JPH056774A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

Info

Publication number
JPH056774A
JPH056774A JP3084419A JP8441991A JPH056774A JP H056774 A JPH056774 A JP H056774A JP 3084419 A JP3084419 A JP 3084419A JP 8441991 A JP8441991 A JP 8441991A JP H056774 A JPH056774 A JP H056774A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power generation
cell
sofc
plate
generation cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3084419A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshio Matsushima
敏雄 松島
Toru Koyashiki
徹 小屋敷
Masahiro Ichimura
雅弘 市村
Kazuo Oshima
一夫 大島
Tetsuo Take
武  哲夫
Tsutomu Ogata
努 尾形
Yoshiaki Hasuda
良紀 蓮田
Maki Ishizawa
真樹 石沢
Hideaki Otsuka
秀昭 大塚
Takahisa Masashiro
尊久 正代
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP3084419A priority Critical patent/JPH056774A/ja
Publication of JPH056774A publication Critical patent/JPH056774A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/243Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平板型SOFCが内在している、極板端部の
シールや、さらにはマニホールド取り付け時の困難さ
や、さらに多層積層が難しく大形化が望めないという問
題点の解決を図る。 【構成】 中空筒状の基体20上に固体電解質層22を
介して、酸素電極層23、燃料電極層21の各層を形成
して発電セルを構成し、前記発電セルを嵌合し得る取り
付け穴を有する固定板と前記セルの外形寸法よりも大き
な穴を有する分離板を容器内に収め、前記の発電セル
を、前記固定板と分離板に貫通させて設置し、前記固定
板との嵌合部をシール剤で密閉した。 【効果】 平板型SOFCが内在している、極板端部の
シールや、さらにはマニホールド取り付け時の困難さ
や、さらに多層積層が難しく大形化が望めないという問
題点を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
の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』と略称で示す。)は、リン酸型、溶融炭酸塩型の燃
料電池につづく、第3世代の燃料電池と言われており、
電解質として固体内の酸素イオン導電性を利用している
ために、電解質の損耗の問題は解消され、かつ1000
℃近くの高温で運転されるため、発電効率も従来型の燃
料電池に比べて高いという利点がある。しかし、100
0℃という高温で使用するためには使用材料に制限があ
り、電解質、各電極の全てに固体材料が用いられ、例え
ば電解質にはY23ドープZrO2(YSZ)、また燃
料極にはNi+ZrO2サーメット、酸素極にはLaS
rMnO3など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。
【0003】一般的に、固体電解質は、電導性が低く、
SOFCを高温で動作させる1つの理由は、は、高温に
よって抵抗率を低下させることにある。しかし、高温だ
けでは抵抗の低減は不十分であるので、一般的にはさら
に電解質の薄膜化が行なわれている。このように、SO
FCに使用される材料は材料自体が脆いばかりでなく、
電解質のように電池としての所定の特性を得るために、
薄膜化が必要とされる部材もあり、このような部材の組
み合わせによって構成されたSOFCの電極部は総じて
機械的強度が弱くなっている。従来のSOFCの構造例
としては、例えば図9がある。これは、従来のリン酸型
燃料電池の電極群の積み重ね方式に準じた構造で、平板
型と称されているものである。
【0004】この図において、1は単位発電セルであ
る。単位発電セルは、固体電解質薄膜2、および該薄膜
2の両側に位置する酸素電極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、酸素電極と同じ材質の膜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
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。
【0005】
【発明が解決する問題点】燃料電池の出力は、単位発電
セルあたり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。しかし、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おり、積層膜
8の機械的強度は弱い。したがって、このような積層膜
8や9を多数積み重ねようとしても、材料強度が不十分
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
難であった。
【0006】また、一般的に従来例のような平板型のS
OFC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、このとき各材料の線
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
ある。さらに、平板型SOFCにおいては、燃料ガス、
酸化剤ガスの供給のために、モジュールの側面に各ガス
の供給と排出のためのマニホールドの設置が必要である
が、酸化物固体を使用したSOFCの場合、積層膜8や
9の端部における気密を確保することと合わせ、マニホ
ールドの取り付けそのものも難しい。特に、モジュール
の枚数が変わった場合、その都度専用のマニホールドを
準備しなければならないという構成上の問題もあり、コ
スト上昇を招く原因にもなっている。
【0007】
【発明の目的】本発明の目的は、平板型SOFCが内在
している、極板端部のシールや、さらにはマニホールド
取り付け時の困難さや、さらに多層積層が難しく大形化
が望めないという問題点の解決を図ったSOFCを提供
することにある。
【0008】
【問題点を解決するための手段】
【0009】上記問題点を解決するため、本発明は、単
位発電セルの形状を中空筒状とし、この形の基体表面に
酸素電極、固体電解質、燃料電極の各層を形成させ、こ
のような単位発電セルの組み合わせに当たっては、前記
発電セルを嵌合し得る取り付け穴を有する固定板と前記
セルの外形寸法よりも大きな穴を有する分離板を容器内
に収め、前記の発電セルを、前記固定板と分離板に貫通
させて設置し、前記取り付け板との嵌合部をシール剤で
密閉することを特徴としている。
【0010】これまで、このような発電セルを本発明の
ように組み立てる方法は行なわれていない。
【0011】
【実施例】図1および図2は、本発明の実施例における
単位発電セルの構造を示すものである。本発明の単位発
電セルでは、中空状の基体管を使用し、その表面に燃料
電極、固体電解質、酸素電極の各層を形成している。図
1は、このような単位発電セルの一例の外観を示し、図
2はセルの断面(上部半分のみ断面)を示している。基
体管20としては、多孔性のカルシア安定化ジルコニア
(CSZ)の使用が可能であり、発電に関与する各層は
いずれも溶射法によって、燃料電極21は、NiO+Y
SZを50〜200μmで、また、固体電解質層22は
YSZを50〜200μmで、また、酸素電極23は例
えばLaSrMnO3をやはり50〜200μmの厚み
で形成することで容易に作製することができる。なお、
各層の形成に当たっては、溶射だけではなく所定の薄膜
性能(薄さ、緻密さなど)が得られれば、レーザPVD
法、CVD法、EVD法などの適用が可能である。
【0012】本発明では次に、このように作製した単位
発電セルを組み合わせて所定の出力を持った発電ブロッ
クを構成する。図3は、本発明における発電ブロックの
組み立て図である。ブロックの構成に当たっては、単位
発電セルを固定板30と分離板31に貫通させ、このよ
うな状態で外容器32の内部に収納している。ここで、
固定板30と単位発電セルの貫通部分、および分離板3
1と単位発電セルの貫通部分の詳細図の例を、図4、図
5、図6に示す。これらの図より明らかなように固定板
30には単位発電セルの貫通口の周辺に溝30−1が設
けられており、また、単位発電セルにもこの溝に合うよ
うな突起20−1が外周にある。したがって、単位発電
セルを貫通させ、この溝部分にホウケイ酸ガラスなどの
非導電性ガラス融体からなるシール剤40を満たすこと
で、この部分のシール化を達成することができる。
【0013】なお、単位発電セルの基体管としては、多
孔質材料が用いられておりガスの通過が容易であるの
で、固定板30を貫通する部分の近辺に位置する単位発
電セルの表面は表面処理によってガス不透過性層41が
設けられる。このガス不透過性層41は酸化剤ガスが燃
料ガス側に漏洩することを防げればよく、例えば固体電
解質層と同じ材料で被覆することによって形成すること
ができる。
【0014】一方、分離板31の貫通口については、単
位発電セルの下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なえるような構造であればよ
く、一例としては図7、図8に示すように、セルの形状
が円筒であれば、貫通口31−1としては三角形、四角
形のような形状とすればよい。
【0015】酸化剤ガス供給口33は、外容器32の上
部に設けられ、ここから供給された酸化剤は各セルの内
部を通過した後、燃焼室36に達する。一方、燃料ガス
は外容器32の側面に設けられた燃料ガス供給口34か
ら、内部に供給されて反応する。反応で消費されなかっ
た各ガスは燃焼室36に導かれて、やはり反応で残った
酸化剤ガスと混合し燃焼する。燃焼後の混合ガスは、ガ
ス排出口37から外部に排出される。本発明のSOFC
の動作に当たっては、従来のSOFCと同様、本発電ブ
ロックを1000℃などの温度条件下に設置し、各ガス
を供給するだけである。なお、図中では、インタコネク
タは省略してあるが、必要に応じて導電材料によって各
セルを直列に、または並列に接続すればよい。
【0016】先に述べたように、SOFCは1000℃
前後の温度で使用されるため各部の材料は比較的大きな
熱膨張を起こす。したがって、各部分を強固に固定し発
電部全体を一体としたような構造にするためには、各部
分の熱膨張率を小さくするとともに、限りなく一致させ
る必要があった。しかし、本発明では各発電セルは固定
板30によって懸垂された状態にあり、また固定部もガ
ラス融体でシールされているだけであるので、このよう
な熱による膨張などに対しても有利である。
【0017】なお、本発明では、発電セルとしては中空
状であればよく特に外形にこだわるものではない。同様
に、固定板、分離板、外容器の形状などに関しても何ら
制限を加えるものではない。また、各電極、固体電解質
などの材料に関しては、本発明では限定するものではな
く、基本的に従来の平板型SOFCで使用されている材
料が適用可能である。なお、実施例では、燃料ガスと酸
化剤ガスが、各々側面と上面から供給される形態につい
て示したが、これは発電セルにおける燃料極、酸化剤極
の位置によるものであり、各層の位置が変わった場合に
は、ガスの供給口を変えるだけでよく、ガスの供給方法
に関しても特に制限するものではない。さらに、図2に
おいては、燃料電極21と酸素電極23が一層で構成さ
れている例を示したが、1本の基体管上に各電極を複数
形成し、それらを基体管上に設けたインタコネクタで接
続した構造のセル(第9回SOFC研究会資料、平成2
年5月8日)であっても、本発明には適用することがで
きる。
【0018】従来の平板型のSOFCでは、積層して作
製した電極を多数積み重ねてモジュールが形成されてい
るが、このような積層構造のSOFCにおいては、以下
のような問題があった。。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。「一般的に従来例1のような平板型のSO
FC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、このとき各材料の線膨
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。しかし、本発明のSOFCにおいては、従来の
平板型のSOFCに内在しているこれらの問題を一気に
解決することができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のSOFC
では中空状発電セルを作製し、これを外容器内に収容し
た固定板と分離板によって組み立てる構造としている。
また、セルは取り付け板によってのみ固定する構造にな
っている。したがって、熱膨張によるセルなどの破壊を
有効に防止することができる。さらに、本発明では単位
発電セルとして、種々の長さのものを作製しておくこと
もでき、モジュールの組み立てに当たっては、所定の長
さの単位発電セルを選定し、次にセルの本数に応じて固
定板と分離板を、またセルの長さに応じて外容器の大き
さを決定し、所定の本数のセルを取り付けるだけでよ
い。このように、モジュールの出力は、使用するセルの
大きさと本数で調節することができる。
【0020】これまで、従来の平板型SOFCでは、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できなかったという欠点があった
が、本発明はこのような課題を解消し、大形SOFCを
容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の単位発電セルの外観図。
【図2】本発明の単位発電セルの断面図。
【図3】本発明の単位発電セルを組み込んだSOFC発
電ブロックの構造を示す図。
【図4】本発明のSOFC発電ブロック内での発電セル
の固定板への取付構造の一例の断面図。
【図5】本発明のSOFC発電ブロック内での発電セル
の固定板への取付構造の一例の断面図。
【図6】本発明のSOFC発電ブロック内での発電セル
の固定板への取付構造の一例の断面図。
【図7】本発明のSOFC発電ブロック内での発電セル
の分離板貫通部分の構造の一例の構成図。
【図8】本発明のSOFC発電ブロック内での発電セル
の分離板貫通部分の構造の一例の構成図。
【図9】従来の燃料電池の断面図。
【符号の説明】
1 単位発電セル 2 固体電解質 3 酸素電極 4 燃料電極 5 インタコネクタ 6 酸素電極と同じ材質の膜 7 燃料電極と同じ材質の膜 8,9 積層膜 10 モジュール 11 燃料通路 12 酸化剤通路 20 基体管 21 燃料電極 22 固体電解質 23 酸素電極 30 固定板 31 分離板 30−1 貫通口 32 外容器 33 酸化剤ガス供給口 34 燃料ガス供給口 35 前室 36 燃焼室 37 ガス排出口 20−1 突起 30−1 溝 31−1 貫通口 40 シール材 41 ガス不透過性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 一夫 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 武 哲夫 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 尾形 努 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 蓮田 良紀 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 石沢 真樹 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 大塚 秀昭 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 正代 尊久 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】中空筒状の基体上に固体電解質層を介し
    て、酸素電極層、燃料電極層の各層を形成して発電セル
    を構成し、前記発電セルを嵌合し得る取り付け穴を有す
    る固定板と前記セルの外形寸法よりも大きな穴を有する
    分離板を容器内に収め、前記の発電セルを、前記固定板
    と分離板に貫通させて設置し、前記固定板との嵌合部を
    シール剤で密閉したことを特徴とする固体電解質型燃料
    電池。
JP3084419A 1991-03-26 1991-03-26 固体電解質型燃料電池 Pending JPH056774A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3084419A JPH056774A (ja) 1991-03-26 1991-03-26 固体電解質型燃料電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3084419A JPH056774A (ja) 1991-03-26 1991-03-26 固体電解質型燃料電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH056774A true JPH056774A (ja) 1993-01-14

Family

ID=13830066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3084419A Pending JPH056774A (ja) 1991-03-26 1991-03-26 固体電解質型燃料電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH056774A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5594980A (en) * 1993-11-12 1997-01-21 Sumitomo Wiring Systems, Ltd. Electric wire producing control device and electric wire measuring and cutting apparatus including the control device
JP2013157191A (ja) * 2012-01-30 2013-08-15 Kyocera Corp セルスタック装置および燃料電池装置
CN107845825A (zh) * 2016-09-21 2018-03-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种氧化还原液流电池端板与端电池间的密封件及电堆

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5594980A (en) * 1993-11-12 1997-01-21 Sumitomo Wiring Systems, Ltd. Electric wire producing control device and electric wire measuring and cutting apparatus including the control device
JP2013157191A (ja) * 2012-01-30 2013-08-15 Kyocera Corp セルスタック装置および燃料電池装置
CN107845825A (zh) * 2016-09-21 2018-03-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种氧化还原液流电池端板与端电池间的密封件及电堆
CN107845825B (zh) * 2016-09-21 2023-11-21 中国科学院大连化学物理研究所 一种氧化还原液流电池端板与端电池间的密封件及电堆

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7740966B2 (en) Electrochemical cell stack assembly
JP3102809B2 (ja) 中空薄板式固体電解質燃料電池
US10665870B2 (en) Electrochemical reaction unit and fuel cell stack
US10361440B2 (en) Electrochemical reaction unit having a single cell including a current collector having a protrusion coated with an electrically conductive coat in contact with a cathode via a bonding layer and fuel cell stack
JP5061408B2 (ja) 固体電解質型燃料電池用スタック及び固体電解質型燃料電池
JP2007053043A (ja) 燃料電池のマニホールド構造およびその製造方法
JPH11297344A (ja) ハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池
US5372895A (en) Solid oxide fuel cell and method for manufacturing the same
JP2599810B2 (ja) 固体電解質燃料電池
JP2730817B2 (ja) 固体電解質燃料電池の製造方法
JP7368402B2 (ja) 電気化学反応単セルおよび電気化学反応セルスタック
JPH06325779A (ja) 固体電解質型燃料電池のスタックおよびその作製方法
US5376468A (en) Dense substrate for solid oxide fuel cell
JP3102806B2 (ja) 中空状固体電解質燃料電池
JPH056774A (ja) 固体電解質型燃料電池
JP2780885B2 (ja) 固体電解質燃料電池
JPH10312818A (ja) 固体電解質型燃料電池
JPH10189024A (ja) ハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池
JP2980921B2 (ja) 平板型固体電解質燃料電池
JP3063952B2 (ja) 中空平板状固体電解質型燃料電池
JPH06196198A (ja) 固体電解質型燃料電池
JP3358640B2 (ja) 電極基板の作製方法
JP7522796B2 (ja) 電気化学反応セルスタックおよび導電性部材
JPH0260063A (ja) 積層型燃料電池
JP2018181405A (ja) 燃料電池発電モジュール