JPH06188006A - 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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JPH06188006A
JPH06188006A JP4334777A JP33477792A JPH06188006A JP H06188006 A JPH06188006 A JP H06188006A JP 4334777 A JP4334777 A JP 4334777A JP 33477792 A JP33477792 A JP 33477792A JP H06188006 A JPH06188006 A JP H06188006A
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JP
Japan
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cell
conductive terminal
fuel cell
solid oxide
oxide fuel
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JP4334777A
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English (en)
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Tsuneki Shinokura
恒樹 篠倉
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱的機械的信頼性と、出力密度に優れる固体電
解質型燃料電池を得る。 【構成】セル基体/導電端子/単セル集合体10を支持
体17を介して函体18内に吊着する。セル基体/導電
端子/単セル集合体10の内部には酸素ガスを外部には
水素ガスを通流させる。セル基体/導電端子/単セル集
合体10は支持体上の導電体16を介して直列に接続さ
れる。セル基体/導電端子/単セル集合体10は絶縁性
の多孔質扁平筐体であるセル基体の主面上に正の導電端
子と負の導電端子と単セルとが積層され電気的に直列に
接続される。単セルは複数個が直列的に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は固体電解質型燃料電池
のセル構造に係り、特に熱的に安定で出力密度に優れる
セル構造に関する。
【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、その作動温度が800〜1100℃と高
温であるため、発電効率が高い上に触媒が不要であり、
また電解質が固体であるため取扱い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】固体電解質型燃料電池は構造的に円筒型と
平板型に大別され、いずれの型も主要材料としてセラミ
ックスを用いる。特開昭56−130381号公報には
円筒型の固体電解質型燃料電池が開示されている。図5
は従来の円筒型固体電解質型燃料電池を示す斜視図であ
る。図6は従来の円筒型固体電解質型燃料電池のスタッ
クを示す断面図である。
【0004】一端閉管式の円筒状多孔質基体1A上にア
ノード4、固体電解質体3、カソード2、およびインタ
コネクタ5が形成され単セルとなる。多孔質基体1Aの
内部には酸素ガスがまた外部には水素ガスが流される。
得られた単セルは直列および並列に接続される。このよ
うな円筒型固体電解質型燃料電池の単セルは原理的に熱
膨張収縮が自由でガスシールも不要であり熱的安定性に
優れる特徴を有している。
【0005】図7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。単セル7とセパレータ20が
交互に積層される。セパレータ20にはマニホルド21
を介して空気と燃料ガスが供給され且つ排出される。平
板型は空間の利用率が高いため出力密度が高くできる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の円
筒型固体電解質型燃料電池は単セルが円筒型であるため
に空間利用率が悪く電池の出力密度が低いという問題が
あった。また平板型では出力密度は高くできるが単セル
とセパレータを重力方向に交互に積層しているために燃
料電池の動作時にはセルおよびセパレータの荷重と熱応
力が印加され、そのためにセラミックスが破損し易いと
いう問題があった。
【0007】この発明は上述の点に鑑みてなされ、その
目的は新規な燃料電池発電セルの構造を開発することに
より、熱的機械的安定性と出力密度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、単セルが複数個結合された燃料電池であって、
(1)セル基体と、(2)単セルと、(3)正の導電端
子と、(4)負の導電端子と、(5)函体とを包含し、
セル基体は電気絶縁性の多孔質扁平筐体で、筐体の外部
主面上には正の導電端子と、単セルと、負の導電端子が
積層されてセル基体/導電端子/単セル集合体を形成
し、単セルは固体電解質体と、その両主面にそれぞれ配
されたカソードと、アノードの電極であり、正の導電端
子は単セルのカソードと電気的に接続され、負の導電端
子は単セルのアノードと電気的に接続され、函体は前記
集合体の複数個を吊着して前記集合体を正と負の導電端
子を介して電気的に直列に接続するとともに、前記集合
体の内部には第一の反応ガスを外部には第二の反応ガス
を通流させるものであるとすることにより達成される。
【0009】
【作用】セル基体/導電端子/単セル集合体は函体に一
端で支持されるので熱膨張収縮が自由である。またセル
基体/導電端子/単セル集合体は函体に収納された際の
空間利用率を高めるので、固体電解質型燃料電池の小型
化をもたらす。
【0010】さらにセル基体/導電端子/単セル集合体
のセル基体は絶縁性であるので単セルを複数個直列に配
置することができる。
【0011】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基いて説明す
る。図2はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電
池のセル基体/導電端子/単セル集合体を示す斜視図で
ある。セル基体/導電端子/単セル集合体10はセル基
体8の主面上に正の導電端子9Aと負の導電端子9Bと
単セル7を積層して構成される。セル基体8はアルミナ
からなる多孔質の筐体でその長方形型の副面に空気の通
流孔の開口を有し、内部に空気の通流孔11,12を有
する。セル基体のU字型をした副面には封止膜13が積
層される。セル基体にはその外部主面に空気通流孔1
1,12の開口に近接して吊着用のテーパ部が設けられ
る。
【0012】このようなセル基体/導電端子/単セル集
合体は次のようにして調製される。先ずセル基体は所定
粒度のアルミナ粉体を水に分散させて塩酸を用いてpH
を調整しスリップを調製する。得られたスリップを石膏
型に流し込み次いで排泥する。所定時間後離型しセル基
体の成型体を得た。得られた成型体を十分に乾燥してか
ら、ガス炉を用いて酸化雰囲気中で焼成して多孔質のセ
ル基体8を得た。
【0013】正の導電端子と負の導電端子がCuO−C
2 3 ,ランタンクロマイトLaCrO3,NiAl等を用
いてセル基体のテーパ部に積層される。単セル7がセル
基体8の主面に導電端子9A,9Bに近接して積層され
る。単セルはランタンマンガナイトLaMnO3であるカソー
ド2と、8モル%のイットリアY2 3 で安定化された
ジルコニアZrO2 である固体電解質体3と、ニッケル
NiとジルコニアZrO2 のサーメットであるアノード
4の積層体である。カソードとアノードは100μm厚
さにまた固体電解質体は50μmに形成される。
【0014】導電端子9A,9Bと単セル7は、例えば
プラズマ溶射法により形成される。正の導電端子9Aが
先ずセル基体の上にマスクを用いて積層され次に単セル
7が他のマスクを用いて端部を正の導電端子9Aに重畳
させてセル基体に積層される。他の単セル7が上記と同
様にして直列に複数個形成される。最後に負の導電端子
9Bが端部を重畳させて他のテーパ部に形成される。セ
ル基体8の円弧部には単セル7に替えて導電端子を形成
することもできる。
【0015】セル基体/導電端子/単セル集合体を大型
化したい場合はセル基体上に形成される導電端子9A,
9Bや単セル7に切断部を設けて導電端子や単セルを可
能な限り大きな複数個に分離し、熱膨張率の差による剥
離や割れを防止することができる。単セル7は同一のマ
スクを用いてカソード2と、固体電解質体3と、アノー
ド4が順次積層される。導電端子9A,9Bと固体電解
質体3の両者は緻密に溶射される。緻密な溶射の場合は
減圧溶射法が適用される。カソード2とアノード4は多
孔質に形成される。 封止膜13は例えばアルミナを用
いてセル基体のU字型の副面に緻密に積層される。この
封止膜13はセル基体/導電端子/単セル集合体内部と
外部の反応ガスの相互のリークを防止する。
【0016】セル基体の空孔を介してカソード2に到達
した酸素ガスは還元され酸素イオンとなって固体電解質
体3の中を拡散して行く。アノード4の表面で酸素イオ
ンは酸化されると共に水素ガスと反応して水蒸気とな
る。このとき水素ガスと酸素ガスから水蒸気を生成する
反応の自由エネルギ変化が電気エネルギに変換され、ア
ノード4に負電圧、カソード2に正電圧が発生する。単
セル7の1個あたりの電圧は 0.5〜0.9 Vで、直列に接
続することにより所定の電圧を得且つ出力密度を高める
ことができる。
【0017】導電端子9A,9Bと単セル7、または単
セル7同志の電気的接続は直接的な接触またはインタコ
ネクタを介する接触により達成することができる。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電気
的接続法を示す断面図である。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異なる電気的接続法を示
す断面図である。
【0018】インタコネクタにはCuO−Cr2 3
ランタンクロマイトLaCrO3,NiAl等を用いることが
できる。インタコネクタは塗布,焼成により形成するこ
とができる。セル基体/導電端子/単セル集合体は上述
の方法の他、セル基体の成型に続いて導電端子や単セル
のグリーンシートをセル基体に張り付け、セル基体とと
もに所定の雰囲気で焼成して調製することもできる。
【0019】図1はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池のモジュールを示す断面図である。函体18
の支持体17にセル基体/導電端子/単セル集合体10
が吊着される。吊着はセル基体/導電端子/単セル集合
体のテーパ部を介して行われる。各セル基体/導電端子
/単セル集合体は導電体16を介して直列に接続され
る。導電体16はNiAlのような固体材料のみならず
Niフェルトのような軟質のものも使用することができ
る。
【0020】函体18の内部には燃料ガスである水素ガ
スが流される。水素ガスは燃料ガス流入孔17より函体
の内部に導入され次いで燃料ガス流出孔15より排出さ
れる。燃料ガス流出孔より排出された水素ガスは次いで
空気と混合され燃焼し低公害且つ安全な燃料電池が得ら
れる。酸素ガスの流入と排出は図示しないが酸化剤ガス
流入排出マニホルドによりその流入排出の方向を自由に
選定することができる。酸素ガスはセル基体/導電端子
/単セル集合体の内部に供給され一方向的に流れて排出
される。そのためにガスシールの必要がなくまた導電
体,導電端子等の酸化腐食を起こさない。また酸化剤ガ
スの流入は予熱することにより函体内温度分布の均一性
を高めることができる。セル基体/導電端子/単セル集
合体は函体に一端を介して吊着されるので熱膨張が自由
であり、セル基体/導電端子/単セル集合体の熱的機械
的安定性を高める。セル基体/導電端子/単セル集合体
は直列に接続されるので固体電解質型燃料電池の出力密
度を高める。
【0021】
【発明の効果】この発明によれば、単セルが複数個結合
された燃料電池であって、(1)セル基体と、(2)単
セルと、(3)正の導電端子と、(4)負の導電端子
と、(5)函体とを包含し、セル基体は電気絶縁性の多
孔質扁平筐体で、筐体の外部主面上には正の導電端子
と、単セルと、負の導電端子が積層されてセル基体/導
電端子/単セル集合体を形成し、単セルは固体電解質体
と、その両主面にそれぞれ配されたカソードと、アノー
ドの電極であり、正の導電端子は単セルのカソードと電
気的に接続され、負の導電端子は単セルのアノードと電
気的に接続され、函体は前記集合体の複数個を吊着して
前記集合体を正と負の導電端子を介して電気的に直列に
接続するとともに、前記集合体の内部には第一の反応ガ
スを外部には第二の反応ガスを通流させるものであるの
で、セル基体/導電端子/単セル集合体は函体に一端で
支持され熱膨張収縮が自由であり熱的機械的信頼性に優
れる固体電解質型燃料電池が得られる。
【0022】またセル基体/導電端子/単セル集合体の
セル基体は絶縁性であるのでセル基体上に単セルを複数
個直列に配置することができ、電池の出力密度を高め
る。さらにセル基体/導電端子/単セル集合体は函体に
収納された際の空間利用率を高めるので、固体電解質型
燃料電池の小型化をもたらし、電池の出力密度をさらに
高める。
【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
のモジュールを示す断面図
【図2】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のセル基体/導電端子/単セル集合体を示す斜視図
【図3】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
の電気的接続法を示す断面図
【図4】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
の異なる電気的接続法を示す断面図
【図5】従来の円筒型固体電解質型燃料電池を示す斜視
【図6】従来の円筒型固体電解質型燃料電池のスタック
を示す断面図
【図7】従来の平板型固体電解質型燃料電池を示す分解
斜視図
【符号の説明】
1 多孔質基体 1A 多孔質基体 2 カソード 3 固体電解質体 4 アノード 5 インタコネクタ 5A インタコネクタ 5B インタコネクタ 7 単セル 9A 正の導電端子 9B 負の導電端子 10 セル基体/導電端子/単セル集合体 12 空気通流孔 13 封止膜 15 燃料ガス流出孔 16 導電体 18 支持体 19 燃料ガス流入孔 20 セパレータ 21 マニホルド

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単セルが複数個結合された燃料電池であっ
    て、 (1)セル基体と、 (2)単セルと、 (3)正の導電端子と、 (4)負の導電端子と、 (5)函体とを包含し、 セル基体は電気絶縁性の多孔質扁平筐体で、筐体の外部
    主面上には正の導電端子と、単セルと、負の導電端子が
    積層されてセル基体/導電端子/単セル集合体を形成
    し、 単セルは固体電解質体と、その両主面にそれぞれ配され
    たカソードと、アノードの電極であり、 正の導電端子は単セルのカソードに電気的に接続され、 負の導電端子は単セルのアノードに電気的に接続され、 函体は前記集合体の複数個を吊着して前記集合体を正と
    負の導電端子を介して電気的に直列に接続するととも
    に、前記集合体の内部には第一の反応ガスを外部には第
    二の反応ガスを通流させ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記載の燃料電池において、セル基
    体/導電端子/単セル集合体は短冊状の単セルが複数個
    直列に接続されてな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記載の燃料電池において、セル基
    体はセル基体/導電端子/単セル集合体を吊着するテー
    パ部を外部主面に備え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3記載の燃料電池において、セル基
    体のテーパ部には導電端子が積層されてなることを特徴
    とする固体電解質型燃料電池。
  5. 【請求項5】請求項1記載の燃料電池において、第一の
    反応ガスは酸化剤ガス、第二の反応ガスは燃料ガスであ
    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記載の燃料電池において、セル基
    体はアルミナであ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記載の燃料電池において、導電端
    子と単セルとの接続はインタコネクタを介して行われる
    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2記載の燃料電池において、単セル
    相互の接続はインタコネクタを介して行われることを特
    徴とする固体電解質型燃料電池。
JP4334777A 1992-12-16 1992-12-16 固体電解質型燃料電池 Pending JPH06188006A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2840108A1 (fr) * 2002-05-24 2003-11-28 Commissariat Energie Atomique Module de base de pile a combustible miniature avec des micro-volumes traverses par un des deux reactants
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