JPH06196181A - 平板型固体電解質燃料電池 - Google Patents
平板型固体電解質燃料電池Info
- Publication number
- JPH06196181A JPH06196181A JP4347328A JP34732892A JPH06196181A JP H06196181 A JPH06196181 A JP H06196181A JP 4347328 A JP4347328 A JP 4347328A JP 34732892 A JP34732892 A JP 34732892A JP H06196181 A JPH06196181 A JP H06196181A
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- JP
- Japan
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- cell
- anode
- fuel cell
- size
- solid electrolyte
- Prior art date
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- Pending
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低コストでセルの大型化と性能向上とを図る
ことができる平板型固体電解質燃料電池の提供を目的と
している。 【構成】 固体電解質板１を介して矩形状のアノード３
と矩形状のカソード２とが形成された構造のセルを複数
積層してスタックを構成した平板型固体電解質燃料電池
において、上記矩形状のアノード３及びカソード２のう
ち少なくとも一方の電極は、長辺の大きさと短辺の大き
さとの比が１〜１．２となるように構成されていること
を特徴とする。
ことができる平板型固体電解質燃料電池の提供を目的と
している。 【構成】 固体電解質板１を介して矩形状のアノード３
と矩形状のカソード２とが形成された構造のセルを複数
積層してスタックを構成した平板型固体電解質燃料電池
において、上記矩形状のアノード３及びカソード２のう
ち少なくとも一方の電極は、長辺の大きさと短辺の大き
さとの比が１〜１．２となるように構成されていること
を特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平板型固体電解質燃料
電池、特に内部マニホールド方式の平板型固体電解質燃
料電池のセル形状に関するものである。
電池、特に内部マニホールド方式の平板型固体電解質燃
料電池のセル形状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、ＳＯＦＣ
とする）はリン酸型及び溶融炭酸塩型につづく第三世代
の燃料電池として注目されている。上記ＳＯＦＣは、電
解質を完全固体化した第三世代の燃料電池であって、上
記電解質としては主に（ＺｒＯ 2 ）0.9 （Ｙ2 Ｏ 3）
0.1 など２価または３価の金属酸化物を固溶した酸化ジ
ルコニウム（安定化ジルコニア）が用いられる。このよ
うに、電解質を完全固体化すれば、電解質（液）の損失
という問題は解消されることになる。
とする）はリン酸型及び溶融炭酸塩型につづく第三世代
の燃料電池として注目されている。上記ＳＯＦＣは、電
解質を完全固体化した第三世代の燃料電池であって、上
記電解質としては主に（ＺｒＯ 2 ）0.9 （Ｙ2 Ｏ 3）
0.1 など２価または３価の金属酸化物を固溶した酸化ジ
ルコニウム（安定化ジルコニア）が用いられる。このよ
うに、電解質を完全固体化すれば、電解質（液）の損失
という問題は解消されることになる。
【０００３】ここで、上記電解質における電荷担体は酸
素イオンであるが、この導電率は常温では極めて低いの
で、一般には１０００℃でＳＯＦＣを作動させる。この
ため、高温で長期にわたり安定な構成材料の選定、構成
材料間の熱膨張差、シール方法など数多くの問題点があ
る。しかし、高品質な排熱が得られる、高い発電効率が
望める、燃料ガスの選択の巾が増える、そして高電流密
度での作動が可能となる等の長所があるので、極めて将
来的には有望である。
素イオンであるが、この導電率は常温では極めて低いの
で、一般には１０００℃でＳＯＦＣを作動させる。この
ため、高温で長期にわたり安定な構成材料の選定、構成
材料間の熱膨張差、シール方法など数多くの問題点があ
る。しかし、高品質な排熱が得られる、高い発電効率が
望める、燃料ガスの選択の巾が増える、そして高電流密
度での作動が可能となる等の長所があるので、極めて将
来的には有望である。
【０００４】このようなＳＯＦＣの開発は、円筒型が先
行しているが、体積当りの発電効率の増加が見込まれる
平板型ＳＯＦＣの開発が現在脚光を浴びている。そし
て、この平板型ＳＯＦＣは、以下のように大別すること
ができる。 自立膜方式と支持膜方式 自立膜方式とは、図６に示すように、緻密に焼結した電
解質板３０の一方の面にアノード３１を他方の面にカソ
ード（図示せず）を形成してセルを構成し、このセルを
バイポーラプレート３２で挟持し、電池とする。一方、
支持膜方式は、いずれかの電極上に、主に溶射により電
解質膜を形成するもので、自立膜方式に比べると、薄膜
化は容易である。しかし、緻密性および生産性におい
て、自立膜方式に劣るという課題がある。 外部マニホールド方式と内部マニホールド方式 当該２つのマニホールド方式は、平板型の燃料電池への
ガス供給方式である。外部マニホールド方式は、電池ス
タックの外部壁面に各セルへのガス供給部を設けるもの
で、構造は単純であるが、電池壁面でのガスのシール方
法に工夫を要する。一方、内部マニホールド方式は、ス
タックの内部に各セルへのガス供給部を設けるもので、
シールは電池構成材とガス分離板間のシールを併用でき
る。よって、運転温度が高温（１０００℃前後）となる
固体電解質燃料電池では、シールの容易な内部マニホー
ルド方式が実用的である。しかし、電池面の一部をマニ
ホールドとして利用するので、電池の有効面積が小さく
なるという課題がある。 対向流、並行流、及び直交流の３方式 これらは、燃料ガスと酸化剤ガスの流れ方向の組み合わ
せ方式であるが、直交流方式は反応熱などによるセル内
の温度差が大きくなり易くなるため、一般には、対向
流、並行流方式を用いることが多い。
行しているが、体積当りの発電効率の増加が見込まれる
平板型ＳＯＦＣの開発が現在脚光を浴びている。そし
て、この平板型ＳＯＦＣは、以下のように大別すること
ができる。 自立膜方式と支持膜方式 自立膜方式とは、図６に示すように、緻密に焼結した電
解質板３０の一方の面にアノード３１を他方の面にカソ
ード（図示せず）を形成してセルを構成し、このセルを
バイポーラプレート３２で挟持し、電池とする。一方、
支持膜方式は、いずれかの電極上に、主に溶射により電
解質膜を形成するもので、自立膜方式に比べると、薄膜
化は容易である。しかし、緻密性および生産性におい
て、自立膜方式に劣るという課題がある。 外部マニホールド方式と内部マニホールド方式 当該２つのマニホールド方式は、平板型の燃料電池への
ガス供給方式である。外部マニホールド方式は、電池ス
タックの外部壁面に各セルへのガス供給部を設けるもの
で、構造は単純であるが、電池壁面でのガスのシール方
法に工夫を要する。一方、内部マニホールド方式は、ス
タックの内部に各セルへのガス供給部を設けるもので、
シールは電池構成材とガス分離板間のシールを併用でき
る。よって、運転温度が高温（１０００℃前後）となる
固体電解質燃料電池では、シールの容易な内部マニホー
ルド方式が実用的である。しかし、電池面の一部をマニ
ホールドとして利用するので、電池の有効面積が小さく
なるという課題がある。 対向流、並行流、及び直交流の３方式 これらは、燃料ガスと酸化剤ガスの流れ方向の組み合わ
せ方式であるが、直交流方式は反応熱などによるセル内
の温度差が大きくなり易くなるため、一般には、対向
流、並行流方式を用いることが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く平板型ＳＯ
ＦＣには多くの方式があるが、これらのうちに示す自
立膜方式のセルでは、スラリーコーティング法等により
電解質板上に電極を形成する必要がある。この電極の作
製には、電解質板上に塗布した電極材料を高温にて焼結
させる焼成工程が含まれる。これは、電極及び電解質板
がともに固体である本燃料電池において十分な電気導伝
性を得るためには、電極と電解質板との界面の接合が重
要であり、高温での焼結が必要となるためである。しか
し、電極と電解質板との主に熱膨張差により、温度を焼
成温度から室温に下げるとセルに反りが生じる。この反
りが大きいと、電極とセパレーターとの間の接触が十分
得られず、接触抵抗が大きくなる。また、バイポーラプ
レートで挟持し、セルを強制的に平面にするため、電極
の割れ、剥がれ等が生じる。このように、セルに反りが
生じると、セル性能の低下が生じ問題であった。
ＦＣには多くの方式があるが、これらのうちに示す自
立膜方式のセルでは、スラリーコーティング法等により
電解質板上に電極を形成する必要がある。この電極の作
製には、電解質板上に塗布した電極材料を高温にて焼結
させる焼成工程が含まれる。これは、電極及び電解質板
がともに固体である本燃料電池において十分な電気導伝
性を得るためには、電極と電解質板との界面の接合が重
要であり、高温での焼結が必要となるためである。しか
し、電極と電解質板との主に熱膨張差により、温度を焼
成温度から室温に下げるとセルに反りが生じる。この反
りが大きいと、電極とセパレーターとの間の接触が十分
得られず、接触抵抗が大きくなる。また、バイポーラプ
レートで挟持し、セルを強制的に平面にするため、電極
の割れ、剥がれ等が生じる。このように、セルに反りが
生じると、セル性能の低下が生じ問題であった。
【０００６】そこで、従来、上記セルの反りを抑制する
ために、電解質板として歪みの生じにくい正方形状のも
のが用いられてきたが、十分な効果は得られなかった。
また、セルの大面積化に際して、正方形の電解質板を得
るためには、通常用いられるドクターブレード法では塗
工機のブレード幅の拡張が必要となると共に、電解質板
の焼成のための炉の大型化が必要となる。このため、新
たな設備投資を行う必要が生じて、電池の価格が高騰す
るという課題を生じる。特に、セル内にマニホールド孔
を設ける必要のある内部マニホールド方式のＳＯＦＣに
おいては、電解質板を正方形状にすると、極めて電極面
積が減少する。したがって、当該方式のＳＯＦＣでは、
設備投資を増大させなければ、セルの反りの抑制と電極
面積の増大とを図ることができないという課題を有して
いた。
ために、電解質板として歪みの生じにくい正方形状のも
のが用いられてきたが、十分な効果は得られなかった。
また、セルの大面積化に際して、正方形の電解質板を得
るためには、通常用いられるドクターブレード法では塗
工機のブレード幅の拡張が必要となると共に、電解質板
の焼成のための炉の大型化が必要となる。このため、新
たな設備投資を行う必要が生じて、電池の価格が高騰す
るという課題を生じる。特に、セル内にマニホールド孔
を設ける必要のある内部マニホールド方式のＳＯＦＣに
おいては、電解質板を正方形状にすると、極めて電極面
積が減少する。したがって、当該方式のＳＯＦＣでは、
設備投資を増大させなければ、セルの反りの抑制と電極
面積の増大とを図ることができないという課題を有して
いた。
【０００７】また、セルの反りを抑制すべく、アノード
の焼成温度は１２５０℃程度と低く設定されていたが、
このような低温焼成では微視的に電極の剥がれなどが生
じ、アノードと電解質界面との接合が十分に得られてい
ないという課題もある。以上の問題は、セルの大型化と
ともにさらに顕著となり、セル性能の向上の面で問題で
あった。
の焼成温度は１２５０℃程度と低く設定されていたが、
このような低温焼成では微視的に電極の剥がれなどが生
じ、アノードと電解質界面との接合が十分に得られてい
ないという課題もある。以上の問題は、セルの大型化と
ともにさらに顕著となり、セル性能の向上の面で問題で
あった。
【０００８】本発明は係る現状を考慮してなされたもの
であって、低コストでセルの大型化と性能向上とを図る
ことができる平板型固体電解質燃料電池の提供を目的と
している。
であって、低コストでセルの大型化と性能向上とを図る
ことができる平板型固体電解質燃料電池の提供を目的と
している。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達
成するために、固体電解質板を介して矩形状のアノード
と矩形状のカソードとが形成された構造のセルを複数積
層してスタックを構成した平板型固体電解質燃料電池に
おいて、上記矩形状のアノード及びカソードのうち少な
くとも一方の電極は、長辺の大きさと短辺の大きさとの
比が１〜１．２となるように構成されていることを特徴
とする。
成するために、固体電解質板を介して矩形状のアノード
と矩形状のカソードとが形成された構造のセルを複数積
層してスタックを構成した平板型固体電解質燃料電池に
おいて、上記矩形状のアノード及びカソードのうち少な
くとも一方の電極は、長辺の大きさと短辺の大きさとの
比が１〜１．２となるように構成されていることを特徴
とする。
【００１０】前記電解質板は矩形状を成し、しかも長
辺の大きさと短辺の大きさとの比が１を超えるように構
成されていることを特徴とする記載の平板型固体電解
質燃料電池。 アノードをスラリーコーティング法にてアノードを形
成する場合に、アノードの焼成温度を１２５０〜１４１
０℃とすることを特徴とする記載の平板型固体電解質
燃料電池。
辺の大きさと短辺の大きさとの比が１を超えるように構
成されていることを特徴とする記載の平板型固体電解
質燃料電池。 アノードをスラリーコーティング法にてアノードを形
成する場合に、アノードの焼成温度を１２５０〜１４１
０℃とすることを特徴とする記載の平板型固体電解質
燃料電池。
【００１１】
【作用】上記の構成であれば、以下に示す作用を奏す
る。 上記の如く、矩形状のアノード及びカソードのうち少
なくとも一方の電極は、長辺の大きさと短辺の大きさと
の比（以下、縦横比と称する）が１〜１．２となるよう
に構成すれば、下記実施例に示すように、焼成温度から
室温に温度を低下させた場合であってもセルの反りは緩
和されることになる。したがって、電極とセパレーター
との間の接触性が向上して、接触抵抗が小さくなる。
る。 上記の如く、矩形状のアノード及びカソードのうち少
なくとも一方の電極は、長辺の大きさと短辺の大きさと
の比（以下、縦横比と称する）が１〜１．２となるよう
に構成すれば、下記実施例に示すように、焼成温度から
室温に温度を低下させた場合であってもセルの反りは緩
和されることになる。したがって、電極とセパレーター
との間の接触性が向上して、接触抵抗が小さくなる。
【００１２】具体的には、電極とバイポーラプレートと
間の接触抵抗は、接触面圧２ｋｇｆ／ｃｍ2 以上で、電
流密度３００ｍＡ／ｃｍ2 にて数ｍＶ以下になる。この
ようなことを考慮すれば、電極とバイポーラプレートと
の接触面圧が２ｋｇｆ／ｃｍ 2 以上となるような割合
は、両者の総接触面積の８０％以上あることが好まし
い。そこで、上記の構成であれば、下記実施例にて示す
ように、上記の割合は８０％を越えることになるので、
接触抵抗が低減して、セル性能が向上する。 平板型固体電解質燃料電池を作製する場合には、バイ
ポーラプレートでセルを挟持して、強制的にセルの平面
度を向上させる必要があるが、上記の如くセルの反りが
緩和されれば、上記挟持する際でも電極の割れ、剥がれ
等を減少させることができる。 上記構成の如くアノード等の縦横比を１〜１．２に規
定すればセルの反りを低減できるのであれば、電解質板
の縦横比を１（正方形）に限定する必要はなく１を超え
るように構成することも可能となる。
間の接触抵抗は、接触面圧２ｋｇｆ／ｃｍ2 以上で、電
流密度３００ｍＡ／ｃｍ2 にて数ｍＶ以下になる。この
ようなことを考慮すれば、電極とバイポーラプレートと
の接触面圧が２ｋｇｆ／ｃｍ 2 以上となるような割合
は、両者の総接触面積の８０％以上あることが好まし
い。そこで、上記の構成であれば、下記実施例にて示す
ように、上記の割合は８０％を越えることになるので、
接触抵抗が低減して、セル性能が向上する。 平板型固体電解質燃料電池を作製する場合には、バイ
ポーラプレートでセルを挟持して、強制的にセルの平面
度を向上させる必要があるが、上記の如くセルの反りが
緩和されれば、上記挟持する際でも電極の割れ、剥がれ
等を減少させることができる。 上記構成の如くアノード等の縦横比を１〜１．２に規
定すればセルの反りを低減できるのであれば、電解質板
の縦横比を１（正方形）に限定する必要はなく１を超え
るように構成することも可能となる。
【００１３】ここで、アノード及びカソード用のペース
トを電解質板に塗布し、更にこれらのペーストを焼成す
る際、塗工機の塗工の長さは塗工機のブレード幅より長
く、また、通常、焼成に用いられるボックス炉型の焼成
炉の奥行きは間口幅に比べ長い。したがって、電解質の
形状を図１に示すように横長の矩形とし、且つ電解質板
の短辺をブレード方向に対応させれば、塗工機や焼成炉
を大型化することなく電極の大面積化を図ることができ
る。 アノード及びカソードの形状を縦横比が１〜１．２の
矩形とすると共に、アノードの焼成温度を１２５０〜１
４１０℃とすれば、セルの反りが低減するとともに、ア
ノードと電解質界面の接合が良好となるので、セル性能
が向上する。
トを電解質板に塗布し、更にこれらのペーストを焼成す
る際、塗工機の塗工の長さは塗工機のブレード幅より長
く、また、通常、焼成に用いられるボックス炉型の焼成
炉の奥行きは間口幅に比べ長い。したがって、電解質の
形状を図１に示すように横長の矩形とし、且つ電解質板
の短辺をブレード方向に対応させれば、塗工機や焼成炉
を大型化することなく電極の大面積化を図ることができ
る。 アノード及びカソードの形状を縦横比が１〜１．２の
矩形とすると共に、アノードの焼成温度を１２５０〜１
４１０℃とすれば、セルの反りが低減するとともに、ア
ノードと電解質界面の接合が良好となるので、セル性能
が向上する。
【００１４】尚、アノードの焼成温度を上記の範囲に規
定するのは、１２５０℃未満では電解質への焼き付きが
悪くなってセルの性能が低下する一方、１４１０℃を越
えると反りが大きくなって、やはりセルの性能が低下す
るという理由によるものである。
定するのは、１２５０℃未満では電解質への焼き付きが
悪くなってセルの性能が低下する一方、１４１０℃を越
えると反りが大きくなって、やはりセルの性能が低下す
るという理由によるものである。
【００１５】
【実施例】本発明の一実施例を、図１〜図５に基づい
て、以下に説明する。 〔実施例１〕図１は本発明の一実施例に係る平板型固体
電解質燃料電池に用いるセルの平面図であり、固体電解
質板１を介してＬａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 −ＹＳＺ（イ
ットリア添加安定化ジルコニア）から成るカソード２
と，ＮｉＯ−ＹＳＺから成るアノード３とが配されてい
る。
て、以下に説明する。 〔実施例１〕図１は本発明の一実施例に係る平板型固体
電解質燃料電池に用いるセルの平面図であり、固体電解
質板１を介してＬａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 −ＹＳＺ（イ
ットリア添加安定化ジルコニア）から成るカソード２
と，ＮｉＯ−ＹＳＺから成るアノード３とが配されてい
る。
【００１６】前記固体電解質板１としては、市販の３mo
l ％イットリア添加部分安定化ジルコニア板（大きさ１
５０mm×１５０mm、厚さ０．２mm）を用いた。ここで、
上記セルを以下のようにして作製した。先ず、アノード
３の原料として、８mol ％のＹＳＺ粉末と酸化ニッケル
粉末とを用意し、これらをポリビニルブチラール樹脂と
テルピネオールとの混合溶媒を用いてスラリー化し、ア
ノード用スラリーとした。
l ％イットリア添加部分安定化ジルコニア板（大きさ１
５０mm×１５０mm、厚さ０．２mm）を用いた。ここで、
上記セルを以下のようにして作製した。先ず、アノード
３の原料として、８mol ％のＹＳＺ粉末と酸化ニッケル
粉末とを用意し、これらをポリビニルブチラール樹脂と
テルピネオールとの混合溶媒を用いてスラリー化し、ア
ノード用スラリーとした。
【００１７】一方、カソード２の原料として、８mol ％
のＹＳＺ粉末とＬａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 粉末とを用意
し、これを上記混合溶媒を用いてスラリー化し、カソー
ド用スラリーとした。その後、スクリーン印刷法によ
り、固体電解質板１の一方の面に前記アノード用スラリ
ーを塗布し、乾燥させた後、これを空気中１２５０℃で
２時間焼成した。次に、スクリーン印刷法により、前記
固体電解質板１の他方の面に前記カソード用スラリーを
塗布し、乾燥させた後、これを空気中１１００℃で４時
間焼成した。尚、上記両スラリーを塗布する場合に、塗
布面積は１２５cm2 とし、また縦横比（図１中、ａ／
ｂ）は１．０とした（即ち、本実施例では、図１におい
て、ａ＝ｂ＝１１２mmである）。
のＹＳＺ粉末とＬａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 粉末とを用意
し、これを上記混合溶媒を用いてスラリー化し、カソー
ド用スラリーとした。その後、スクリーン印刷法によ
り、固体電解質板１の一方の面に前記アノード用スラリ
ーを塗布し、乾燥させた後、これを空気中１２５０℃で
２時間焼成した。次に、スクリーン印刷法により、前記
固体電解質板１の他方の面に前記カソード用スラリーを
塗布し、乾燥させた後、これを空気中１１００℃で４時
間焼成した。尚、上記両スラリーを塗布する場合に、塗
布面積は１２５cm2 とし、また縦横比（図１中、ａ／
ｂ）は１．０とした（即ち、本実施例では、図１におい
て、ａ＝ｂ＝１１２mmである）。
【００１８】尚、図１において、スペース４・５はスタ
ックに組み込む場合の内部マニホールド用のスペースで
あるが、本実施例では、マニホールド孔は設けなかっ
た。また、電極を形成する前の電解質板の反りは、ほと
んど無視できる程度であることを確認しており、また、
このことは、下記の実施例２〜１０及び比較例の１〜６
においても同様である。
ックに組み込む場合の内部マニホールド用のスペースで
あるが、本実施例では、マニホールド孔は設けなかっ
た。また、電極を形成する前の電解質板の反りは、ほと
んど無視できる程度であることを確認しており、また、
このことは、下記の実施例２〜１０及び比較例の１〜６
においても同様である。
【００１９】このようにして作製したセルを、以下（Ａ
1 ）セルと称する。 〔実施例２，３〕両スラリーを塗布する場合において、
縦横比を１．１及び１．２とする（但し、塗布面積は１
２５cm2 であって実施例１と同様）他は、上記実施例１
と同様にしてセルを作製した。
1 ）セルと称する。 〔実施例２，３〕両スラリーを塗布する場合において、
縦横比を１．１及び１．２とする（但し、塗布面積は１
２５cm2 であって実施例１と同様）他は、上記実施例１
と同様にしてセルを作製した。
【００２０】このようにして作製したセルを、以下それ
ぞれ（Ａ2 ）セル，（Ａ3 ）セルと称する。 〔実施例４〕電解質板の大きさを１５０ｍｍ×２００ｍ
ｍとする他は、上記実施例１と同様にしてセルを作製し
た。
ぞれ（Ａ2 ）セル，（Ａ3 ）セルと称する。 〔実施例４〕電解質板の大きさを１５０ｍｍ×２００ｍ
ｍとする他は、上記実施例１と同様にしてセルを作製し
た。
【００２１】このようにして作製したセルを、以下（Ａ
4 ）セルと称する。 〔実施例５〕図２に示すように、両端に６カ所のマニホ
ールド孔が形成された電解質板（大きさ１５０ｍｍ×２
００ｍｍ）を用いると共に、アノード用スラリーとカソ
ード用スラリーとの塗布面積を１５５ｃｍ2 とする（縦
横比は１．０）他は、上記実施例１と同様にしてセルを
作製した。
4 ）セルと称する。 〔実施例５〕図２に示すように、両端に６カ所のマニホ
ールド孔が形成された電解質板（大きさ１５０ｍｍ×２
００ｍｍ）を用いると共に、アノード用スラリーとカソ
ード用スラリーとの塗布面積を１５５ｃｍ2 とする（縦
横比は１．０）他は、上記実施例１と同様にしてセルを
作製した。
【００２２】このようにして作製したセルを、以下（Ａ
5 ）セルと称する。 〔実施例６，７〕両スラリーを塗布する場合において、
縦横比を１．１及び１．２とする（但し、塗布面積は１
５５cm2 であって実施例５と同様）他は、上記実施例５
と同様にしてセルを作製した。
5 ）セルと称する。 〔実施例６，７〕両スラリーを塗布する場合において、
縦横比を１．１及び１．２とする（但し、塗布面積は１
５５cm2 であって実施例５と同様）他は、上記実施例５
と同様にしてセルを作製した。
【００２３】このようにして作製したセルを、以下それ
ぞれ（Ａ6 ）セル，（Ａ7 ）セルと称する。 〔実施例８〜１０〕アノードの焼成温度を１４１０℃と
する他は、上記実施例５、実施例６及び実施例７と同様
にしてセルを作製した。
ぞれ（Ａ6 ）セル，（Ａ7 ）セルと称する。 〔実施例８〜１０〕アノードの焼成温度を１４１０℃と
する他は、上記実施例５、実施例６及び実施例７と同様
にしてセルを作製した。
【００２４】このようにして作製したセルを、以下それ
ぞれ（Ａ8 ）セル，（Ａ9 ）セル，及び（Ａ10）セルと
称する。 〔比較例１〜４〕アノード用スラリーとカソード用スラ
リーとを塗布する場合において、縦横比を１．２５、
１．４、１．５、及び１．６とする（但し、塗布面積は
１２５cm2であって実施例１と同様）他は、上記実施例
１と同様にしてセルを作製した。
ぞれ（Ａ8 ）セル，（Ａ9 ）セル，及び（Ａ10）セルと
称する。 〔比較例１〜４〕アノード用スラリーとカソード用スラ
リーとを塗布する場合において、縦横比を１．２５、
１．４、１．５、及び１．６とする（但し、塗布面積は
１２５cm2であって実施例１と同様）他は、上記実施例
１と同様にしてセルを作製した。
【００２５】このようにして作製したセルを、以下それ
ぞれ（Ｘ1 ）セル，（Ｘ2 ）セル，（Ｘ3 ）セル，及び
（Ｘ4 ）セルと称する。尚、図３は、縦横比を１．２５
に設定した場合のセルを、模式的に示す図である。 〔比較例５，６〕アノード用スラリーとカソード用スラ
リーとを塗布する場合において、縦横比を１．３、及び
１．４とする（但し、塗布面積は１５５cm2 であって実
施例５と同様）他は、上記実施例５と同様にしてセルを
作製した。
ぞれ（Ｘ1 ）セル，（Ｘ2 ）セル，（Ｘ3 ）セル，及び
（Ｘ4 ）セルと称する。尚、図３は、縦横比を１．２５
に設定した場合のセルを、模式的に示す図である。 〔比較例５，６〕アノード用スラリーとカソード用スラ
リーとを塗布する場合において、縦横比を１．３、及び
１．４とする（但し、塗布面積は１５５cm2 であって実
施例５と同様）他は、上記実施例５と同様にしてセルを
作製した。
【００２６】このようにして作製したセルを、以下それ
ぞれ（Ｘ5 ）セル，及び（Ｘ6 ）セルと称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ1 ）セル〜（Ａ7 ）セル及
び比較例の（Ｘ1 ）セル〜（Ｘ4）セルにおける反りの
違い調べるべく、各セルの平面度を測定したので、その
結果を図４に示す。尚、平面度の測定方法としては、電
解質板を平面度の良い定板に置いた場合において、電解
質板の浮き上がりの大きさを調べることにより行った。
ぞれ（Ｘ5 ）セル，及び（Ｘ6 ）セルと称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ1 ）セル〜（Ａ7 ）セル及
び比較例の（Ｘ1 ）セル〜（Ｘ4）セルにおける反りの
違い調べるべく、各セルの平面度を測定したので、その
結果を図４に示す。尚、平面度の測定方法としては、電
解質板を平面度の良い定板に置いた場合において、電解
質板の浮き上がりの大きさを調べることにより行った。
【００２７】図４から明らかなように、本発明の
（Ａ1 ）セル〜（Ａ7 ）セルは比較例の（Ｘ1 ）セル〜
（Ｘ4 ）セルに比べて、セルの平面度が小さくなってい
る（即ち、反りが低減している）ことが認められる。し
たがって、アノードとカソードとの縦横比は１〜１．２
に規定する必要がある。尚、（Ａ4 ）セルは（Ａ1 ）セ
ルと略同等の平面度であるので、電解質の形状に関わら
ず、本発明が有効であることが認められる。
（Ａ1 ）セル〜（Ａ7 ）セルは比較例の（Ｘ1 ）セル〜
（Ｘ4 ）セルに比べて、セルの平面度が小さくなってい
る（即ち、反りが低減している）ことが認められる。し
たがって、アノードとカソードとの縦横比は１〜１．２
に規定する必要がある。尚、（Ａ4 ）セルは（Ａ1 ）セ
ルと略同等の平面度であるので、電解質の形状に関わら
ず、本発明が有効であることが認められる。
【００２８】また、（Ａ5 ）セル〜（Ａ7 ）セルはマニ
ホールド孔を設け、しかも電極面積を大きくしたため、
（Ａ1 ）セル〜（Ａ3 ）セルに比べて、ややセルの平面
度が大きくなっていることが認められる。但し、これら
のセルでも比較例の（Ｘ1 ）セル〜（Ｘ4 ）セルに比べ
れば平面度は小さくなっており、本発明の有効性は明ら
かである。 〔実験２〕本発明の（Ａ5 ）セル〜（Ａ10）セル及び比
較例の（Ｘ5 ）セル，（Ｘ6 ）セルにおける電極とバイ
ポーラプレートとの接触状態について調べたので、その
結果を図５に示す。尚、実験は、室温にて、図６に示す
ように各セルをバイポーラプレート３２で挟持し、且つ
カソードとバイポーラプレートとの間に圧力測定フィル
ムを挟み、平均締付圧が２ｋｇｆ／ｃｍ2 となる荷重を
加える。そして、上記圧力測定フィルムの変色の度合を
検査して、２ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の圧力に対応する部分
の面積の割合（以下、接触面積と称する）を測定した。
また、バイポーラプレートの材質はインコネル６００を
用い、且つ図６に示すリブ３３の平面度は２０μｍとな
るように構成している。
ホールド孔を設け、しかも電極面積を大きくしたため、
（Ａ1 ）セル〜（Ａ3 ）セルに比べて、ややセルの平面
度が大きくなっていることが認められる。但し、これら
のセルでも比較例の（Ｘ1 ）セル〜（Ｘ4 ）セルに比べ
れば平面度は小さくなっており、本発明の有効性は明ら
かである。 〔実験２〕本発明の（Ａ5 ）セル〜（Ａ10）セル及び比
較例の（Ｘ5 ）セル，（Ｘ6 ）セルにおける電極とバイ
ポーラプレートとの接触状態について調べたので、その
結果を図５に示す。尚、実験は、室温にて、図６に示す
ように各セルをバイポーラプレート３２で挟持し、且つ
カソードとバイポーラプレートとの間に圧力測定フィル
ムを挟み、平均締付圧が２ｋｇｆ／ｃｍ2 となる荷重を
加える。そして、上記圧力測定フィルムの変色の度合を
検査して、２ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の圧力に対応する部分
の面積の割合（以下、接触面積と称する）を測定した。
また、バイポーラプレートの材質はインコネル６００を
用い、且つ図６に示すリブ３３の平面度は２０μｍとな
るように構成している。
【００２９】図５から明らかなように、本発明の
（Ａ5 ）セル〜（Ａ10）セルは全て接触面積の割合が８
０％を超えているのに対して、比較例の（Ｘ5 ）セル，
（Ｘ6 ）セルは、共に８０％未満であることが認められ
る。したがって、アノードとカソードとの縦横比は１〜
１．２に規定する必要がある。尚、１４１０℃という高
温で焼成した（Ａ8 ）セル〜（Ａ10）セルにおいても、
８０％以上の接触面積が得られるので、本発明によれば
アノードと電解質界面との接合も良好なセルを得ること
が可能である。 〔その他の事項〕上記実施例では内部マニホールド方式
の平板型固体電解質燃料電池について説明したが、本発
明はこれに限定するものではなく、外部マニホールド方
式の平板型固体電解質燃料電池についても適用しうる。
（Ａ5 ）セル〜（Ａ10）セルは全て接触面積の割合が８
０％を超えているのに対して、比較例の（Ｘ5 ）セル，
（Ｘ6 ）セルは、共に８０％未満であることが認められ
る。したがって、アノードとカソードとの縦横比は１〜
１．２に規定する必要がある。尚、１４１０℃という高
温で焼成した（Ａ8 ）セル〜（Ａ10）セルにおいても、
８０％以上の接触面積が得られるので、本発明によれば
アノードと電解質界面との接合も良好なセルを得ること
が可能である。 〔その他の事項〕上記実施例では内部マニホールド方式
の平板型固体電解質燃料電池について説明したが、本発
明はこれに限定するものではなく、外部マニホールド方
式の平板型固体電解質燃料電池についても適用しうる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、焼
成温度から室温に温度を低下させた場合であってもセル
の反りは緩和されるので、電極とセパレーターとの間の
接触性が向上して、接触抵抗が小さくなる。加えて、こ
のようにセルの反りが緩和されれば、バイポーラプレー
トでセルを挟持する場合でも電極の割れや剥がれ等を低
減できる。
成温度から室温に温度を低下させた場合であってもセル
の反りは緩和されるので、電極とセパレーターとの間の
接触性が向上して、接触抵抗が小さくなる。加えて、こ
のようにセルの反りが緩和されれば、バイポーラプレー
トでセルを挟持する場合でも電極の割れや剥がれ等を低
減できる。
【００３１】また、塗工機や焼成炉を大型化することな
く、セルの反りの防止と電極の大面積化とを図ることが
でき、しかも焼成温度を上げることができるので、アノ
ードと電解質界面の接合が良好となる。これらのことか
ら、低コストで平板型固体電解質燃料電池の性能を飛躍
的に向上させることができるといった優れた効果を奏す
る。
く、セルの反りの防止と電極の大面積化とを図ることが
でき、しかも焼成温度を上げることができるので、アノ
ードと電解質界面の接合が良好となる。これらのことか
ら、低コストで平板型固体電解質燃料電池の性能を飛躍
的に向上させることができるといった優れた効果を奏す
る。
【図１】本発明に用いるセルの平面図である。
【図２】本発明に用いるセルの変形例を示す平面図であ
る。
る。
【図３】比較例に用いるセルの平面図である。
【図４】電極の縦横比とセルの平面度との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図５】電極の縦横比と室温での接触面積の割合との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図６】固体電解質燃料電池の概略斜視図である。
１ 固体電解質板 ２ カソード ３ アノード
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年３月２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】前記電解質板は矩形状を成し、しかも長
辺の大きさと短辺の大きさとの比が１を超えるように構
成されていることを特徴とする記載の平板型固体電解
質燃料電池。 アノードをスラリーコーティング法にて形成する場合
に、アノードの焼成温度を１２５０〜１４１０℃とする
ことを特徴とする記載の平板型固体電解質燃料電池。
辺の大きさと短辺の大きさとの比が１を超えるように構
成されていることを特徴とする記載の平板型固体電解
質燃料電池。 アノードをスラリーコーティング法にて形成する場合
に、アノードの焼成温度を１２５０〜１４１０℃とする
ことを特徴とする記載の平板型固体電解質燃料電池。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】このようにして作製したセルを、以下それ
ぞれ（Ｘ5 ）セル，及び（Ｘ6 ）セルと称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ1 ）セル〜（Ａ7 ）セル及
び比較例の（Ｘ1 ）セル〜（Ｘ4）セルにおける反りの
違い調べるべく、各セルの平面度を測定したので、その
結果を図４に示す。
ぞれ（Ｘ5 ）セル，及び（Ｘ6 ）セルと称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ1 ）セル〜（Ａ7 ）セル及
び比較例の（Ｘ1 ）セル〜（Ｘ4）セルにおける反りの
違い調べるべく、各セルの平面度を測定したので、その
結果を図４に示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 幸徳 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 固体電解質板を介して矩形状のアノード
と矩形状のカソードとが形成された構造のセルを複数積
層してスタックを構成した平板型固体電解質燃料電池に
おいて、 上記矩形状のアノード及びカソードのうち少なくとも一
方の電極は、長辺の大きさと短辺の大きさとの比が１〜
１．２となるように構成されていることを特徴とする平
板型固体電解質燃料電池。 - 【請求項２】 前記電解質板は矩形状を成し、しかも長
辺の大きさと短辺の大きさとの比が１を超えるように構
成されていることを特徴とする請求項１記載の平板型固
体電解質燃料電池。 - 【請求項３】 アノードをスラリーコーティング法にて
アノードを形成する場合に、アノードの焼成温度を１２
５０〜１４１０℃とすることを特徴とする請求項１記載
の平板型固体電解質燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4347328A JPH06196181A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 平板型固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4347328A JPH06196181A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 平板型固体電解質燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196181A true JPH06196181A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18389482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4347328A Pending JPH06196181A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 平板型固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06196181A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017104806A1 (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 住友電気工業株式会社 | プロトン伝導体、セル構造体およびこれらの製造方法、燃料電池ならびに水電解装置 |
| US11545690B2 (en) | 2017-11-29 | 2023-01-03 | Kyoto University | Proton conductor, proton-conducting cell structure, water vapor electrolysis cell, and method for producing hydrogen electrode-solid electrolyte layer complex |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP4347328A patent/JPH06196181A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017104806A1 (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 住友電気工業株式会社 | プロトン伝導体、セル構造体およびこれらの製造方法、燃料電池ならびに水電解装置 |
| JPWO2017104806A1 (ja) * | 2015-12-18 | 2018-10-11 | 住友電気工業株式会社 | プロトン伝導体、セル構造体およびこれらの製造方法、燃料電池ならびに水電解装置 |
| US11545690B2 (en) | 2017-11-29 | 2023-01-03 | Kyoto University | Proton conductor, proton-conducting cell structure, water vapor electrolysis cell, and method for producing hydrogen electrode-solid electrolyte layer complex |
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