JPH0613088A - 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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JPH0613088A
JPH0613088A JP4169728A JP16972892A JPH0613088A JP H0613088 A JPH0613088 A JP H0613088A JP 4169728 A JP4169728 A JP 4169728A JP 16972892 A JP16972892 A JP 16972892A JP H0613088 A JPH0613088 A JP H0613088A
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JP
Japan
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separator
fuel cell
supply pipe
reaction gas
gas supply
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JP4169728A
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English (en)
Inventor
Kazuo Koseki
和雄 小関
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • H01M8/2432Grouping of unit cells of planar 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

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Abstract

(57)【要約】 【目的】ガラスシールを用いないで特性と信頼性に優れ
る固体電解質型燃料電池を得る。 【構成】反応ガス供給管11,13を接続したセパレー
タ10を電極/固体電解質体集合体と交互に積層する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、平板型の固体電解質
型燃料電池の構造に係り、特に反応ガスの供給構造に関
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、作動温度が 800〜1100℃と高温であるた
めに発電効率が高く、触媒が不要であるといった長所が
あるうえに、電解質が固体であるため取扱いや保守が容
易であるとされ第三世代の燃料電池として期待されてい
る。
【0003】固体電解質形燃料電池の構造は大きく平板
型と円筒型とに分類される。平板型はリン酸型や溶融炭
酸型等と類似の構造である。一方の円筒型は熱応力の緩
和や反応ガスのシールに適した固体電解質型燃料電池に
特有の構造である。図12は従来の平板型固体電解質型
燃料電池を示す分解斜視図である。これは平板型のなか
で自立膜方式と呼ばれるものである。固体電解質体1の
両主面にアノード2とカソード3の電極が配される。こ
れは電極/固体電解質体集合体と称される。電極/固
体電解質体集合体はガラスリング7を介してセパレー
タ5と相互に積層される。セパレータ5と電極/固体電
解質体集合体にはガスマニホルド6が設けられ、電極
/固体電解質体集合体に対する反応ガスの供給とその排
出が行われる。ガラスリング7は反応ガスをシールす
る。ガラスリング7のうち円形のリングはガスマニホル
トを形成する。方形のガスマニホルドは電極/固体電解
質体集合体とセパレータ間のガスシールを行う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の固体電解質型燃料電池においては、次に述べる
ような問題があった。第一に電極/固体電解質体集合体
とセパレータは熱膨張率の異なる材料を用いているため
ガラスリングが固化した状態で電池の昇温、降温が起こ
ると電池内部に熱応力が発生し、応力割れにより反応ガ
スが混合し、電池の性能が低下する。
【0005】第二に運転温度ではガラスは液体状態であ
るが長時間の間にはこの液体状のガラスが浸透、蒸発等
により消失し、その結果シール効果が減少して反応ガス
の混合が生じ、ガスの利用率の低減や電池性能の低下が
発生する。この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目
的はガラスシールのない電池構造を採用することにより
特性と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、電極/固体電解質体集合体と、セパレータと、
反応ガス供給管とを有し、電極/固体電解質体集合体と
セパレータは交互に積層されるとともに各セパレータに
は反応ガス供給管が配され、電極/固体電解質体集合体
は板状固体電解質体の二つの主面にアノードとカソード
の両電極が配され、セパレータは板状体でその一つの主
面に燃料ガスが他の主面には酸化剤ガスが通流する溝を
備え、反応ガス供給管は燃料ガス供給管と酸化剤供給管
とからなり、セパレータの一つの主面に燃料ガス供給管
が他の主面に酸化剤ガス供給管が配されるとすることに
より達成される。
【0007】
【作用】反応ガス供給管が各セパレータに個別に接続さ
れるのでガスマニホルドが不要でガラスリングも不要と
なる。反応ガス供給管が各セパレータに個別に配置され
るので、電極/固体電解質体集合体とセパレータの相互
のガスシールは不要となる。
【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。 実施例1 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
セパレータを示す平面図である。
【0009】図2はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池のセパレータを示す断面図である。セパレー
タ10はSUS310からなる8mm厚さの両面リブ付
き板である。カソード面はその酸化を防止するためにそ
の表面にランタンマンガナイトLaMnO3 が被覆され
る。セパレータの側面には外径6mmのSUS310の
細管が溶接される。この細管は燃料ガス供給管11と燃
料ガス排出管12と酸化剤ガス供給管13と酸化剤ガス
排出管14とからなる。燃料ガスは燃料ガス供給管より
セパレータの一つの主面に供給されリブ15の間隙を通
流し、燃料ガス排出管により排出される。酸化剤ガスは
酸化剤供給ガス管よりセパレータの他の主面に供給され
多面のリブ15を通流したのち、酸化剤ガス排出管14
より排出される。
【0010】図3はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池のスタック22を示す側面図である。電極/
固体電解質体集合体21はジルコニアからなる固体電解
質体18の両主面にアノード19とカソード20とがそ
れぞれ配置される。アノードはニッケルジルコニアNi
−ZrO2 のサーメットであり、カソードはランタンマ
ンガナイトLaMnO3 からなる。
【0011】電極/固体電解質体集合体の周縁部23は
セパレータ10の周縁部と接触する。セパレータ20の
リブの頭部を連ねる面は周縁部24に対し凹面を形成し
ており、電極/固体電解質体集合体の電極25がセパレ
ータの凹部に嵌合する。電極/固体電解質体集合体の表
面はシリンダの押圧でセパレータの周縁部およびリブの
頭部と密接する。このようにして電気的接触が確保さ
れ、機械的なガスシールが行われる。
【0012】図4はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池のガスシステムを示す側面図である。図5は
この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池のガスシ
ステムを示す平面図である。燃料ガス分配器26より燃
料ガスが燃料ガス供給管11を経由してスタック22
入される。酸化剤ガス分配器28より酸化剤ガスが酸化
剤ガス供給管13を経由してスタック22に導入され
る。反応を終了した燃料ガスは燃料ガス排出管12を経
由して燃料ガス集合器27に集められる。反応を終了し
た酸化剤ガスは酸化剤ガス排出管14を経由して酸化剤
ガス集合器29に集められる。
【0013】燃料ガス供給管11、酸化剤ガス供給管1
3、燃料ガス排出管12、酸化剤ガス排出管14はそれ
ぞれその一部がアルミナ磁器管31に置き替わってい
る。これはセル間の電気的な短絡を防止するためであ
る。アルミナ磁器管31はその端面がメタライズされ金
属管と溶接される。この場合反応ガス管は全部をセラミ
ックス管とすればアルミナ磁器管を介挿する必要はな
い。反応ガス分配器や酸化剤ガス分配器が断熱壁30の
外部に設けられ、周辺温度が十分低い状態であれば反応
ガス分配器と反応ガス供給管との接続、反応ガス集合器
と反応ガス排出器との接続はねじ込み、ワンタッチジョ
イント等が可能となる。反応ガス供給管や反応ガス排出
管はセパレータ10の一つおきにクランク形状となり、
接続部の密集状態を緩和する。 実施例2 図6はこの発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃料
電池のセパレータを示す平面図である。
【0014】図7はこの発明の異なる実施例に係る固体
電解質型燃料電池のセパレータを示す断面図である。セ
パレータ40は円板状であり、燃料ガス供給管41と酸
化剤ガス供給管42はその流出口がセパレータの中央部
にある。セパレータの両面にはそれぞれガス通流用のガ
ス溝43が設けられている。また周縁部にはガスの排出
溝44が設けられる。反応ガスはセパレータの中央部の
ガス供給口45からセパレータの周縁部に向かって流
れ、排出溝44からセパレータの周囲に排出される。こ
の構造は電極周囲のシールが不十分であってもガス利用
率には影響がない。中央部に供給された反応ガスは全て
電極面を通流するからである。 実施例3 図8はこの発明のさらに異なる実施例に係る固体電解質
型燃料電池のセパレータを示す平面図である。
【0015】図9はこの発明のさらに異なる実施例に係
る固体電解質型燃料電池のセパレータを示す断面図であ
る。セパレータ50は燃料ガス供給管の挿入される貫通
孔53が設けられる。燃料ガス供給管は貫通孔53を間
挿しセパレータの他端付近にその先端が到達する。燃料
ガスは燃料ガス供給管51の先端より反応ガス室54に
供給され、反応ガス室内をガス溝55に沿って流れ、貫
通孔53と燃料ガス供給管51との間隙より外部に排出
される。以上の関係は酸化剤ガス供給管についても成立
する。
【0016】図10はこの発明のさらに異なる実施例に
係る固体電解質型燃料電池のガスシステムを示す平面図
である。図11はこの発明のさらに異なる実施例に係る
固体電解質型燃料電池のガスシステムを示す側面図であ
る。燃料ガス供給管51は燃料ガス分配器57よりセパ
レータ50に分配される。酸化剤ガス供給管52は酸化
剤ガス分配器58よりセパレータ50に分配される。セ
パレータは締めつけ板59により挟まれる。締めつけ板
59は空気圧シリンダで押圧されるか締めつけボルトを
用いて締めつけられる。燃料ガス供給管と酸化剤ガス供
給管はアルミナ磁器製の分配器57,58より懸垂され
る。接続孔60に設けられたリング61は燃料ガス供給
管51と酸化剤ガス供給管52の落下を防止するととも
にガスシールの効果を発揮する。セパレータの熱膨張は
反応ガス供給管51,52および反応ガス分配器57,
58により拘束されないから自由であり、割れがなく信
頼性の高い構造となる。
【0017】
【発明の効果】この発明によれば電極/固体電解質体集
合体と、セパレータと、反応ガス供給管とを有し、電極
/固体電解質体集合体とセパレータは交互に積層される
とともに各セパレータには反応ガス供給管が配され、電
極/固体電解質体集合体は板状固体電解質体の二つの主
面にアノードとカソードの両電極が配され、セパレータ
は板状体でその一つの主面に燃料ガスが他の主面には酸
化剤ガスが通流する溝を備え、反応ガス供給管は燃料ガ
ス供給管と酸化剤供給管とからなり、セパレータの一つ
の主面に燃料ガス供給管が他の主面に酸化剤ガス供給管
が配されるものであるので、ガスマニホルドは不要でガ
ラスリングも不要となる。さらに電極/固体電解質体集
合体とセパレータの相互のガスシールも不要となり、そ
の結果特性と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
のセパレータを示す平面図
【図2】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のセパレータを示す断面図
【図3】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のスタックを示す側面図
【図4】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のガスシステムを示す側面図
【図5】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のガスシステムを示す平面図
【図6】この発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃
料電池のセパレータを示す平面図
【図7】この発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃
料電池のセパレータを示す断面図
【図8】この発明のさらに異なる実施例に係る固体電解
質型燃料電池のセパレータを示す平面図
【図9】この発明のさらに異なる実施例に係る固体電解
質型燃料電池のセパレータを示す断面図
【図10】この発明のさらに異なる実施例に係る固体電
解質型燃料電池のガスシステムを示す平面図
【図11】この発明のさらに異なる実施例に係る固体電
解質型燃料電池のガスシステムを示す側面図
【図12】従来の平板型の固体電解質型燃料電池を示す
分解斜視図
【符号の説明】
1 固体電解質体 2 アノード 3 カソード 電極/固体電解質体集合体 5 セパレータ 6 ガスマニホルド 7 ガラスリング 10 セパレータ 11 燃料ガス供給管 12 燃料ガス排出管 13 酸化剤ガス供給管 14 酸化剤ガス排出管 15 リブ 16 ガス溝 18 固体電解質体 19 アノード 20 カソード21 電極/固体電解質体集合体22 スタック 23 周縁部 25 電極 26 燃料ガス分配器 27 燃料ガス集合器 28 酸化剤ガス分配器 29 酸化剤ガス集合器 30 断熱壁 31 アルミナ磁器管40 セパレータ 41 燃料ガス供給管 42 酸化剤ガス供給管 43 ガス溝 44 排出溝 45 ガス供給孔 50 セパレータ50 セパレータ 51 燃料ガス供給管 52 酸化剤ガス供給管 53 貫通孔 54 反応ガス室 55 ガス溝56 スタック 57 燃料ガス分配器 58 酸化剤ガス分配器 59 締めつけ板 60 接続孔 61 リング

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極/固体電解質体集合体と、セパレータ
    と、反応ガス供給管とを有し、 電極/固体電解質体集合体とセパレータは交互に積層さ
    れるとともに各セパレータには反応ガス供給管が配さ
    れ、 電極/固体電解質体集合体は板状固体電解質体の二つの
    主面にアノードとカソードの両電極が配され、 セパレータは板状体でその一つの主面に燃料ガスが他の
    主面には酸化剤ガスが通流する溝を備え、 反応ガス供給管は燃料ガス供給管と酸化剤供給管とから
    なり、セパレータの一つの主面に燃料ガス供給管が他の
    主面に酸化剤ガス供給管が配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。
  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、セパレータは燃料ガスと酸化剤ガスの各反応ガス
    排出管を備え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、反応ガス供給管はセパレータの中央部より反応ガ
    スを流出させるものであり、反応ガスはセパレータの中
    央部より周縁部に向かって流れ、セパレータの周縁部よ
    り排出溝を介して電池の周囲空間に排出されるものであ
    ることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  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、反応ガス供給管はセパレータの側面に設けられた
    貫通孔を間挿するとともにセパレータを懸垂するもので
    あることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  5. 【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、セパレータは耐熱金属または耐熱金属の表面の一
    部を導電性セラミックスで被覆してなることを特徴とす
    る固体電解質型燃料電池。
  6. 【請求項6】請求項1記載の固体電解質型燃料電池にお
    いて、反応ガス供給管は長さ方向の少なくとも一部がセ
    ラミックスから形成されてな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1記載の固体電解質型燃料電池にお
    いて、電極/固体電解質体集合体とセパレータとはそれ
    ぞれの周縁部において相互に密接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。
  8. 【請求項8】請求項1記載の固体電解質型燃料電池にお
    いて、反応ガス供給管は反応ガス分配器より分配される
    とともに反応ガス分配器がセラミックスからなることを
    特徴とする固体電解質型燃料電池。
JP4169728A 1992-06-29 1992-06-29 固体電解質型燃料電池 Pending JPH0613088A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007103279A (ja) * 2005-10-07 2007-04-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 平板型燃料電池スタック
JP2007103280A (ja) * 2005-10-07 2007-04-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 平板型燃料電池スタック
JP2007317525A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Sofcセルスタック
JP2008251379A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Ngk Insulators Ltd 電気化学装置

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