JPH0589901A - 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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JPH0589901A
JPH0589901A JP3249933A JP24993391A JPH0589901A JP H0589901 A JPH0589901 A JP H0589901A JP 3249933 A JP3249933 A JP 3249933A JP 24993391 A JP24993391 A JP 24993391A JP H0589901 A JPH0589901 A JP H0589901A
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Tomoo Iwata
友夫 岩田
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Fuji Electric Co Ltd
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【目的】割れがなく信頼性に優れる固体電解質型燃料電
池のモジュールを得る。 【構成】セルスタックと、格納容器とからなるモジュー
ルを有し、セルスタックは平板型の単セルが積層された
ものであり、単セルには互いに空間的に異なる平面を流
れる燃料ガス通路と酸化剤ガス通路の各反応ガス通路が
形成されてなり、格納容器はセルスタックを収容するた
めに側壁で複数個の部屋に分割されたハニカムと二つの
共通端板からなり、前記ハニカムの各部屋には側壁との
間に反応ガス供給排出用の互いに分離された前記反応ガ
ス通路と空間的に繋がるマニホルドを形成してセルスタ
ックが収納されるとともに、共通端板には前記マニホル
ドと相互に接続される反応ガス供給排出用の穿設孔が設
けられるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は平板型固体電解質型燃
料電池のセルモジュールに係り、特に反応ガス供給排出
用のマニホルドに関する。
【０００２】
【従来の技術】イットリア安定化ジルコニア等の酸化物
固体電解質を用いる固体電解質型燃料電池はその作動温
度が 800〜1100℃と高温であるため発電効率および出力
密度が高く触媒が不要であり、電解質が固体であるため
取り扱いが容易であるなどの特徴を有し次世代型の燃料
電池として期待されている。図６は従来の固体電解質型
燃料電池の単セルを示す斜視図である。支持管６１であ
る直径約12mmのカルシア安定化ジルコニア（CAZ:CaO st
abilized ZrO2 ）管の上にスラリーコート法で約１mmの
ストロンチウムドープランタンマンガナイト（ La(Sr)M
nO3 ）を形成して空気電極６２が得られる。その上にＥ
ＶＤ（Electrochemical Vapor Deposition）と称する一
種のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法でマグネ
シウムドープランタンクロマイト( LaCr(Mg)O3 )からな
るインターコネクター６５を形成しさらにイットリア安
定化ジルコニア（ＹＳＺ：Y2O3stabilized ZrO2）の緻
密膜を約50μm 形成して電解質板６３が得られる。さら
にニッケルのスラリコート塗布膜とイットリア安定化ジ
ルコニアのＥＶＤ薄膜によりニッケル−イットリア安定
化ジルコニア（Ni-YSZ) を約１mm形成して燃料電極６４
が得られる。インターコネクター６５の上にはセル接続
部６６がＮｉフェルトを用いて形成される。
【０００３】図７は従来の固体電解質型燃料電池のセル
モジュールを示す斜視図である。単セルはバンドルを構
成しＮｉフェルト７３を介して直列、並列に接続され
る。空気は空気室７６より空気供給管７７を介して単セ
ル７１の内部に供給される。供給された空気はリターン
して燃焼室７５にもどる。燃料は燃料室７２より単セル
７１の外側を通って燃焼室７５に入る。燃料と空気は燃
焼室７５で燃焼して空気を予熱する。単セル７１は多孔
性拡散壁７４により束ねられる。
【０００４】この方式の特徴は円筒の長さ方向のみの
熱膨張による熱歪みをフリーにしていること。シール
部をなくしていること。発電部とガス予熱部を同一の
函体の中に分離して有していることであるが、電流の流
路方向が円筒の円周方向であため電流の流路抵抗が大き
くなり、したがって発電効率および出力密度は小さくな
ることが一般に指摘されている。
【０００５】図２従来の平板型固体電解質型燃料電池セ
ルスタックの構成単位を示す分解斜視図である。燃料ガ
ス流路を有した厚さ２〜５mm、大きさ 200× 200mmの多
孔質な酸化ニッケル−イットリア安定化ジルコニアから
なるセル基板２４、スラリーコート法などで形成した約
100μm の多孔質なニッケル−イットリア安定化ジルコ
ニアからなるアノード２３、プラズマ溶射法などにより
形成した約 100μm の緻密質なイットリア安定化ジルコ
ニアからなる固体電解質体２２、スラリーコート法など
で形成した約 100μm の多孔質なストロンチウムドープ
ランタンマンガナイトからなるカソード２１により単セ
ルが構成される。空気流路を有した厚さ２〜５mm、大き
さ 200× 200mmの緻密質なストロンチウムドープランタ
ンマンガナイトより成るセパレータ基板２６のうえにプ
ラズマ溶射法などにより形成した約 200μm の緻密質な
カルシウムドープランタンクロマイトからなるセパレー
タ２５が積層される。これらの基板は交互に積層してセ
ルスタックが構成される。したがって平板型固体電解質
型燃料電池は、単セルの積層方向が電流の流路方向とな
るため、電流の流路抵抗が円筒型に比較して小さく、し
たがって発電効率および出力密度を大きくすることがで
きる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平板型
固体電解質型燃料電池は発電効率および出力密度が優れ
るにもかかわらず固体電解質型燃料電池が材料的にはほ
とんどセラミックスで構成されるために大面積の平板型
セルを作製することが困難であるという問題がある。つ
まりリン酸型や溶融炭酸塩型のような大型化（例えば 1
00cm× 100cmなど）は到底望むべくもなく、現状ではせ
いぜい20cm×20cmぐらいが限界である。
【０００７】さらに平板型固体電解質型燃料電池におい
ては上述と同じ理由により割れによる破損が入りやすく
信頼性に乏しいという問題もある。この問題は特に反応
ガス供給用の内部マニホルドがセル内部に設けられてい
る様な場合に起こり易い。この発明は上述の点に鑑みて
なされその目的は小面積の単セルを用いることにより熱
破損がない上、大容量の発電が可能な固体電解質型燃料
電池用セルモジュールを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】セルスタックと、格納容
器とからなるモジュールを有し、セルスタックは平板型
の単セルが積層されたものであり、単セルには互いに空
間的に異なる平面を流れる燃料ガス通路と酸化剤ガス通
路の各反応ガス通路が形成されてなり、格納容器はセル
スタックを収容するために側壁で複数個の部屋に分割さ
れたハニカムと二つの共通端板からなり、前記ハニカム
の各部屋には側壁との間に反応ガス供給排出用の互いに
分離された前記反応ガス通路と空間的に繋がるマニホル
ドを形成してセルスタックが収納されるとともに、共通
端板には前記マニホルドと相互に接続される反応ガス供
給排出用の穿設孔が設けられるものであるとすることに
より達成される。
【０００９】
【作用】本発明のセルスタックは小面積のものを用いる
ことができる。ハニカムが複数個の部屋を有しているか
らである。またマニホルドがセルスタックの内部には設
けられず部屋の側壁との間に設けられるのでセルスタッ
クの割れに対する信頼性が一層増す。このようにして実
効的に大面積で且つ信頼性に優れる固体電解質型燃料電
池が得られる。
【００１０】
【実施例】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。１はセルスタックを
表し、単セルがセパレータを介して積層してスタックを
構成している。２は燃料ガスを供給するための燃料ガス
通路、３は空気を供給するための空気通路、４は燃料側
の排ガスを排出するための燃料排ガス通路、５は空気排
ガス通路である。６は燃料ガス供給マニホルドであり、
７は空気供給マニホルドであり、８は燃料排ガスマニホ
ルドであり、９は空気排ガスマニホルドである。10は燃
料ガス供給マニホルドと空気供給マニホルドに繋がる穿
設孔１５、１６を有しかつセルスタックのモジュール本
体で発電した電気の集電を兼ねた、セルスタックモジュ
ール全体の上部端板である。11は同様に燃料排ガスマニ
ホルドと空気排ガスマニホルドに繋がる穿設孔１７、１
８を有し且つセルスタックのモジュール本体で発電した
電気の集電を兼ねた、セルスタックモジュール全体の支
えの役目もはたす下部端板である。ハニカム１４は側壁
１３を介して四個の部屋に分割される。
【００１１】図３は従来の異なる平板型固体電解質型燃
料電池セルスタックの構成単位を示す分解斜視図であ
る。このセルスタックはこの発明のモジュールに適用す
ることができる。空気流路を有した厚さ２〜５mm、大き
さ 200× 200mmの多孔質なストロンチウムドープランタ
ンマンガナイトからなるセル基板３４、スラリーコート
法などで形成した約 100μm の多孔質なストロンチウム
ドープランタンマンガナイトからなるカソード３３、プ
ラズマ溶射法などにより形成した約 100μm の緻密質な
イットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質体３
２、スラリーコート法などで形成した約 100μm の多孔
質な酸化ニッケル−イットリア安定化ジルコニアからな
るアノード３１により単セルが構成される。燃料ガス流
路を有した厚さ２〜５mm、大きさ 200× 200mmの緻密質
な酸化ニッケル−イットリア安定化ジルコニアより成る
セパレータ基板３６の上にプラズマ溶射法などにより形
成した約 200μm の緻密質なカルシウムドープランタン
クロマイトからなるセパレータ３５が積層される。この
ようにして形成されたモジュールはこれを直列にまた並
列に接続することができ大電流容量の固体電解質型燃料
電池が得られる。
【００１２】マニホルドの側壁はアルミナあるいは 800
〜1100℃の高温酸化雰囲気および還元雰囲気に強いアル
カリ土類元素をドープしたランタンクロマイト( La(X)C
rO3 X: Ca,Srまたは LaCr(Y)O3 Y: Mg )を表面にコート
した耐熱性合金から構成される。上部端板は当該アルカ
リ土類元素をドープしたランタンクロマイト焼結板ある
いは当該アルカリ土類元素をドープしたランタンクロマ
イトを表面コートした耐熱性合金から構成される。下部
端板は当該アルカリ土類元素をドープしたランタンクロ
マイト焼結板あるいは当該アルカリ土類元素をドープし
たランタンクロマイトを表面コートした耐熱性合金から
構成される。
【００１３】図４は従来のさらに異なる平板型固体電解
質型燃料電池セルスタックの構成単位を示す分解斜視図
である。厚さ 200〜 300μm、大きさ 100× 100mmの緻
密質なイットリア安定化ジルコニア固体電解質体４２の
片側主面にスラリーコート法などで約 100μm の多孔質
な酸化ニッケル−イットリア安定化ジルコニアでアノー
ド４１を形成し、反対側主面にスラリーコート法などで
形成した約 100μm の多孔質なストロンチウムドープラ
ンタンマンガナイトからなるカソード４３を形成してそ
れ自身が自立する単セルを形成するとともに、互いに直
交する燃料流路と空気流路を有した厚さ４〜６mm、大き
さ 100× 100mmの緻密質なカルシウムドープランタンク
ロマイト板あるいは当該カルシウムドープランタンクロ
マイトを表面コートした互いに直交する燃料流路と空気
流路を有した厚さ４〜６mm、大きさ 100× 100mmの耐熱
性合金から成るセパレータ４４を形成し、当該単セルと
セパレータを交互に積層してセルスタックを構成した。
【００１４】図５は従来のさらに異なる平板型固体電解
質型燃料電池セルスタックの構成単位を示す分解斜視図
である。厚さ 200〜 300μm、大きさ 100× 100mmの緻
密質なイットリア安定化ジルコニア固体電解質体５２の
片側主面にスラリーコート法などで約 100μm の多孔質
な酸化ニッケル−イットリア安定化ジルコニアからなる
アノード５１を形成し、反対側主面にスラリーコート法
などで形成した約 100μm の多孔質なストロンチウムド
ープランタンマンガナイトからなるカソード５３を形成
してそれ自身が自立する単セルを形成するとともに、厚
さ 200〜 300μm の多孔質な酸化ニッケル−イットリア
安定化ジルコニアからなる波型の集電機能とガスの分配
機能を兼ねた高さ１〜２mm、大きさ 100× 100mmのアノ
ード側のスペーサ５４を形成するとともに、厚さ 200〜
300μm の多孔質なストロンチウムドープランタンマン
ガネート層からなる波型の集電機能とガスの分配機能を
兼ねた高さ１〜２mm、大きさ 100× 100mmのカソード側
のスペーサ５３を形成するとともに、厚さ１〜２mm、大
きさ 100× 100mmの緻密質なカルシウムドープランタン
クロマイト板あるいは当該カルシウムドープランタンク
ロマイトを表面コートした厚さ１〜２mm、大きさ 100×
100mmの耐熱性合金から成るセパレータ５６を形成し、
当該アノード側のスペーサと当該単セルと当該カソード
側のスペーサと当該セパレータを交互に積層してセルス
タックを構成した。
【００１５】
【発明の効果】この発明によればセルスタックと、格納
容器とからなるモジュールを有し、セルスタックは平板
型の単セルが積層されたものであり、単セルには互いに
空間的に異なる平面を流れる燃料ガス通路と酸化剤ガス
通路の各反応ガス通路が形成されてなり、格納容器はセ
ルスタックを収容するために側壁で複数個の部屋に分割
されたハニカムと二つの共通端板からなり、前記ハニカ
ムの各部屋には側壁との間に反応ガス供給排出用の互い
に分離された前記反応ガス通路と空間的に繋がるマニホ
ルドを形成してセルスタックが収納されるとともに、共
通端板には前記マニホルドと相互に接続される反応ガス
供給排出用の穿設孔が設けられるものであるのでハニカ
ムの部屋数に反比例して小面積セルスタックを用いてモ
ジュールを形成することができる。またマニホルドがセ
ルスタックの内部には設けられず部屋の側壁との間に設
けられるのでセルスタックの割れに対する信頼性が一層
増す。このようにして実効的に大面積で且つ割れがなく
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】従来の平板型固体電解質型燃料電池セルスタッ
クの構成単位を示す分解斜視図
【図３】従来の異なる平板型固体電解質型燃料電池セル
スタックの構成単位を示す分解斜視図
【図４】従来のさらに異なる平板型固体電解質型燃料電
池セルスタックの構成単位を示す分解斜視図
【図５】従来のさらに異なる平板型固体電解質型燃料電
池セルスタックの構成単位を示す分解斜視図
【図６】従来の固体電解質型燃料電池の単セルを示す斜
視図
【図７】従来の固体電解質型燃料電池のセルモジュール
を示す斜視図
【符号の説明】
１ セルスタック ２ 燃料ガス通路 ３ 空気通路 ４ 燃料排ガス通路 ５ 空気排ガス通路 ６ 燃料ガス供給マニホルド ７ 空気供給マニホルド ８ 燃料排ガスマニホルド ９ 空気排ガスマニホルド １０ 上部端板 １１ 下部端板 １３ 側壁 １４ ハニカム １５ 燃料ガス用穿設孔 １６ 空気用穿設孔 １７ 空気排ガス用穿設孔 １８ 燃料排ガス用穿設孔 ２１ カソード ２２ 固体電解質体 ２３ アノード ２４ セル基板 ２５ セパレータ ２６ セパレータ基板 ３１ アノード ３２ 固体電解質体 ３３ カソード ３４ セル基板 ３５ セパレータ ３６ セパレータ基板 ４１ アノード ４２ 固体電解質体 ４３ カソード ４４ セパレータ ５１ アノード ５２ 固体電解質体 ５３ カソード ５４ アノード側スペーサ ５５ カソード側スペーサ ５６ セパレータ ６１ 支持管 ６２ 空気電極 ６３ 電解質板 ６４ 燃料電極 ６５ インターコネクタ ６６ セル接続部 ７１ 単電池セル ７２ 燃料室 ７３ Ｎｉフェルト ７４ 多孔性拡散壁 ７５ 燃焼室 ７６ 空気室 ７７ 空気供給管

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セルスタックと、格納容器とからなるモジ
    ュールを有し、 セルスタックは平板型の単セルが積層されたものであ
    り、単セルには互いに空間的に異なる平面を流れる燃料
    ガス通路と酸化剤ガス通路の各反応ガス通路が形成され
    てなり、 格納容器はセルスタックを収容するために側壁で複数個
    の部屋に分割されたハニカムと二つの共通端板からな
    り、前記ハニカムの各部屋には側壁との間に反応ガス供
    給排出用の互いに分離された前記反応ガス通路と空間的
    に繋がるマニホルドを形成してセルスタックが収納され
    るとともに、共通端板には前記マニホルドと相互に接続
    される反応ガス供給排出用の穿設孔が設けられるもので
    あることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  2. 【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、セルスタックは四角形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記載の固体電解質型燃料電池にお
    いて、マニホルドの部屋数は四個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記載の固体電解質型燃料電池にお
    いて、モジュールは直列的にまたは並列的に接続される
    ものであることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
JP3249933A 1991-09-30 1991-09-30 固体電解質型燃料電池 Pending JPH0589901A (ja)

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