JPH06150958A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents
固体電解質燃料電池Info
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- JPH06150958A JPH06150958A JP4292990A JP29299092A JPH06150958A JP H06150958 A JPH06150958 A JP H06150958A JP 4292990 A JP4292990 A JP 4292990A JP 29299092 A JP29299092 A JP 29299092A JP H06150958 A JPH06150958 A JP H06150958A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】簡単な構成により優れた冷却効果を得る。
【構成】両面に電極が設けられた矩形状の電解質板をセ
パレータを介して複数積層してなる電池積層体２３を円
筒形状のマニホールド２１に内接するように装着し、電
池積層体２３の側面とマニホールド２１の内壁間にそれ
ぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給および排出通路を
形成する燃料電池において、間隔をもって配設される複
数のマニホールド２１と、各マニホールド２１内に分割
して装着される電池積層体２３と、各マニホールド２１
の燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給および排出通路を接
続する接続管２８〜３１と、各電池積層体２３を電気的
に接続する導電部材３２からなる。
パレータを介して複数積層してなる電池積層体２３を円
筒形状のマニホールド２１に内接するように装着し、電
池積層体２３の側面とマニホールド２１の内壁間にそれ
ぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給および排出通路を
形成する燃料電池において、間隔をもって配設される複
数のマニホールド２１と、各マニホールド２１内に分割
して装着される電池積層体２３と、各マニホールド２１
の燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給および排出通路を接
続する接続管２８〜３１と、各電池積層体２３を電気的
に接続する導電部材３２からなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質燃料電池と
くに平板型の固体電解質燃料電池の冷却構造に関する。
くに平板型の固体電解質燃料電池の冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、炭化水素等の燃料ガスと空
気等の酸化剤ガスの持つ化学エネルギーを電気化学的な
反応によって直接電気エネルギーに変換する装置であ
り、そのうち、固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電
解質が常態または作動条件下で液状となるリン酸型（Ｐ
ＡＦＣ）や溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）と異なり、電解質
による周辺材料の腐食、電解質自体の分解、蒸発等がな
く電池構造が簡素化でき、また、動作温度が１０００℃
程度と高いため、燃料として水素の他、メタンや天然ガ
スを改質することなくそのまま使用することができると
共に、排熱をガスタービンや蒸気タービンに導くことに
より、高いエネルギー利用効率を得ることができる。
気等の酸化剤ガスの持つ化学エネルギーを電気化学的な
反応によって直接電気エネルギーに変換する装置であ
り、そのうち、固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電
解質が常態または作動条件下で液状となるリン酸型（Ｐ
ＡＦＣ）や溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）と異なり、電解質
による周辺材料の腐食、電解質自体の分解、蒸発等がな
く電池構造が簡素化でき、また、動作温度が１０００℃
程度と高いため、燃料として水素の他、メタンや天然ガ
スを改質することなくそのまま使用することができると
共に、排熱をガスタービンや蒸気タービンに導くことに
より、高いエネルギー利用効率を得ることができる。
【０００３】固体電解質燃料電池は、構造の違いにより
円筒型、モノリシック型（またはハニカム型）および平
板型に大別され、このうち平板型は、高出力密度、低コ
スト、コンパクト化の観点から注目されている。
円筒型、モノリシック型（またはハニカム型）および平
板型に大別され、このうち平板型は、高出力密度、低コ
スト、コンパクト化の観点から注目されている。
【０００４】図４は、平板型の固体電解質燃料電池の従
来例を示し、電解質板１の両面には、多孔性電極材料か
らなるアノードおよびカソードが形成されており、電解
質板１の両面にはガス通路と電気的接合体を兼ねたセパ
レータ２が配設され、最上部および最下部の電解質板１
には、上部端子板３および下部端子板４が配設されてい
る。セパレータ２の両面には、酸化剤ガス通路５と燃料
ガス通路６が形成され、また、上部端子板３および下部
端子板４の片面には、それぞれ燃料ガス通路６と酸化剤
ガス通路５とが形成され、電解質板１とこの電解質板１
を挟む燃料ガス通路６と酸化剤ガス通路５とにより燃料
電池の単位セルが構成されている。
来例を示し、電解質板１の両面には、多孔性電極材料か
らなるアノードおよびカソードが形成されており、電解
質板１の両面にはガス通路と電気的接合体を兼ねたセパ
レータ２が配設され、最上部および最下部の電解質板１
には、上部端子板３および下部端子板４が配設されてい
る。セパレータ２の両面には、酸化剤ガス通路５と燃料
ガス通路６が形成され、また、上部端子板３および下部
端子板４の片面には、それぞれ燃料ガス通路６と酸化剤
ガス通路５とが形成され、電解質板１とこの電解質板１
を挟む燃料ガス通路６と酸化剤ガス通路５とにより燃料
電池の単位セルが構成されている。
【０００５】そして、このような単位セルを多数積層し
て電池積層体を構成し、電池積層体の燃料ガス通路６に
燃料ガスを供給し、酸化剤ガス通路５に空気を供給する
ために、電池積層体は、円筒形のマニホールド７内に装
着され、電池積層体の４隅とマニホールド７の接触箇所
は、ガス封止される。これにより、電池積層体の４つの
側面とマニホールド７の間で４つのガス通路が形成され
ることになり、マニホールド７の下部には、燃料ガス供
給管８ａ、燃料ガス戻り管８ｂ、酸化剤ガス供給管９
ａ、酸化剤ガス戻り管９ｂが接続される。
て電池積層体を構成し、電池積層体の燃料ガス通路６に
燃料ガスを供給し、酸化剤ガス通路５に空気を供給する
ために、電池積層体は、円筒形のマニホールド７内に装
着され、電池積層体の４隅とマニホールド７の接触箇所
は、ガス封止される。これにより、電池積層体の４つの
側面とマニホールド７の間で４つのガス通路が形成され
ることになり、マニホールド７の下部には、燃料ガス供
給管８ａ、燃料ガス戻り管８ｂ、酸化剤ガス供給管９
ａ、酸化剤ガス戻り管９ｂが接続される。
【０００６】燃料ガス通路６に燃料ガスを供給し、酸化
剤ガス通路５に空気を供給し、上部および下部端子板
３、４を図示しない外部回路に接続すると、酸素は燃料
ガスと反応しようとしてイオン化して電解質板１を通し
て流れ、このとき、カソード側では酸素が電子を取り込
んで酸素イオンとなり、アノード側ではこの酸素イオン
と燃料ガスが反応して電子を放出するので、外部回路に
はカソードを正極、アノードを負極として下部端子板４
から上部端子板３へ電流が流れる。これを化学式で示す
と次のようになる。
剤ガス通路５に空気を供給し、上部および下部端子板
３、４を図示しない外部回路に接続すると、酸素は燃料
ガスと反応しようとしてイオン化して電解質板１を通し
て流れ、このとき、カソード側では酸素が電子を取り込
んで酸素イオンとなり、アノード側ではこの酸素イオン
と燃料ガスが反応して電子を放出するので、外部回路に
はカソードを正極、アノードを負極として下部端子板４
から上部端子板３へ電流が流れる。これを化学式で示す
と次のようになる。
【０００７】カソード：１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｏ２− 燃料ガス中の水素は、 アノード：Ｈ２＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ- 全体的な電極反応：１／２Ｏ2＋Ｈ2→Ｈ2Ｏ 燃料ガス中の一酸化炭素は、 アノード：ＣＯ＋Ｏ2-→ＣＯ2＋２ｅ- 全体的な電極反応：ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記固体電解質燃料電
池においては、化学反応で発生する熱エネルギーや、電
極或いは電解質の電気抵抗や、電極と集電体との接触抵
抗が、燃料電池の起電力の損失となり、燃料電池におい
ては熱の発生となって現れる。そのために、燃料電池で
発生する熱を除去して燃料電池の動作温度を保持しない
と、装置の局部的過熱や温度分布のばらつき等の安定運
転に支障をきたす種々の不都合が生じるため、適切な冷
却による熱の効率的な除去が重要な課題である。
池においては、化学反応で発生する熱エネルギーや、電
極或いは電解質の電気抵抗や、電極と集電体との接触抵
抗が、燃料電池の起電力の損失となり、燃料電池におい
ては熱の発生となって現れる。そのために、燃料電池で
発生する熱を除去して燃料電池の動作温度を保持しない
と、装置の局部的過熱や温度分布のばらつき等の安定運
転に支障をきたす種々の不都合が生じるため、適切な冷
却による熱の効率的な除去が重要な課題である。
【０００９】しかしながら、図４で説明した従来の方式
においては、燃料電池の冷却はマニホールド７の外周部
から放熱されるだけであるため、燃料ガスおよび酸化剤
ガスが電極付電解質板の両面を通過する間に加熱され、
電解質面には入口から出口に向かって発電による発熱分
の不均一な温度分布が生じることになる。また、中央部
に発生した熱が蓄積するため燃料電池の周辺部と内部と
の温度差が大きくなり、安定運転に支障をきたすという
問題を有している。また、酸化剤ガス通路に増量した酸
化剤ガスを流すことによって冷却する方法も検討されて
いるが、この方法ではセルを通過する酸化剤ガスの量が
増大し圧力損失が大きくなり良好な電池性能が得られな
いという問題を有している。さらに、燃料電池の積層体
中に別途冷却ガス通路を設ける方法も提案されている
が、構造が複雑になるとともにコストが増大するという
問題を有している。
においては、燃料電池の冷却はマニホールド７の外周部
から放熱されるだけであるため、燃料ガスおよび酸化剤
ガスが電極付電解質板の両面を通過する間に加熱され、
電解質面には入口から出口に向かって発電による発熱分
の不均一な温度分布が生じることになる。また、中央部
に発生した熱が蓄積するため燃料電池の周辺部と内部と
の温度差が大きくなり、安定運転に支障をきたすという
問題を有している。また、酸化剤ガス通路に増量した酸
化剤ガスを流すことによって冷却する方法も検討されて
いるが、この方法ではセルを通過する酸化剤ガスの量が
増大し圧力損失が大きくなり良好な電池性能が得られな
いという問題を有している。さらに、燃料電池の積層体
中に別途冷却ガス通路を設ける方法も提案されている
が、構造が複雑になるとともにコストが増大するという
問題を有している。
【００１０】本発明は上記課題、問題を解決するもので
あって、簡単な構成により優れた冷却効果を得ることが
できる固体電解質燃料電池燃料を提供することを目的と
する。
あって、簡単な構成により優れた冷却効果を得ることが
できる固体電解質燃料電池燃料を提供することを目的と
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】そのために本発明の固体
電解質燃料電池は、両面に電極が設けられた矩形状の電
解質板１１をセパレータ１４を介して複数積層してなる
電池積層体２３を円筒形状のマニホールド２１に内接す
るように装着し、電池積層体２３の側面とマニホールド
２１の内壁間にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスの供
給および排出通路を形成する燃料電池において、間隔を
もって配設される複数のマニホールド２１と、各マニホ
ールド２１内に分割して装着される電池積層体２３と、
各マニホールド２１の燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給
および排出通路を接続する接続管２８〜３１と、各電池
積層体２３を電気的に接続する導電部材３２からなるこ
とを特徴とする。なお、上記構成に付加した番号は、本
発明の理解を容易にするために図面と対比させるもので
あり、これにより本発明の構成が何ら限定されるもので
はない。
電解質燃料電池は、両面に電極が設けられた矩形状の電
解質板１１をセパレータ１４を介して複数積層してなる
電池積層体２３を円筒形状のマニホールド２１に内接す
るように装着し、電池積層体２３の側面とマニホールド
２１の内壁間にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスの供
給および排出通路を形成する燃料電池において、間隔を
もって配設される複数のマニホールド２１と、各マニホ
ールド２１内に分割して装着される電池積層体２３と、
各マニホールド２１の燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給
および排出通路を接続する接続管２８〜３１と、各電池
積層体２３を電気的に接続する導電部材３２からなるこ
とを特徴とする。なお、上記構成に付加した番号は、本
発明の理解を容易にするために図面と対比させるもので
あり、これにより本発明の構成が何ら限定されるもので
はない。
【００１２】
【作用】本発明においては、例えば図１に示すように、
電池積層体２３を間隔を離して配設される複数のマニホ
ールド２１内に分割して装着するので、発電によって生
じた熱は、マニホールド２１の外周部から放熱されるで
けではなく、隣接するマニホールド２１間の隙間から放
熱される。
電池積層体２３を間隔を離して配設される複数のマニホ
ールド２１内に分割して装着するので、発電によって生
じた熱は、マニホールド２１の外周部から放熱されるで
けではなく、隣接するマニホールド２１間の隙間から放
熱される。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は、本発明の固体電解質燃料電池の１実施
例を示す概略斜視図、図２は、電池積層体の分解斜視図
である。
明する。図１は、本発明の固体電解質燃料電池の１実施
例を示す概略斜視図、図２は、電池積層体の分解斜視図
である。
【００１４】図１においては、円筒形の２つのマニホー
ルド２１が間隔をもって配設され、それぞれのマニホー
ルド２１内に電池積層体２３が分割して装着されている
状態を示している。この電池積層体２３を図２により詳
細に説明する。
ルド２１が間隔をもって配設され、それぞれのマニホー
ルド２１内に電池積層体２３が分割して装着されている
状態を示している。この電池積層体２３を図２により詳
細に説明する。
【００１５】矩形状の固体電解質板１１の両面には、多
孔性電極材料からなるアノード１２およびカソード１３
が形成される。電解質板１１は、酸素イオン伝導性を有
する電解質、例えば、イットリア安定化ジルコニア、カ
ルシア安定化ジルコニアなど公知の固体電解質材料、或
いは金属酸化物が主として安定化ジルコニアの粒内に存
在する安定化ジルコニアと金属酸化物からなる固体電解
質材料で作った板状物からなり、厚さは０．０５〜０．
３ｍｍ程度、より好ましくは０．０８〜０．２５ｍｍ程
度が適当である。０．０５ｍｍより薄いと強度上問題が
あり、０．３ｍｍを越えると電流路が長くなり好ましく
ない。
孔性電極材料からなるアノード１２およびカソード１３
が形成される。電解質板１１は、酸素イオン伝導性を有
する電解質、例えば、イットリア安定化ジルコニア、カ
ルシア安定化ジルコニアなど公知の固体電解質材料、或
いは金属酸化物が主として安定化ジルコニアの粒内に存
在する安定化ジルコニアと金属酸化物からなる固体電解
質材料で作った板状物からなり、厚さは０．０５〜０．
３ｍｍ程度、より好ましくは０．０８〜０．２５ｍｍ程
度が適当である。０．０５ｍｍより薄いと強度上問題が
あり、０．３ｍｍを越えると電流路が長くなり好ましく
ない。
【００１６】カソード１３およびアノード１２は、高温
下でそれぞれ酸化剤ガスおよび燃料ガスに対して耐食性
のある導電性材料、例えば、カソード材にＬａXＳｒ1-X
ＭｎＯ3を、アノード材にＮｉ／ＺｒＯ2サーメットを用
い、ガス透過性となるように多孔質状に形成する。これ
らの多孔質電極の形成は、通常、電解質板１１の各面に
所定の粉末を、はけ塗り法やスクリーン印刷法等により
塗布する方法の他、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパ
ッタ法、溶射法等により行われる。また、電極が多孔質
板状化しうるものであれば、それを電解質に付着させて
使用することも可能である。
下でそれぞれ酸化剤ガスおよび燃料ガスに対して耐食性
のある導電性材料、例えば、カソード材にＬａXＳｒ1-X
ＭｎＯ3を、アノード材にＮｉ／ＺｒＯ2サーメットを用
い、ガス透過性となるように多孔質状に形成する。これ
らの多孔質電極の形成は、通常、電解質板１１の各面に
所定の粉末を、はけ塗り法やスクリーン印刷法等により
塗布する方法の他、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパ
ッタ法、溶射法等により行われる。また、電極が多孔質
板状化しうるものであれば、それを電解質に付着させて
使用することも可能である。
【００１７】電解質板１１の両面にはガス通路と単電池
間の電気的接合体を兼ねたセパレータ１４が配設され、
最上部および最下部の電解質板１１には、上部端子板１
５および下部端子板１６が配設される。セパレータ１４
の両面には、酸化剤ガス通路１４ａと燃料ガス通路１４
ｂが形成され、また、上部端子板１５および下部端子板
１６の片面には、それぞれ燃料ガス通路１５ｂと酸化剤
ガス通路１６ａとが形成される。電解質板１１とこの電
解質板１１を挟む燃料ガス通路１４ｂ、１５ｂと酸化剤
ガス通路１４ａ、１６ａとにより燃料電池の単位セルが
構成される。燃料ガス通路１４ｂ、１５ｂと酸化剤ガス
通路１４ａ、１６ａは、溝形状であって互いに直角方向
に交差するように形成されている。
間の電気的接合体を兼ねたセパレータ１４が配設され、
最上部および最下部の電解質板１１には、上部端子板１
５および下部端子板１６が配設される。セパレータ１４
の両面には、酸化剤ガス通路１４ａと燃料ガス通路１４
ｂが形成され、また、上部端子板１５および下部端子板
１６の片面には、それぞれ燃料ガス通路１５ｂと酸化剤
ガス通路１６ａとが形成される。電解質板１１とこの電
解質板１１を挟む燃料ガス通路１４ｂ、１５ｂと酸化剤
ガス通路１４ａ、１６ａとにより燃料電池の単位セルが
構成される。燃料ガス通路１４ｂ、１５ｂと酸化剤ガス
通路１４ａ、１６ａは、溝形状であって互いに直角方向
に交差するように形成されている。
【００１８】セパレータ１４の材質としては、ニッケ
ル、コバルトなどの金属、ニッケル、クロム、コバルト
などを含む合金、各種焼結体、例えばアルカリ土類金属
およびニッケル、コバルト、鉄、亜鉛その他金属をドー
プしたランタンクロマイト系複合酸化物などの導電性セ
ラミックスや、ニッケル金属、ニッケル基合金、コバル
ト金属またはコバルト基合金とアルミナ、シリカ、チタ
ニア、酸化インジウム、酸化第二スズおよび窒化ケイ素
の中から選ばれた少なくとも一種の無機系化合物あるい
はランタンクロマイト系複合酸化物やイットリウムクロ
マイト系複合酸化物などの導電性無機酸化物とを非酸化
性雰囲気、例えば還元性雰囲気下あるいは真空中で焼成
した焼結体などが挙げられる。
ル、コバルトなどの金属、ニッケル、クロム、コバルト
などを含む合金、各種焼結体、例えばアルカリ土類金属
およびニッケル、コバルト、鉄、亜鉛その他金属をドー
プしたランタンクロマイト系複合酸化物などの導電性セ
ラミックスや、ニッケル金属、ニッケル基合金、コバル
ト金属またはコバルト基合金とアルミナ、シリカ、チタ
ニア、酸化インジウム、酸化第二スズおよび窒化ケイ素
の中から選ばれた少なくとも一種の無機系化合物あるい
はランタンクロマイト系複合酸化物やイットリウムクロ
マイト系複合酸化物などの導電性無機酸化物とを非酸化
性雰囲気、例えば還元性雰囲気下あるいは真空中で焼成
した焼結体などが挙げられる。
【００１９】図１の電池積層体２３は、このような単位
セルを複数積層した組立体である。電解質板１１とセパ
レータ１４を集積して組み立てるときには、電解質板１
１とセパレータ１４の間でガスがリークしないように封
止する必要がある。これは例えば軟化点が約８００℃の
ガラスペーストで封止すればよく、このガラスペースト
は、電池の作動温度（９００〜１０００℃）では十分に
軟化してガスを封止する。
セルを複数積層した組立体である。電解質板１１とセパ
レータ１４を集積して組み立てるときには、電解質板１
１とセパレータ１４の間でガスがリークしないように封
止する必要がある。これは例えば軟化点が約８００℃の
ガラスペーストで封止すればよく、このガラスペースト
は、電池の作動温度（９００〜１０００℃）では十分に
軟化してガスを封止する。
【００２０】そして、電池積層体２３の燃料ガス通路１
４ｂ、１５ｂに燃料ガスを供給し、酸化剤ガス通路１４
ａ、１６ａに空気を供給するために、電池積層体２３
は、それぞれ円筒形のマニホールド２１内に分割して装
着される。マニホールド２１の径は、電池積層体２３の
４隅が内接される大きさとし、マニホールド２１との接
触箇所は、前記と同様にガス封止される。これにより、
電池積層体２３の４つの側面とマニホールド２１の内壁
間で４つの独立したガス通路が形成されることになる。
なお、図示しないが、各マニホールド２１の上下は蓋部
材によりシールされる。
４ｂ、１５ｂに燃料ガスを供給し、酸化剤ガス通路１４
ａ、１６ａに空気を供給するために、電池積層体２３
は、それぞれ円筒形のマニホールド２１内に分割して装
着される。マニホールド２１の径は、電池積層体２３の
４隅が内接される大きさとし、マニホールド２１との接
触箇所は、前記と同様にガス封止される。これにより、
電池積層体２３の４つの側面とマニホールド２１の内壁
間で４つの独立したガス通路が形成されることになる。
なお、図示しないが、各マニホールド２１の上下は蓋部
材によりシールされる。
【００２１】２つのマニホールド２１は所定の間隔をも
って配設される。図で下側のマニホールド２１の下部に
は、燃料ガス供給管２４、燃料ガス排出管２５、酸化剤
ガス供給管２６、酸化剤ガス排出管２７が接続され、ま
た、上下のマニホールド２１間には、燃料ガス用接続管
２８、２９および酸化剤ガス用接続管３０、３１が接続
される。これにより、上下の電池積層体２３に燃料ガス
および酸化剤ガスの供給および排出を可能にする。そし
て、上下の電池積層体２３間を電気的に接続するための
導電部材３２が設けられる。
って配設される。図で下側のマニホールド２１の下部に
は、燃料ガス供給管２４、燃料ガス排出管２５、酸化剤
ガス供給管２６、酸化剤ガス排出管２７が接続され、ま
た、上下のマニホールド２１間には、燃料ガス用接続管
２８、２９および酸化剤ガス用接続管３０、３１が接続
される。これにより、上下の電池積層体２３に燃料ガス
および酸化剤ガスの供給および排出を可能にする。そし
て、上下の電池積層体２３間を電気的に接続するための
導電部材３２が設けられる。
【００２２】なお、上記実施例においては、間隔を離し
た２つのマニホールド２１に電池積層体を装着している
が、２つに限定されるものではなく、３つ以上でもよ
く、また、図３に示すように、間隔を離した複数のマニ
ホールド２１の組を幾つか併設するように配置してもよ
い。また、図１の例ではマニホールド２１を垂直方向に
配設しているが、水平方向に配設してもよい。さらに、
マニホールド２１を容器の中に配置し、容器内に熱回収
用の媒体を流すことにより熱を回収し、燃料ガスの予
熱、発電用タービン等種々の熱利用手段に供給するよう
にしてもよい。
た２つのマニホールド２１に電池積層体を装着している
が、２つに限定されるものではなく、３つ以上でもよ
く、また、図３に示すように、間隔を離した複数のマニ
ホールド２１の組を幾つか併設するように配置してもよ
い。また、図１の例ではマニホールド２１を垂直方向に
配設しているが、水平方向に配設してもよい。さらに、
マニホールド２１を容器の中に配置し、容器内に熱回収
用の媒体を流すことにより熱を回収し、燃料ガスの予
熱、発電用タービン等種々の熱利用手段に供給するよう
にしてもよい。
【００２３】次に本発明の製造例について説明する。図
１の積層方式に従い１０段直列の固体電解質燃料電池を
製作した。電解質板１１には、イットリアを３モルパー
セント添加したジルコニアである部分安定化ジルコニア
を用い、１５０×１５０×０．２ｍｍの板状物を用い、
酸素通路側にＬａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ3粉末（平均粒径約
５μｍ）をはけ塗り法で厚さ０．３ｍｍに塗布してカソ
ード１３とし、水素通路側にＮｉ／ＺｒＯ2（１０／１
重量比）のサーメット混合粉末をはけ塗り法で厚さ０．
３ｍｍに塗布してアノード１２とした。
１の積層方式に従い１０段直列の固体電解質燃料電池を
製作した。電解質板１１には、イットリアを３モルパー
セント添加したジルコニアである部分安定化ジルコニア
を用い、１５０×１５０×０．２ｍｍの板状物を用い、
酸素通路側にＬａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ3粉末（平均粒径約
５μｍ）をはけ塗り法で厚さ０．３ｍｍに塗布してカソ
ード１３とし、水素通路側にＮｉ／ＺｒＯ2（１０／１
重量比）のサーメット混合粉末をはけ塗り法で厚さ０．
３ｍｍに塗布してアノード１２とした。
【００２４】また、セパレータ１４には、Ｌａ0.9Ｓｒ
0.1ＣｒＯ3を用い、寸法は１５０×１５０ｍｍで全厚み
５ｍｍ、溝の深さを２ｍｍとした。この電解質板１１と
セパレータ１４を図１に示す如く積層し、電解質板１１
とセパレータ１４の間に軟化点が約８００℃のガラスペ
ーストを塗布してガス封止用とした。前記のように、こ
のガラスペーストは、電池の作動温度１０００℃で軟化
してガスを封止する。
0.1ＣｒＯ3を用い、寸法は１５０×１５０ｍｍで全厚み
５ｍｍ、溝の深さを２ｍｍとした。この電解質板１１と
セパレータ１４を図１に示す如く積層し、電解質板１１
とセパレータ１４の間に軟化点が約８００℃のガラスペ
ーストを塗布してガス封止用とした。前記のように、こ
のガラスペーストは、電池の作動温度１０００℃で軟化
してガスを封止する。
【００２５】こうして積層した電池積層体２３をマニホ
ールド２１内に装着し、マニホールド２１と電池積層体
２３の接触箇所を同様にガス封した。電気の取り出し部
には、白金リード線を溶接し電気的に接続した。放熱用
の隙間は５段目と６段目の間に設け、この間はガス配管
で接続するとともに、耐熱合金の棒で電気的に直列接続
した。
ールド２１内に装着し、マニホールド２１と電池積層体
２３の接触箇所を同様にガス封した。電気の取り出し部
には、白金リード線を溶接し電気的に接続した。放熱用
の隙間は５段目と６段目の間に設け、この間はガス配管
で接続するとともに、耐熱合金の棒で電気的に直列接続
した。
【００２６】このようにして作製して組み立てた固体電
解質燃料電池を、室温から１５０℃までアノード側、カ
ソード側ともに空気を流しつつ加熱昇温し、ガラスペー
ストの溶媒、塗布電極の溶媒を蒸発させた。その後、引
き続き過熱し約３５０℃以上では水素通路側でのアノー
ドの酸化を防止するため、窒素ガスを流し１０００℃ま
で昇温させた。その後、１０００℃に保持してアノード
側に水素を、カソード側に酸素を流し発電を開始した。
開放電圧は１２．５Ｖであった。放電特性を下記の表１
に示す。ガスクロスリークは水素の０．１％以下であっ
た。
解質燃料電池を、室温から１５０℃までアノード側、カ
ソード側ともに空気を流しつつ加熱昇温し、ガラスペー
ストの溶媒、塗布電極の溶媒を蒸発させた。その後、引
き続き過熱し約３５０℃以上では水素通路側でのアノー
ドの酸化を防止するため、窒素ガスを流し１０００℃ま
で昇温させた。その後、１０００℃に保持してアノード
側に水素を、カソード側に酸素を流し発電を開始した。
開放電圧は１２．５Ｖであった。放電特性を下記の表１
に示す。ガスクロスリークは水素の０．１％以下であっ
た。
【００２７】
【表１】
【００２８】このときの２段目および７段目のセル面内
に熱電対を設置して温度分布（温度差）を測定したとこ
ろ最大１０℃であった。
に熱電対を設置して温度分布（温度差）を測定したとこ
ろ最大１０℃であった。
【００２９】これに対して、図４で示すような方式の１
０段直列セルで測定を行ったところ、開放電圧１２．５
Ｖでガスクロスリークが０．１％のセルの放電特性は次
の表２に示すようになった。
０段直列セルで測定を行ったところ、開放電圧１２．５
Ｖでガスクロスリークが０．１％のセルの放電特性は次
の表２に示すようになった。
【００３０】
【表２】
【００３１】このときの５段目のセル面内に熱電対を設
置して温度分布（温度差）を測定したところ最大で８０
℃であった。
置して温度分布（温度差）を測定したところ最大で８０
℃であった。
【００３２】以上のように、電池積層体２３を間隔を離
して配設される複数のマニホールド２１内に分割して装
着するので、発電によって生じた熱は、マニホールド２
１の外周部から放熱されるでけではなく、隣接するマニ
ホールド２１間の隙間から放熱される。従って、従来の
方式と比較して各単電池内の温度分布および積層方式の
温度分布を最小にすることができ電流分布も小さくな
る。また、部分的な加熱による劣化や封止の破壊をなく
すことができる。
して配設される複数のマニホールド２１内に分割して装
着するので、発電によって生じた熱は、マニホールド２
１の外周部から放熱されるでけではなく、隣接するマニ
ホールド２１間の隙間から放熱される。従って、従来の
方式と比較して各単電池内の温度分布および積層方式の
温度分布を最小にすることができ電流分布も小さくな
る。また、部分的な加熱による劣化や封止の破壊をなく
すことができる。
【００３３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、両面に電極が設けられた矩形状の電解質板をセ
パレータを介して複数積層してなる電池積層体を円筒形
状のマニホールドに内接するように装着し、電池積層体
の側面とマニホールドの内壁間にそれぞれ燃料ガスおよ
び酸化剤ガスの供給および排出通路を形成する燃料電池
において、間隔をもって配設される複数のマニホールド
と、各マニホールド内に分割して装着される電池積層体
と、各マニホールドの燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給
および排出通路を接続する接続管と、各電池積層体を電
気的に接続する導電部材からなる構成のため、簡単な構
成により優れた冷却効果を得ることができる。
よれば、両面に電極が設けられた矩形状の電解質板をセ
パレータを介して複数積層してなる電池積層体を円筒形
状のマニホールドに内接するように装着し、電池積層体
の側面とマニホールドの内壁間にそれぞれ燃料ガスおよ
び酸化剤ガスの供給および排出通路を形成する燃料電池
において、間隔をもって配設される複数のマニホールド
と、各マニホールド内に分割して装着される電池積層体
と、各マニホールドの燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給
および排出通路を接続する接続管と、各電池積層体を電
気的に接続する導電部材からなる構成のため、簡単な構
成により優れた冷却効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体電解質燃料電池の１実施例を示す
概略斜視図である。
概略斜視図である。
【図２】図１における電池積層体の分解斜視図である。
【図３】本発明の変形例を説明するための図である。
【図４】平板型の固体電解質燃料電池の従来例を示す斜
視図である。
視図である。
１１…電解質板、１４…セパレータ、２１…マニホール
ド、２３…電池積層体 ２４…燃料ガス供給管、２５…燃料ガス排出管、２６…
酸化剤ガス供給管 ２７…酸化剤ガス排出管、２８、２９…燃料ガス用接続
管 ３０、３１…酸化剤ガス用接続管、３２…導電部材
ド、２３…電池積層体 ２４…燃料ガス供給管、２５…燃料ガス排出管、２６…
酸化剤ガス供給管 ２７…酸化剤ガス排出管、２８、２９…燃料ガス用接続
管 ３０、３１…酸化剤ガス用接続管、３２…導電部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 敬朗 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目３番１ 号 東燃株式会社総合研究所内 (72)発明者 吉田 利彦 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目３番１ 号 東燃株式会社総合研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】両面に電極が設けられた矩形状の固体電解
質板をセパレータを介して複数積層してなる電池積層体
を円筒形状のマニホールドに内接するように装着し、電
池積層体の側面とマニホールドの内壁間にそれぞれ燃料
ガスおよび酸化剤ガスの供給および排出通路を形成する
燃料電池において、間隔をもって配設される複数のマニ
ホールドと、各マニホールド内に分割して装着される電
池積層体と、各マニホールドの燃料ガスおよび酸化剤ガ
スの供給および排出通路を接続する接続管と、各電池積
層体を電気的に接続する導電部材からなることを特徴と
する固体電解質燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4292990A JPH06150958A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4292990A JPH06150958A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06150958A true JPH06150958A (ja) | 1994-05-31 |
Family
ID=17789049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4292990A Pending JPH06150958A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06150958A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997036336A1 (de) * | 1996-03-23 | 1997-10-02 | Dornier Gmbh | Hochtemperatur-brennstoffzellen-anlage |
| WO2000026983A1 (en) * | 1998-11-02 | 2000-05-11 | Ztek Corporation | Fuel cell stacks for ultra-high efficiency power systems |
| JP2006216465A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| WO2006090464A1 (ja) * | 2005-02-24 | 2006-08-31 | Octec, Inc. | 固体高分子型燃料電池及び製造方法 |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP4292990A patent/JPH06150958A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6458477B1 (en) | 1994-08-08 | 2002-10-01 | Ztek Corporation | Fuel cell stacks for ultra-high efficiency power systems |
| WO1997036336A1 (de) * | 1996-03-23 | 1997-10-02 | Dornier Gmbh | Hochtemperatur-brennstoffzellen-anlage |
| WO2000026983A1 (en) * | 1998-11-02 | 2000-05-11 | Ztek Corporation | Fuel cell stacks for ultra-high efficiency power systems |
| JP2006216465A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| WO2006090464A1 (ja) * | 2005-02-24 | 2006-08-31 | Octec, Inc. | 固体高分子型燃料電池及び製造方法 |
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