JPH0562694A - 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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JPH0562694A
JPH0562694A JP3224476A JP22447691A JPH0562694A JP H0562694 A JPH0562694 A JP H0562694A JP 3224476 A JP3224476 A JP 3224476A JP 22447691 A JP22447691 A JP 22447691A JP H0562694 A JPH0562694 A JP H0562694A
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zirconia
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unit cell
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JP3224476A
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Kazuo Koseki
和雄 小関
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【目的】製造容易で信頼性に優れる固体電解質型燃料電
池を得る。 【構成】単電池板と、セパレータ板とを有し、単電池板
は多孔質基板のリブを有する主面に単電池層を積層した
ものであり、ここに単電池層はアノード、固体電解質、
カソードの各層からなり、セパレータ板はその主面の一
つにリブを有し、前記単電池板と交互に積層されるもの
であり、この際この積層は相互に平坦な主面とリブを有
する主面とを介して行われるものである。

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
の単電池構造に係り、特に電流密度が大きくとれる上、
製造容易で信頼性に優れる固体電解質型燃料電池の単電
池構造に関する。
【0002】
【従来の技術】ジルコニア等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触媒が不要であり、ま
た電解質が固体であるため取扱が容易であるなどの特長
を有し、第三世代の燃料電池として期待されている。し
かしながら固体電解質型燃料電池はセラミックスがその
主要な構造材料であるため熱的に破損し易く、またガス
の適切なシール方法がないため実現が困難であった。そ
のため燃料電池として特殊な形状である円筒型が考え出
され上記二つの問題を解決し電池の運転試験に成功して
いるが電池単位面積あ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
るために平板型やその改良型が種々検討されている。
【0003】図4は従来の固体電解質型燃料電池につ
き、そのセル構造を示す断面図である。アノード11、
固体電解質12、カソード13からなる波型の単電池板
14がセパレータ板15と交互に積層されている。これ
は平板型の改良型と考えることができる。単電池板が波
型であるために単純な平板型構造よりも電極の有効面積
が大きく平板型より電流密度が大きくとれる。このよう
な単電池板は厚さ100μm程度の各層を三枚重ねて波
型に成型し一体焼成して製造される。
【0004】波型単電池板とセパレータ板の間に設けら
れる空間部には燃料ガスまたは酸化剤ガスが流される。
カソードでは次の反応が起こる。 O2 +4e→2O2- … (1) アノードではつぎの反応が起こる。 2O2-+2H2 →2H2 O+4e … (2) 酸素イオンO2-は固体電解質2の内部をカソードからア
ノードに向かって流れる。電子4eは外部回路を流れ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な単電池板は製造に困難を伴う上、機械的強度に劣り、
また各層の熱膨張率の違いから割れや反りが発生しやす
いという問題があった。この発明は上述の点に鑑みてな
されその目的は単電池の構造に改良を加えることによ
り、製造容易で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。
【0006】
【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、単電池板と、セパレータ板とを有し、単電池板
は多孔質基板のリブを有する主面に単電池層を積層した
ものであり、ここに単電池層はアノード、固体電解質、
カソードの各層からなり、セパレータ板はその主面の一
つにリブを有し、前記単電池板と交互に積層されるもの
であり、この際この積層は相互に平坦な主面とリブを有
する主面とを介して行われるものであるとすることによ
り達成される。セパレータ板はランタンクロマイト等か
らなる単一の板でもよく、また基板にランタンクロマイ
ト等を積層したものでもよい。単電池板の多孔質基板は
ニッケル−ジルコニアサーメットやランタンマンガナイ
ト等が用いられる。セパレータの基板も同様である。リ
ブを有する主面に単電池を積層する方法としてはスプレ
ー、蒸着、スパッタ等が用いられる。
【0007】
【作用】単電池層は多孔質基板のリブを有する面に積層
するので薄膜状の単電池を単独に製造する必要がなく、
また単電池は機械的に強い多孔質基板に保護される。
【0008】
【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
電池を示す分解斜視図である。単電池板19の多孔質基
板16はNiとYSZ(イットリアY2 3 で安定化さ
れたジルコニアZrO2 )のサーメットである。主面の
一つが波型のリブを有している。この波型のリブを有す
る主面には固体電解質である緻密なYSZ層17とカソ
ードであるランタンマンガナイト層18が積層される。
このリブを有する主面には酸化剤ガスが流される。アノ
ードは多孔質基板であるNiとYSZのサーメットがそ
の働きをするので設けなくともよい。NiとYSZから
なるアノードを設けて良いことは勿論である。
【0009】セパレータ板22はNiとYSZのサーメ
ットからなる基板20の平坦な主面にランタンクロマイ
トLaCrO3 からなるセパレータ層21が積層され
る。リブを有する面には燃料ガスが流される。単電池板
19とセパレータ板22は相互に平坦な主面とリブを有
する主面とを介して積層される。積層体の四側面にはガ
ス供給とガス排出用のマニホルドが燃料ガスと酸化剤ガ
スのそれぞれにつき設けられる。
【0010】単電池板19は次のようにして調製され
る。酸化ニッケルNiOとYSZの混合粉を金型に装填
しプレス成型したのち1500℃で焼成して厚さ3m
m、200mm角の片面リブ付き多孔質基板を得た。こ
の多孔質基板は次いで水素気流中で熱処理し、酸化ニッ
ケルNiOをニッケルに還元しNiとYSZからなるサ
ーメットに変化させた。得られた多孔質基板のリブを有
する面に固体電解質であるYSZ層17をプラズマ溶射
により100μmの厚さに形成し、さらにその上にカソ
ードであるランタンマンガナイト層18をプラズマ溶射
で100μm厚さに形成した。多孔質基板16と固体電
解質であるYSZ層17とランタンマンガナイト層18
との温度に対する熱膨張率の整合は原料粒度や組成の調
整により行われる。なおリブの形状は波型に限定される
ものではなく、凹凸のある形状ならば許される。
【0011】セパレート板22は次のようにして調製さ
れる。単電池板19の多孔質基板と同様にして調製した
Ni−YSZからなる基板の平坦な主面にランタンクロ
マイトLaCrO3 からなるセパレータ層21をプラズ
マ溶射で100μm厚さに形成した。
【0012】図2はこの発明の実施例にかかる固体電解
質型燃料電池を示す断面図である。酸化剤ガスと燃料ガ
スが立体的に交差して流される。燃料ガス中の水素ガス
は単電池板の多孔質基板16の細孔を拡散して固体電解
質であるYSZ層17の界面に到達し、前記反応式
(2)で示される反応を行う。この時、多孔質基板の界
面はアノードとして機能する。水素ガスの細孔中の拡散
は速い。
【0013】図3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分解斜視図である。単電池板2
6の多孔質基板23はランタンマンガナイトLaMnO
3 である。主面の一つが波型のリブを有している。この
波型のリブを有する主面には固体電解質である緻密なY
SZ層24とアノードであるNi−YSZ層25が積層
される。このリブを有する主面には燃料ガスが流され
る。カソードは多孔質基板であるランタンマンガナイト
LaMnO3 がその働きをするので設けなくともよい。
ランタんマンガナイトからなるカソードを設けることは
勿論許される。
【0014】セパレータ板29はランタンマンガナイト
LaMnO3 からなる基板27の平坦な主面にランタン
クロマイトLaCrO3 からなるセパレータ層28が積
層される。リブを有する面には酸化剤ガスが流される。
単電池板26とセパレータ板29は相互に平坦な主面と
リブを有する主面とを介して積層される。積層体の四側
面にはガス供給とガス排出用のマニホルドが燃料ガスと
酸化剤ガスのそれぞれにつき設けられる。
【0015】単電池板26は次のようにして調製され
る。ランタンマンガナイトLaMnO3 粉末を金型に装
填しプレス成型したのち1300℃の温度で空気中にお
いて焼成して厚さ3mm、200mm角の片面リブ付き
多孔質基板を得た。得られた多孔質基板のリブを有する
面に固体電解質であるYSZ層24をプラズマ溶射によ
り100μmの厚さに形成し、さらにその上にアノード
となるNiO−YSZ層をプラズマ溶射で100μm厚
さに形成した。NiO−YSZ層は電池組み立ての後、
燃料ガスを流すことによりNi−YSZ層に変化する。
多孔質基板23と固体電解質であるYSZ層24とNi
−YSZ層25との温度に対する熱膨張率の整合は原料
粒度や組成の調整により行われる。
【0016】セパレータ板29は次のようにして調製さ
れる。単電池板26の多孔質基板と同様にして調製した
ランタンマンガナイトLaMnO3 からなる基板の平坦
な主面にランタンクロマイトからなるセパレータ層28
をプラズマ溶射で100μm厚さに形成した。
【0017】
【発明の効果】この発明によれば単電池板と、セパレー
タ板とを有し、単電池板は多孔質基板のリブを有する主
面に単電池層を積層したものであり、ここに単電池層は
アノード、固体電解質、カソードの各層からなり、セパ
レータ板はその主面の一つにリブを有し、前記単電池板
と交互に積層されるものであり、この際この積層は相互
に平坦な主面とリブを有する主面とを介して行われるも
のであるので、薄膜状の単電池は単独に製造する必要が
なく、多孔質基板のリブを有する主面に積層して容易に
製造され、また薄膜状の単電池は機械的に丈夫な多孔質
基板に保護されて割れや反りがなく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
を示す分解斜視図
【図2】この発明の実施例にかかる固体電解質型燃料電
池を示す断面図
【図3】この発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃
料電池を示す分解斜視図
【図4】従来の固体電解質型燃料電池につき、そのセル
構造を示す断面図
【符号の説明】
11 アノード 12 固体電解質 13 カソード14 単電池板15 セパレータ板 16 多孔質基板(Ni−YSZ) 17 YSZ層 18 LaMnO3 19 単電池板 20 基板(Ni−YSZ) 21 セパレータ層22 セパレータ板 23 多孔質基板(LaMnO3 ) 24 YSZ層 25 Ni−YSZ層26 単電池板 27 基板(LaMnO3 ) 28 セパレータ層(LaCrO3 29 セパレータ板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単電池板と、セパレータ板とを有し、 単電池板は多孔質基板のリブを有する主面に単電池層を
    積層したものであり、ここに単電池層はアノード、固体
    電解質、カソードの各層からなり、 セパレータ板はその主面の一つにリブを有し、前記単電
    池板と交互に積層されるものであり、この際この積層は
    相互に平坦な主面とリブを有する主面とを介して行われ
    るものであることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  2. 【請求項2】請求項1記載の燃料電池おいて、単電池板
    はニッケル−ジルコニアサーメットからなる多孔質基板
    の上にジルコニア固体電解質、ランタンマンガナイトか
    らなるカソードの各層が積層されたものであり、セパレ
    ート板はニッケル−ジルコニアサーメットからなる基板
    の平坦な面にランタンクロマイトからなるセパレータ層
    が積層された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記載の燃料電池おいて、単電池板
    はニッケル−ジルコニアサーメットからなる多孔質基板
    の上にニッケル−ジルコニアからなるアノード、ジルコ
    ニア固体電解質、ランタンマンガナイトからなるカソー
    ドの各層が順次積層されたものであり、セパレート板は
    ニッケル−ジルコニアサーメットからなる基板の平坦な
    面にランタンクロマイトからなるセパレータ層が積層さ
    れたものであることを特徴とする固体電解質型燃料電
    池。
  4. 【請求項4】請求項1記載の燃料電池おいて、単電池板
    はランタンマンガナイトからなる多孔質基板の上にジル
    コニア固体電解質、ニッケル−ジルコニアからなるアノ
    ードの各層が積層されたものであり、セパレート板はラ
    ンタンマンガナイトからなる基板の平坦な面にランタン
    クロマイトからなるセパレータ層が積層されたものであ
    ることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  5. 【請求項5】請求項1記載の燃料電池おいて、単電池板
    はランタンマンガナイトからなる多孔質基板の上にラン
    タンマンガナイトからなるカソード、ジルコニア固体電
    解質、ニッケル−ジルコニアからなるアノードの各層が
    順次積層されたものであり、セパレート板はランタンマ
    ンガナイトからなる基板の平坦な面にランタンクロマイ
    トからなるセパレータ層が積層されたものであることを
    特徴とする固体電解質型燃料電池。
  6. 【請求項6】請求項1記載の燃料電池おいて、リブの形
    状は波型であることを特徴とする固体電解質型燃料電
    池。
  7. 【請求項7】請求項2、3、4または5記載の燃料電池
    において、ジルコニアはイットリアで安定化されたジル
    コニアであることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
JP3224476A 1991-09-05 1991-09-05 固体電解質型燃料電池 Pending JPH0562694A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU734428B2 (en) * 1997-01-07 2001-06-14 Obayashi Corporation Method for analyzing formaldehyde in ambient air
JP2008034340A (ja) * 2006-06-30 2008-02-14 Ngk Spark Plug Co Ltd 燃料電池スタック及びその製造方法、並びに、リアクタースタック及びその製造方法
JP2008084791A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Dainippon Printing Co Ltd 固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造

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