JPH0547391A - 中空状固体電解質燃料電池 - Google Patents
中空状固体電解質燃料電池Info
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- JPH0547391A JPH0547391A JP3200331A JP20033191A JPH0547391A JP H0547391 A JPH0547391 A JP H0547391A JP 3200331 A JP3200331 A JP 3200331A JP 20033191 A JP20033191 A JP 20033191A JP H0547391 A JPH0547391 A JP H0547391A
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- fuel
- cell
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1231—Fuel 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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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 平板型の固体電解質型燃料電池が内在してい
る、多層積層が難しく大形化が望めない等の問題点や、
中空状の空気極板を基体とした固体電解質型燃料電池に
おける、中空状の空気極板の製造の困難さという問題点
を解決する。 【構成】 片面に平行して溝を有するインタコネクタ３
０に、片面に固体電解質３１を配置しその上部に燃料電
極３２を形成した酸化剤極３３の薄板を固定して中空状
の極板構造を持つ発電セル３９を作製する。これによ
り、極板全体をインタコネクタ３０が支持し、発電セル
３９の強度を高めるとともに、中空状の極板の作製を容
易にする。このような強度を高めた発電セル３９をイン
タコネクタ３０を介して接続し、おのおの独立して固定
し積層できるようにすることにより、多層積層を容易に
し、大形化を可能にする。
る、多層積層が難しく大形化が望めない等の問題点や、
中空状の空気極板を基体とした固体電解質型燃料電池に
おける、中空状の空気極板の製造の困難さという問題点
を解決する。 【構成】 片面に平行して溝を有するインタコネクタ３
０に、片面に固体電解質３１を配置しその上部に燃料電
極３２を形成した酸化剤極３３の薄板を固定して中空状
の極板構造を持つ発電セル３９を作製する。これによ
り、極板全体をインタコネクタ３０が支持し、発電セル
３９の強度を高めるとともに、中空状の極板の作製を容
易にする。このような強度を高めた発電セル３９をイン
タコネクタ３０を介して接続し、おのおの独立して固定
し積層できるようにすることにより、多層積層を容易に
し、大形化を可能にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は、固体電解質燃料電池の
構造に関するものである。
構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池（以下、「ＳＯＦ
Ｃ」と略す）は、一般に酸素イオン電導性を有する固体
物質を電解質として使用しており、１０００℃という高
温で使用される。このため、使用する材料は電解質のみ
ならず各電極、集電体等のほとんど全ての構成部品に固
体材料が用いられ、例えば電解質にはＹ2Ｏ3を添加した
ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、また燃料極にはＮｉとＺｒＯ2のサ
ーメット、酸化剤極にはＬａ1-x Ｓｒx ＭｎＯ3等のペ
ロブスカイト系結晶構造の酸化物導電材料が使用されて
いる。このような材料のイオン電導性、電子電導性は小
さいので、これを補うためＳＯＦＣの動作温度を高く設
定し、これによって導電性の向上を図っている。しか
し、高温にするだけでは抵抗を小さくする効果は不十分
であるので、さらに、材料の中で特にイオン電導性の小
さい電解質をはじめ各電極の薄膜化が行われている。
Ｃ」と略す）は、一般に酸素イオン電導性を有する固体
物質を電解質として使用しており、１０００℃という高
温で使用される。このため、使用する材料は電解質のみ
ならず各電極、集電体等のほとんど全ての構成部品に固
体材料が用いられ、例えば電解質にはＹ2Ｏ3を添加した
ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、また燃料極にはＮｉとＺｒＯ2のサ
ーメット、酸化剤極にはＬａ1-x Ｓｒx ＭｎＯ3等のペ
ロブスカイト系結晶構造の酸化物導電材料が使用されて
いる。このような材料のイオン電導性、電子電導性は小
さいので、これを補うためＳＯＦＣの動作温度を高く設
定し、これによって導電性の向上を図っている。しか
し、高温にするだけでは抵抗を小さくする効果は不十分
であるので、さらに、材料の中で特にイオン電導性の小
さい電解質をはじめ各電極の薄膜化が行われている。
【０００３】従来のＳＯＦＣの構造例としては、例えば
図８の平板型がある。この図において、１は、単位発電
セルである。単位発電セル１は、固体電解質薄膜２およ
び該薄膜２の両側に位置する酸化剤極３，燃料電極４で
構成された積層膜８と、インタコネクタ５および該イン
タコネクタ５の両側の酸化剤極と同じ材質の膜６，燃料
電極と同じ材質の膜７で構成された積層膜９を積み重ね
ることによって構成されている。前記インタコネクタ５
は、各単位発電セルを電気的に接続する部分である。こ
のように単位発電セル１が構成され、これが前記インタ
コネクタ５を介して複数個直列に接続されてモジュール
１０が組み立てられている。なお、１１は燃料通路であ
り、１２は酸化剤通路である。
図８の平板型がある。この図において、１は、単位発電
セルである。単位発電セル１は、固体電解質薄膜２およ
び該薄膜２の両側に位置する酸化剤極３，燃料電極４で
構成された積層膜８と、インタコネクタ５および該イン
タコネクタ５の両側の酸化剤極と同じ材質の膜６，燃料
電極と同じ材質の膜７で構成された積層膜９を積み重ね
ることによって構成されている。前記インタコネクタ５
は、各単位発電セルを電気的に接続する部分である。こ
のように単位発電セル１が構成され、これが前記インタ
コネクタ５を介して複数個直列に接続されてモジュール
１０が組み立てられている。なお、１１は燃料通路であ
り、１２は酸化剤通路である。
【０００４】燃料電池の出力電圧は、発電している状態
では発電セル１個あたり０．７〜０．８Ｖなので、モジ
ュールから所定の電圧を得るためには、所定の数の単位
発電セルを積層する必要がある。積層にあたっては、各
単位発電セルの積み重ね面には曲がりやそり等が無く、
精度良く平坦に仕上がっている必要があるが、焼結によ
ってこのような形状を実現することは難しい。一方、先
に述べたように、電解質は、抵抗を減少させるために薄
膜化されているため、積層膜８の機械的強度は弱い。従
って、この様な積層膜８や９を多数積み重ねようとして
も、材料強度が不十分であると圧縮・剪断に弱く、積み
重ね枚数に制限が生じ、大きな出力電圧を持ったモジュ
ールを得ることが困難になる。また、一般的に図８のよ
うな平板型のＳＯＦＣは、各材料を積み重ねた状態のま
まで一括して焼成する方法によって作製されるが、各材
料の線膨張率は必ずしも同一ではなく、また焼結温度も
異なっており、焼成過程でクラックが発生するなどの問
題があり作製そのものも非常に困難であった。
では発電セル１個あたり０．７〜０．８Ｖなので、モジ
ュールから所定の電圧を得るためには、所定の数の単位
発電セルを積層する必要がある。積層にあたっては、各
単位発電セルの積み重ね面には曲がりやそり等が無く、
精度良く平坦に仕上がっている必要があるが、焼結によ
ってこのような形状を実現することは難しい。一方、先
に述べたように、電解質は、抵抗を減少させるために薄
膜化されているため、積層膜８の機械的強度は弱い。従
って、この様な積層膜８や９を多数積み重ねようとして
も、材料強度が不十分であると圧縮・剪断に弱く、積み
重ね枚数に制限が生じ、大きな出力電圧を持ったモジュ
ールを得ることが困難になる。また、一般的に図８のよ
うな平板型のＳＯＦＣは、各材料を積み重ねた状態のま
まで一括して焼成する方法によって作製されるが、各材
料の線膨張率は必ずしも同一ではなく、また焼結温度も
異なっており、焼成過程でクラックが発生するなどの問
題があり作製そのものも非常に困難であった。
【０００５】このような問題点の解決をねらった構造の
例としては、図９に示すような中空状の空気極（酸化剤
として空気が用いられている場合の酸化剤極）を用いて
発電セルを構成する方法（特願平３−１１４２６１号）
が考えられている。この例においては酸化剤極材料によ
って中空状の電極板を作製し、これを基体２０として、
この基体２０上に電解質２１、燃料電極２２を形成し、
これを単位発電セル２９とするものである。燃料電池
は、このような発電セルを導電性スペーサ２３を介して
密着して配置することによって直列接続されて構成され
る。酸素ガスは酸化剤極板（基体２０）内の中空状の酸
化剤ガス通路２４を通り、また水素ガスは酸化剤極板
（基体２０）の周囲の部分に供給することで発電が行わ
れる。なお、基体２０とした空気極（酸化剤極）の焼結
体は多孔質であるので、酸化剤ガス通路２４に供給した
ガスが透過するおそれがある。このような現象を防ぐた
め、必要に応じて基体２０の外表面をガス不透過性被覆
３４で覆う。各単位発電セルの電気的な接続は先に示し
た導電性スペーサ２３で行われるが、このスペーサ２３
は多孔質なので燃料ガスを供給した際に、燃料ガスと燃
料電極２２が接触するための妨げにはならない。このよ
うな構成にした場合、各単位発電セルは導電性スペーサ
２３が緩衝作用を果たし、各単位発電セルの平滑度に多
少の歪み等があっても燃料電池の組み立てには支障とな
らず、各単位発電セルの作製精度が多少悪くとも製造が
可能になるという効果が期待出来る。
例としては、図９に示すような中空状の空気極（酸化剤
として空気が用いられている場合の酸化剤極）を用いて
発電セルを構成する方法（特願平３−１１４２６１号）
が考えられている。この例においては酸化剤極材料によ
って中空状の電極板を作製し、これを基体２０として、
この基体２０上に電解質２１、燃料電極２２を形成し、
これを単位発電セル２９とするものである。燃料電池
は、このような発電セルを導電性スペーサ２３を介して
密着して配置することによって直列接続されて構成され
る。酸素ガスは酸化剤極板（基体２０）内の中空状の酸
化剤ガス通路２４を通り、また水素ガスは酸化剤極板
（基体２０）の周囲の部分に供給することで発電が行わ
れる。なお、基体２０とした空気極（酸化剤極）の焼結
体は多孔質であるので、酸化剤ガス通路２４に供給した
ガスが透過するおそれがある。このような現象を防ぐた
め、必要に応じて基体２０の外表面をガス不透過性被覆
３４で覆う。各単位発電セルの電気的な接続は先に示し
た導電性スペーサ２３で行われるが、このスペーサ２３
は多孔質なので燃料ガスを供給した際に、燃料ガスと燃
料電極２２が接触するための妨げにはならない。このよ
うな構成にした場合、各単位発電セルは導電性スペーサ
２３が緩衝作用を果たし、各単位発電セルの平滑度に多
少の歪み等があっても燃料電池の組み立てには支障とな
らず、各単位発電セルの作製精度が多少悪くとも製造が
可能になるという効果が期待出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
９の中空状の空気極を有する従来例の固体電解質型燃料
電池の構造では、酸化剤極材料であるＬａ1-x，Ｓｒx，
ＭｎＯ3等を使用して中空状の薄板を作製することにな
るが、この材料は焼結しても焼結体の強度は電解質ほど
高くなく、発電セルそのものの強度が充分ではないとい
う問題がある。また、この材料を用いた場合、中空状の
薄板の作製が困難であるという問題もある。
９の中空状の空気極を有する従来例の固体電解質型燃料
電池の構造では、酸化剤極材料であるＬａ1-x，Ｓｒx，
ＭｎＯ3等を使用して中空状の薄板を作製することにな
るが、この材料は焼結しても焼結体の強度は電解質ほど
高くなく、発電セルそのものの強度が充分ではないとい
う問題がある。また、この材料を用いた場合、中空状の
薄板の作製が困難であるという問題もある。
【０００７】本発明の目的は、上記問題点、即ち、平板
型ＳＯＦＣが内在している、多層積層が難しく大形化が
望めない等の問題点や、中空状の空気極を基体に使用し
たＳＯＦＣにおける、中空状電極板の製造の困難さ等の
問題点の解決を図った中空状固体電解質燃料電池を提供
することにある。
型ＳＯＦＣが内在している、多層積層が難しく大形化が
望めない等の問題点や、中空状の空気極を基体に使用し
たＳＯＦＣにおける、中空状電極板の製造の困難さ等の
問題点の解決を図った中空状固体電解質燃料電池を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の中空状固体電解質燃料電池においては、燃
料極と酸化剤極が固体電解質を介して配置され、燃料極
側に燃料として天然ガス等の反応剤を、酸化剤極側に空
気等の酸化剤を供給する固体電解質燃料電池において、
発電セル間を接続するインタコネクタ材料によって片面
に平行して溝を有する薄板を作製し、酸化剤極材料によ
って作製された薄板の片面に電解質層を配置し、該電解
質層に重ねて燃料極を形成し、該燃料極を設けない面
を、前記インタコネクタ材料によって作製された薄板で
溝を有する面に固定することで前記発電セルを構成し、
該発電セルの燃料極と他の発電セルのインタコネクタ材
料で作製された薄板を電気的に接続して配置した構成と
している。
め、本発明の中空状固体電解質燃料電池においては、燃
料極と酸化剤極が固体電解質を介して配置され、燃料極
側に燃料として天然ガス等の反応剤を、酸化剤極側に空
気等の酸化剤を供給する固体電解質燃料電池において、
発電セル間を接続するインタコネクタ材料によって片面
に平行して溝を有する薄板を作製し、酸化剤極材料によ
って作製された薄板の片面に電解質層を配置し、該電解
質層に重ねて燃料極を形成し、該燃料極を設けない面
を、前記インタコネクタ材料によって作製された薄板で
溝を有する面に固定することで前記発電セルを構成し、
該発電セルの燃料極と他の発電セルのインタコネクタ材
料で作製された薄板を電気的に接続して配置した構成と
している。
【０００９】
【作用】本発明の中空状固体電解質燃料電池では、片面
に平行して溝を有し各発電セル間を接続するインタコネ
クタ材料で作製した薄板に、片面に電解質層を配置しそ
の上部に燃料極を形成した酸化剤極材料の薄板を固定す
ることで、中空状の極板の作製を容易にする。これによ
り、極板全体をインタコネクタが支持する構造とし、発
電セルの強度を高め、空気極焼結体の強度が弱いため単
位発電セルそのものの強度が弱いという従来の中空状Ｓ
ＯＦＣの欠点を解消する。また、このような強度を高め
た発電セルをインタコネクタ材料で作製した薄板を介し
て接続し、おのおの独立に固定して積層できるようにす
ることにより、多層積層を容易にして、平板型ＳＯＦＣ
では困難であった多層積層と大形化を可能にしている。
に平行して溝を有し各発電セル間を接続するインタコネ
クタ材料で作製した薄板に、片面に電解質層を配置しそ
の上部に燃料極を形成した酸化剤極材料の薄板を固定す
ることで、中空状の極板の作製を容易にする。これによ
り、極板全体をインタコネクタが支持する構造とし、発
電セルの強度を高め、空気極焼結体の強度が弱いため単
位発電セルそのものの強度が弱いという従来の中空状Ｓ
ＯＦＣの欠点を解消する。また、このような強度を高め
た発電セルをインタコネクタ材料で作製した薄板を介し
て接続し、おのおの独立に固定して積層できるようにす
ることにより、多層積層を容易にして、平板型ＳＯＦＣ
では困難であった多層積層と大形化を可能にしている。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。図１，図２，図３，図４，図５は本発明
の実施例における単位発電セルの構造例を示す図であ
る。図１，図２，図４は本発明の単位発電セルの外観を
示し、図３は図１，図２におけるＡ−Ａ′の断面を、図
５は図４におけるＢ−Ｂ′の断面を表している。各図に
おいて、３０はインタコネクタ、３１は固体電解質、３
２は燃料電極、３３は酸化剤極、３４はガス不透過性被
覆である。
細に説明する。図１，図２，図３，図４，図５は本発明
の実施例における単位発電セルの構造例を示す図であ
る。図１，図２，図４は本発明の単位発電セルの外観を
示し、図３は図１，図２におけるＡ−Ａ′の断面を、図
５は図４におけるＢ−Ｂ′の断面を表している。各図に
おいて、３０はインタコネクタ、３１は固体電解質、３
２は燃料電極、３３は酸化剤極、３４はガス不透過性被
覆である。
【００１１】本実施例では、片面に平行した溝を有する
インタコネクタ３０を基板として、これに固体電解質３
１層と燃料電極３２を配置した酸化剤極３３の薄板を固
着し、単位発電セル３９を構成している。ここで、固体
電解質３１層は酸化剤極３３の片面に配置され、その上
に重ねて燃料電極３２が形成される。また、酸化剤極３
３の薄板は、燃料電極３２の設けない面がインタコネク
タ３０の溝を有する面に固定される。こうして、中空状
の基体が形成され、その中空状部分を酸化剤ガスの流路
２４とする。
インタコネクタ３０を基板として、これに固体電解質３
１層と燃料電極３２を配置した酸化剤極３３の薄板を固
着し、単位発電セル３９を構成している。ここで、固体
電解質３１層は酸化剤極３３の片面に配置され、その上
に重ねて燃料電極３２が形成される。また、酸化剤極３
３の薄板は、燃料電極３２の設けない面がインタコネク
タ３０の溝を有する面に固定される。こうして、中空状
の基体が形成され、その中空状部分を酸化剤ガスの流路
２４とする。
【００１２】図１，図２，図４の構造例の違いは、固体
電解質３１または燃料電極３２の配置の差異による。図
１の第１の構造例では、固体電解質３１および燃料電極
３２の両方を中空状の流路２４に直角の方向に同じ短冊
状に配置している。図２の第２の構造例では、固体電解
質３１を酸化剤極３３の一面に配置し、燃料電極３２の
みを第１の構造例と同様に短冊状に配置している。図４
の第３の構造例では、固体電解質３１を第２の構造例と
同様に酸化剤極３３の一面に配置し、燃料電極３２を中
空状の流路２４と同じ方向に短冊状に配置している。
電解質３１または燃料電極３２の配置の差異による。図
１の第１の構造例では、固体電解質３１および燃料電極
３２の両方を中空状の流路２４に直角の方向に同じ短冊
状に配置している。図２の第２の構造例では、固体電解
質３１を酸化剤極３３の一面に配置し、燃料電極３２の
みを第１の構造例と同様に短冊状に配置している。図４
の第３の構造例では、固体電解質３１を第２の構造例と
同様に酸化剤極３３の一面に配置し、燃料電極３２を中
空状の流路２４と同じ方向に短冊状に配置している。
【００１３】インタコネクタ３０としては、通常用いら
れるＬａＣｒＯ3を使用して押出成形やプレス成形によ
って作製することが可能である。酸化剤極３３は、Ｌａ
1-xＳｒx ＭｎＯ3やＬａＣｏＯ3等の材料によって、ド
クターブレード法等で作製する。固体電解質３１や燃料
電極３２各層についてはおのおの、燃料電極３２はＮｉ
とＺｒＯ2のサーメットを５０〜２００μｍで、また、
固体電解質層３１はＹＳＺを５０〜２００μｍでいずれ
も溶射法によって容易に作製することが出来る。各層の
形成にあたっては、溶射だけでは無く所定の薄膜性能
（薄さ、緻密さ等）が得られれば、テープキャスティン
グ法、スプレーパイロリシス法等の適用が可能である。
また、インタコネクタ３０と酸化剤極３３の接合部の気
密確保や固体電解質３１層が設けられた部分以外のガス
透過の防止の観点から、単位発電セルの側面と固体電解
質で覆われていない酸化剤極３３表面をＡｌ2Ｏ3等から
なる不透過性被膜３４で覆う。
れるＬａＣｒＯ3を使用して押出成形やプレス成形によ
って作製することが可能である。酸化剤極３３は、Ｌａ
1-xＳｒx ＭｎＯ3やＬａＣｏＯ3等の材料によって、ド
クターブレード法等で作製する。固体電解質３１や燃料
電極３２各層についてはおのおの、燃料電極３２はＮｉ
とＺｒＯ2のサーメットを５０〜２００μｍで、また、
固体電解質層３１はＹＳＺを５０〜２００μｍでいずれ
も溶射法によって容易に作製することが出来る。各層の
形成にあたっては、溶射だけでは無く所定の薄膜性能
（薄さ、緻密さ等）が得られれば、テープキャスティン
グ法、スプレーパイロリシス法等の適用が可能である。
また、インタコネクタ３０と酸化剤極３３の接合部の気
密確保や固体電解質３１層が設けられた部分以外のガス
透過の防止の観点から、単位発電セルの側面と固体電解
質で覆われていない酸化剤極３３表面をＡｌ2Ｏ3等から
なる不透過性被膜３４で覆う。
【００１４】次に、このように作製した単位発電セル３
９を組み合わせて所定の出力を持った発電モジュールを
構成例を説明する。図６は、本発明における発電モジュ
ールの組み立て例である。４０は固定板、４０−１は固
定板４０に設けた溝、４１は仕切り板（または分離
板）、４１−１は貫通口、４２は外容器、４３は酸化剤
ガス供給口、４４は燃料ガス供給口、４５は前室、４６
は燃焼室、４７はガス排出口、４８は導電性スペーサ、
４９は導線、５０はシール剤である。
９を組み合わせて所定の出力を持った発電モジュールを
構成例を説明する。図６は、本発明における発電モジュ
ールの組み立て例である。４０は固定板、４０−１は固
定板４０に設けた溝、４１は仕切り板（または分離
板）、４１−１は貫通口、４２は外容器、４３は酸化剤
ガス供給口、４４は燃料ガス供給口、４５は前室、４６
は燃焼室、４７はガス排出口、４８は導電性スペーサ、
４９は導線、５０はシール剤である。
【００１５】モジュールの構成にあたっては、前述した
インタコネクタ３０，固体電解質３１，燃料電極３２，
酸化剤極３３から成る単位発電セルを固定板４０に載せ
た後、仕切り板４１を貫通させ、この様な状態で外容器
４２の内部に収納している。この様に固定された単位発
電セルは、導電性スペーサ４８を介して配置されてお
り、この状態で電気的に直列に接続されている。なお、
固定板４０には単位発電セルの取付用に溝４０−１が設
けられており、単位発電セルはこの溝４０−１に嵌合さ
れ、嵌合部にはガスの気密性を確保するため、この部分
にホウケイ酸ガラス等の非導電性ガラス融体からなるシ
ール剤５０が満たされている。一方、単位発電セルが仕
切り板４１を貫通する部分は、単位発電セルの上端の水
平方向の位置を固定するとともに、燃料ガスの排出が行
えるような構造であれば良い。
インタコネクタ３０，固体電解質３１，燃料電極３２，
酸化剤極３３から成る単位発電セルを固定板４０に載せ
た後、仕切り板４１を貫通させ、この様な状態で外容器
４２の内部に収納している。この様に固定された単位発
電セルは、導電性スペーサ４８を介して配置されてお
り、この状態で電気的に直列に接続されている。なお、
固定板４０には単位発電セルの取付用に溝４０−１が設
けられており、単位発電セルはこの溝４０−１に嵌合さ
れ、嵌合部にはガスの気密性を確保するため、この部分
にホウケイ酸ガラス等の非導電性ガラス融体からなるシ
ール剤５０が満たされている。一方、単位発電セルが仕
切り板４１を貫通する部分は、単位発電セルの上端の水
平方向の位置を固定するとともに、燃料ガスの排出が行
えるような構造であれば良い。
【００１６】固定板４０への単位発電セルの取付け部
分、および仕切り板４１と単位発電セルの貫通部分の詳
細図は図７（ａ），（ｂ）に示すとおりである。（ａ）
は単位発電セルを固定するための溝４０−１を設けた固
定板４０を示し、（ｂ）は未反応の燃料や反応生成物で
ある水蒸気の排出のための排出口を有する単位発電セル
３９の貫通口４１−１を設けた仕切り板４１の一部を示
している。このような形状としてすることによって、熱
膨張による単位発電セル３９の縦方向の寸法変化を妨げ
ることなく水平方向の位置ずれのみが防止でき、未反応
燃料や反応生成物は反応部から排出させることができ
る。なお、単位発電セルをこのように組み立てることで
そのまま各発電セルの面同士が接触するので、導電性ス
ペーサ４８を介して各発電セルを電気的に接続し積層構
造とすることができる。
分、および仕切り板４１と単位発電セルの貫通部分の詳
細図は図７（ａ），（ｂ）に示すとおりである。（ａ）
は単位発電セルを固定するための溝４０−１を設けた固
定板４０を示し、（ｂ）は未反応の燃料や反応生成物で
ある水蒸気の排出のための排出口を有する単位発電セル
３９の貫通口４１−１を設けた仕切り板４１の一部を示
している。このような形状としてすることによって、熱
膨張による単位発電セル３９の縦方向の寸法変化を妨げ
ることなく水平方向の位置ずれのみが防止でき、未反応
燃料や反応生成物は反応部から排出させることができ
る。なお、単位発電セルをこのように組み立てることで
そのまま各発電セルの面同士が接触するので、導電性ス
ペーサ４８を介して各発電セルを電気的に接続し積層構
造とすることができる。
【００１７】次に、このような発電モジュールの動作を
説明する。酸化剤ガスは、外容器４２の下部に設けられ
た供給口４３から供給され、各単位発電セルの内部の流
路２４を通過しながら反応し、その後の残ガスが燃焼室
４６に達する。一方、燃料ガスは外容器４２の側面に設
けられた燃料ガス供給口４４から、内部に供給されて反
応する。図では、燃料ガス供給口４４を左側面に配置し
ているが、ガスと燃料電極３２との接触をより向上させ
る点では紙面に垂直に表面から裏面に向けて（またはこ
の逆）に設ける。未反応の燃料ガスは、未反応の酸化剤
ガスと同様に燃焼室４６に達して燃焼される。そして、
燃焼後の高温ガスはガス排出口４７から外部に排出され
る。反応で発生した電力は、導線４９から外部に取り出
すことができる。
説明する。酸化剤ガスは、外容器４２の下部に設けられ
た供給口４３から供給され、各単位発電セルの内部の流
路２４を通過しながら反応し、その後の残ガスが燃焼室
４６に達する。一方、燃料ガスは外容器４２の側面に設
けられた燃料ガス供給口４４から、内部に供給されて反
応する。図では、燃料ガス供給口４４を左側面に配置し
ているが、ガスと燃料電極３２との接触をより向上させ
る点では紙面に垂直に表面から裏面に向けて（またはこ
の逆）に設ける。未反応の燃料ガスは、未反応の酸化剤
ガスと同様に燃焼室４６に達して燃焼される。そして、
燃焼後の高温ガスはガス排出口４７から外部に排出され
る。反応で発生した電力は、導線４９から外部に取り出
すことができる。
【００１８】このモジュール構造では、燃料ガスは各単
位発電セル間のすき間に送り込まれて反応することにな
る。このすき間は狭いが、各単位発電セル間にはニッケ
ルフェルト等からなる導電性スペーサ４８が挟まれてい
るだけであり、これは多孔性物質なので燃料ガスと燃料
極の接触のさまたげにはならない。この導電性スペーサ
４８の配置によって、燃料電極２２とインタコネクタ２
３の良好な接触が確保されている。なお、これらの導電
部は全て還元雰囲気下にあるので、酸化による材料の劣
化もない。
位発電セル間のすき間に送り込まれて反応することにな
る。このすき間は狭いが、各単位発電セル間にはニッケ
ルフェルト等からなる導電性スペーサ４８が挟まれてい
るだけであり、これは多孔性物質なので燃料ガスと燃料
極の接触のさまたげにはならない。この導電性スペーサ
４８の配置によって、燃料電極２２とインタコネクタ２
３の良好な接触が確保されている。なお、これらの導電
部は全て還元雰囲気下にあるので、酸化による材料の劣
化もない。
【００１９】このように本発明のＳＯＦＣの動作にあた
っては、従来のＳＯＦＣと同様、本発電ブロックを１０
００℃等の温度条件下に設置し、各ガスを供給するだけ
である。このような温度で使用すると、単位発電セルや
外容器４２の壁等の各部の材料は比較的大きな熱膨張を
起こす。このような使用状態で、各部分の気密を確保す
るためには、例えば各部を強固に固定し発電部全体を一
体としたような構造にする必要がある。しかし、このた
めには、各部分で使用される材料の熱膨張率差を限りな
く減少させる必要があった。しかし、本実施例では、各
単位発電セルは固定板４０によって支えられた状態で、
固定部は高温下では軟化している非導電性のガラス融体
等から成る物質でシールされているだけであり、また、
各単位発電セル間には柔軟性のあるスペーサが配置され
ている。従って、このような熱による膨張等による寸法
変化に対しても有利である。
っては、従来のＳＯＦＣと同様、本発電ブロックを１０
００℃等の温度条件下に設置し、各ガスを供給するだけ
である。このような温度で使用すると、単位発電セルや
外容器４２の壁等の各部の材料は比較的大きな熱膨張を
起こす。このような使用状態で、各部分の気密を確保す
るためには、例えば各部を強固に固定し発電部全体を一
体としたような構造にする必要がある。しかし、このた
めには、各部分で使用される材料の熱膨張率差を限りな
く減少させる必要があった。しかし、本実施例では、各
単位発電セルは固定板４０によって支えられた状態で、
固定部は高温下では軟化している非導電性のガラス融体
等から成る物質でシールされているだけであり、また、
各単位発電セル間には柔軟性のあるスペーサが配置され
ている。従って、このような熱による膨張等による寸法
変化に対しても有利である。
【００２０】従来の、積層して作製した電極を積み重ね
てモジュールを形成する平板型ＳＯＦＣでは、前述した
ように以下のような問題があった。（１）積層構造の電
極は材料強度が不十分なために圧縮・剪断に弱く、積み
重ね枚数に制限が生じ大きな出力電圧を持ったモジュー
ルを得ることが困難である。（２）この型のＳＯＦＣ
は、各材料を積み重ねた状態のままで一括して焼成する
方法によって作製されるが、この時各材料の線膨張率は
必ずしも同一ではないので焼成後にクラックが発生する
などの問題があり作製そのものも非常に困難であった。
また、特願平３−１１４２６１号で示された構造の中空
平板型ＳＯＦＣでは、焼結体の強度が弱い空気極材料が
単セルの基板として用いられるので、単位発電セルの強
度が弱いという欠点があった。
てモジュールを形成する平板型ＳＯＦＣでは、前述した
ように以下のような問題があった。（１）積層構造の電
極は材料強度が不十分なために圧縮・剪断に弱く、積み
重ね枚数に制限が生じ大きな出力電圧を持ったモジュー
ルを得ることが困難である。（２）この型のＳＯＦＣ
は、各材料を積み重ねた状態のままで一括して焼成する
方法によって作製されるが、この時各材料の線膨張率は
必ずしも同一ではないので焼成後にクラックが発生する
などの問題があり作製そのものも非常に困難であった。
また、特願平３−１１４２６１号で示された構造の中空
平板型ＳＯＦＣでは、焼結体の強度が弱い空気極材料が
単セルの基板として用いられるので、単位発電セルの強
度が弱いという欠点があった。
【００２１】しかし、本実施例のＳＯＦＣにおいては、
インタコネクタが極板全体を支持するので、単位発電セ
ルの強度を高くすることができ、従来の中空状ＳＯＦＣ
の欠点を解消することができる。また、そのモジュール
構造においては、このように強度の高い各単位発電セル
をインタコネクタを介して接続することにより積層構造
とするので積層数を多くすることができ、大きな出力電
圧が得られる。さらに、各単位発電セルが固定板等によ
って自由度を持っておのおの独立に固定されるので、外
容器内で温度分布が生じ設置位置によって各セルの熱膨
張率に差ができてもこれによる各セルの破壊を防止する
ことが出来る。これにより、極板の機械的強度が弱く積
層枚数に制限が生じるばかりか、寸法の大きな極板の作
製も困難であり、ＳＯＦＣそのものの大出力化が出来な
かったという平板型ＳＯＦＣの欠点を解消している。こ
のように、本実施例は、従来のＳＯＦＣが内在していた
種々の問題を一気に解決することが出来る。
インタコネクタが極板全体を支持するので、単位発電セ
ルの強度を高くすることができ、従来の中空状ＳＯＦＣ
の欠点を解消することができる。また、そのモジュール
構造においては、このように強度の高い各単位発電セル
をインタコネクタを介して接続することにより積層構造
とするので積層数を多くすることができ、大きな出力電
圧が得られる。さらに、各単位発電セルが固定板等によ
って自由度を持っておのおの独立に固定されるので、外
容器内で温度分布が生じ設置位置によって各セルの熱膨
張率に差ができてもこれによる各セルの破壊を防止する
ことが出来る。これにより、極板の機械的強度が弱く積
層枚数に制限が生じるばかりか、寸法の大きな極板の作
製も困難であり、ＳＯＦＣそのものの大出力化が出来な
かったという平板型ＳＯＦＣの欠点を解消している。こ
のように、本実施例は、従来のＳＯＦＣが内在していた
種々の問題を一気に解決することが出来る。
【００２２】なお、本発明では、固定板，仕切り板（分
離板），外容器等の形状等に関して何ら制限を加えるも
のではない。同様に、各電極、固体電解質等の材料に関
しても、本発明では限定するものでは無く、基本的に従
来の平板型ＳＯＦＣ等で使用されている材料が使用可能
である。また、ガスの供給方法に関しても特に制限する
ものでは無い。このように本発明は、その主旨に沿って
種々に応用され、種々の実施態様を取り得るものであ
る。
離板），外容器等の形状等に関して何ら制限を加えるも
のではない。同様に、各電極、固体電解質等の材料に関
しても、本発明では限定するものでは無く、基本的に従
来の平板型ＳＯＦＣ等で使用されている材料が使用可能
である。また、ガスの供給方法に関しても特に制限する
ものでは無い。このように本発明は、その主旨に沿って
種々に応用され、種々の実施態様を取り得るものであ
る。
【００２３】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
中空状固体電解質燃料電池によれば、インタコネクタの
基板に酸化剤極の薄板を固定して中空状の基体を形成し
たので、その基体の強度を高めることができ、従来の空
気極を基板に用いた中空状ＳＯＦＣにおける、空気極焼
結体の強度が弱いため単位発電セルそのものの強度が弱
いという欠点を解消できる。また、このような基体の酸
化剤極表面に電解質層と燃料極を作製した強度の高い発
電セルをインタコネクタを介して接続することにより、
各発電セルを一個づつが各々独立して取り付けられ固定
できるので、発電セルを収容する容器内で温度分布が生
じ設置位置によって各セルの熱膨張率に差ができても、
各発電セルの破壊を防止することが出来、従来の平板型
ＳＯＦＣおける、極板の機械的強度が弱く積層枚数に制
限が生じるばかりか、寸法の大きな極板の作製も困難で
あり、ＳＯＦＣそのものの大出力化が出来なかったとい
う欠点を解消することができる。
中空状固体電解質燃料電池によれば、インタコネクタの
基板に酸化剤極の薄板を固定して中空状の基体を形成し
たので、その基体の強度を高めることができ、従来の空
気極を基板に用いた中空状ＳＯＦＣにおける、空気極焼
結体の強度が弱いため単位発電セルそのものの強度が弱
いという欠点を解消できる。また、このような基体の酸
化剤極表面に電解質層と燃料極を作製した強度の高い発
電セルをインタコネクタを介して接続することにより、
各発電セルを一個づつが各々独立して取り付けられ固定
できるので、発電セルを収容する容器内で温度分布が生
じ設置位置によって各セルの熱膨張率に差ができても、
各発電セルの破壊を防止することが出来、従来の平板型
ＳＯＦＣおける、極板の機械的強度が弱く積層枚数に制
限が生じるばかりか、寸法の大きな極板の作製も困難で
あり、ＳＯＦＣそのものの大出力化が出来なかったとい
う欠点を解消することができる。
【図１】本発明の一実施例における単位発電セルの第１
の構造例を示す外観図。
の構造例を示す外観図。
【図２】上記実施例における単位発電セルの第２の構造
例を示す外観図。
例を示す外観図。
【図３】上記第１および第２の構造例の断面図。
【図４】上記実施例における単位発電セルの第３の構造
例を示す外観図。
例を示す外観図。
【図５】上記第３の構造例の断面図。
【図６】本発明の単位発電セルを組み込んだ発電モジュ
ールの構造例を示す断面図。
ールの構造例を示す断面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は上記構造例の発電モジュール
内での発電セルの取り付け部の詳細を示す図。
内での発電セルの取り付け部の詳細を示す図。
【図８】従来の平板型燃料電池の断面図。
【図９】従来の中空状燃料電池の外観図。
２４…酸化剤ガスの流路、３０…インタコネクタ、３１
…固体電解質、３２…燃料電極、３３…酸化剤極、３４
…ガス不透過性被膜、３９…単位発電セル、４０…固定
板、４０−１…溝、４１…仕切り板、４１−１…貫通
口、４２…外容器、４３…酸化剤ガス供給口、４４…燃
料ガス供給口、４５…前室、４６…燃焼室、４７…ガス
排出口、４８…導電性スペーサ、４９…導線、５０…シ
ール剤。
…固体電解質、３２…燃料電極、３３…酸化剤極、３４
…ガス不透過性被膜、３９…単位発電セル、４０…固定
板、４０−１…溝、４１…仕切り板、４１−１…貫通
口、４２…外容器、４３…酸化剤ガス供給口、４４…燃
料ガス供給口、４５…前室、４６…燃焼室、４７…ガス
排出口、４８…導電性スペーサ、４９…導線、５０…シ
ール剤。
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料極と酸化剤極が固体電解質を介して
配置され、燃料極側に燃料として天然ガス等の反応剤
を、酸化剤極側に空気等の酸化剤を供給する固体電解質
燃料電池において、 発電セル間を接続するインタコネクタ材料によって片面
に平行して溝を有する薄板を作製し、酸化剤極材料によ
って作製された薄板の片面に電解質層を配置し、該電解
質層に重ねて燃料極を形成し、該燃料極を設けない面
を、前記インタコネクタ材料によって作製された薄板で
溝を有する面に固定することで前記発電セルを構成し、
該発電セルの燃料極と他の発電セルのインタコネクタ材
料で作製された薄板を電気的に接続して配置したことを
特徴とする中空状固体電解質燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03200331A JP3102806B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 中空状固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03200331A JP3102806B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 中空状固体電解質燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0547391A true JPH0547391A (ja) | 1993-02-26 |
| JP3102806B2 JP3102806B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=16422521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03200331A Expired - Lifetime JP3102806B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 中空状固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3102806B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7045243B2 (en) | 2001-05-22 | 2006-05-16 | Nissan Motor Co., Ltd. | Cell plate structure for fuel cell, manufacturing method thereof and solid electrolyte type fuel cell |
| JP2007502012A (ja) * | 2003-06-09 | 2007-02-01 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド | スタック支持された固体酸化物型燃料電池 |
| WO2009096624A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Postech Academy-Industry Foundation | Electrode supports and monolith type unit cells for solid oxide fuel cells and their manufacturing methods |
| JP2009259799A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-11-05 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池のスタック構造 |
| JP2012028340A (ja) * | 2011-10-04 | 2012-02-09 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP03200331A patent/JP3102806B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7045243B2 (en) | 2001-05-22 | 2006-05-16 | Nissan Motor Co., Ltd. | Cell plate structure for fuel cell, manufacturing method thereof and solid electrolyte type fuel cell |
| JP2007502012A (ja) * | 2003-06-09 | 2007-02-01 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド | スタック支持された固体酸化物型燃料電池 |
| WO2009096624A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Postech Academy-Industry Foundation | Electrode supports and monolith type unit cells for solid oxide fuel cells and their manufacturing methods |
| KR101006467B1 (ko) * | 2008-01-31 | 2011-01-06 | 포항공과대학교 산학협력단 | 고체산화물 연료전지용 전극 지지체와 일체형 단위 셀 및그 제조 방법 |
| JP2009259799A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-11-05 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池のスタック構造 |
| JP2012028340A (ja) * | 2011-10-04 | 2012-02-09 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3102806B2 (ja) | 2000-10-23 |
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