JPH0541224A - 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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JPH0541224A
JPH0541224A JP3194594A JP19459491A JPH0541224A JP H0541224 A JPH0541224 A JP H0541224A JP 3194594 A JP3194594 A JP 3194594A JP 19459491 A JP19459491 A JP 19459491A JP H0541224 A JPH0541224 A JP H0541224A
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JP
Japan
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holes
manifold
fuel cell
substrate
distribution means
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JP3194594A
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English (en)
Inventor
Kazuo Koseki
和雄 小関
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【目的】割れがなく信頼性に優れる固体電解質型燃料電
池を得る。 【構成】平板型単セルと、反応ガス分配手段と、マニホ
ルドとを有し、平板型単セルは平板状の固体電解質体の
両主面にカソードとアノードの電極を配してなるととも
に所定数の第一の貫通孔を有し、反応ガス分配手段は前
記単セルの両電極に酸化剤ガスと燃料ガスの両反応ガス
を個別に供給するもので、同一数の第二の貫通孔を有し
て前記平板型単セルと交互に積層され、マニホルドは平
板型単セルと反応ガス分配手段が積層されたときに第一
の貫通孔と第二の貫通孔が積層方向に相互に連通して形
成される同一数の第三の貫通孔で燃料ガス用と酸化剤ガ
ス用とからなり、この際各マニホルドは複数個の第三の
貫通孔からなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は固体電解質型燃料電池
の内部マニホルドに係り、機械的強度に優れる固体電解
質型燃料電池のマニホルドの構成に関する。
【0002】
【従来の技術】ジルコニァなど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800〜1000℃と
高温であるため、発電効率が高い上に、貴金属触媒が不
要であり、また、電解質が固体であるため、他の燃料電
池のような電解質マネージメントが不要なため取扱いが
容易であるなどの特徴を有し、第三世代の燃料電池とし
て期待されている。
【0003】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
しやすい。しかもガスシールのためにセラミック接着剤
などで電池全体をかためると熱応力が発生し、電池の実
現が困難であった。しかし、円筒型のセルが考え出さ
れ、熱応力とガスシールの問題を解決し、電池の運転試
験に成功している例もあるが、電池単位体積当たりの発
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。発電密度を高めるには平板型にする必要があ
る。
【0004】図4は従来の平板型の固体電解質型燃料電
池の積層単位を示し、図4(a)は斜視図、図5
(b)、図5(c)は他の積層単位を示す縦断面図であ
る。酸化剤ガスと燃料ガスはそれぞれ酸化剤ガス供給マ
ニホルド2、燃料ガス供給マニホルド1により供給さ
れ、基板6のガス流路7により燃料ガスがアノードに供
給される。アノードは基板6が兼ねる。酸化剤ガスは基
板13のガス流路7Aによりカソード4に供給される。
セパレータ14は燃料ガスと酸化剤ガスを分離する。固
体電解質体5の内部では酸素イオンが流れる。固体電解
質型燃料電池の積層単位が分配する反応ガスの種類は交
互に変わる。固体電解質型燃料電池は1000℃で運転
されるために材料は全てセラミックスで調製される。
【0005】カソード4では(1)式の反応が起こる。 O2 +4e=2O2- … (1) アノードでは(2)式の反応が起こる。 2H2 +2O2-=2H2 O+4e … (2) 全反応が(3)式で示される。 2H2 +O2 =2H2 O … (3)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら固体電解
質型燃料電池は室温と1000℃との間を昇降温する際
に内部に発生する熱歪みのためにしばしば割れが発生す
る。しかもこの割れの多くは複数の内部マニホルドを結
ぶように発生する。これは平板上に大きなマニホルドを
設けたために機械的強度がその方向に弱まったためであ
ると考えられる。この発明は上述の点に鑑みてなされそ
の目的は、マニホルドの構成に改良を加えることにより
割れがなく信頼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。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よれば平板型単セルと、反応ガス分配手段と、マニホル
ドとを有し、平板型単セルは平板状の固体電解質体の両
主面にカソードとアノードの電極を配してなるとともに
所定数の第一の貫通孔を有し、反応ガス分配手段は前記
単セルの両電極に酸化剤ガスと燃料ガスの両反応ガスを
個別に供給するもので、同一数の第二の貫通孔を有して
前記平板型単セルと交互に積層され、マニホルドは平板
型単セルと反応ガス分配手段が積層されたときに第一の
貫通孔と第二の貫通孔が積層方向に相互に連通して形成
される同一数の第三の貫通孔で燃料ガス用と酸化剤ガス
用とからなり、この際各マニホルドは複数個の第三の貫
通孔からなるものであるとすることにより達成される。
【0008】アノードと固体電解質体とカソードで構成
される単セルは自立性の薄板状にあるいは基板上に支持
して膜状に形成することが出来る。自立性の単セルは支
持体となる基板を使用しない。反応ガス分配手段につい
ても同様で自立性で緻密質の薄板状体であるセパレート
板または緻密質のセパレータを一つの主面に支持し他の
主面には案内羽を有する多孔質もしくは緻密質の基板の
いずれかを使用することができる。
【0009】マニホルドは単セルのアノードに燃料ガス
を供給しあるいは反応後の燃料ガスを排出する。また単
セルのカソードに酸化剤ガスを供給しあるいは反応後の
酸化剤ガスを排出する。マニホルドは単セルと反応ガス
分配手段の厚さ方向に形成された貫通孔を重合し連通形
成することができる。反応ガス分配手段の案内羽は反応
ガスを単セルの中央部と周辺部の間に移動させる。
【0010】
【作用】各マニホルドを複数の貫通孔により構成するの
で各貫通孔を細くすることができ貫通孔間の隔壁により
機械的強度を増すことができる。又貫通孔の数が増える
ので貫通孔の対称配置が可能となり全体の機械的強度が
増す。
【0011】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料
電池を示し、図1(a)は斜視図、図1(b)は縦断面
図、図1(c)は他の積層単位を示す縦断面図である。
図5に示された従来の固体電解質型燃料電池とはマニホ
ルドのみが異なる。この実施例では酸化剤ガス供給マニ
ホルド9と燃料ガス供給マニホルド8とはともに7本の
貫通孔からなっている。
【0012】このような固体電解質型燃料電池は次のよ
うにして調製される。ニッケル−ジルコニア(Ni−Z
rO2 )サーメットからなる基板6の上にイットリア
(Y2 3 )で安定化されたジルコニア(ZrO2 )か
らなる固体電解質体5が積層される。固体電解質体5の
上にはランタンマンガナイト(LaMnO3 )からなる
カソード4が積層される。基板6はガス流路7を有し燃
料ガスはこの流路に沿って電池全体に分配される。基板
6はプレス成型後焼成して調製され固体電解質体5とカ
ソード4はともにプラズマ溶射法で積層される。
【0013】平板型単セルの貫通孔は溶射の際に自動的
に形成される。反応ガス分配手段である基板6は成型の
際に所定の貫通孔が形成される。この貫通孔はその一端
が相互に連通して単一の貫通孔となっている。単一の貫
通孔から反応ガスは基板全体に分配される。貫通孔の内
壁はジルコニアの溶射の際にジルコニアによりコーティ
ングされる。
【0014】反応ガス分配手段である基板13がランタ
ンマンガナイトを用いて成型、焼成される。基板13の
上にランタンクロマイトが緻密に溶射される。基板13
は酸化剤ガスを分配する。図4はこの発明の実施例に係
る固体電解質型燃料電池の熱サイクル特性を従来の特性
と対比して示す線図である。本発明の固体電解質型燃料
電池は15回の熱サイクルにおいても劣化しない。これ
に対し従来の電池は3回の熱サイクルで劣化している。
分解して観察すると本発明のセルには割れが認められな
いのに対し従来のセルは燃料ガスマニホルドと酸化剤ガ
スマニホルドを結ぶ大きなクラックが観察された。
【0015】図2はこの発明の異なる実施例に係る固体
電解質型燃料電池を示す平面図である。燃料ガス供給マ
ニホルド10と酸化剤ガス供給マニホルドとが対称性良
く配置されている。対称性が良くなると電池の機械的強
度は一層高まる。図3はこの発明のさらに異なる実施例
に係る固体電解質型燃料電池を示す平面図である。マニ
ホルドを大きく取れるのでマニホルド全体の占める面積
を小さくでき従って電極面積が大きくなる長所がある。
なおマニマホルドの形状は三角、四角、楕円等があり上
記例に限定されるものではない。また上記例は支持膜方
式を例にとって説明したが自立膜方式でも内部マニホル
ド型であれば本発明が適用されることは勿論である。
【0016】
【発明の効果】この発明によれば平板型単セルと、反応
ガス分配手段と、マニホルドとを有し、 平板型単セル
は平板状の固体電解質体の両主面にカソードとアノード
の電極を配してなるとともに所定数の第一の貫通孔を有
し、反応ガス分配手段は前記単セルの両電極に酸化剤ガ
スと燃料ガスの両反応ガスを個別に供給するもので、同
一数の第二の貫通孔を有して前記平板型単セルと交互に
積層され、マニホルドは平板型単セルと反応ガス分配手
段が積層されたときに第一の貫通孔と第二の貫通孔が積
層方向に相互に連通して形成される同一数の第三の貫通
孔で燃料ガス用と酸化剤ガス用とからなり、この際各マ
ニホルドは複数個の第三の貫通孔からなるものであると
するので、各貫通孔を細くすることができ貫通孔間の隔
壁により機械的強度を増すことができる。又貫通孔の数
が増えるので貫通孔の対称配置が可能となり全体の機械
的強度が一層高まる。このようにして信頼性に優れる固
体電解質型燃料電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
を示し、図1(a)は斜視図、図1(b)は縦断面図、
図1(c)は他の積層単位を示す縦断面図
【図2】この発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃
料電池を示す平面図
【図3】この発明のさらに異なる実施例に係る固体電解
質型燃料電池を示す平面図
【図4】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
の熱サイクル特性を従来の特性と対比して示す線図
【図5】従来の平板型の固体電解質型燃料電池の積層単
位を示し、図5(a)は斜視図、図5(b)は縦断面
図、図5(c)は他の積層単位を示す縦断面図
【符号の説明】
1 燃料ガス供給マニホルド 2 酸化剤ガス供給マニホルド 4 カソード 5 固体電解質体 6 基板 7 ガス流路 7A ガス流路 8 燃料ガス供給マニホルド 9 酸化剤ガス供給マニホルド 10 燃料ガス供給マニホルド 11 酸化剤ガス供給マニホルド 12 マニホルド 13 基板 14 セパレータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平板型単セルと、反応ガス分配手段と、マ
    ニホルドとを有し、 平板型単セルは平板状の固体電解質体の両主面にカソー
    ドとアノードの電極を配してなるとともに所定数の第一
    の貫通孔を有し、 反応ガス分配手段は前記単セルの両電極に酸化剤ガスと
    燃料ガスの両反応ガスを個別に供給するもので、同一数
    の第二の貫通孔を有して前記平板型単セルと交互に積層
    され、 マニホルドは平板型単セルと反応ガス分配手段が積層さ
    れたときに第一の貫通孔と第二の貫通孔が積層方向に相
    互に連通して形成される同一数の第三の貫通孔で燃料ガ
    ス用と酸化剤ガス用とからなり、この際各マニホルドは
    複数個の第三の貫通孔からなるものであることを特徴と
    する固体電解質型燃料電池。
  2. 【請求項2】請求項1記載の固体電解質型燃料電池にお
    いて第三の貫通孔は全体として対称に配置されるもので
    あることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  3. 【請求項3】請求項1記載の固体電解質型燃料電池にお
    いて同一のマニホルドを構成する第二の貫通孔はその一
    端において相互に連通して単一の貫通孔となるものであ
    ることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
JP3194594A 1991-08-05 1991-08-05 固体電解質型燃料電池 Pending JPH0541224A (ja)

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