JPH0562698A - 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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- JPH0562698A JPH0562698A JP3224473A JP22447391A JPH0562698A JP H0562698 A JPH0562698 A JP H0562698A JP 3224473 A JP3224473 A JP 3224473A JP 22447391 A JP22447391 A JP 22447391A JP H0562698 A JPH0562698 A JP H0562698A
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- fuel gas
- supply system
- cell
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
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- 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
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】燃料ガス中の水蒸気分圧が小さくなると、電池
の構成材料であるセパレータ板の導電率が急激に低下
し、セル特性が悪化するので、燃料ガス中の水蒸気分圧
を最適値に維持し、電池の内部抵抗の増大を防止する。 【構成】セルスタック18と、反応ガス供給系と、加湿
器12と、導電率計16とを有し、セルスタック18に
は燃料ガス供給装置11より燃料ガス供給系14を介し
て燃料ガスが、また酸化剤ガス供給計15を介して酸化
剤ガスが供給される。加湿器12は燃料ガス供給系14
に設けられており、セルスタックの近傍に設けられた導
電率計16からの信号に基づいて燃料ガス中の水蒸気分
圧を最適値に維持する。
の構成材料であるセパレータ板の導電率が急激に低下
し、セル特性が悪化するので、燃料ガス中の水蒸気分圧
を最適値に維持し、電池の内部抵抗の増大を防止する。 【構成】セルスタック18と、反応ガス供給系と、加湿
器12と、導電率計16とを有し、セルスタック18に
は燃料ガス供給装置11より燃料ガス供給系14を介し
て燃料ガスが、また酸化剤ガス供給計15を介して酸化
剤ガスが供給される。加湿器12は燃料ガス供給系14
に設けられており、セルスタックの近傍に設けられた導
電率計16からの信号に基づいて燃料ガス中の水蒸気分
圧を最適値に維持する。
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
のシステムに係り、特に固体電解質型燃料電池の内部抵
抗の増大を防止して信頼性に優れる固体電解質型燃料電
池のシステムに関する。
のシステムに係り、特に固体電解質型燃料電池の内部抵
抗の増大を防止して信頼性に優れる固体電解質型燃料電
池のシステムに関する。
【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
池のような電解質の管理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
池のような電解質の管理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。
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は従来の固体電解質型燃料電池のセル
スタックの要部を示す分解斜視図である。単セル27
(固体電解質板27Aと電極27B、27Cからなる)
とセパレート板28とが交互に積層され、セパレート板
の立体的に交差した溝にはそれぞれ異なった反応ガスが
流される。反応ガスはマニホルド(図示せず)を用いて
燃料電池に個別に導入される。セパレート板28の材料
としては固体電解質型燃料電池の運転温度1000℃に
おいて水素、酸素の雰囲気に安定で導電性の高いランタ
ンクロマイト(La1-X CrX CrO3 やLa1-X Mg
x CrO3 )が使用される。
スタックの要部を示す分解斜視図である。単セル27
(固体電解質板27Aと電極27B、27Cからなる)
とセパレート板28とが交互に積層され、セパレート板
の立体的に交差した溝にはそれぞれ異なった反応ガスが
流される。反応ガスはマニホルド(図示せず)を用いて
燃料電池に個別に導入される。セパレート板28の材料
としては固体電解質型燃料電池の運転温度1000℃に
おいて水素、酸素の雰囲気に安定で導電性の高いランタ
ンクロマイト(La1-X CrX CrO3 やLa1-X Mg
x CrO3 )が使用される。
【0005】図5は従来の固体電解質型燃料電池のシス
テムを示す配置図である。断熱容器17の中に上述のセ
ルスタック18が収納されている。セルスタック18に
は燃料ガス供給装置11より燃料ガス供給系14を介し
て燃料ガスが、また酸化剤ガス供給系15を介して酸化
剤ガスが供給される。燃料ガスは燃料ガス排出系23よ
りまた酸化剤ガスは酸化剤ガス排出系24よりそれぞれ
排出される。
テムを示す配置図である。断熱容器17の中に上述のセ
ルスタック18が収納されている。セルスタック18に
は燃料ガス供給装置11より燃料ガス供給系14を介し
て燃料ガスが、また酸化剤ガス供給系15を介して酸化
剤ガスが供給される。燃料ガスは燃料ガス排出系23よ
りまた酸化剤ガスは酸化剤ガス排出系24よりそれぞれ
排出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うな固体電解質型燃料電池は燃料ガス供給系の中の水蒸
気分圧が小さくなると、電池の構成材料であるセパレー
ト板の導電率が急激に低下しセル特性を悪化させること
がわかった。これはセパレータであるセパレート板を構
成するランタンクロマイトの導電率が酸素分圧により変
化するためである。酸素分圧は水素分圧と水蒸気分圧に
より決定される。
うな固体電解質型燃料電池は燃料ガス供給系の中の水蒸
気分圧が小さくなると、電池の構成材料であるセパレー
ト板の導電率が急激に低下しセル特性を悪化させること
がわかった。これはセパレータであるセパレート板を構
成するランタンクロマイトの導電率が酸素分圧により変
化するためである。酸素分圧は水素分圧と水蒸気分圧に
より決定される。
【0007】この発明は上述の点に鑑みてなされその目
的は燃料ガス中の水蒸気分圧を最適値に維持することに
より固体電解質型燃料電池の内部抵抗の増大を招くこと
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。
的は燃料ガス中の水蒸気分圧を最適値に維持することに
より固体電解質型燃料電池の内部抵抗の増大を招くこと
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。
【0008】
【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、反応ガス供給系と、加湿器と、
導電率計とを有し、セルスタックは単セルとガス供給手
段とを積層してなり、ガス供給手段はランタンクロマイ
トからなるセパレータを有して単セルに燃料ガスと酸化
剤ガスとを分離して供給し、反応ガス供給系は燃料ガス
供給系と酸化剤ガス供給系とからなり、セルスタックの
単セルに燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ個別に供給
するものであり、加湿器は前記燃料ガス供給系に設けら
れて導電率計からの信号に基づいて燃料ガスの水蒸気分
圧を最適値に維持するものであり、導電率計は前記ガス
供給手段のランタンクロマイトと同一の酸化物セラミッ
クスに電極を配してなりこの酸化物セラミックスの燃料
ガス中における導電率を出力と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、反応ガス供給系と、加湿器と、
導電率計とを有し、セルスタックは単セルとガス供給手
段とを積層してなり、ガス供給手段はランタンクロマイ
トからなるセパレータを有して単セルに燃料ガスと酸化
剤ガスとを分離して供給し、反応ガス供給系は燃料ガス
供給系と酸化剤ガス供給系とからなり、セルスタックの
単セルに燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ個別に供給
するものであり、加湿器は前記燃料ガス供給系に設けら
れて導電率計からの信号に基づいて燃料ガスの水蒸気分
圧を最適値に維持するものであり、導電率計は前記ガス
供給手段のランタンクロマイトと同一の酸化物セラミッ
クスに電極を配してなりこの酸化物セラミックスの燃料
ガス中における導電率を出力とするものであるとするこ
とにより達成される。
【0009】
【作用】セパレータのランタンクロマイトと導電率計の
ランタンクロマイトとが同一の材料であるの制御計にお
ける導電率の設定値とセパレータの導電率とを一致させ
ることができる。
ランタンクロマイトとが同一の材料であるの制御計にお
ける導電率の設定値とセパレータの導電率とを一致させ
ることができる。
【0010】
【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
電池を示す配置図である。従来の固体電解質型燃料電池
とは加湿器12と導電率計16とフィードバックループ
13が設けられている点が異なる。加湿器12は導電率
計からの信号に基づいて燃料ガスに水蒸気を加える。導
電率計16はセルスタック18のセパレータであるラン
タンカルシウムクロマイトLa1-x Cax CrO3 と同
じ材料が用いられる。導電率計のランタンカルシウムク
ロマイトLa1-xCax CrO3 は約5mm角で長さ2
0mmに成形、焼成される。白金電極および白金リード
線が装着され導電率計となる。この導電率計はアルミナ
治具を介して燃料電池のアノード近傍に設置される。導
電率計は燃料電池と同じ温度の1000℃に保持され
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
電池を示す配置図である。従来の固体電解質型燃料電池
とは加湿器12と導電率計16とフィードバックループ
13が設けられている点が異なる。加湿器12は導電率
計からの信号に基づいて燃料ガスに水蒸気を加える。導
電率計16はセルスタック18のセパレータであるラン
タンカルシウムクロマイトLa1-x Cax CrO3 と同
じ材料が用いられる。導電率計のランタンカルシウムク
ロマイトLa1-xCax CrO3 は約5mm角で長さ2
0mmに成形、焼成される。白金電極および白金リード
線が装着され導電率計となる。この導電率計はアルミナ
治具を介して燃料電池のアノード近傍に設置される。導
電率計は燃料電池と同じ温度の1000℃に保持され
る。
【0011】図2はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池の導電率計につき導電率の酸素分圧依存性を
示す線図である。丸で示される特性は温度1273K、
四角で示される特性は温度1416Kの特性である。導
電率の最大飽和値の値は温度による影響が少ないことが
わかる。従って導電率の最大飽和値付近に制御値が設定
されていれば固体電解質型燃料電池の運転温度の変動
(通常±50℃)に係わらず安定した制御が可能とな
る。
型燃料電池の導電率計につき導電率の酸素分圧依存性を
示す線図である。丸で示される特性は温度1273K、
四角で示される特性は温度1416Kの特性である。導
電率の最大飽和値の値は温度による影響が少ないことが
わかる。従って導電率の最大飽和値付近に制御値が設定
されていれば固体電解質型燃料電池の運転温度の変動
(通常±50℃)に係わらず安定した制御が可能とな
る。
【0012】導電率計の出力が減少しているときはセル
スタックのセパレータによる内部抵抗が増大しているこ
とを示す。このとき加湿器は水蒸気を加える。導電率計
の出力の減少は酸素分圧の減少と等価だからである。水
蒸気分圧が大きくなるとそれに伴って酸素分圧も上昇す
る。導電率計の出力が増大しているときは水蒸気分圧は
減少させる。
スタックのセパレータによる内部抵抗が増大しているこ
とを示す。このとき加湿器は水蒸気を加える。導電率計
の出力の減少は酸素分圧の減少と等価だからである。水
蒸気分圧が大きくなるとそれに伴って酸素分圧も上昇す
る。導電率計の出力が増大しているときは水蒸気分圧は
減少させる。
【0013】制御値が上記導電率特性の最大飽和値近傍
に設定されているときはセパレータの導電率も最大値近
傍に維持され、固体電解質型燃料電池の内部抵抗は最小
値になる。
に設定されているときはセパレータの導電率も最大値近
傍に維持され、固体電解質型燃料電池の内部抵抗は最小
値になる。
【0014】ランタンクロマイトとしては上記ランタン
カルシウムクロマイトLa1-x Ca x CrO3 の他にラ
ンタンマグネシウムクロマイトLa1-x Mgx CrO3
も使用することができる。
カルシウムクロマイトLa1-x Ca x CrO3 の他にラ
ンタンマグネシウムクロマイトLa1-x Mgx CrO3
も使用することができる。
【0015】図3はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池の導電率計につきその水蒸気分圧依存性を示
す線図である。温度は1000℃である。水蒸気分圧が
約0.05バール以上において導電率は最大になること
がわかる。上記の場合水素と水蒸気の圧力合計は1ba
rとしている。
型燃料電池の導電率計につきその水蒸気分圧依存性を示
す線図である。温度は1000℃である。水蒸気分圧が
約0.05バール以上において導電率は最大になること
がわかる。上記の場合水素と水蒸気の圧力合計は1ba
rとしている。
【0016】
【発明の効果】この発明によればセルスタックと、反応
ガス供給系と、加湿器と、導電率計とを有し、セルスタ
ックは単セルとガス供給手段とを積層してなり、ガス供
給手段はランタンクロマイトからなるセパレータを有し
て単セルに燃料ガスと酸化剤ガスとを分離して供給し、
反応ガス供給系は燃料ガス供給系と酸化剤ガス供給系と
からなり、セルスタックの単セルに燃料ガスと酸化剤ガ
スとをそれぞれ個別に供給するものであり、加湿器は前
記燃料ガス供給系に設けられて導電率計からの信号に基
づいて燃料ガスの水蒸気分圧を最適値に維持するもので
あり、導電率計は前記ガス供給手段のランタンクロマイ
トと同一の酸化物セラミックスに電極を配してなりこの
酸化物セラミックスの燃料ガス中における導電率を出力
とするものであるので、制御系における導電率の設定値
とセパレータの導電率とを一致させることができ制御値
を導電率の最大値に設定してセパレータの抵抗値が常に
最小の状態に維持された信頼性に優れる固体電解質型燃
料電池が得られる。
ガス供給系と、加湿器と、導電率計とを有し、セルスタ
ックは単セルとガス供給手段とを積層してなり、ガス供
給手段はランタンクロマイトからなるセパレータを有し
て単セルに燃料ガスと酸化剤ガスとを分離して供給し、
反応ガス供給系は燃料ガス供給系と酸化剤ガス供給系と
からなり、セルスタックの単セルに燃料ガスと酸化剤ガ
スとをそれぞれ個別に供給するものであり、加湿器は前
記燃料ガス供給系に設けられて導電率計からの信号に基
づいて燃料ガスの水蒸気分圧を最適値に維持するもので
あり、導電率計は前記ガス供給手段のランタンクロマイ
トと同一の酸化物セラミックスに電極を配してなりこの
酸化物セラミックスの燃料ガス中における導電率を出力
とするものであるので、制御系における導電率の設定値
とセパレータの導電率とを一致させることができ制御値
を導電率の最大値に設定してセパレータの抵抗値が常に
最小の状態に維持された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
を示す配置図
を示す配置図
【図2】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
の導電率計につき導電率の酸素分圧依存性を示す線図
の導電率計につき導電率の酸素分圧依存性を示す線図
【図3】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
の導電率計につき導電率の水蒸気分圧依存性を示す線図
の導電率計につき導電率の水蒸気分圧依存性を示す線図
【図4】従来の固体電解質型燃料電池のセルスタックの
要部を示す分解斜視図
要部を示す分解斜視図
【図5】従来の固体電解質型燃料電池のシステムを示す
配置図
配置図
11 ガス供給装置 12 加湿器 13 フィードバックループ 14 燃料ガス供給系 15 酸化剤ガス供給系 16 導電率計 17 断熱容器 18 セルスタック 23 燃料ガス排出系 24 酸化剤ガス排出系
Claims (3)
- 【請求項1】セルスタックと、反応ガス供給系と、加湿
器と、導電率計とを有し、 セルスタックは単セルとガス供給手段とを積層してな
り、ガス供給手段はランタンクロマイトからなるセパレ
ータを有して単セルに燃料ガスと酸化剤ガスとを分離し
て供給し、 反応ガス供給系は燃料ガス供給系と酸化剤ガス供給系と
からなり、セルスタックの単セルに燃料ガスと酸化剤ガ
スとをそれぞれ個別に供給するものであり、 加湿器は前記燃料ガス供給系に設けられて導電率計から
の信号に基づいて燃料ガスの水蒸気分圧を最適値に維持
するものであり、 導電率計は前記ガス供給手段のランタンクロマイトと同
一の酸化物セラミックスに電極を配してなりこの酸化物
セラミックスの燃料ガス中における導電率を出力とする
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、酸化物セラミックスはランタンカルシウムクロマ
イトLa1-x Cax CrO3 であ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、導電率計はセルスタックの近傍に設けられるもの
であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3224473A JPH0562698A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3224473A JPH0562698A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0562698A true JPH0562698A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16814349
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3224473A Pending JPH0562698A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0562698A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101689670A (zh) * | 2007-06-01 | 2010-03-31 | 阿海珐核能公司 | 用于优化导电膜中由h+质子和/或oh-离子的位移提供的电导率的方法 |
US7960068B2 (en) | 2000-12-28 | 2011-06-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Fuel cell module and structure for gas supply to fuel cell |
JP2013093236A (ja) * | 2011-10-26 | 2013-05-16 | Dainippon Printing Co Ltd | 発電装置 |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP3224473A patent/JPH0562698A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7960068B2 (en) | 2000-12-28 | 2011-06-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Fuel cell module and structure for gas supply to fuel cell |
US7998635B2 (en) | 2000-12-28 | 2011-08-16 | Mitsubishi Materials Corporation | Fuel cell structure for gas supply |
CN101689670A (zh) * | 2007-06-01 | 2010-03-31 | 阿海珐核能公司 | 用于优化导电膜中由h+质子和/或oh-离子的位移提供的电导率的方法 |
JP2010529291A (ja) * | 2007-06-01 | 2010-08-26 | アレバ・エヌペ | 伝導膜においてh+プロトン及び/またはoh−イオンを置換することによる伝導度の最適化方法 |
JP2013093236A (ja) * | 2011-10-26 | 2013-05-16 | Dainippon Printing Co Ltd | 発電装置 |
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