JPH0547392A - 平板型固体電解質燃料電池 - Google Patents

平板型固体電解質燃料電池

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JPH0547392A
JPH0547392A JP3229748A JP22974891A JPH0547392A JP H0547392 A JPH0547392 A JP H0547392A JP 3229748 A JP3229748 A JP 3229748A JP 22974891 A JP22974891 A JP 22974891A JP H0547392 A JPH0547392 A JP H0547392A
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JP
Japan
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electrode layer
power generation
support material
layer side
side support
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Withdrawn
Application number
JP3229748A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Yoshida
弘 吉田
Toshio Inoue
俊夫 井上
Yoshimi Ezaki
義美 江崎
Masatoshi Hattori
雅俊 服部
Mitsuhiro Irino
光博 入野
Tomohiko Sato
友彦 佐藤
Tadayoshi Endo
忠良 遠藤
Masahiko Mori
昌彦 森
Masayuki Funatsu
正之 舟津
Kazumi Ogura
佳積 小倉
Fusayuki Nanjo
房幸 南條
Masanori Nishiura
雅則 西浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chubu Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Chubu Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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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

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】昇降温時での発電膜のクラック発生を抑制で
き、良好な発電性能を長期間に亘って維持することがで
きる。 【構成】燃料極層側支持材２２とインターコネクタ２６
との間に耐熱金属からなる薄膜２３をパッキン２５で囲
まれるように介在させると共に、前記薄膜２３、燃料極
層側支持材２２、発電膜２１及び空気極層側支持材２３
を互いに接着し、かつ前記薄膜２３と前記インターコネ
クタ２６とを非接着状態で接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は平板型固体電解質燃料電
池に関する。
【０００２】
【従来の技術】石炭ガス、水素ガス、天然ガス等の燃料
ガスを使用する平板型固体電解質燃料電池を組み込んだ
発電装置としては、次に説明する図３に示す構造のもの
が知られている。即ち、図中の１は、耐火材や断熱材で
形成された燃料電池収納室である。この燃料電池収納室
１には、燃料ダクト２、該燃料ダクト２に接続した複数
の酸化ガス導入管３及び燃料ガス導入管４が設けられて
いる。前記燃料ダクト２内には、平板型固体電解質燃料
電池５が複数個配置されている。更に、前記燃料電池収
納室１には排ガス室６が隣接されており、かつ前記排ガ
ス室６内には、前記酸化ガス導入管３に連結された酸化
ガス供給管７が蛇行して配置されている。
【０００３】上述した発電装置によれば、前記平板型固
体電解質燃料電池５に前記酸化ガス導入管３を通して酸
化ガスが供給されると共に前記燃料ガス導入管４を通し
て燃料ガスが供給される。かかる各ガスによる電池反応
は、１０００℃程度の高温にすることが必要である。前
記平板型固体電解質燃料電池５を通過した酸化ガス及び
燃料ガスは、前記収納室１の出口付近の排ガス室６で燃
焼され、その中の酸化ガス供給管７を加熱する。前記排
ガスは、前記排ガス室６に接続された煙突より排出され
る。
【０００４】ところで、前記平板型固体電解質燃料電池
は、例えば図４に示すように、それぞれ平板状の燃料極
層、固体電解質層、及び空気極層をこの順に積層した発
電膜１１と、前記発電膜１１の両面に配置した波型の燃
料極層側支持材１２及び空気極層側支持材１３と、前記
発電膜１１の両側に前記各支持材１２，１３を挟むよう
に配置したそれぞれ２本づつの燃料極層側支持枠１４及
び空気極層側支持枠１５と、これら両側の支持材１２，
１３及び支持枠１４，１５上にそれぞれ配置したインタ
ーコネクタ１６，１７とを具備している。前記支持枠１
４，１５は、燃料ガス及び酸化ガスの流路を互いに直交
するように確保するため、上下或いは左右のみに設置し
て開放路を形成している。これら各部材は、電気的に接
触不良となるのを防止するためそれぞれ強固に接着され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記平
板型固体電解質燃料電池では、各部材を形成する材質の
熱膨脹率が下記表１に示すように異なっている。
【０００６】
【表１】 このような各部材の熱膨脹率の相違により電池の昇降温
時において各部材に伸び或いは縮みの差を生じ、これに
起因して発電膜１１に応力が加わってクラック等が発生
するため、電池の性能が大巾に劣化するという問題点が
あった。
【０００７】本発明は、従来の問題点を解決するために
なされたもので、昇降温時での発電膜のクラック発生を
抑制でき、良好な発電性能を長期間に亘って維持するこ
とが可能な平板型固体電解質燃料電池を提供しようとす
るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれ平板
状の燃料極層、固体電解質層、及び空気極層をこの順に
積層した発電膜と、前記発電膜の両面に配置した支持材
と、前記発電膜の両側に前記各支持材を囲むように配置
したパッキンと、これら両側の支持材及びパッキンの上
にそれぞれ配置したインターコネクタとを具備した平板
型固体電解質燃料電池において、前記燃料極層側支持材
とインターコネクタとの間に耐熱金属からなる薄膜を前
記パッキンで囲まれるように介在させると共に、前記薄
膜、燃料極層側支持材、発電膜及び空気極層側支持材を
互いに接着し、かつ前記薄膜と前記インターコネクタと
を非接着状態で接触させたことを特徴とする平板型固体
電解質燃料電池である。
【０００９】前記薄膜を形成する耐熱金属としては、例
えばニッケル系金属を挙げることができる。
【００１０】また、本発明に係る別の発明は、それぞれ
平板状の燃料極層、固体電解質層、及び空気極層をこの
順に積層した発電膜と、前記発電膜の両面に配置した支
持材と、前記発電膜の両側に前記各支持材を囲むように
配置したパッキンと、これら両側の支持材及びパッキン
の上にそれぞれ配置したインターコネクタとを具備した
平板型固体電解質燃料電池において、燃料極層側支持材
として耐熱金属からなるものを用いると共に、前記燃料
極層側支持材、発電膜及び空気極層側支持材を互いに接
着し、かつ前記燃料極層側支持材と前記インターコネク
タとを非接着状態で接触させたことを特徴とする平板型
固体電解質燃料電池である。
【００１１】前記燃料極層側支持材を形成する耐熱金属
としては、例えばニッケル系金属を挙げることができ
る。
【００１２】更に、本発明に係る別の発明は、それぞれ
平板状の燃料極層、固体電解質層、及び空気極層をこの
順に積層した発電膜と、前記発電膜の両面に配置した支
持材と、前記発電膜の両側に前記各支持材を囲むように
配置したパッキンと、これら両側の支持材及びパッキン
の上にそれぞれ配置したインターコネクタとを具備した
平板型固体電解質燃料電池において、燃料極層側支持材
として耐熱金属からなるものを用いると共に、前記燃料
極層側支持材と前記インターコネクタとを接着し、前記
燃料極層側支持材と前記発電膜とを非接着状態で接触さ
せたことを特徴とする平板型固体電解質燃料電池であ
る。
【００１３】
【作用】本発明によれば、前記燃料極層側支持材とイン
ターコネクタとの間に耐熱金属からなる薄膜を前記パッ
キンで囲まれるように介在させると共に、前記薄膜、燃
料極層側支持材、発電膜及び空気極層側支持材を互いに
接着し、かつ前記薄膜と前記インターコネクタとを非接
着状態で接触させたことによって、昇降温時での発電膜
のクラック発生を抑制でき、良好な発電性能を長期間に
亘って維持することが可能な平板型固体電解質燃料電池
を得ることができる。
【００１４】即ち、電気抵抗の小さい耐熱金属からなる
薄膜、燃料極層側支持材、発電膜及び空気極層側支持材
をこの順に接着して一体化し、かつ前記薄膜をインター
コネクタに対して非接着状態で接触させたことによっ
て、電池の昇降温時に燃料極層側インターコネクタとの
熱変形差に起因して発電膜に加わる応力を前記薄膜とイ
ンターコネクタとの間の滑り作用により回避できる。ま
た、前記薄膜とインターコネクタとは面接触して電気的
に接続しているため、各部材間を電気的に良好に接続で
きる。従って、昇降温時での発電膜のクラック発生を抑
制でき、良好な発電性能を長期間に亘って維持すること
が可能な平板型固体電解質燃料電池を得ることができ
る。
【００１５】また、本発明に係る別の発明によれば、前
記燃料極層側支持材として耐熱金属からなるものを用い
ると共に、前記燃料極層側支持材、発電膜及び空気極層
側支持材を互いに接着し、かつ前記燃料極層側支持材と
前記インターコネクタとを非接着状態で接触させたこと
によって、前記燃料極層側支持材とインターコネクタと
の間の滑り作用により昇降温時での発電膜のクラック発
生を抑制できると共に、各部材間を電気的に良好に接続
できるため良好な発電性能を長期間に亘って維持するこ
とが可能な平板型固体電解質燃料電池を得ることができ
る。
【００１６】更に、本発明に係る別の発明によれば、前
記燃料極層側支持材として耐熱金属からなるものを用い
ると共に、前記燃料極層側支持材と前記インターコネク
タとを接着し、前記燃料極層側支持材と前記発電膜とを
非接着状態で接触させたことによって、前記燃料極層側
支持材と発電膜との間の滑り作用により昇降温時での発
電膜のクラック発生を抑制できると共に、各部材間を電
気的に良好に接続できるため良好な発電性能を長期間に
亘って維持することが可能な平板型固体電解質燃料電池
を得ることができる。
【００１７】
【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。 実施例１ 図１は、燃料ガスａを内部マニホールド形式で流し、酸
化ガスである空気ｂを外部マニホールド形式で流すスタ
ック構造の平板型固体電解質燃料電池を示す分解斜視図
である。
【００１８】即ち、図中の２１は、発電膜である。前記
発電膜２１は、Ｎｉ／ジルコニアサーメットからなる平
板状の燃料極層、Ｙ2 Ｏ3 安定化ジルコニアからなる平
板状の固体電解質層、及びＬａＭｎＯ3 系酸化物からな
る平板状の空気極層をこの順に積層した構成となってい
る。前記発電膜２１の燃料極層上には、該発電膜２１の
外径寸法より小さな矩形状をなすＹ2 Ｏ3 安定化ジルコ
ニアからなる波型の燃料極層側支持材２２が接着されて
いる。前記燃料極層側支持材２２上には、ニッケル系金
属からなる薄膜２３が接着されている。前記発電膜２１
の空気極層上には、前記燃料極層側支持材２２と波型の
方向が直交する他は同様な形状のＹ2 Ｏ3 安定化ジルコ
ニアからなる空気極層側支持材２４が接着されている。
このような配置により前記発電膜２１、燃料極層側支持
材２２、薄膜２３、及び空気極層側支持材２４が互いに
接着されて一体化した構造体となる。なお、前記発電膜
２１と燃料極層側支持材２２との接着、及び前記発電膜
２１と空気極層側支持材２４との接着は、ランタン及び
セラミックスを主成分とするスラリー状の混合物を接着
剤に用いて１０００℃付近で焼付けることにより行なわ
れている。前記燃料極層側支持材２２と薄膜２３との接
着は、ニッケル及びセラミックスを主成分とするスラリ
ー状の混合物を接着剤に用いて１０００℃付近で焼付け
ることにより行なわれている。
【００１９】前記発電膜２１の燃料極層上の周縁には、
耐熱性シール材からなるコ字型のパッキン２５が前記燃
料極層側支持材２２及び薄膜２３を囲むように配置され
ている。更に前記パッキン２５及びこの中に配置された
前記薄膜２３の上には、ＬａＣｒＯ3 系酸化物からなる
インターコネクタ２６が該薄膜２３に非接着状態で接触
するように配置されている。前記発電膜２１の空気極層
上の周縁には、耐熱性シール材からなる枠状のパッキン
２７が前記空気極層側支持材２４を囲むように配置され
ている。更に前記パッキン２７及びこの中に配置された
前記空気極層側支持材２４の上には、ＬａＣｒＯ3 系酸
化物からなるインターコネクタ２８が該空気極層側支持
材２４に接着されている。
【００２０】上述した平板型固体電解質燃料電池によれ
ば、ニッケル系金属からなる耐熱金属製の薄膜２３を前
記インターコネクタ２６に対して非接着状態で接触させ
ているため、電池の昇降温時にインターコネクタ２６と
の熱変形差に起因して発電膜２１に加わる応力を前記薄
膜２３とインターコネクタ２６との間の滑り作用により
回避できる。また、前記薄膜２３とインターコネクタ２
６とは面接触して電気的に接続しているため、各部材間
を電気的に良好に接続できる。その結果、昇降温時、特
に高温（反応温度１０００℃程度）時での発電膜２１の
クラック発生を抑制でき、良好な発電性能を長期間に亘
って維持することができる。 実施例２ 図２は、燃料ガスａを内部マニホールド形式で流し、酸
化ガスである空気ｂを外部マニホールド形式で流すスタ
ック構造の平板型固体電解質燃料電池を示す分解斜視図
である。
【００２１】即ち、図中の３１は、発電膜である。前記
発電膜３１は、実施例１の発電膜と同様な構成となって
いる。前記発電膜３１の燃料極層上には、該発電膜３１
の外径寸法より小さな矩形状をなすニッケル系金属から
なる波型の燃料極層側支持材３２が接着されている。前
記発電膜３１の空気極層上には、前記燃料極層側支持材
３２と波型の方向が直交する他は同様な形状のＹ2 Ｏ3
安定化ジルコニアからなる空気極層側支持材３３が接着
されている。このような配置により前記発電膜３１、燃
料極層側支持材３２、及び空気極層側支持材３３が互い
に接着されて一体化した構造体となる。なお、前記発電
膜３１と燃料極層側支持材３２との接着は、ニッケル及
びセラミックスを主成分とするスラリー状の混合物を接
着剤に用いて１０００℃付近で焼付けることにより行な
われている。前記発電膜３１と空気極層側支持材３２と
の接着は、ランタン及びセラミックスを主成分とするス
ラリー状の混合物を接着剤に用いて１０００℃付近で焼
付けることにより行なわれている。
【００２２】前記発電膜３１の燃料極層上の周縁には、
耐熱性シール材からなるコの字型のパッキン３４が前記
燃料極層側支持材３２を囲むように配置されている。更
に前記パッキン３４及びこの中に配置された前記支持材
３２の上には、ＬａＣｒＯ3 系酸化物からなるインター
コネクタ３５が該支持材３２に非接着状態で接触するよ
うに配置されている。前記発電膜３１の空気極層上の周
縁には、耐熱性シール材からなる枠状のパッキン３６が
前記空気極層側支持材３３を囲むように配置されてい
る。更に前記パッキン３６及びこの中に配置された前記
支持材３３の上には、ＬａＣｒＯ3 系酸化物からなるイ
ンターコネクタ３７が該支持材３３に接着されている。
【００２３】上述した平板型固体電解質燃料電池によれ
ば、ニッケル系金属からなる耐熱金属製の燃料極層側支
持材３２を前記インターコネクタ３５に対して非接着状
態で接触させているため、電池の昇降温時にインターコ
ネクタ３５との熱変形差に起因して発電膜３１に加わる
応力を前記燃料極層側支持材３２とインターコネクタ３
５との間の滑り作用により回避できる。また、前記イン
ターコネクタ３５に接触する燃料極層側支持材３２の電
気抵抗が小さいため、各部材間を電気的に良好に接続で
きる。その結果、昇降温時、特に高温（反応温度１００
０℃程度）時での発電膜３１のクラック発生を抑制で
き、良好な発電性能を長期間に亘って維持することがで
きる。また、実施例１に比べて燃料極層側支持材とイン
ターコネクタとの電気的な接続性が劣るが、耐熱金属か
らなる薄膜を使用しないため部品数を減らすことができ
る利点がある。実施例３燃料極層側支持材とインターコ
ネクタとを接着し、かつ燃料極層側支持材と発電膜とを
非接着状態で接触させた以外、実施例２と同様な平板型
固体電解質燃料電池を組み立てた。なお、前記燃料極層
側支持材とインターコネクタとの接着は、ニッケル及び
セラミックスを主成分とするスラリー状の混合物を接着
剤に用いて１０００℃付近で焼付けることにより行なっ
た。
【００２４】上述した平板型固体電解質燃料電池によれ
ば、前記ニッケル系金属からなる燃料極層側支持材を発
電膜に対して非接着状態で接触させているため、電池の
昇降温時に燃料極層側インターコネクタとの熱変形差に
起因して発電膜に加わる応力を前記燃料極層側支持材と
発電膜との間の滑り作用により回避できる。また、前記
発電膜に接触する燃料極層側支持材の電気抵抗が小さい
ため、各部材間を電気的に良好に接続できる。その結
果、昇降温時において燃料極層側支持材に多少のクラッ
クが発生しても発電膜を十分に保護でき、良好な発電性
能を長期間に亘って維持することができる。
【００２５】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば昇降
温時での発電膜のクラック発生を抑制でき、良好な発電
性能を長期間に亘って維持することが可能な平板型固体
電解質燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の平板型固体電解質燃料電池を示す分
解斜視図
【図２】実施例２の平板型固体電解質燃料電池を示す分
解斜視図
【図３】平板型固体電解質燃料電池を組み込んだ発電装
置を示す説明図
【図４】平板型固体電解質燃料電池の一例を示す斜視図
【符号の説明】
２１，３１…発電膜、２２，３２…燃料極層側支持材、
２３…薄膜、２４，３３…空気極層側支持材、２５，２
７，３４，３６…パッキン、２６，２８，３５，３７…
インターコネクタ。
フロントページの続き (72)発明者 江崎 義美 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社内 (72)発明者 服部 雅俊 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社内 (72)発明者 入野 光博 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 佐藤 友彦 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 遠藤 忠良 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 森 昌彦 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 舟津 正之 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 小倉 佳積 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 南條 房幸 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 西浦 雅則 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 それぞれ平板状の燃料極層、固体電解質
    層、及び空気極層をこの順に積層した発電膜と、前記発
    電膜の両面に配置した支持材と、前記発電膜の両側に前
    記各支持材を囲むように配置したパッキンと、これら両
    側の支持材及びパッキンの上にそれぞれ配置したインタ
    ーコネクタとを具備した平板型固体電解質燃料電池にお
    いて、前記燃料極層側支持材とインターコネクタとの間
    に耐熱金属からなる薄膜を前記パッキンで囲まれるよう
    に介在させると共に、前記薄膜、燃料極層側支持材、発
    電膜及び空気極層側支持材を互いに接着し、かつ前記薄
    膜と前記インターコネクタとを非接着状態で接触させた
    ことを特徴とする平板型固体電解質燃料電池。
  2. 【請求項２】 それぞれ平板状の燃料極層、固体電解質
    層、及び空気極層をこの順に積層した発電膜と、前記発
    電膜の両面に配置した支持材と、前記発電膜の両側に前
    記各支持材を囲むように配置したパッキンと、これら両
    側の支持材及びパッキンの上にそれぞれ配置したインタ
    ーコネクタとを具備した平板型固体電解質燃料電池にお
    いて、燃料極層側支持材として耐熱金属からなるものを
    用いると共に、前記燃料極層側支持材、発電膜及び空気
    極層側支持材を互いに接着し、かつ前記燃料極層側支持
    材と前記インターコネクタとを非接着状態で接触させた
    ことを特徴とする平板型固体電解質燃料電池。
  3. 【請求項３】 それぞれ平板状の燃料極層、固体電解質
    層、及び空気極層をこの順に積層した発電膜と、前記発
    電膜の両面に配置した支持材と、前記発電膜の両側に前
    記各支持材を囲むように配置したパッキンと、これら両
    側の支持材及びパッキンの上にそれぞれ配置したインタ
    ーコネクタとを具備した平板型固体電解質燃料電池にお
    いて、燃料極層側支持材として耐熱金属からなるものを
    用いると共に、前記燃料極層側支持材と前記インターコ
    ネクタとを接着し、前記燃料極層側支持材と前記発電膜
    とを非接着状態で接触させたことを特徴とする平板型固
    体電解質燃料電池。
JP3229748A 1991-08-16 1991-08-16 平板型固体電解質燃料電池 Withdrawn JPH0547392A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000059056A1 (de) * 1999-03-26 2000-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperatur-brennstoffzelle
JP2007515749A (ja) * 2003-04-04 2007-06-14 ヴァーサ パワー システムズ リミテッド 浮動電池を有する固体酸化物燃料電池スタック

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JP2007515749A (ja) * 2003-04-04 2007-06-14 ヴァーサ パワー システムズ リミテッド 浮動電池を有する固体酸化物燃料電池スタック

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