JPH0547409A - 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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- JPH0547409A JPH0547409A JP3207067A JP20706791A JPH0547409A JP H0547409 A JPH0547409 A JP H0547409A JP 3207067 A JP3207067 A JP 3207067A JP 20706791 A JP20706791 A JP 20706791A JP H0547409 A JPH0547409 A JP H0547409A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pipe
- box
- stack
- solid oxide
- fuel cell
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】金属材料が酸化腐食せず信頼性に優れる固体電
解質型燃料電池を得る。 【構成】セルスタックと、函体と、反応ガス管とを有
し、セルスタックは単セルと反応ガス分配手段とが交互
に積層されるとともに少なくとも酸化剤ガス供給マニホ
ルド、酸化剤ガス排出マニホルド、燃料ガス供給マニホ
ルドを備え、反応ガス管は酸化剤ガス供給管、酸化剤ガ
ス排出管、燃料ガス供給管からなり、セルスタックの対
応するマニホルドに接続され、函体は断熱性の容器で前
記セルスタックおよび反応ガス管を収納するものであ
る。
解質型燃料電池を得る。 【構成】セルスタックと、函体と、反応ガス管とを有
し、セルスタックは単セルと反応ガス分配手段とが交互
に積層されるとともに少なくとも酸化剤ガス供給マニホ
ルド、酸化剤ガス排出マニホルド、燃料ガス供給マニホ
ルドを備え、反応ガス管は酸化剤ガス供給管、酸化剤ガ
ス排出管、燃料ガス供給管からなり、セルスタックの対
応するマニホルドに接続され、函体は断熱性の容器で前
記セルスタックおよび反応ガス管を収納するものであ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は固体電解質型燃料電池
の構造に係り特に固体電解質型燃料電池の金属材料が高
温度において酸化腐食されることなく信頼性に優れる固
体電解質型燃料電池の構造に関する。
の構造に係り特に固体電解質型燃料電池の金属材料が高
温度において酸化腐食されることなく信頼性に優れる固
体電解質型燃料電池の構造に関する。
【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。
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ス接着
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。
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ス接着
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５は従来の平板型の固体電解質型燃料電
池を示し、図５（ａ）は横断面図、図５（ｂ）は縦断面
図である。単セル１１３とセパレート板１０４が交互に
積層される。積層されたものはセルスタックと称され
る。単セルは図示しない固体電解質体の両主面に図示し
ないアノードとカソードが配される。酸化剤ガスと燃料
ガスはそれぞれ酸化剤ガス導入管１０６、燃料ガス導入
管１０５により供給され、セパレート板１０４に設けら
れた案内羽１０８によりそれぞれ単セル１１３のカソー
ドとアノードに送られる。セパレート板１０４は燃料ガ
スと酸化剤ガスを分離する。固体電解質体の内部では酸
素イオンが流れる。固体電解質型燃料電池は１０００℃
で運転されるためにセルスタックの材料は全てセラミッ
クスで調製される。
池を示し、図５（ａ）は横断面図、図５（ｂ）は縦断面
図である。単セル１１３とセパレート板１０４が交互に
積層される。積層されたものはセルスタックと称され
る。単セルは図示しない固体電解質体の両主面に図示し
ないアノードとカソードが配される。酸化剤ガスと燃料
ガスはそれぞれ酸化剤ガス導入管１０６、燃料ガス導入
管１０５により供給され、セパレート板１０４に設けら
れた案内羽１０８によりそれぞれ単セル１１３のカソー
ドとアノードに送られる。セパレート板１０４は燃料ガ
スと酸化剤ガスを分離する。固体電解質体の内部では酸
素イオンが流れる。固体電解質型燃料電池は１０００℃
で運転されるためにセルスタックの材料は全てセラミッ
クスで調製される。
【０００５】カソードでは（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】固体電解質型燃料電池
は前記のようなセルスタックが単独に用いられるもので
はなく、単セルに反応ガスを供給あるいは排出する反応
ガス管あるいは電流取り出し線等とともに用いられる。
これらは通常金属材料であるために運転温度の１０００
℃においては酸化腐食され信頼性の高い固体電解質型燃
料電池が得られないという問題があった。この発明は上
述の点に鑑みてなされその目的は高温において金属材料
の酸化腐食を防止して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。
は前記のようなセルスタックが単独に用いられるもので
はなく、単セルに反応ガスを供給あるいは排出する反応
ガス管あるいは電流取り出し線等とともに用いられる。
これらは通常金属材料であるために運転温度の１０００
℃においては酸化腐食され信頼性の高い固体電解質型燃
料電池が得られないという問題があった。この発明は上
述の点に鑑みてなされその目的は高温において金属材料
の酸化腐食を防止して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
よればセルスタックと、函体と、反応ガス管とを有し、
セルスタックは単セルと反応ガス分配手段とが交互に積
層されるとともに少なくとも酸化剤ガス供給マニホル
ド、酸化剤ガス排出マニホルド、燃料ガス供給マニホル
ドを備え、反応ガス管は酸化剤ガス供給管、酸化剤ガス
排出管、燃料ガス供給管からなり、セルスタックの対応
するマニホルドに接続され、函体は断熱性の容器で前記
セルスタックおよび反応ガス管を収納するものであると
することにより達成される。
よればセルスタックと、函体と、反応ガス管とを有し、
セルスタックは単セルと反応ガス分配手段とが交互に積
層されるとともに少なくとも酸化剤ガス供給マニホル
ド、酸化剤ガス排出マニホルド、燃料ガス供給マニホル
ドを備え、反応ガス管は酸化剤ガス供給管、酸化剤ガス
排出管、燃料ガス供給管からなり、セルスタックの対応
するマニホルドに接続され、函体は断熱性の容器で前記
セルスタックおよび反応ガス管を収納するものであると
することにより達成される。
【０００８】
【作用】セルスタックに接続された燃料ガス排出管を設
けないので燃料ガスはセルスタックよりそのまま周囲に
排出され、セルスタックの周囲が還元性の雰囲気とな
る。
けないので燃料ガスはセルスタックよりそのまま周囲に
排出され、セルスタックの周囲が還元性の雰囲気とな
る。
【０００９】
【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
電池のモジュールを示す要部縦断面図である。燃料ガス
供給管１９、酸化剤ガス供給管２０、酸化剤ガス排出管
２１は函体１４を貫いている。また函体の一部に燃料ガ
ス排出管２２を取りつけている。これら反応ガス管は耐
熱金属でできている。セルスタック１２は締めつけボル
ト２３と皿バネ２４とにより締めつけられる。
する。図１はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料
電池のモジュールを示す要部縦断面図である。燃料ガス
供給管１９、酸化剤ガス供給管２０、酸化剤ガス排出管
２１は函体１４を貫いている。また函体の一部に燃料ガ
ス排出管２２を取りつけている。これら反応ガス管は耐
熱金属でできている。セルスタック１２は締めつけボル
ト２３と皿バネ２４とにより締めつけられる。
【００１０】図４はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池のモジュールにつき電流取り出し線を示す要
部横断面図である。電流取り出し線は平編ニッケル線が
用いられる。両電極とも同じ構成の電流取り出し線が用
いられる。平編線は伸縮自在であり、スタックの熱膨張
に追随でき無理な力がスタックにかからないので、スタ
ックの割れが防止される。
型燃料電池のモジュールにつき電流取り出し線を示す要
部横断面図である。電流取り出し線は平編ニッケル線が
用いられる。両電極とも同じ構成の電流取り出し線が用
いられる。平編線は伸縮自在であり、スタックの熱膨張
に追随でき無理な力がスタックにかからないので、スタ
ックの割れが防止される。
【００１１】図２はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池の単セルを示し図２（ａ）は横断面図、図２
（ｂ）はＢＢ矢視縦断面図である。基板（NiO-ZrO2）２
の上に、燃料極（NiO-ZrO2）３、固体電解質（ZrO2）
４、酸化剤極（LaMnO3）５の三層を形成する。中央部に
は穿設した燃料ガス供給マニホールド６、酸化剤ガス供
給マニホールド７、酸化剤ガス排出マニホールド８が設
けられ、燃料ガス供給マニホールド６から供給された水
素は、案内羽９に沿って流れ、円板周囲に設けた燃料ガ
ス排出スリット１０より排出される。セルスタックの周
辺はこのようにして還元性の雰囲気となるので酸化腐食
の心配がなくなって反応ガス管、締めつけ部材等に耐熱
金属、カーボン等が使用できる。例えば反応ガス管はニ
ッケル、締めつけバネはカーボンの皿バネが使用可能で
ある。そのほかステンレス、インコネル、ハステロイな
どの耐熱金属も使える。燃料ガスは燃料ガス排出スリッ
トから周囲に排出する他燃料ガス排出マニホルドを設け
てこのマニホルドから直接周囲に排出することもでき
る。
型燃料電池の単セルを示し図２（ａ）は横断面図、図２
（ｂ）はＢＢ矢視縦断面図である。基板（NiO-ZrO2）２
の上に、燃料極（NiO-ZrO2）３、固体電解質（ZrO2）
４、酸化剤極（LaMnO3）５の三層を形成する。中央部に
は穿設した燃料ガス供給マニホールド６、酸化剤ガス供
給マニホールド７、酸化剤ガス排出マニホールド８が設
けられ、燃料ガス供給マニホールド６から供給された水
素は、案内羽９に沿って流れ、円板周囲に設けた燃料ガ
ス排出スリット１０より排出される。セルスタックの周
辺はこのようにして還元性の雰囲気となるので酸化腐食
の心配がなくなって反応ガス管、締めつけ部材等に耐熱
金属、カーボン等が使用できる。例えば反応ガス管はニ
ッケル、締めつけバネはカーボンの皿バネが使用可能で
ある。そのほかステンレス、インコネル、ハステロイな
どの耐熱金属も使える。燃料ガスは燃料ガス排出スリッ
トから周囲に排出する他燃料ガス排出マニホルドを設け
てこのマニホルドから直接周囲に排出することもでき
る。
【００１２】図３はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池のセパレータを示し図３（ａ）は横断面図、
図３（ｂ）はＡＡ矢視縦断面図である。単セル１と対に
なるセパレータ（LaCrO3）１１の中央部には燃料ガス供
給マニホールド６、酸化剤ガス供給マニホールド７、酸
化剤ガス排出マニホールド８があり、酸化剤ガス供給マ
ニホールド７から流出した空気は、案内羽９に沿って流
れ、再び中央部に設けた酸化剤排出マニホールド８に戻
る。セルスタックは単セル１とセパレータ１１を交互に
積層することにより構成される。
型燃料電池のセパレータを示し図３（ａ）は横断面図、
図３（ｂ）はＡＡ矢視縦断面図である。単セル１と対に
なるセパレータ（LaCrO3）１１の中央部には燃料ガス供
給マニホールド６、酸化剤ガス供給マニホールド７、酸
化剤ガス排出マニホールド８があり、酸化剤ガス供給マ
ニホールド７から流出した空気は、案内羽９に沿って流
れ、再び中央部に設けた酸化剤排出マニホールド８に戻
る。セルスタックは単セル１とセパレータ１１を交互に
積層することにより構成される。
【００１３】
【発明の効果】この発明によればセルスタックと、函体
と、反応ガス管とを有し、セルスタックは単セルと反応
ガス分配手段とが交互に積層されるとともに少なくとも
酸化剤ガス供給マニホルド、酸化剤ガス排出マニホル
ド、燃料ガス供給マニホルドを備え、反応ガス管は酸化
剤ガス供給管、酸化剤ガス排出管、燃料ガス供給管から
なり、セルスタックの対応するマニホルドに接続され、
函体は断熱性の容器で前記セルスタックおよび反応ガス
管を収納するものであるので、燃料ガスはセルスタック
の周囲に直接的に排出されセルスタックの周辺は還元性
の雰囲気となりその結果金属材料の酸化腐食がなくなっ
て信頼性に優れる固体電解質型燃料電池が得られる。
と、反応ガス管とを有し、セルスタックは単セルと反応
ガス分配手段とが交互に積層されるとともに少なくとも
酸化剤ガス供給マニホルド、酸化剤ガス排出マニホル
ド、燃料ガス供給マニホルドを備え、反応ガス管は酸化
剤ガス供給管、酸化剤ガス排出管、燃料ガス供給管から
なり、セルスタックの対応するマニホルドに接続され、
函体は断熱性の容器で前記セルスタックおよび反応ガス
管を収納するものであるので、燃料ガスはセルスタック
の周囲に直接的に排出されセルスタックの周辺は還元性
の雰囲気となりその結果金属材料の酸化腐食がなくなっ
て信頼性に優れる固体電解質型燃料電池が得られる。
【図１】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のモジュールを示す要部縦断面図
のモジュールを示す要部縦断面図
【図２】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
の単セルを示し図２（ａ）は横断面図、図２（ｂ）はＢ
Ｂ矢視縦断面図
の単セルを示し図２（ａ）は横断面図、図２（ｂ）はＢ
Ｂ矢視縦断面図
【図３】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のセパレータを示し図３（ａ）は横断面図、図３（ｂ）
はＡＡ矢視縦断面図
のセパレータを示し図３（ａ）は横断面図、図３（ｂ）
はＡＡ矢視縦断面図
【図４】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のモジュールにつき電流取り出し線を示す要部横断面図
のモジュールにつき電流取り出し線を示す要部横断面図
【図５】従来の平板型の固体電解質型燃料電池を示し、
図５（ａ）は横断面図、図５（ｂ）は縦断面図
図５（ａ）は横断面図、図５（ｂ）は縦断面図
１ 単セル ２ 基板 ３ 燃料極 ４ 固体電解質 ５ 酸化剤極 ６ 燃料ガス供給マニホルド ７ 酸化剤ガス供給マニホルド ８ 酸化剤ガス排出マニホルド ９ 案内羽 １０ 燃料ガス排出スリット １１ セパレータ １２ セルスタック １４ 函体 １５ 平編ニッケル線 １９ 燃料ガス供給管 ２０ 酸化剤ガス供給管 ２１ 酸化剤ガス排出管 ２２ 燃料ガス排出管 ２３ 締めつけボルト ２４ 皿バネ
Claims (6)
- 【請求項１】セルスタックと、函体と、反応ガス管とを
有し、 セルスタックは単セルと反応ガス分配手段とが交互に積
層されるとともに少なくとも酸化剤ガス供給マニホル
ド、酸化剤ガス排出マニホルド、燃料ガス供給マニホル
ドを備え、 反応ガス管は酸化剤ガス供給管、酸化剤ガス排出管、燃
料ガス供給管からなり、セルスタックの対応するマニホ
ルドに接続され、 函体は断熱性の容器で前記セルスタックおよび反応ガス
管を収納するものであることを特徴とする固体電解質型
燃料電池。 - 【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、セルスタックはその周壁に燃料ガスの排出スリッ
トを有することを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【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、函体には燃料ガス排出管が接続されるものである
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項４】請求項１記載の固体電解質型燃料電池にお
いて、函体外から締めつけるセルスタック用の締めつけ
ボルトが函体を貫通してなることを特徴とする固体電解
質型燃料電池。 - 【請求項５】請求項１記載の固体電解質型燃料電池にお
いて、函体内には複数個のセルスタックが設けられるこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項６】請求項４記載の固体電解質型燃料電池にお
いて、電流取り出し線が函体内で並列接続されたのち函
体を貫通して函体外に引き出されることを特徴とする固
体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207067A JPH0547409A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207067A JPH0547409A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0547409A true JPH0547409A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=16533655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3207067A Pending JPH0547409A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0547409A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0889537A1 (de) * | 1997-07-03 | 1999-01-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage |
| JP2005085523A (ja) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物型燃料電池 |
| JP2006179286A (ja) * | 2004-12-22 | 2006-07-06 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| WO2007049671A1 (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Nissan Motor Co., Ltd. | 燃料電池スタック構造体 |
| JP2007234384A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-09-13 | Kyocera Corp | 燃料電池セルスタック装置及び燃料電池モジュール |
| JP2012190721A (ja) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池集合体の上部支持構造 |
| JP2015018793A (ja) * | 2013-06-10 | 2015-01-29 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
| EP3322021A1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-05-16 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Fuel cell device |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP3207067A patent/JPH0547409A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0889537A1 (de) * | 1997-07-03 | 1999-01-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage |
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| US7875401B2 (en) | 2004-12-22 | 2011-01-25 | Honda Motor, Ltd. | Fuel cell system |
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| EP3322021A1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-05-16 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Fuel cell device |
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