JPH05325997A - 固体電解質型燃料電池の積層構造 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の積層構造Info
- Publication number
- JPH05325997A JPH05325997A JP4148112A JP14811292A JPH05325997A JP H05325997 A JPH05325997 A JP H05325997A JP 4148112 A JP4148112 A JP 4148112A JP 14811292 A JP14811292 A JP 14811292A JP H05325997 A JPH05325997 A JP H05325997A
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- JP
- Japan
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- gas
- separator
- unit cell
- groove
- electrode
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 酸化剤ガスおよび燃料ガスをスタック内の各
単電池の空気極および燃料極表面に均等に分散して流通
させ、各単池の反応を極の全面にわたり均一化させるこ
とができる高出力密度の固体電解型燃料電池を提供する
こと。 【構成】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気極を
配置してなる平板状単電池と、隣接する単電池を電気的
に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガスと
を分配するセパレータとを備えた固体電解質型燃料電池
において、前記セパレータの表面にガス通路としての溝
を形成し、該溝の中に周囲に多数の小孔のあるガス供給
管を差し込み、セパレ−タの溝の在る表面と単電池の電
極との間に多数の小孔の有るインタ−コネクタ−を介在
させ、ガスを前記ガス供給管の一端から供給し、該ガス
供給管の小孔から、前記インタ−コネクタの小孔を経て
単電池の電極に作用させるように構成した。
単電池の空気極および燃料極表面に均等に分散して流通
させ、各単池の反応を極の全面にわたり均一化させるこ
とができる高出力密度の固体電解型燃料電池を提供する
こと。 【構成】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気極を
配置してなる平板状単電池と、隣接する単電池を電気的
に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガスと
を分配するセパレータとを備えた固体電解質型燃料電池
において、前記セパレータの表面にガス通路としての溝
を形成し、該溝の中に周囲に多数の小孔のあるガス供給
管を差し込み、セパレ−タの溝の在る表面と単電池の電
極との間に多数の小孔の有るインタ−コネクタ−を介在
させ、ガスを前記ガス供給管の一端から供給し、該ガス
供給管の小孔から、前記インタ−コネクタの小孔を経て
単電池の電極に作用させるように構成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池、
特にセパレータの構造に特徴を有する固体電解質型燃料
電池の積層構造に関する。
特にセパレータの構造に特徴を有する固体電解質型燃料
電池の積層構造に関する。
【０００２】
【従来技術】最近、酸素と水素をそれぞれ、酸化剤およ
び燃料として、燃料が本来持っている化学エネルギーを
直接電気エネルギーに変換する燃料電池が、省資源、環
境保護などの観点から注目されており、特に固体電解質
型燃料電池は、動作温度が８００〜１０００°Ｃと高い
ことから、リン酸型、溶融炭酸塩型の燃料電池に比べて
原理的に発電効率が高く、排熱を有効に利用することが
でき、構成材料がすべて固体であり取扱が容易であるな
どの多くの利点を有するため、研究・開発が進んできて
いる。
び燃料として、燃料が本来持っている化学エネルギーを
直接電気エネルギーに変換する燃料電池が、省資源、環
境保護などの観点から注目されており、特に固体電解質
型燃料電池は、動作温度が８００〜１０００°Ｃと高い
ことから、リン酸型、溶融炭酸塩型の燃料電池に比べて
原理的に発電効率が高く、排熱を有効に利用することが
でき、構成材料がすべて固体であり取扱が容易であるな
どの多くの利点を有するため、研究・開発が進んできて
いる。
【０００３】従来、この種の技術としては図３に示すよ
うな固体電解質型燃料電池がある。この図は分解斜視図
であり、上から単電池１１、セパレータ（またはインタ
ーコネクターと称する）７、単電池１１及びセパレータ
７の順に積層され、最終的に一体的に固定されて固体電
解質型燃料電池の基本構造（以下スタックと略称する）
を構成している。このスタックにおいては、セパレータ
７は単電池１１を交互に隔離し且つ該単電池１１を次々
に電気的に直列に接続する機能を有する。
うな固体電解質型燃料電池がある。この図は分解斜視図
であり、上から単電池１１、セパレータ（またはインタ
ーコネクターと称する）７、単電池１１及びセパレータ
７の順に積層され、最終的に一体的に固定されて固体電
解質型燃料電池の基本構造（以下スタックと略称する）
を構成している。このスタックにおいては、セパレータ
７は単電池１１を交互に隔離し且つ該単電池１１を次々
に電気的に直列に接続する機能を有する。
【０００４】単電池１１は平板状固体電解質層９の表面
に空気極又は酸化剤極８ａ、裏面に燃料極８ｂが配置さ
れており、これらの極８ａ，８ｂのそれぞれに酸化剤ガ
ス例えば空気１２と燃料ガス１３を接触させることによ
り起電力を発生させる。このように極８ａ，８ｂの表面
にガスを均等に流すための流通路としてセパレータ７の
両面には複数列の溝１４が縦方向又は横方向に整然と形
成されている。図面に示すように、セパレ−タ７の両面
に在る空気１２の流れる溝１４と燃料ガス１３の流れる
溝１４は直交している。
に空気極又は酸化剤極８ａ、裏面に燃料極８ｂが配置さ
れており、これらの極８ａ，８ｂのそれぞれに酸化剤ガ
ス例えば空気１２と燃料ガス１３を接触させることによ
り起電力を発生させる。このように極８ａ，８ｂの表面
にガスを均等に流すための流通路としてセパレータ７の
両面には複数列の溝１４が縦方向又は横方向に整然と形
成されている。図面に示すように、セパレ−タ７の両面
に在る空気１２の流れる溝１４と燃料ガス１３の流れる
溝１４は直交している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、セパレー
タ７の表面に等間隔にピッチを小さくして規則正しく同
一幅の溝１４を多数設けその一つ一つの溝にガスを供給
すしているが、実際上ガスは偏流現象を起こして空気極
８ａおよび燃料極８ｂの表面に均等に分散して流れず反
応が不均一となることが多い。それはセパレータへのガ
ス吹き出し孔に近い溝にはたくさんの空気および燃料ガ
スが流れ、吹き出し孔から遠い溝には少量しか流れない
ことが原因である。また、電池の容量を大きくするため
には単電池の面積を広くする必要があり、そうすると上
記偏流現象がますます激しくなる。その結果、反応不均
一のために単電池内部に大きな温度分布を生じ、熱歪が
発生し、ひいては電池の性能および耐久性を低下させて
しまう。また、従来のように溝幅を小さくすると、加工
が困難である。しかし、集電効果を上げるためには止む
を得ずピッチを小さくする必要があった。
タ７の表面に等間隔にピッチを小さくして規則正しく同
一幅の溝１４を多数設けその一つ一つの溝にガスを供給
すしているが、実際上ガスは偏流現象を起こして空気極
８ａおよび燃料極８ｂの表面に均等に分散して流れず反
応が不均一となることが多い。それはセパレータへのガ
ス吹き出し孔に近い溝にはたくさんの空気および燃料ガ
スが流れ、吹き出し孔から遠い溝には少量しか流れない
ことが原因である。また、電池の容量を大きくするため
には単電池の面積を広くする必要があり、そうすると上
記偏流現象がますます激しくなる。その結果、反応不均
一のために単電池内部に大きな温度分布を生じ、熱歪が
発生し、ひいては電池の性能および耐久性を低下させて
しまう。また、従来のように溝幅を小さくすると、加工
が困難である。しかし、集電効果を上げるためには止む
を得ずピッチを小さくする必要があった。
【０００６】図３に示すように燃料ガス１３と酸化剤ガ
ス１２が直交し、セパレ−タの側面全体にそれぞれのガ
スを供給する方法が現在とられているがこの直交式のガ
ス流では温度分布がつき易いので、平行流式が望まれ
る。しかし、従来技術では平行流にするためには、内部
マニホルド方式かまたは多数の溝の一つ一つにガスを供
給する必要があり、いづれも困難である。
ス１２が直交し、セパレ−タの側面全体にそれぞれのガ
スを供給する方法が現在とられているがこの直交式のガ
ス流では温度分布がつき易いので、平行流式が望まれ
る。しかし、従来技術では平行流にするためには、内部
マニホルド方式かまたは多数の溝の一つ一つにガスを供
給する必要があり、いづれも困難である。
【０００７】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、酸化剤ガスおよび燃料ガスをスタック内の各単電池
の空気極および燃料極表面に均等に分散して流通させ、
各単電池の反応を両極の全面にわたり均一化させること
ができる高出力密度の固体電解質型燃料電池を提供する
ことを目的とする。
で、酸化剤ガスおよび燃料ガスをスタック内の各単電池
の空気極および燃料極表面に均等に分散して流通させ、
各単電池の反応を両極の全面にわたり均一化させること
ができる高出力密度の固体電解質型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】上記課題を解決するため
本発明は、固体電解質層を挟むように燃料極と空気極を
配置してなる平板状単電池と、隣接する単電池を電気的
に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガスと
を分配するセパレータとを備えた固体電解質型燃料電池
において、前記セパレータの表面にガス通路としての溝
を形成し、該溝の中に周囲に多数の小孔のあるガス供給
管を差し込み、セパレ−タの溝の在る表面と単電池の電
極との間に多数の小孔のあるインタ−コネクタ−を介在
させ、ガスを前記ガス供給管の一端から供給し、該ガス
供給管の小孔から、前記インタ−コネクタの小孔を経て
単電池の電極に作用させるように構成したことを特徴と
する。
本発明は、固体電解質層を挟むように燃料極と空気極を
配置してなる平板状単電池と、隣接する単電池を電気的
に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガスと
を分配するセパレータとを備えた固体電解質型燃料電池
において、前記セパレータの表面にガス通路としての溝
を形成し、該溝の中に周囲に多数の小孔のあるガス供給
管を差し込み、セパレ−タの溝の在る表面と単電池の電
極との間に多数の小孔のあるインタ−コネクタ−を介在
させ、ガスを前記ガス供給管の一端から供給し、該ガス
供給管の小孔から、前記インタ−コネクタの小孔を経て
単電池の電極に作用させるように構成したことを特徴と
する。
【０００９】
【作用】上記のように、セパレ−タに無数の小孔のある
ガス供給管を差し込み、その小孔からガスを噴出させ、
さらにインタ−コネクタ−の無数の小孔を経てガスを各
単電池の電極面上に噴出させるので、ガスが均等に分布
した状態で電極に作用して、電池の温度分布が均一とな
るので熱歪が発生せず、集電効率も向上する。またガス
を小数のガス供給管にまとめて供給するのでガスシ−ル
がし易くなる。
ガス供給管を差し込み、その小孔からガスを噴出させ、
さらにインタ−コネクタ−の無数の小孔を経てガスを各
単電池の電極面上に噴出させるので、ガスが均等に分布
した状態で電極に作用して、電池の温度分布が均一とな
るので熱歪が発生せず、集電効率も向上する。またガス
を小数のガス供給管にまとめて供給するのでガスシ−ル
がし易くなる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を図面の実施例に基づいて説明
する。
する。
【００１１】図１は本発明による固体電解質型燃料電池
の斜視図、図２は同要部の斜視図である。
の斜視図、図２は同要部の斜視図である。
【００１２】本発明の固体電解質型燃料電池の基本構造
は固体電解質層を挟むようにその両側に燃料極と空気極
を配置した平板状単電池１１を、セパレータ７とインタ
−コネクタ−５を間に置いて積層したものである。該単
電池は電解質層すなわちイットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）焼結体の片面に、空気極として（Ｌａ，Ｓ
ｒ）ＭｎＯ3 を、他面に燃料極としてＮｉ／ＹＳＺサー
メットをスクリーン印刷などによりコーティングし、空
気中で所定の温度で焼成することにより得られる。
は固体電解質層を挟むようにその両側に燃料極と空気極
を配置した平板状単電池１１を、セパレータ７とインタ
−コネクタ−５を間に置いて積層したものである。該単
電池は電解質層すなわちイットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）焼結体の片面に、空気極として（Ｌａ，Ｓ
ｒ）ＭｎＯ3 を、他面に燃料極としてＮｉ／ＹＳＺサー
メットをスクリーン印刷などによりコーティングし、空
気中で所定の温度で焼成することにより得られる。
【００１３】セパレータ７は例えば特開平２−１１１６
３２号に開示されているカルシウムド−プランタンクロ
マイトを加圧成形した後に、空気中で焼成して得られる
平板状焼結体に、ガス分配用の溝１４（図示のものは片
面は平らで片面のみ溝がある）を機械加工により形成す
ることによって得られる。溝１４は従来のものに比較し
て幅が広くなっている。そのため加工が容易となる。
３２号に開示されているカルシウムド−プランタンクロ
マイトを加圧成形した後に、空気中で焼成して得られる
平板状焼結体に、ガス分配用の溝１４（図示のものは片
面は平らで片面のみ溝がある）を機械加工により形成す
ることによって得られる。溝１４は従来のものに比較し
て幅が広くなっている。そのため加工が容易となる。
【００１４】インタ−コネクタ５は燃料ガスに接触する
ものは耐熱性金属またはランタンクロマイトで作り、酸
化剤ガスに接触するものは導電性酸化化合物、例えば、
ランタンクロマイトやランタンマンガナイト等で作り、
全面に小孔６が貫通しており、電極全面を覆っている。
ものは耐熱性金属またはランタンクロマイトで作り、酸
化剤ガスに接触するものは導電性酸化化合物、例えば、
ランタンクロマイトやランタンマンガナイト等で作り、
全面に小孔６が貫通しており、電極全面を覆っている。
【００１５】図１において、上から単電池１１、インタ
−コネクタ５、セパレ−タ７、再びセパレ−タ７、更に
インタ−コネクタ５、単電池１１、インタ−コネクタ
５、セパレ−タ７、再び、セパレ−タ７の順に積層され
ている。２個のセパレ−タ７が溝１４のある面を外側に
して背中合わせに重ねられている。
−コネクタ５、セパレ−タ７、再びセパレ−タ７、更に
インタ−コネクタ５、単電池１１、インタ−コネクタ
５、セパレ−タ７、再び、セパレ−タ７の順に積層され
ている。２個のセパレ−タ７が溝１４のある面を外側に
して背中合わせに重ねられている。
【００１６】単電池１１は固体電解質層９の片側（図１
において上面）に空気極８ａが、反対側（図１において
下面）に燃料極８ｂが配置されている。
において上面）に空気極８ａが、反対側（図１において
下面）に燃料極８ｂが配置されている。
【００１７】セパレ−タ７はその溝１４の中にガス供給
管１が差し込まれている。ガス供給管１はニッケル基合
金等のような耐熱性金属で作られ、中空パイプ状となり
内部はガス通路２が貫通し、外壁に多数の小孔４があけ
られている。この小孔４からガスが噴出する。小孔４の
大きさはガスの上流側で径を小さくし、下流側で大きく
するか、または一定の直径の小孔４を上流側では粗に配
置し、下流側では密に配置することにより、小孔４から
のガスの噴出量をセパレ−タ全面で均一となるようにす
ることが望ましい。ガス供給管４の外部につば３を設け
て、セパレ−タの溝１４の中におけるガス供給管１の位
置決めに便利なようにしてもよい。ガス供給管１は溝１
４の中に密着する必要はない。
管１が差し込まれている。ガス供給管１はニッケル基合
金等のような耐熱性金属で作られ、中空パイプ状となり
内部はガス通路２が貫通し、外壁に多数の小孔４があけ
られている。この小孔４からガスが噴出する。小孔４の
大きさはガスの上流側で径を小さくし、下流側で大きく
するか、または一定の直径の小孔４を上流側では粗に配
置し、下流側では密に配置することにより、小孔４から
のガスの噴出量をセパレ−タ全面で均一となるようにす
ることが望ましい。ガス供給管４の外部につば３を設け
て、セパレ−タの溝１４の中におけるガス供給管１の位
置決めに便利なようにしてもよい。ガス供給管１は溝１
４の中に密着する必要はない。
【００１８】上述のような各構成部材を図１に示す順序
に積層してスタックとする。セパレ−タ７の各溝１４に
ガス供給管１を差し込む。図１および図２では例示的に
ガス供給管１が一部の溝に差し込まれている。このよう
にして本発明の固体電解質型燃料電池の組立てが完了す
る。
に積層してスタックとする。セパレ−タ７の各溝１４に
ガス供給管１を差し込む。図１および図２では例示的に
ガス供給管１が一部の溝に差し込まれている。このよう
にして本発明の固体電解質型燃料電池の組立てが完了す
る。
【００１９】上記固体電解質型燃料電池は次のように作
動する。
動する。
【００２０】燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ外部マニ
ホ−ルド方式でセパレ−タ７の溝１４の中の各ガス供給
管１の端部から供給すると、ガスはガス供給管１の小孔
４からインタ−コネクタ５に入り、その小孔６を通って
単電池１１の空気極と燃料極の表面を流れて電池反応を
生じ、スタックの上下間に起電力が発生される。
ホ−ルド方式でセパレ−タ７の溝１４の中の各ガス供給
管１の端部から供給すると、ガスはガス供給管１の小孔
４からインタ−コネクタ５に入り、その小孔６を通って
単電池１１の空気極と燃料極の表面を流れて電池反応を
生じ、スタックの上下間に起電力が発生される。
【００２１】図示の実施例では、セパレ−タ７の溝１４
の幅を広くし、その中にガス供給管１を差し込むように
したが、従来のようにピッチの小さい幅の狭い溝を使用
したもの（その溝にはガス供給管を挿入できない）と組
合わせ使用してもよい。図示の実施例では、２個のセパ
レ−タ７を背中合わせに組立てて溝１４が外面を向くよ
うにしたが、１個のセパレ−タの両面に溝１４を直交ま
たは並行に刻んでもよい。
の幅を広くし、その中にガス供給管１を差し込むように
したが、従来のようにピッチの小さい幅の狭い溝を使用
したもの（その溝にはガス供給管を挿入できない）と組
合わせ使用してもよい。図示の実施例では、２個のセパ
レ−タ７を背中合わせに組立てて溝１４が外面を向くよ
うにしたが、１個のセパレ−タの両面に溝１４を直交ま
たは並行に刻んでもよい。
【００２２】
【発明の効果】セパレ−タのガス流通路となる溝の幅を
広くしてその中にガス供給管を差し込み、ガスをまとめ
て導入するようにし、ガス供給管の小孔から均等にガス
を噴出させ、更に金属製のインタ−コネクタ−をセパレ
−タと単電池の電極との間に介在させ、該インタ−コネ
クタ−の小孔から単電池の電極の全面にガスを均等に分
布して噴出させるように構成したので、単電池の温度上
昇は均一となり、そのため熱歪が減少する。またスタッ
ク内のガスシ−ルが容易となる。インタ−コネクタ−の
存在によりガスの均一な分配と共に集電効率が良好とな
る。また、内部マニホ−ルド方式よりも簡単な外部マニ
ホ−ルド方式で、燃料ガスと酸化剤ガスを並行に流せる
ようになり、固体電解質型燃料電池のガス供給管方式を
直交式と並行式のどちらでも自由に選べるようになる。
本発明の方式と従来の方式を組合わせて使用することに
より固体電解質型燃料電池の利用度が向上する。
広くしてその中にガス供給管を差し込み、ガスをまとめ
て導入するようにし、ガス供給管の小孔から均等にガス
を噴出させ、更に金属製のインタ−コネクタ−をセパレ
−タと単電池の電極との間に介在させ、該インタ−コネ
クタ−の小孔から単電池の電極の全面にガスを均等に分
布して噴出させるように構成したので、単電池の温度上
昇は均一となり、そのため熱歪が減少する。またスタッ
ク内のガスシ−ルが容易となる。インタ−コネクタ−の
存在によりガスの均一な分配と共に集電効率が良好とな
る。また、内部マニホ−ルド方式よりも簡単な外部マニ
ホ−ルド方式で、燃料ガスと酸化剤ガスを並行に流せる
ようになり、固体電解質型燃料電池のガス供給管方式を
直交式と並行式のどちらでも自由に選べるようになる。
本発明の方式と従来の方式を組合わせて使用することに
より固体電解質型燃料電池の利用度が向上する。
【図１】本発明の固体電解質型燃料電池の分解斜視図で
ある。
ある。
【図２】本発明の固体電解質型燃料電池の要部であるガ
ス供給管を差し込んだセパレ−タの斜視図である。
ス供給管を差し込んだセパレ−タの斜視図である。
【図３】従来の固体電解質型燃料電池の分解斜視図であ
る。
る。
１ ガス供給管 ２ ガス通路 ３ つば ４ 小孔 ５ インタ−コネクタ− ６ 小孔 ７ セパレータ ８ａ 空気極 ８ｂ 燃料極 ９ 固体電解質 １１ 単電池 １２ 空気 １３ 燃料ガス １４ 溝
Claims (1)
- 【請求項１】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気
極を配置してなる平板状単電池と、隣接する単電池を電
気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガ
スとを分配するセパレータとを備えた固体電解質型燃料
電池において、前記セパレータの表面にガス通路として
の溝を形成し、該溝の中に周囲に多数の小孔のあるガス
供給管を差し込み、セパレ−タの溝の在る表面と単電池
の電極との間に多数の小孔のあるインタ−コネクタ−を
介在させ、ガスを前記ガス供給管の一端から供給し、該
ガス供給管の小孔から、前記インタ−コネクタの小孔を
経て単電池の電極に作用させるように構成したことを特
徴とする固体電解質燃料電池の積層構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4148112A JPH05325997A (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 固体電解質型燃料電池の積層構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4148112A JPH05325997A (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 固体電解質型燃料電池の積層構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05325997A true JPH05325997A (ja) | 1993-12-10 |
Family
ID=15445521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4148112A Withdrawn JPH05325997A (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 固体電解質型燃料電池の積層構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05325997A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005276615A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
| JP2009004253A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
-
1992
- 1992-05-14 JP JP4148112A patent/JPH05325997A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005276615A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
| JP2009004253A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
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