラフであり、電池の初期特性を示
している。なお、電流密度が３００ｍＡ／ｃｍ2 の時に
おいて、燃料利用率／酸化剤利用率＝３０％／３０％と
なっている。
媒の種類並びにそれらの配合率については、上記第１実
施例の条件と全く同様とした。 〔比較例〕第１実施例におけるセルＣ（Ａ）に対して、
カソード用グリーンテープ及びアノード用グリーンテー
プを積重せずに、セパレータ７、８を直接積重すること
によって１単位のスタックとし、これを５個積重して５
セルスタックとした後、同様な加熱加圧操作を施すこと
により、比較燃料電池Ｃを形成した。 〔実験〕形成した上記燃料電池Ａ、Ｂ、Ｃについて、夫
々１００℃／ｈｒの昇温速度でもって１０００℃迄昇温
した後、カソード３側に空気、アノード４側に水素ガス
を供給して各電池の運転を実施した。図２は単電池（セ
ルのこと）当たりの電圧Ｖと電流密度Ｉ（ｍＡ／ｃ
ｍ2 ）の関係を示すグラフであり、電池の初期特性を示
している。なお、電流密度が３００ｍＡ／ｃｍ2 の時に
おいて、燃料利用率／酸化剤利用率＝３０％／３０％と
なっている。
【００２２】また、図３は電流密度を２００ｍＡ／ｃｍ
2 として定電流放電を行った場合の単電池当たりの電圧
Ｖと時間（ｈｒ）との関係を示すグラフであり、放電特
性即ち、電池の寿命特性を示している。図２及び図３か
らも明らかなように、比較燃料電池Ｃでは初期特性並び
に寿命特性共に本発明にかかる燃料電池Ａ、Ｂに比べて
不良である。なお、電圧Ｖの特性低下の原因について
は、交流インピーダンス法による測定から、接触抵抗が
原因していることが判明している。即ち、比較燃料電池
Ｃにおけるセパレータ７、８と、カソード３及びアノー
ド４との接触状態の不良が原因しているのである。
2 として定電流放電を行った場合の単電池当たりの電圧
Ｖと時間（ｈｒ）との関係を示すグラフであり、放電特
性即ち、電池の寿命特性を示している。図２及び図３か
らも明らかなように、比較燃料電池Ｃでは初期特性並び
に寿命特性共に本発明にかかる燃料電池Ａ、Ｂに比べて
不良である。なお、電圧Ｖの特性低下の原因について
は、交流インピーダンス法による測定から、接触抵抗が
原因していることが判明している。即ち、比較燃料電池
Ｃにおけるセパレータ７、８と、カソード３及びアノー
ド４との接触状態の不良が原因しているのである。
【００２３】また、図３から明らかなように、燃料電池
Ａと燃料電池Ｂとでは、寿命特性において僅かながらも
差が現れている。その差の原因についても、同じく接触
抵抗であることが判明している。即ち、燃料電池Ａで
は、積重したカソード用グリーンテープ及びアノード用
グリーンテープの組成成分が、夫々カソード３及びアノ
ード４と同じ内容成分となっているが、セパレータ７及
び８とはその内容成分を異にしている。このため、セパ
レータ７、８と、カソード３及びアノード４との相互間
における密着状態については、若干の密着不良が生じて
いるものと思われる。
Ａと燃料電池Ｂとでは、寿命特性において僅かながらも
差が現れている。その差の原因についても、同じく接触
抵抗であることが判明している。即ち、燃料電池Ａで
は、積重したカソード用グリーンテープ及びアノード用
グリーンテープの組成成分が、夫々カソード３及びアノ
ード４と同じ内容成分となっているが、セパレータ７及
び８とはその内容成分を異にしている。このため、セパ
レータ７、８と、カソード３及びアノード４との相互間
における密着状態については、若干の密着不良が生じて
いるものと思われる。
【００２４】以上の結果から、積重するカソード用グリ
ーンテープ及びアノード用グリーンテープとしては、第
２実施例で示した燃料電池Ｂのように、各電極と各セパ
レータの組成成分とを混合した内容の組成とすることが
好ましいことが判明した。また、燃料電池Ａ、Ｂにおい
ては、セル運転後の分解解析から、特に、カソード３側
に設けたセパレータ７の酸化腐食が比較燃料電池Ｃに比
べてかなり低減されていることも確認された。
ーンテープ及びアノード用グリーンテープとしては、第
２実施例で示した燃料電池Ｂのように、各電極と各セパ
レータの組成成分とを混合した内容の組成とすることが
好ましいことが判明した。また、燃料電池Ａ、Ｂにおい
ては、セル運転後の分解解析から、特に、カソード３側
に設けたセパレータ７の酸化腐食が比較燃料電池Ｃに比
べてかなり低減されていることも確認された。
【００２５】なお、本実施例においては、セパレータ
７、８としてＮｉ−Ｃｒ系の合金を使用しているが、例
えば、（Ｌａ0.9 Ｃａ0.1 ）（Ｃｒ0.9 Ｃａ0.1 ）Ｏ3
等のセラミックスを使用した場合においても、グリーン
テープの組成を電極とセパレータの混合組成とすること
によって同様の効果を得ることが可能である。また、そ
の混合比率については、１／１（重量％）に限るもので
はなく、使用材料によって適宜決定されるものである。
７、８としてＮｉ−Ｃｒ系の合金を使用しているが、例
えば、（Ｌａ0.9 Ｃａ0.1 ）（Ｃｒ0.9 Ｃａ0.1 ）Ｏ3
等のセラミックスを使用した場合においても、グリーン
テープの組成を電極とセパレータの混合組成とすること
によって同様の効果を得ることが可能である。また、そ
の混合比率については、１／１（重量％）に限るもので
はなく、使用材料によって適宜決定されるものである。
【００２６】
【発明の効果】以上の本発明によれば、平板型の固体電
解質型燃料電池における各電極（固体状態である）とガ
ス分離板（同じく固体状態である）との間には、接合用
部材を介在させており、その働きによって、電極とガス
分離板とは確実に接合される。その結果、電極とガス分
離板との間には接触不良状態が形成されることがない。
従って、固体電解質型燃料電池における、ガス分離板と
電極との間で発生する接触抵抗の問題については完全に
解決することが可能である。
解質型燃料電池における各電極（固体状態である）とガ
ス分離板（同じく固体状態である）との間には、接合用
部材を介在させており、その働きによって、電極とガス
分離板とは確実に接合される。その結果、電極とガス分
離板との間には接触不良状態が形成されることがない。
従って、固体電解質型燃料電池における、ガス分離板と
電極との間で発生する接触抵抗の問題については完全に
解決することが可能である。
【００２７】また、かかる接合用部材を、各電極及びガ
ス分離板の夫々の形成成分を混合した混合成分でもって
形成することにより、各電極とガス分離板との確実な接
合状態を、長期にわたって安定に保持することが可能と
なる。更に、ガス分離板として耐熱合金等を使用した場
合においては、カソード側の接合用部材がガス分離板の
保護部材となるため、カソードに接触するガス分離板を
酸化腐食させてしまうという従来からの不具合現象につ
いては、大きく緩和させることが可能である。
ス分離板の夫々の形成成分を混合した混合成分でもって
形成することにより、各電極とガス分離板との確実な接
合状態を、長期にわたって安定に保持することが可能と
なる。更に、ガス分離板として耐熱合金等を使用した場
合においては、カソード側の接合用部材がガス分離板の
保護部材となるため、カソードに接触するガス分離板を
酸化腐食させてしまうという従来からの不具合現象につ
いては、大きく緩和させることが可能である。
【００２８】このように、本発明によって、従来のもの
とは比較にならない程安定した高性能の固体電解質型燃
料電池を得ることが可能となる。
とは比較にならない程安定した高性能の固体電解質型燃
料電池を得ることが可能となる。
【図１】本発明にかかる固体電解質型燃料電池のスタッ
ク構造を示す側面断面図である。
ク構造を示す側面断面図である。
【図２】単電池当たりの電圧−電流密度の初期特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図３】単電池当たりの放電特性を示すグラフである。
【図４】平板型固体電解質型燃料電池を構成する従来の
スタック構造を示す側面断面図である。
スタック構造を示す側面断面図である。
１ スタック ２ 固体電解質層 ３ カソード ４ アノード ５、６ グリーンテープ ７、８ セパレータ ９、１０ 溝部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 修三 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 固体電解質を介し、アノードとカソード
を対向して配した平板状セルを、アノード側ガス分離板
とカソード側ガス分離板とにより、挟持してなる固体電
解質型燃料電池において、 前記アノード側ガス分離板とアノードとの間にアノード
側接合部材を、更に、前記カソード側ガス分離板とカソ
ードとの間にカソード側接合部材を設けたことを特徴と
する固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 前記アノード側接合部材が、アノードの
形成成分と、アノード側ガス分離板の形成成分との混合
成分から形成されると共に、前記カソード側接合部材
が、カソードの形成成分と、カソード側ガス分離板の形
成成分との混合成分とから形成されていることを特徴と
する請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03310739A JP3113347B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03310739A JP3113347B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05151979A true JPH05151979A (ja) | 1993-06-18 |
| JP3113347B2 JP3113347B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=18008909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03310739A Expired - Fee Related JP3113347B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3113347B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006236989A (ja) * | 2005-01-25 | 2006-09-07 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | 燃料電池用単電池セル |
| JP2008282808A (ja) * | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Hexis Ag | 高温型燃料電池における電気化学的に活性のディスクとインターコネクタとの間の接点を製造する方法と、そのような接点を有する燃料単電池バッテリ |
| JP2009135051A (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Korea Advanced Inst Of Sci Technol | 固体酸化物燃料電池の端電池及び分離板間の結合構造 |
| WO2010126506A1 (en) * | 2009-04-30 | 2010-11-04 | Fdi Energy, Inc. | High-volume-manufacture fuel cell arrangement and method for production thereof |
| KR101020742B1 (ko) * | 2008-11-25 | 2011-03-09 | 한국과학기술원 | 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조방법 |
| JP2015122225A (ja) * | 2013-12-24 | 2015-07-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-11-26 JP JP03310739A patent/JP3113347B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006236989A (ja) * | 2005-01-25 | 2006-09-07 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | 燃料電池用単電池セル |
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| JP2009135051A (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Korea Advanced Inst Of Sci Technol | 固体酸化物燃料電池の端電池及び分離板間の結合構造 |
| KR101020742B1 (ko) * | 2008-11-25 | 2011-03-09 | 한국과학기술원 | 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 제조방법 |
| WO2010126506A1 (en) * | 2009-04-30 | 2010-11-04 | Fdi Energy, Inc. | High-volume-manufacture fuel cell arrangement and method for production thereof |
| JP2012525679A (ja) * | 2009-04-30 | 2012-10-22 | エフディーアイ エナジー インク． | 大量生産による燃料電池の配置およびその製造方法 |
| JP2015122225A (ja) * | 2013-12-24 | 2015-07-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3113347B2 (ja) | 2000-11-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |